Écoulement à la base des calottes polaires

Titre : Écoulement à la base des calottes polaires

Laboratoire de rattachement : LGGE

Encadrant : Frédéric Parrenin

Téléphone : 04.76.82.42.65

Co-Encadrant : Olivier Gagliardini

Mots clés : glaciologie, mécanique

Contexte et objectifs de la mission de stage :
Les carottes de glace forées en Antarctique et au Groenland permettent de déterminer l’âge de la glace en fonction de la profondeur au site de forage, par exemple par des méthodes de calage orbital (Dreyfus et al., 2007). Connaissant de plus l’accumulation initiale de neige à partir de la concentration en isotope de l’eau, l’on peut déduire la fonction d’amincissement vertical, c’est-à-dire le rapport entre l’épaisseur d’une couche dans le forage et son épaisseur initiale lorsqu’elle était en surface. Cela constitue une information mécanique intéressante que nous proposons d’exploiter dans ce travail de M2R pour déterminer les processus qui régissent l’écoulement à la base de la calotte.

Des exemples d’écoulement complexes observés sont : 1) la stagnation ou même l’augmentation de la fonction d’amincissement vertical à la base de certains sites comme Dome Fuji et Berkner et dans une moindre mesure Dome C ; 2) les oscillations de ±50 % observées dans la fonction d’amincissement vertical des couches à EPICA Dome C qui font penser à une forme de plissage ou de boudinage (Dreyfus et al., 2007 ; Parrenin et al., 2007) ; les discontinuités dans la stratigraphie de la glace basale à Vostok (Raynaud et al., 2005, p.11) ou dans celle de NEEM (Dahl-Jensen et al., 2013).

Le problème sera divisé en deux étapes. Premièrement, on cherchera des scénarios cinématiques tri-dimensionnels expliquant les observations aux sites de forage, par exemple boudinage ou formation de plis, etc. Puis on recherchera des scénarios mécaniques pour expliquer les scénarios cinématiques : comment les instabilités de l’écoulement peuvent se former, etc. On pourra s’appuyer sur le modèle d’écoulement Elmer/Ice pour tester ces scénarios mécaniques.

Le candidat devra avoir une formation en mécanique des milieux continus.

Références

Dahl-Jensen, D., Albert, M. R., Aldahan, A., Azuma, N., Balslev-Clausen, D., Baumgartner, M., Berggren, A.-M., Bigler, M., Binder, T. and Blunier, T. : Eemian interglacial reconstructed from a Greenland folded ice core, Nature, 493, 489–494, 2013.

Dreyfus, G. B., Parrenin, F., Lemieux-Dudon, B., Durand, G., Masson-Delmotte, V., Jouzel, J., Barnola, J.-M., Panno, L., Spahni, R., Tisserand, A., Siegenthaler, U. and Leuenberger, M. : Anomalous flow below 2700 m in the EPICA Dome C ice core detected using δ18O of atmospheric oxygen measurements, Clim. Past, 3(2), 341–353, doi:10.5194/cp-3-341-2007, 2007.

Parrenin, F., Dreyfus, G., Durand, G., Fujita, S., Gagliardini, O., Gillet, F., Jouzel, J., Kawamura, K., Lhomme, N., Masson-Delmotte, V., Ritz, C., Schwander, J., Shoji, H., Uemura, R., Watanabe, O. and Yoshida, N. : 1D ice flow modelling at EPICA Dome C and Dome Fuji, East Antarctica, Clim. Past, 3, 243–259, 2007.

Raynaud, D., Barnola, J.-M., Souchez, R., Lorrain, R., Petit, J.-R., Duval, P. and Lipenkov, V. Y. : Palaeoclimatology : the record for marine isotopic stage 11, Nature, 436(7047), 39–40, 2005.