This is a litteratur review which analyze the results from different hypotheses regarding the future massbalance of the west antarctica ice sheet. Due to the global warming many scientists believe the rising temperature may increase the melting rate of the ice sheets in West Antarctica. There have been made several studies which have investigate the melting rate of the ice sheet. Many of them have come to the conclusion that the melting rate have been increasing and that more and more ice reach the ocean in a faster speed. This is due to a faster flow rate for the ice sheet. However, it’s hard to say if this situation will continue in the future or if the system will change. Many forecast models predicts that the temperature and the precipitation will increase. It still uncertain what the consequences of this will be. According to scientist the rising temperature will be negative for the mass balance and result in a higher flow speed for the ice sheet. The higher temperature, caused by the global warming, leads to a faster melting rate. On the other hand, the increasing precipitation may change the whole system and result in a positive mass balance. If the precipitation increase, this will result in more snowfall. Because of the snowfall more ice accumulation will come and with that thickness of the ice sheet. Even if the temperature gets higher, the total effect could still be a positive mass balance for the ice sheet. According to some theories, the accumulation of the ice sheet will likely continue in the midland and the mountain areas, while the melting and negative mass balance will take place near the coast. We could see faster rising sea level, due to more melting, but on the other hand it could also be a situation where the increasing accumulation rate of the ice sheet, will slow down the speed of the rising sea level.

Les basses terres de la baie James forment un bassin sédimentaire majeur ayant enregistré les avancées et retraits de la marge glaciaire de l'inlandsis laurentidien. Malgré cette importance stratigraphique, il y a une grande lacune au niveau de la compréhension des événements quaternaires de cette région; la dernière étude réalisée remontant à plus de 30 ans. De plus, à l'est de la baie James, dans le territoire nordique du Québec, de récents modèles de chronologie relative dans l'écoulement des glaces ont démontré une succession complexe de mouvements glaciaires qui ne sont pas présents dans les reconstitutions paléogéographiques antérieures. Le canevas stratigraphique de cette région doit donc être revu sur la base d'études stratigraphiques et de datations absolues. Ce projet de recherche a consisté en l'échantillonnage de sédiments quaternaires affleurant le long de la rivière Harricana dans la portion des basses terres de la baie James. Les sédiments glaciaires ont été étudiés afin de déduire les grands axes d'écoulement glaciaire et les sédiments d'origine nonglaciaire ont été datés par luminescence optique et au radiocarbone. Les datations de ces unités non-glaciaires, qui sont en contact direct avec les unités glaciaires, ont permis d'apporter de nouvelles contraintes chronologiques sur ces avancées qui ont marqué la dernière glaciation. Plusieurs analyses (Sm-Nd, ³⁹Ar/⁴⁰ Ar, analyses des éléments majeurs et mineurs, etc.) ont été effectuées afin de vérifier les interprétations de terrain et de parfaire les patrons d'écoulements glaciaires régionaux. Les résultats ont permis de mieux définir le comportement de l'inlandsis Laurentidien au cours des cycles glaciaires récents et plus spécifiquement, l'apport des nombreux déplacements des dômes de dispersion dans les enregistrements glaciaires. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Basses terres de la Baie James, Rivière Harricana, Stratigraphie quaternaire, Inlandsis laurentidien, Dômes de dispersion, Séquence d'écoulements glaciaires, Géochronologie, Traceurs radiogéniques.

Les interactions entre les océans, l'atmosphère et les calottes glaciaires constituent la clé de voûte de la compréhension du système climatique global. Deux méthodes croisées sont possibles afin de dénouer les fils de cette trame complexe : la modélisation des processus et l'étude des fluctuations passées. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la seconde alternative et, plus précisément, aux interactions entre les marges glaciaires et les changements climatiques et océanographiques du dernier cycle glaciaire. La reconstitution et la compréhension de la dynamique des marges glaciaires exigent une connaissance précise de leur instabilité dans le temps afin d'appréhender les processus intrinsèques. Cependant, l'érosion des traces géologiques directes des fluctuations des marges glaciaires contraint à l'étude d'empreintes indirectes, les sédiments marins, comme unique source d'information. La localisation de la séquence sédimentaire étudiée ici (HU2008-029-016PC) est idéale puisque le régime sédimentaire du site a été influencé par la dynamique des calottes glaciaires régionales (i.e., laurentidienne, innuitienne et groenlandaise) durant les dernières glaciations. Cependant, l'analyse de cette archive sédimentaire présente des difficultés de datation. En effet, les méthodes traditionnelles chronostratigraphiques, telles que la stratigraphie isotopique (δ18O sur les tests de foraminifères) ou la datation par le radiocarbone (14C), ne permettent pas l'établissement de modèles d'âges concluants dans cette région. L'approche paléomagnétique utilisée dans cette thèse a dès lors été guidée par cette problématique chronostratigraphique, avant de permettre une lecture environnementale de la variabilité des lithofaciès sédimentaires et de leurs origines. Dans le premier chapitre de cette thèse, nous proposons une chronostratigraphie originale sur base de mesures paléomagnétiques, plus précisément à partir de l'enregistrement de la paléointensité relative du champ magnétique terrestre par les sédiments. Toutefois, l'identification d'une modulation lithologique (e.g., taille des grains, concentration) des propriétés magnétiques nous a obligé à filtrer les données pour éliminer la composante "environnementale" du signal magnétique. Pour ce faire, nous avons conduit des analyses détaillées afin de caractériser les minéraux magnétiques présents. Les résultats nous ont permis de définir que l'aimantation rémanente naturelle était portée majoritairement par des grains de magnétite dans une gamme de taille adéquate pour un enregistrement optimal du champ magnétique terrestre existant au moment de leurs dépôts. Aussi, ces analyses ont permis l'identification de certaines couches non représentatives, ayant surtout enregistré une lithologie particulière; elles ont dès lors été écartées de l'enregistrement paléomagnétique proprement dit. Nous avons reconstruit le signal de paléointensité relative en normalisant l'aimantation rémanente naturelle par l'aimantation rémanente anhystérétique induite, afin de réduire significativement l'empreinte magnétique environnementale secondaire. Le signal obtenu se compare avec succès aux enregistrements et compilations existants ce qui a permis de dériver un modèle d'âge fiable couvrant le dernier cycle glaciaire (depuis 115 ka BP). La reconstruction des directions du champ magnétique terrestre a permis notamment l'identification de 2 excursions géomagnétiques (i.e., de Laschamp et de la mer de Norvège-Groenland) déjà bien connues et datées, renforçant ainsi la confiance dans le modèle d'âge proposé. Dans le second chapitre, nous avons mis à profit le nouveau cadre chronostratigraphique afin d'interpréter l'origine des dépôts carbonatés. Sur base d'analyses minéralogiques des carbonates associées à des données granulométriques, de microfluorescence X et aux propriétés magnétiques des grains, nous avons identifié 14 couches carbonatées grossières. La composition minéralogique a permis de lier l'origine de ces dépôts aux glaciers du nord de la baie de Baffin (i.e., Laurentidien et Innuitien), tandis que les couches de sédiments fins riches en titane ont été associées à d'autres sources (Groenland et/ou est de l'île de Baffin). Le chronométrage des couches carbonatées a permis d'associer ces dépôts à la dynamique des glaciers nordiques, sensibles aux oscillations climatiques (ou océanographiques) de haute fréquence de type Dansgaard-Oeschger (dépôt bref, <1.5 ka), ou avec des avancées majeures (suivis pas des retraits progressifs) des glaciers nordiques à différentes périodes glaciaires (dépôt long, 3-6 ka). Nous concluons que ces dépôts sont distincts des événements de Heinrich enregistrés dans l'Atlantique Nord. Dans le troisième chapitre, nous avons étudié les lithofaciès sédimentaires et les assemblages minéralogiques afin de retracer précisément les apports sédimentaires en provenance des marges groenlandaises et de l'île de Baffin. Pour ce faire, nous avons utilisé le programme SedUnMix afin d'estimer statistiquement les sources ayant contribué aux assemblages minéralogiques observés. Les sédiments en provenance de l'île de Baffin sont caractérisés par des dépôts rapides de sédiments grossiers transportés par la glace de mer et/ou des icebergs. Ils présentent également un synchronisme avec les dépôts carbonatés, ce qui suggère des réponses similaires des glaciers nordiques et de l'ouest de la baie de Baffin aux fluctuations et réorganisations océaniques de haute fréquence. Les sédiments en provenance du grand complexe glaciaire d'Uummannaq ont été mis en place durant de longs intervalles correspondant à des niveaux marins plus bas. Notamment, la signature sédimentaire singulière du dernier maximum glaciaire suggère une étendue de la marge glaciaire groenlandaise jusqu'à la marge du plateau continental. Des avancées plus réduites sur le plateau continental groenlandais ont également été identifiées durant les stades isotopiques 5b, 5d et 4. Globalement, les résultats de cette thèse permettent de confirmer l'installation rapide de larges glaciers couvrant la région innuitienne immédiatement après le dernier interglaciaire, comme le suggèrent de récents efforts de modélisation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Baie de Baffin, Dernier cycle glaciaire, Sédiments glaciomarins, Couches carbonatées, Paléocéanographie, Glaciers, Multi-proxy

Mass changes of polar ice sheets have an important societal impact, because they affect global sea level. Estimating the current mass budget of ice sheets is equivalent to determining the balance between the surface mass gain through precipitation and the outflow across the grounding line. In Antarctica, the latter is mainly governed by oceanic processes and outlet glacier dynamics.<p>In this thesis, we assess the mass balance of a part of eastern DronningMaud Land via an input/output method. Input is given by recent surface accumulation estimations of the whole drainage basin. The outflow at the grounding line is determined from the radar data of a recent airborne survey and satellite-based velocities using a flow model of combined plug flow and simple shear. We estimate the regional mass balance in this area to be between 1.88±8.50 and 3.78±3.32 Gt a−1 depending on the surface mass balance (SMB) dataset used. This study also reveals that the plug flow assumption is acceptable at the grounding line of ice streams.<p>The mass balance of drainage basins is governed by the dynamics of their outlet glaciers and more specifically the flow conditions at the grounding line. Thanks to an airborne radar survey we define the bed properties close to the grounding line of the West Ragnhild Glacier (WRG) in the Sør Rondane Mountains. Geometry and reflectivity analyses reveal that the bed of the last 65 km upstream of the grounding line is sediment covered and saturated with water. This setting promotes the dominance of basal motion leading to a change in the flow regime: in the interior flow is governed by internal deformation while its relative importance decreases to become driven by basal sliding.<p>Subsequently we present the results of the reconstruction of the SMB across an ice rise through radar data and inverse modelling. The analysis demonstrates that atmospheric circulation was stable during the last millennium. Ice rises induce an orographic uplift of the atmospheric flow and therefore influence the pattern of the SMB across them, resulting in an asymmetric SMB distribution. Since the geometry of the internal reflection horizons observed in radar data depends on the SMB pattern, the asymmetry observed in radar layers reveals the trajectories of air masses at the time of deposit. We present an original and robust method to quantify this SMB distribution. Combining shallow and deep radar layers, SMB across Derwael Ice Rise is reconstructed. Two methods are employed as a function of the depth of the layers: i.e. the shallow layer approximation for the surface radar layers and an optimization technique based on an ice flow model for the deeper ones. Both methods produce similar results. We identify a difference in SMB magnitude of 2.5 between the flanks and the ice rise divide, as well as a shift of ≈4 km between the SMB maximum and the crest. Across the ice rise, SMB exhibits a very large variability, ranging from 0.3 to 0.9 mw.e. a−1. This anomaly is robust in time.<p>Finally we draw a comprehensive description of the Sør Rondane Mountains sector. The glacial system is close to the equilibrium and seems stable but evidences suggest that it is a fragile equilibrium. The proximity of the open ocean certainly favours the interaction between warm water and the ice shelf cavity conducting to potential important melting. The thinning associated with this melting can detach the ice shelf from pinning points. This will reduce the buttressing from the ice shelf, outlet glaciers will accelerate and mass transfer toward the ocean will increase. Therefore, the future of Antarctic Ice Sheet directly depends on the changes affecting its boundaries and assessing the sensitivity of the ice sheets is essential to quantify and anticipate the future variation of mass balance. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les membres de la communauté inuite de Kugluktuk au Nunavut souhaitent remédier à la détérioration des routes d'accès en VTT menant au Parc Territorial Kugluk. Les problèmes rencontrés concernent l'approfondissement des sillons des polygones à coins de glace sous le passage des VTT, la formation de mares boueuses et l'érosion de parties de la piste par le recul de parois de glissements de terrain rétrogressifs. Devant l'urgence d'agir, les autorités locales, en collaboration avec le département des Parcs et Endroits spéciaux du Gouvernement du Nunavut, ont fait la conception de deux infrastructures saisonnières, à savoir une route d'été sous la forme d'un remblai mince (50 cm) reliant le réseau routier du village jusqu'à l'entrée du Parc Territorial Kugluk et, à l'intérieur du parc, une route sur plateforme de bois, surélevée d'une trentaine de centimètres au-dessus du sol. Cette étude collaborative vise à caractériser et à identifier la variabilité des conditions de pergélisol le long de ces corridors routiers afin de guider les travaux de construction et de suggérer des méthodes de mitigation de la dégradation du pergélisol adaptées aux conditions et aux infrastructures locales. Une méthodologie multi technique a permis la cartographie à haute résolution des dépôts de surface et des conditions de pergélisol par la récolte avec un drone d'images aériennes à haute résolution, des levés de géoradar, des forages géotechniques, des analyses de laboratoires et des analyses géothermiques de données de câbles à thermistances et, finalement, la simulation numérique des températures du pergélisol pour la période s'échelonnant de 2020 à 2100. Les résultats indiquent la présence d'une vaste zone de pergélisol sensible le long de la route d'été; en plus, les deux routes traverseront en tout environ 379 sillons de coins de glace. L'analyse historique du climat local révèle que le réchauffement du climat s'est déjà manifesté par une hausse de 2°C de la température moyenne annuelle de l'air depuis 1950. Une méthode de mitigation innovante a été suggérée afin de réduire la vitesse de dégradation de coins de glace sous la route d'accès. Les résultats des simulations géothermiques indiquent que les infrastructures légères envisagées contribueront à préserver le pergélisol et les coins de glace dans le futur. / The members of the Inuit community of Kugluktuk in Nunavut wish to make corrections to the damages affecting the ATV trails leading to the Kugluk Territorial Park. The dominant problems are the deepening of ice wedge furrows at trail crossovers, formation of mud puddles and erosion of parts of the trail along head scarps of retrogressive landslides. Given the urgent need for action, local authorities and the Government of Nunavut's Parks and Special Places (NP&SP) department designed two types of seasonal infrastructure: 1- a summer road on a thin (50 cm) embankment from the village road network to the park entrance and, 2- a boardwalk trail laid about 30 cm high above the tundra surface inside the park area. This collaborative research project aims to characterize the permafrost conditions along the new road corridor in support of construction works and to suggest locally adapted mitigation approaches to prevent the degradation of permafrost. The applied multi-technique research methodology includes high resolution mapping of surficial geology and permafrost conditions, acquisition of high-resolution aerial photographs with a drone, making of a digital elevation model, ground penetrating radar surveys, geotechnical coring, geotechnical laboratory analyses, thermal analysis with on-site data from ground temperature monitoring stations and, finally, numerical simulations of permafrost temperatures for the period 2020-2100. Results indicate the presence of a wide zone of thaw sensitive permafrost along a part of the summer road; in addition, the two road types together will cross over about 379 ice-wedge furrows. Historical regional climate analysis reveals that global warming already provoked an increase of 2°C of the mean annual air temperature since 1950. A new mitigation technique intended for reducing ice wedge degradation under the summer gravel road has been suggested and discussed with the community. According to geothermal model results, the new infrastructures shall preserve the permafrost and the ice wedges from thawing in the future.

La Côte Nord de l’Estuaire et du Golfe du St. Laurent (Québec, Canada) est caractérisée par une série de complexes deltaïques mis en place en contexte de chute de Niveau Marin Relatif (NMR) forcée par le rebond glacio-isostatique, lors du retrait des marges de l’Inlandsis Laurentidien. L’étude de trois complexes deltaïques montre qu’un motif d’évolution morphostratigraphique contrôlé par le retrait des marges glaciaires prévalait au premier ordre. Le premier stade de sédimentation se caractérise par la mise en place de cônes d’épandage juxtaglaciaires sous-aquatiques. Leur localisation au front de la marge glaciaire fait que la répartition spatiale des corps sédimentaires montre localement un empilement en rétrogradation. Dès l’émergence d’un front glaciaire continental, des deltas proglaciaires se développent en contexte de chute de NMR, formant des lobes dont l’altitude décroît vers le bassin. Ces derniers sont initialement associés à un système fluviatile en tresse alimenté en sédiments glaciogéniques par les marges glaciaires en retrait. Malgré des taux de chute de NMR de plusieurs cm/an, aucune incision fluviatile n’est observée à ce stade et la dynamique de transfert est prédominante du fait des forts taux d’apports sédimentaires. Plus tard, à la suite du retrait des marges glaciaires hors des bassins versants, le remaniement paraglaciaire se développe du fait de la réduction drastique des apports en eaux et sédiments. Le système fluviatile, devenu méandriforme, s’encaisse dans les anciens dépôts deltaïques maintenant inactifs et les bordures de deltas sont remaniées par les processus littoraux (plages soulevées, terrasses marines). Cette étude révèle que la majorité du volume de ces complexes deltaïques (10-20 km3) est mis en place en quelques milliers d’années seulement, immédiatement après la déglaciation ; le remaniement paraglaciaire n’ayant contribué à l’accrétion deltaïque que très marginalement. La modélisation numérique (Dionisos) valide les différents forçages identifiés par l’analyse morphosédimentaire. Une synthèse des complexes deltaïques à l’échelle de toute la Côte Nord du St. Laurent a permis de catégoriser 21 complexes deltaïques en 4 scénarios d’évolution morphosédimentaire, directement liés à la dynamique de retrait de la marge glaciaire. Leur décryptage offre une clef de lecture originale pour l’historique du retrait des marges glaciaires de l’Inlandsis Laurentidien sur la période 12-7.5 ka cal BP. / The North Shore of the St. Lawrence Estuary and Gulf is characterized by the presence of deltaic complexes that were emplaced under falling Relative Sea Level (RSL) forced by the glacio-isostatic rebound, immediately after the retreat of the Laurentide Ice Sheet (LIS) margin. The study of three deltaic complexes reveals that a common morphostratigraphic evolution forced by the retreat of the LIS prevailed for the edification of these structures, reflecting the retreat of the LIS margin. The emplacement of subaqueous outwash fans beyond the retreating or stillstanding glaciomarine margin constitutes the first stage of this evolution. As tied to the ice-margin position, these fans are characterized in places by a backstepping stacking pattern, in spite of the forced regressive setting. From the emergence of a continental ice front, the proglacial deltaic system develops and forms lobes staged accordingly to the RSL fall. These deltaic systems actively prograde at that time because they are fed in glaciogenics by the retreating LIS margin through braided meltwater streams. In spite of the RSL fall reaching several centimeters per years, no fluvial entrenchment occurs mainly owing to the significant amount of sediment supply. Later, when the LIS margin retreats from the drainage basins of feeding rivers, fluvial systems experience a drastic drop in sediment supply that forced the interruption of the deltaic progradation and the onset of paraglacial reworking. The paraglacial reworking consists in the entrenchment of a meandering fluvial system within former deltaic deposits and shows the prevalence of shallow-marine processes (waves, tides) at the delta rim (raised beaches, marine terraces). This study reveals that the bulk of the deltaic volume (c.a. 10-20 km3) for each complex was emplaced in only a few thousands of years following the LIS margin retreat when the latter was still located in the drainage basin. The paraglacial reworking had a minor influence on the deltaic accretion. A forward stratigraphic model (Dionisos) is used to validate the variety of forcing as understood from the sedimentary analysis. A synthesis including 21 deltaic complexes of the St. Lawrence North Shore allowed the establishment of a fourfold categorization. This scheme of deltaic evolution was used in order to refine the position of the LIS margin retreating upland for a period ranging from 12 to 7.5 ka cal BP.

The increased temperatures in the Arctic accelerate the loss of land based ice stored in glaciers. The Greenland Ice Sheet is the largest ice mass in the Northern Hemisphere and holds ~10% of all the freshwater on Earth, equivalent to ~7 metres of global sea level rise. A few decades ago, the mass balance of the Greenland Ice Sheet was poorly known and assumed to have little impact on global sea level rise. The development of regional climate models and remote sensing of the ice sheet during the past decade have revealed a significant mass loss. To monitor how the Greenland Ice Sheet will affect sea levels in the future requires understanding the physical processes that govern its mass balance and movement. In the southeastern and central western regions, mass loss is dominated by the dynamic behaviour of ice streams calving into the ocean. Changes in surface mass balance dominate mass loss from the Greenland Ice Sheet in the central northern, southwestern and northeastern regions. Little is known about what the hydrological system looks like beneath the ice sheet; how well the hydrological system is developed decides the water’s impact on ice movement. In this thesis, I have focused on radar sounding measurements to map the subglacial topography in detail for a land-terminating section of the western Greenland Ice Sheet. This knowledge is a critical prerequisite for any subglacial hydrological modelling. Using the high-resolution ice thickness and bed topography data, I have made the following specific studies: First, I have analysed the geological setting and glaciological history of the region by comparing proglacial and subglacial spectral roughness. Second, I have analysed the subglacial water drainage routing and revealed a potential for subglacial water piracy between adjacent subglacial water catchments with changes in the subglacial water pressure regime. Finally, I have looked in more detail into englacial features that are commonly observed in radar sounding data from western Greenland. In all, the thesis highlights the need not only for accurate high-resolution subglacial digital elevation models, but also for regionally optimised interpolation when conducting detailed hydrological studies of the Greenland Ice Sheet. / De ökade temperaturerna i Arktis påskyndar förlusten av landbaserad is lagrad i glaciärer och permafrost. Grönlands inlandsis är den största ismassan på norra halvklotet och lagrar ca 10% av allt sötvatten på jorden, vilket motsvarar ca 7 meter global havsnivåhöjning. För ett par decennier sedan var inlandsisens massbalans dåligt känd och antogs ha liten inverkan på dagens havsnivåhöjning. Utvecklingen av regionala klimatmodeller och satellitbaserad fjärranalys av inlandsisen har under de senaste decenniet påvisat en betydande massförlust. För att förutse vilken inverkan inlandsisen har på framtida havsnivåhöjningar krävs en förståelse för de fysikaliska processerna som styr dess massbalans och isrörelse. I de sydöstra och centrala västra delarna av inlandsisen domineras massförlusten av dynamiska processer i isströmmar som kalvar ut i havet. Massförlusten i de centrala norra, sydvästra och nordöstra delarna domineras av isytans massbalans. Ytterst lite är känt om hur det hydrologiska systemet ser ut under inlandsisen; hur väl det hydrologiska systemet är utvecklat avgör vattnets påverkan på isrörelsen. I denna doktorsavhandling har jag använt markbaserade radarmätningar för att kartlägga den subglaciala topografin för en del av den västra landbaserade inlandsisen. Denna kunskap är en viktig förutsättning för att kunna modellera den subglaciala hydrologin. Med hjälp av rumsligt högupplöst data över istjockleken och bottentopografin har jag gjort följande specifika studier: Först har jag analyserat de geologiska och glaciologiska förhållandena i regionen genom att jämföra proglacial och subglacial spektralanalys av terrängens ytojämnheter. Sedan har jag analyserat den subglaciala vattenavrinningen och påvisat en potential för att avrinningsområdena kan ändras beroende på vattentryckförhållandena på botten. Slutligen har jag tittat mer i detalj på englaciala radarstrukturer som ofta observerats i radardata från västra Grönland. Sammanfattningsvis belyser avhandlingen behovet av inte bara noggranna rumsligt högupplösta subglaciala digitala höjdmodeller, utan även regionalt optimerad interpolering när detaljerade hydrologiska studier ska utföras på Grönlands inlandsis.