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OSUG - Terre Univers Environnement OSUG

Déterminer l’emplacement possible d’une archive glaciaire antarctique vieille d’1,5 millions d’années.

par LIBOIS Quentin - 21 octobre 2014 - ( maj : 19 mars 2015 )

Olivier PASSALACQUA

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

Financement : bourse AGIR - UJF

Directeurs : Frédéric PARRENIN et Olivier GAGLIARDINI

Résumé :

Les analyses des carottes de glace ont été utilisées pour reconstruire, pour les 800 000 dernières années, les variations des gaz à effet de serre primaires (CO2, CH4, N2O), et des températures, accumulations de surface et flux d’aérosols au-dessus de l’Antarctique (Jouzel et al., 2007 ; Loulergue et al., 2008 ; Lüthi et al., 2008 ; Schilt et al., 2010 ; Wolff et al., 2006). Les résultats de ces carottages ont beaucoup d’implications pour la compréhension des mécanismes climatiques en général et la prédiction de l’évolution du climat au cours du siècle à venir en particulier. La communauté internationale, regroupée dans IPICS (International Partnership In Ice Core Science) vise aujourd’hui à forer une carotte de glace d’1,5 million d’années en Antarctique, une période durant laquelle il est établi, à partir des sédiments océaniques (Lisiecki and Raymo, 2005), que les cycles glaciaires étaient plus courts (40 000 ans contre environ 100 000 ans actuellement) et avec une relation entre CO2 et climat peut-être différente (Fischer et al., 2013).

Le but de ce projet est donc de définir où la calotte polaire Antarctique a la meilleure chance d’avoir enfermé une séquence continue et non-perturbée des conditions climatiques et environnementales durant les derniers 1,5 million d’années. Le Dôme C où est située la base franco-italienne de Concordia a été identifié comme un des sites les plus prometteurs (Fischer et al., 2013). L’approche se base essentiellement sur de la modélisation numérique contrainte par des données d’observations.

L’âge de la glace près du socle dépend différents paramètres : caractère anisotrope de la glace, notamment en profondeur ; glissement de la glace sur la socle ; valeur du flux géothermique, qui a tendance à faire fondre les couches au niveau du socle, géométrie historique du dôme. Il faut donc déterminer la valeur de ces différents paramètres, en procédant par inversion des données d’observation issues des campagnes de terrain autour du Dôme C. Les données d’observation sont de plusieurs natures. 1) topographie de surface 2) vitesse de la glace en surface 3) épaisseur de glace au-dessus du socle rocheux 4) lignes isochrones. Les premières simulations se feront avec des hypothèses simples, glissement nul, flux géothermique uniforme et géométrie fixée, puis on prendra compte des variations spatiales ou temporelles de ces différents paramètres. On comparera à chaque étape les résultats obtenus avec les valeurs observées (Gillet-Chaulet, 2006 ; Vittuari et al., 2004 ; Parrenin et al., 2007).

Cette thèse s’appuiera sur l’expertise en modélisation existant au LGGE avec l’utilisation localisée du modèle de calotte polaire aux éléments finis Elmer/Ice (Gagliardini et al., 2013), développé conjointement au LGGE à Grenoble par Olivier Gagliardini et Fabien Gillet-Chaulet et au Center for Scientific Computing (CSC) en Finlande. Nous nous appuierons également, pour les problèmes d’évolution aux grandes échelles de temps et d’espace de la calotte Antarctique, sur le modèle GRISLI, développé au LGGE par Catherine Ritz. GRISLI fournira des conditions aux limites à Elmer/Ice.

Abstract :

Ice cores have been used to reconstruct over the last 800,000 years the variations of the greenhouse gases (CO2, CH4, N2O), the temperature, surface accumulation and aerosols fluxes over Antarctica (Jouzel et al., 2007 ; Loulergue et al., 2008 ; Lüthi et al., 2008 ; Schilt et al., 2010 ; Wolff et al., 2006). Such results allow us to better understand the climate mechanisms, and to predict the climate for the ongoing century. The ice core community, in the frame of the IPICS (International Partnership In Ice Core Science), has decided to drill an ice core as old as 1.5 million years in Antarctica, covering a period during which it is known, thanks to marine oce cores, that the climate main periodicity has changed, from 40,000 years to 100,000 years (Lisiecki and Raymo, 2005).

The goal of this project is to define where such an unditsturbed ice core could be retrieved. The Dome C, where is situated the Concordia Franco-Italian base, was identified as a promising site. Our approach will consist in ice flow modelling, constrained by observational data.

The basal age depends on several parameters : anisotropy of the ice ; basal sliding on the bedrock ; geothermal flux intensity, which tends to melt the basal ice ; historical geometry of the dome. We determine the value of these parameter by inverting the observations around Dome C : 1) Surface topography 2) Speed of the ice on the surface 3) Ice thickness 4) Internal (isochrone) layers. The first simulation are made under simple assumptions : no sliding, uniform geomthermal flux, stationarity of the geometry. We further account for the spatial and temporal variations of these parameters. We’ll compare at each steps the results with the observations (Gillet-Chaulet, 2006 ; Vittuari et al., 2004 ; Parrenin et al., 2007).

This PhD will rely on the modelling expertise at the LGGE, with the use of the finite element model Elmer/Ice (Gagliardini et al., 2013), developped at the Center for Scientific Computing in Finland, and at the LGGE. For long time scales, we will use the GRISLI ice flow model, to compute appropriate boundary conditions.

Mots clef : écoulement glaciaire, datation, Dôme C, éléments finis, méthodes inverses // ice flow, ice dating, Dome C, finite elements, inverse methods.

Sous la tutelle de :

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