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OSUG - Terre Univers Environnement OSUG

Densification de la neige et fermeture des pores : impact sur les marqueurs du changement climatique

par LIBOIS Quentin - 17 septembre 2014 - ( maj : 23 mars 2015 )

Alexis BURR

Date de début et de fin : octobre 2014 - septembre 2017

Financement : bourse ministérielle (MENRT)

Directeurs : Armelle Philip (LGGE) et Christophe Martin (SIMAP-GPM2)

Résumé :

La densification de la neige poreuse en neige de névé puis en glacier est fondamentale en glaciologie. Une bonne connaissance de cette évolution permet à la fois une modélisation fine de l’écoulement des glaciers (alpins et polaires) et une datation précise de l’air contenu dans la glace. Le moment où la neige piège l’air atmosphérique correspond à la fermeture des pores. La datation des gaz occlus et la compréhension du phénomène de fermeture sont essentielles pour appréhender les facteurs des variations climatiques historiques. La fermeture des pores en étroite interaction avec la diffusion des gaz dans le névé est un événement encore mal compris. La densification s’opère par déformation viscoplastique, frittage et réarrangement des grains. Il est important de prendre en compte le caractère granulaire du névé pour comprendre à la fois les mécanismes qui mènent à sa densification et ceux qui dictent l’évolution de la microstructure. Par ailleurs, le cristal de glace est un matériau extrêmement anisotrope, donc il s’oriente de façon très marquée même dans les névés profonds. La thèse s’attachera donc à incorporer ces deux aspects de la neige (caractère granulaire et anisotropie) dans une approche innovante de modélisation de la densification du névé. La méthode des éléments discrets permettra de simuler les matériaux granulaires à l’échelle des particules et offrira dans ce contexte un outil original et puissant de modélisation. L’ambition ici est d’en faire un outil de prédiction quantitatif en l’alimentant par des lois constitutives anisotropes adaptées. En parallèle, des observations en tomographie par contraste de diffraction (DCT) sur de la neige à différents stades de densification permettront une confrontation à une échelle pertinente avec les simulations.

Abstract :

Snow densification from neve to glacier is essential in glaciology. A good knowledge of this evolution enables to carefully model the flow of glaciers (alpine and polar) as well as a precise dating of the air embedded in the ice. The moment when the air is trapped by the snow is the pores closure. Dating of incorporated gaz, and understanding of the closure phenomenon are crucial to apprehend factors of historical climate variations. The interactions between the pores closure and the gas diffusion in the neve is still misunderstood. The snow densification consists in viscoplastic deformation, sintering and grain rearrangement. It is important to take into account the granular behaviour of the neve, in order to understand the densification and microstructure evolution mechanisms. Besides, ice crystal is very anisotropic, so it is always orientated even in the deepest neve. This thesis will search to incorporate these two behaviours in an innovating approach of snow densification modelling. The Discrete Element Method (DEM) will enable to model granular materials at the particle scale and will offer in that matter a powerful and original tool of modelling. The aim is to develop a quantitative tool of prediction, using constitutive laws which are adjusted with and anisotropic behaviour. In parallel Diffraction Contrast Tomography (DCT) will be performed on ice at different stages of densification and will enable to compare directly the results with the simulations at a relevant scale.

Mots-clef : Densification, neige, pores, mécanique, tomographie // densification, snow, pores, mechanics, tomography

Sous la tutelle de :

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tutellesCNRSUniversité Joseph Fourier