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Thèse Année : 2021

Mechanical modelling of the source of glacial earthquakes in polar regions

Modélisation mécanique de la source des séismes glaciaires en régions polaires

Pauline Bonnet
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1241548
  • IdRef : 268591954

Résumé

Estimating the mass balance of the polar ice caps is a current challenge to understand the rapid evolution of these ice masses under the effect of climate change. The calving of icebergs represents a significant part of the mass loss of Greenland's glaciers. Their capsize near the terminus destabilises the glaciers. Using a reference fluid dynamics model, we quantified and characterised the interaction between water and a capsizing iceberg, and validated and improved a simplified iceberg capsize model. Then we built and validated a finite element model that reproduces the response of a glacier to the contact force of a capsizing iceberg at the terminus and that includes several rheologies of the glacier/rock interface and a visco-elastic behaviour of the ice. Using this comprehensive model, we reproduced surface displacements and stresses at the base of the glacier and analysed the influence of the parameters on the glacier response. We first modelled a glacier with an idealised geometry. Then we modelled a real glacier, the Helheim glacier, and for this we adjusted the model parameters using results from a reference glacier flow model. A strong dependence of the amplitude of the surface displacements on the Young's modulus of the ice and the length of the floating tongue is observed, but also a signature of the viscosity and the friction law parameters on these displacements. The results obtained with the full model open interesting perspectives on the estimation of the parameters of the rheology, geometry and basal friction laws through comparison with field observations.
L’estimation du bilan de masse des calottes polaires est un enjeu actuel pour appréhender l’évolution rapide de ces masses glaciaires sous l’effet du changement climatique. Le vêlage d’icebergs représente une part importante de la perte de masse des glaciers du Groenland. Leur retournement proche du terminus déstabilise les glaciers. A l'aide d'un modèle de référence de dynamique des fluides, nous avons quantifié et caractérisé l’interaction entre l’eau et un iceberg qui se retourne, et validé et amélioré un modèle simplifié de retournement d'iceberg. Puis nous avons construit et validé un modèle éléments finis qui reproduit la réponse d’un glacier à la force de contact d’un retournement d’iceberg au terminus et qui inclut plusieurs rhéologies de l’interface glacier/lit rocheux et une loi de comportement visco-élastique de la glace. A l'aide de ce modèle complet, nous avons reproduit les déplacements en surface et les efforts à la base du glacier et analysé l’influence des paramètres sur la réponse du glacier. Nous avons d’abord modélisé un glacier avec une géométrie idéalisée. Puis nous avons modélisé un glacier réel, le glacier Helheim, et pour cela nous avons ajusté les paramètres du modèle à l’aide de résultats d’un modèle de référence pour l’écoulement des glaciers. On observe une dépendance forte de l’amplitude des déplacements en surface avec le module d’Young de la glace et la longueur de la langue flottante, mais également une signature des paramètres de la viscosité et des lois de frictions sur ces déplacements. Les résultats obtenus avec le modèle complet ouvrent des perspectives intéressantes sur l’estimation des paramètres de la rhéologie, de la géométrie et des lois de frottement basales à l’aide de comparaison avec des observations sur le terrain.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04046993 , version 1 (27-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04046993 , version 1

Citer

Pauline Bonnet. Mechanical modelling of the source of glacial earthquakes in polar regions. Earth Sciences. Université Paris Cité, 2021. English. ⟨NNT : 2021UNIP7265⟩. ⟨tel-04046993⟩
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