Dynamique des ondes de sédimentation éoliennes à la surface des glaciers terrestres et martiens : Observations morphologiques et spectroscopiques, modélisation du transfert de masse par sublimation/condensation - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Dynamics of aeolian sedimentation waves at the surface of Martian and terrestrial glaciers: Morphologic and spectroscopic observation, numerical modeling of mass transfer by sublimation/condensation

Dynamique des ondes de sédimentation éoliennes à la surface des glaciers terrestres et martiens : Observations morphologiques et spectroscopiques, modélisation du transfert de masse par sublimation/condensation

Résumé

Mass and energy balance of terrestrial and Martian ice sheets are driven by complex interactions between the atmosphere and the cryosphere that could lead to the formation of sedimentation waves at the surface of ice sheets. Here we explore the role of sublimation and condensation of water vapor in the development of these sedimentation waves. We use complementary data set acquired by Mars orbiters, to show that the surface of the Martian North Polar Cap displays two superimposed sets of sedimentation waves with differing wavelengths that grow and migrate downwind or upwind in response to the development of periodic accumulation /ablation patterns controlled by katabatic winds. These sedimentation waves have similarities with Antarctic snow megadunes. In addition, we designed a numerical model to explore the coupled interaction between the sublimation/condensation of water vapor and a steady unidirectional atmospheric flow on a wavy icy surface. The maximum of water vapor flux coincides with the maximum shear stress, whose location relative to the crest is dependent of the wavelength and fluid characteristics. For a maximum of flux located upwind, mass transfer rates are smaller on the downwind sides. These results are the same for sublimation (ablation) and condensation (accumulation). During a given simulation, the ice waves do not experience simultaneous accumulation and ablation as it would be the case, for instance, for aeolian sand dunes. These results mean that if the accumulation rate is greater than the ablation rate the waves will migrate upwind. Our observations and simulations are in accordance with the hypothesis that the Martian sedimentation waves could migrate downwind or upwind due to an asymmetric accumulation rate between their upwind sides and their downwind sides over a Martian year.
Le bilan de masse et d’énergie des calottes polaires martiennes et terrestres est contrôlé par des interactions complexes entre l’atmosphère et la cryosphère qui peuvent aboutir à la formation d’ondes de sédimentation éoliennes à la surface de ces calottes. Dans cette étude, nous évaluons l’influence de la sublimation et de la condensation de la vapeur d’eau dans le développement de ces ondes de sédimentation. Nous utilisons des données complémentaires, acquises par les orbiteurs martiens, pour montrer qu’à la surface de la calotte polaire Nord de Mars on observe deux séries d’ondes superposées à différentes longueurs d’ondes. Celles-ci migrent dans le sens ou à contre-sens du vent en réponse à une accumulation asymétrique de la glace engendrée par les vents catabatiques. Ces ondes de sédimentation présentent des similitudes avec les mégadunes de neige en Antarctique. De plus, nous avons développé un modèle numérique afin d’étudier l’interaction entre la sublimation/condensation de la vapeur d’eau et un écoulement atmosphérique unidirectionnel au-dessus d’une surface de glace ondulée. Le maximum du flux de vapeur d’eau coïncide avec le maximum de la contrainte de frottement dont la localisation par rapport aux crêtes varie en fonction de la longueur d’onde et des propriétés du fluide. Lorsque la contrainte maximum est située à l’amont de la crête, on y observe un transfert de masse plus important qu’à l’aval. Ces résultats sont identiques pour un cas de sublimation (ablation) et un cas de condensation (accumulation). Au cours d’une simulation, la sublimation et la condensation ne coexistent pas comme c’est le cas par exemple pour les dunes éoliennes de sable. Ces résultats signifient que si l’accumulation est plus importante que l’ablation, alors les ondes migrent à contre-sens du vent. Nos observations et simulations sont donc en accord avec l’hypothèse que les ondes de sédimentation martiennes peuvent migrer dans le sens ou à contre-sens du vent en raison d’une redistribution asymétrique de la glace entre la face amont et aval au cours d’une année martienne.
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Citer

Clémence Herny. Dynamique des ondes de sédimentation éoliennes à la surface des glaciers terrestres et martiens : Observations morphologiques et spectroscopiques, modélisation du transfert de masse par sublimation/condensation. Planète et Univers [physics]. Ecole Centrale de Nantes (ECN), 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01324984⟩
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