Dissertations / Theses: 'Glace de mer – Plasticité'

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Girard, Lucas. "Vers un nouveau cadre de modélisation rhéologique de la banquise." Phd thesis, Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENU021.

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Abstract:

Fine couche de glace flottant à la surface des océans polaires, la banquise est un objet dynamique qui joue un rôle clé dans le système climatique. Isolant l'océan de l'atmosphère, la banquise contrôle par l'intermédiaire de l'épaisseur de glace et de la fraction d'eau libre les flux d'énergie entre ces deux milieux, et ce de manière fortement non linéaire : dans une banquise dont 0. 5% de la surface est constituée de fractures, 50% des flux de chaleur s'effectuent le long de ces fractures. Il apparait donc essentiel de mieux comprendre et modéliser les processus de déformation et de rupture de la banquise. Dans la première partie de ce travail, le cadre de modélisation mécanique actuellement utilisé dans les modèles de banquise, la rhéologie Visqueuse-Plastique (VP), est évalué sur la base des propriétés statistiques et propriétés d'échelle des vitesses de dérive et de déformation de la banquise. Ces propriétés jouent un rôle important pour les flux de chaleur air-mer et la production de glace, d'autre part elles peuvent être considérées comme une empreinte du comportement mécanique de la banquise. Cette évaluation met en évidence les limitations du cadre de modélisation VP et notamment son incapacité à reproduire les propriétés de déformation de la banquise. Cela suggère que la rhéologie VP n'est pas adaptée à la modélisation de la banquise. Le nouveau cadre de modélisation mécanique developpé au cours de cette thèse fait l'hypothèse que la déformation de la banquise est principalement accommodée par fracturation et glissement le long de failles (comportement fragile) sur une vaste gamme d'échelles (transmission de contraintes à grande distance). Dans ce nouveau modèle, baptisé la rhéologie Elasto-Fragile (EB), la banquise est considérée comme une plaque solide élastique, permettant les interactions à grande distance, associée à une loi d'endommagement progressive, décrivant un comportement fragile. Le modèle EB est premièrement utilisé pour mener une étude fondamentale sur la rupture dans les matériaux hétérogènes. Une divergence de la longueur de corrélation est mise en évidence à partir des fonctions de corrélation des évènements d'endommagement ainsi que par l'analyse d'échelle du champ de déformation. Les propriétés d'échelles du champ de déformation qui émergent à l'approche de la rupture sont proche de celles observées pour la déformation fragile des objets géophysiques tel que la banquise ou la croûte terrestre. Ces résultats soutiennent l'analogie entre rupture et point critique. Une application idéalisée de la rhéologie EB à la banquise Arctique, adaptée à des simulations courtes (3 jours), est présentée. Les propriétés statistiques et propriétés d'échelle obtenues pour la déformation simulée sont comparables à celles obtenues pour la banquise. Ces premiers résultats prometteurs soutiennent que les propriétés de déformation de la banquise émergent du comportement mécanique élasto-fragile de la banquise et motivent l'implémentation de la rhéologie EB dans les modèles globaux de banquise. Sur des périodes de temps plus longues, l'effet du regel des failles et fractures présentent au sein de la banquise doit être pris en compte. Une loi de cicatrisation décrivant ce processus est présentée ainsi que des résultats préliminaires de simulations prenant en compte cet aspect. Finalement, une méthodologie pour l'implémentation de la rhéologie EB dans un modèle global de banquise est présentée
In this thesis, new approaches are used to model the mechanical behavior of sea ice and to evaluate sea ice models in terms of ice drift and deformation. It is first shown how the statistical and scaling properties of sea ice drift and deformation can be used as an evaluation metric for sea ice models. These properties are known to play an important role regarding ice growth estimates and should therefore be captured in sea ice models. The evaluation metric is applied to simulations performed with a coupled ocean/sea ice model, where the mechanical behavior of sea ice is represented using the Viscous-Plastic (VP) rheology, as in most current global ocean and climate models. The VP model is shown to be unable to capture the statistical and scaling properties of sea ice deformation. As these properties are a signature of the ice mechanical behavior, it suggests that the VP rheology is inappropriate for sea ice modeling. The new mechanical model developped during this thesis is based on the hyopthesis that sea ice deformation is mainly accommodated by fracturing and frictional sliding (brittle behavior) over a wide range of scales (stresses can be transmitted on long distances). The main characteristics of this new model, named the Elasto-Brittle (EB) rheology, are progressive damage to represent the brittle behavior, and an elastic constitutive law to allow long-range elastic interactions to take place. The EB rheology is first used to carry out a fundamental study of fracture in heterogeneous media. Simulations show that fracture is preceded by a divergence of the correlation length, measured from a correlation analysis of discrete events and from a scaling analysis of the continuous strain-rate field. The scaling properties of deformation that emerge in the vicinity of failure ressemble those observed for the brittle deformation of geophysical objects such as sea ice or the earth's crust. These results, that argue for a critical point interpretation of fracture, are discussed in the context of fracture at geophysical scales. Secondly, short term simulations of the winter Arctic sea ice cover are carried out using the EB rheology. The results show that the EB rheology captures well the statistical and scaling properties of sea ice deformation, motivating the implementation of the EB rheology in global sea ice models. On longer time scales, sea ice can recover its mechanical properties through refreezing of fractures. A healing law accounting for this process is presented along with preliminary results from simulations accounting for the effect of healing. Finally, a methodology for the implementation of the EB rheology within a global sea ice model is presented and discussed

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Germe, Agathe. "Variabilité de la glace de mer en mer du Groenland : liens avec les forçages atmosphériques et océaniques à l'échelle interannuelle." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066629.

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Abstract:

L'objet de cette thèse est la compréhension des mécanismes contrôlant la variabilité spatio-temporelle de la concentration de glace de mer (SIC) en mer du Groenland, l'un des sites de formation d’eau dense de l’Atlantique Nord. Cette variabilité est caractérisée à partir des données satellitaires de concentration de glace obtenues par radiométrie hyperfréquence sur la période 1979-2007, en se concentrant sur la période convective (hiver et printemps). Trois modes de variabilité sont identifiés avec une forte dominance du premier mode qui représente 70% de la variance de la SIC dans la région. Les liens statistiques de ces modes avec les forçages atmosphériques sont examinés à partir des réanalyses du centre européen. On montre l'importance de la variabilité du vent méridien sur le mode dominant de SIC par son impact sur la dérive d’Ekman et un lien avec la température de surface de l’air mettant en jeu la rétroaction de la glace sur l’atmosphère via les flux de chaleur. Une étude complémentaire basée sur une classification en régimes de temps de Cassou et al. (2004) montre une réponse préférentielle de la SIC à la phase négative de la NAO. La construction d’un jeu de données hydrologiques homogène sur la période 1982-2006 a permis d’examiner le lien statistique entre les modes de variabilité de la SIC et l’activité convective dans le gyre du Groenland identifiée à partir d’un critère de stratification de la colonne d'eau. On met en évidence une corrélation significative entre la variabilité de la convection et le second mode de variabilité de la SIC associant un faible englacement dans le centre du bassin à une forte activité convective.

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Randall, Kevin. "La glace de mer arctique : Source ou puits d'oxyde nitreux?" Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/27428/27428.pdf.

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Abstract:

L’oxyde nitreux (N2O) est un gaz à effet de serre dont la présence dans la stratosphère contribue aussi à la destruction de l’ozone. Le but de cette étude, était de déterminer la présence de N2O dans la glace de mer de l’océan Arctique et d’évaluer l’impact de cette source potentielle sur l’atmosphère. Les concentrations totales de N2O dans les derniers 10 cm de la glace de mer et dans l’eau de surface sous-jacente au couvert de glace ont été quantifiées dans la mer de Beaufort de mars à avril 2008. Nos mesures ont mis en évidence des concentrations totales en N2O faibles et constamment sous-saturées par rapport à l’eau de surface sous-jacente au couvert de glace (ca. 40%) et à l’atmosphère (ca. 30%). Nous expliquons cette sous saturation par un rejet de la saumure riche en N2O lors de la formation de la glace à l’automne et à l’hiver. La glace de mer pourrait donc représenter une source de N2O pour l’atmosphère arctique pendant ces périodes.
Nitrous oxide (N2O) is a greenhouse gas which also plays a role in stratospheric ozone depletion. The objective of this study was to demonstrate the presence of N2O in Arctic sea ice, and to quantify the impact of this potential source to the atmosphere. Bulk concentrations of N2O in the bottom 10 cm of the sea ice and in the underlying surface waters were measured in the Beaufort Sea from March to April 2008. Our sea ice measurements revealed low N2O bulk concentrations with N2O being consistently undersaturated with respect to the underlying surface water (ca. 40% saturation) and the atmosphere (ca. 30% saturation). The most plausible mechanism to explain the low N2O sea ice concentrations is a loss of N2O via brine rejection during sea ice formation in autumn and winter. Sea ice could thus act as a source of N2O via brine rejection during sea ice formation in autumn and winter.

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Chevallier, Matthieu, and Matthieu Chevallier. "Prévisibilité saisonnière de la glace de mer de l'océan Arctique." Phd thesis, Université Paris-Est, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00806125.

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Abstract:

La glace de mer Arctique connaît actuellement de profondes mutations dans sa structure et sa variabilité. Le déclin récent de la couverture estivale de glace de mer Arctique, qui a atteint un nouveau record en septembre 2012, a relancé l'intérêt stratégique de cette région longtemps oubliée. La prévision de glace de mer à l'échelle saisonnière est ainsi un problème d'océanographie opérationnelle qui pourrait intéresser nombre d'acteurs économiques (pêche, énergie, recherche, tourisme). De plus, en tant que conditions aux limites pour l'atmosphère, la glace de mer peut induire une prévisibilité de l'atmosphère à l'échelle saisonnière, au même titre que les anomalies de température de surface de l'océan sous les tropiques. Nous présentons dans cette thèse la construction d'un système de prévisions saisonnières dédié à la glace de mer Arctique avec le modèle couplé CNRM-CM5.1, développé conjointement par le CNRM-GAME et le CERFACS. Nous passons en revue la stratégie d'initialisation, la réalisation et l'évaluation des hindcasts (ou rétro-prévisions). La communauté dispose d'observations de concentration de glace de mer, mais de très peu de données d'épaisseur à l'échelle du bassin. Afin d'initialiser la glace de mer et l'océan dynamiquement et thermodynamiquement, nous avons choisi d'utiliser la composante océan-glace de mer de CNRM-CM5.1, NEMO-GELATO. L'initialisation consiste à forcer NEMO-GELATO avec les champs météorologiques issus de la réanalyse ERA-Interim, sur la période 1990-2010. Des corrections appliquées aux forçages basées sur des observations satellitaires et in-situ nous permettent d'obtenir une bonne simulation de l'océan et de la glace de mer en terme d'état moyen et de variabilité interannuelle. L'épaisseur reste néanmoins sous-estimée. Quelques propriétés de prévisibilité intrinsèque de la glace de mer Arctique sont ensuite présentées. Une étude de prévisibilité potentielle diagnostique nous a permis de distinguer deux modes de prévisibilité de la glace de mer à l'aide du volume et de la structure sous-maille d'épaisseur. Un " mode de persistance " concerne la prévisibilité de la couverture d'hiver. La surface de glace de mars est potentiellement prévisible à 3 mois à l'avance par la seule persistance, et dans une moindre mesure à l'aide des surfaces couvertes par la glace relativement fine. Un " mode de mémoire " concerne la prévisibilité de la couverture estivale. La surface de glace de septembre est potentiellement prévisible jusqu'à 6 mois à l'avance à l'aide du volume et surtout de la surface couverte par la glace relativement épaisse. Ces résultats suggèrent donc qu'une bonne initialisation du volume et de la structure d'épaisseur en fin d'hiver permettrait une bonne prévisibilité des étendues de fin d'été. Les prévisions d'été et d'hiver présentent des scores particulièrement encourageants, que ce soit en anomalies brutes ou en anomalies par rapport à la tendance linéaire. Cela suggère une prévisibilité liée à l'état initial et non aux forçages externes imposés. L'analyse des prévisions d'été montre que le volume et les structures d'épaisseur de l'état initial expliquent l'essentiel des différentes prévisions, ce qui confirme l'existence du " mode de mémoire " malgré un fort biais radiatif. L'analyse des prévisions d'hiver suggère que l'étendue initiale explique une partie des différentes prévisions, un indice du " mode de persistance " des prévisions hivernales. Une analyse régionale des prévisions d'hiver permet de préciser le rôle de l'océan dans ces prévisions, et montre dans quelle mesure nos prévisions pourraient être utilisées de manière opérationnelle, notamment en mer de Barents

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Chevallier, Matthieu. "Prévisibilité saisonnière de la glace de mer de l'océan Arctique." Thesis, Paris Est, 2012. http://www.theses.fr/2012PEST1117/document.

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Abstract:

La glace de mer Arctique connaît actuellement de profondes mutations dans sa structure et sa variabilité. Le déclin récent de la couverture estivale de glace de mer Arctique, qui a atteint un nouveau record en septembre 2012, a relancé l'intérêt stratégique de cette région longtemps oubliée. La prévision de glace de mer à l'échelle saisonnière est ainsi un problème d'océanographie opérationnelle qui pourrait intéresser nombre d'acteurs économiques (pêche, énergie, recherche, tourisme). De plus, en tant que conditions aux limites pour l'atmosphère, la glace de mer peut induire une prévisibilité de l'atmosphère à l'échelle saisonnière, au même titre que les anomalies de température de surface de l'océan sous les tropiques. Nous présentons dans cette thèse la construction d'un système de prévisions saisonnières dédié à la glace de mer Arctique avec le modèle couplé CNRM-CM5.1, développé conjointement par le CNRM-GAME et le CERFACS. Nous passons en revue la stratégie d'initialisation, la réalisation et l'évaluation des hindcasts (ou rétro-prévisions). La communauté dispose d'observations de concentration de glace de mer, mais de très peu de données d'épaisseur à l'échelle du bassin. Afin d'initialiser la glace de mer et l'océan dynamiquement et thermodynamiquement, nous avons choisi d'utiliser la composante océan-glace de mer de CNRM-CM5.1, NEMO-GELATO. L'initialisation consiste à forcer NEMO-GELATO avec les champs météorologiques issus de la réanalyse ERA-Interim, sur la période 1990-2010. Des corrections appliquées aux forçages basées sur des observations satellitaires et in-situ nous permettent d'obtenir une bonne simulation de l'océan et de la glace de mer en terme d'état moyen et de variabilité interannuelle. L'épaisseur reste néanmoins sous-estimée. Quelques propriétés de prévisibilité intrinsèque de la glace de mer Arctique sont ensuite présentées. Une étude de prévisibilité potentielle diagnostique nous a permis de distinguer deux modes de prévisibilité de la glace de mer à l'aide du volume et de la structure sous-maille d'épaisseur. Un « mode de persistance » concerne la prévisibilité de la couverture d'hiver. La surface de glace de mars est potentiellement prévisible à 3 mois à l'avance par la seule persistance, et dans une moindre mesure à l'aide des surfaces couvertes par la glace relativement fine. Un « mode de mémoire » concerne la prévisibilité de la couverture estivale. La surface de glace de septembre est potentiellement prévisible jusqu'à 6 mois à l'avance à l'aide du volume et surtout de la surface couverte par la glace relativement épaisse. Ces résultats suggèrent donc qu'une bonne initialisation du volume et de la structure d'épaisseur en fin d'hiver permettrait une bonne prévisibilité des étendues de fin d'été. Les prévisions d'été et d'hiver présentent des scores particulièrement encourageants, que ce soit en anomalies brutes ou en anomalies par rapport à la tendance linéaire. Cela suggère une prévisibilité liée à l'état initial et non aux forçages externes imposés. L'analyse des prévisions d'été montre que le volume et les structures d'épaisseur de l'état initial expliquent l'essentiel des différentes prévisions, ce qui confirme l'existence du « mode de mémoire » malgré un fort biais radiatif. L'analyse des prévisions d'hiver suggère que l'étendue initiale explique une partie des différentes prévisions, un indice du « mode de persistance » des prévisions hivernales. Une analyse régionale des prévisions d'hiver permet de préciser le rôle de l'océan dans ces prévisions, et montre dans quelle mesure nos prévisions pourraient être utilisées de manière opérationnelle, notamment en mer de Barents
Sea ice experiences some major changes in the early 21st century. The recent decline of the summer Arctic sea ice extent, reaching an all-time record low in September 2012, has woken renewed interest in this remote marine area. Sea ice seasonal forecasting is a challenge of operational oceanography that could benefit to several stakeholders : fishing, energy, research, tourism. Moreover, sea ice is a boundary condition of the atmosphere. As such, as tropical sea surface temperature, it may drive some atmosphere seasonal predictability. The goal of this PhD work was to set up a dedicated Arctic sea ice seasonal forecasting system, using CNRM-CM5.1 coupled climate model. We address the initialization strategy, the creation and the evaluation of the hindcasts (or re-forecasts). In contrast to sea ice concentration, very few thickness data are available over the whole Arctic ocean. In order to initialize sea ice and the ocean dynamically and thermodynamically, we used the ocean-sea ice component of CNRM-CM5.1, named NEMO-GELATO, in forced mode. The initialization run is a forced simulation driven by ERA-Interim forcing over the period 1990-2010. Corrections based on satellite data and in-situ measurements leads to skilful simulation of the ocean and sea ice mean state and interannual variability. Sea ice thickness seems overall underestimated, based on the most recent estimates. Some characteristics of sea ice inherent predictability are then addressed. A diagnostic potential predictability study allowed us to identify two regimes of predictability using sea ice volume and the ice thickness distribution. The first one is the 'persistence regime', for winter sea ice area. March sea ice area is potentially predictable up to 3 months in advance using simple persistence, and surface covered by thin ice to a lesser extent. The second one is the 'memory regime', for summer sea ice area. September sea ice area is potentially predictable up to 6 months in advance using volume and to a greater extent the area covered by relatively thick ice. These results suggest that a comprehensive winter volume and thickness initialization could improve the summer forecasts. Summer and winter seasonal hindcasts shows very encouraging skills, in terms of raw and detrended anomalies. These skills suggest a predicatibility from initial conditions besides predictability due to the trend. Summer forecasts analysis shows that the volume and the ice thickess distribution explains a high fraction of the variance of predicted sea ice extent, which confirms the existence of the 'memory regime'. Winter forecasts also suggest the 'persistence regime'. A regional investigation of the winter hindcast helps precising the role of the ocean in the forecasts, and shows to what extent our system predictions could be used operationally, especially in the Barents Sea

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Lépy, Élise. "Les glaces de mer en Mer Baltique : Etude géographique et implications environnementales et sociétales à partir de l'étude comparée de la Baie de Botnie(Oulu, Finlande) et du Golfe de Riga (Lettonie)." Caen, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00444566.

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Abstract:

La thèse se propose d'tudier le phénomène de prise en glace saisonnière sur les littoraux et les espaces marins proches des Golfes de Botnie et de Riga (Mer Baltique), et l'impact de ces glaces marines hivernales sur leurs milieux physiques et humains. La problématique s'interroge donc sur les processus climato-maritimes responsables de l'embâcle et de la débâcle des glaces saisonnières sur ces littoraux et leurs mers bordières, et sur leurs conséquences environnementales, économiques et sociétales. L'intérêt de cette recherche réside en l'analyse comparative qu'elle engendre du fait de sa démarche à la fois environnementale et sociétale, à la charnière des questions de Nature et Sociétés propres à l'analyse géographique. L'étude des littoraux du fond de la Mer Baltique se concentre alors sur deux régions distinctes : celles d’Oulu en Finlande et de Riga en Lettonie. La comparaison, évoquée précédemment, de ces deux domaines politiquement, économiquement et culturellement différents est riche d'enseignement pour comprendre la diversité des réactions et des adaptations à la gestion de la contrainte naturelle imposée par ces phénomènes glaciels. Il s'agit donc, dans ce travail, d'analyser les caractéristiques glacielles de la Mer Baltique et la variabilité spatio-temporelle des processus d'embâcle et de débâcle à travers l'étude de l'extension de la glace marine, la durée de la saison glacielle, l'épaisseur de la banquise et de ses conditions climatiques. D'autre part, la diversité des formes d'occupation humaine et de l'adaptation des sociétés à ces phénomènes est analysée. Enfin, il s'agit de s'interroger sur les incidences socio-économiques de la variabilité historique des conditions glacielles ainsi que celles du réchauffement climatique contemporain sur les activités traditionnelles et actuelles hivernales et sur la navigation maritime

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Jourdain, Nicolas. "Simulations climatiques régionales couplées atmosphère - océan - glace de mer en Antarctique." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00266564.

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Abstract:

Dans le cadre du réchauffement climatique, la prédiction de la hausse du niveau des mers est un défit majeur. La contribution du bilan de masse de surface de l'Antarctique constituerait la seule contribution négative à la hausse du niveau des mers. D'un autre côté, la dynamique de la calotte pourrait réagir de façon non linéaire au changement climatique, et entrainer une accélération et un amincissement de certains glaciers (Meehl et al. 2007). Pour ces deux raisons, il convient de connaître précisément le climat de l'Antarctique. Les Modèles de climat globaux reproduisent mal certain aspects du climat Antarctique : les précipitations sont surestimées à cause de la topographie côtière trop lisse ; le bilan d'énergie en surface est mal représenté car les processus physiques impliquant la neige sont représentés de façon trop grossière. C'est pourquoi nous nous intéressons à la modélisation régionale, qui offre une meilleure résolution et une meilleure représentation des processus physiques.

Le climat de l'Antarctique implique la glace de mer, dont l'extension modifie par exemple l'humidité diponible pour l'atmosphère. Mais l'ensemble de l'océan joue également un rôle, car la formation d'eau dense près des côtes engendre des échanges relativement rapides entre la surface et l'océan profond. C'est pourquoi nous avons choisi de créer un modèle régional couplé atmosphère - glace de mer - océan. Le but de cette thèse est uniquement de développer et d'évaluer un tel modèle.

Pour l'atmosphère, nous utilisons le Modèle Atmosphérique Régional (MAR, Gallee et al. 2005). Ce modèle a été spécialement développé pour les régions polaires. Il se distingue des autres modèles climatiques régionaux par sa représentation élaborée de la neige, et par une représentation interactive de la neige soufflée par le vent. Pour l'océan et la glace de mer, nous utilisons NEMO (Nucleus for European Modeling of the Ocean), constitué de OPA-9 (Océan PArallélisé, Madec 2007) et de LIM-2 (Louvain Ice Model, Fichefet 1997). Le modèle d'océan utilise une paramétrisation élaborée de la diffusion turbulente le long des isopycnes et de la diffusion verticale. Le modèle de glace de mer utilise un modèle thermodynamique à trois couches, des équations dynamiques basées sur la rhéologie visco-plastique. Enfin, MAR et NEMO sont couplés grâce au logiciel OASIS-3 (Valcke et al. 2003). Le modèle résultant est appelé TANGO, pour Triade Atmosphère-Neige, Glace de mer, Océan.

Avant d'analyser des simulations de TANGO, il convient de connaître précisément le comportement de chacun des modèles lorsqu'ils sont forcés par des données. Dans un premier temps, nous testons la sensibilité de MAR à la représentation de la rugosité orographique. En simulant un cas de la littérature, nous montrons que MAR est capable de simuler des cyclones de méso-échelle ; nous montrons ensuite que le rôle des vents catabatiques côtiers dans la cyclogenèse est faible devant le rôle de l'écoulement synoptique, contrairement à ce que conjecturaient les travaux précédents. Comme les vents catabatiques côtiers dépendent fortement de la rugosité orographique des Montagnes Transantarctiques, les polynies de TANGO pourraient en dépendre ; c'est pourquoi nous avons réglé ce paramètre de façon à avoir des vents côtiers en accord avec les relevés des stations météorologiques. Enfin, nous montrons que la fraction de glace de mer a peu d'influence sur la circulation atmosphérique, probablement parce que notre méthode ne modifie pas la position des fronts de glace.

Estimer l'apport du couplage s'avère compliqué, car une partie du comportement de TANGO vient effectivement des rétroactions physiques permises par le couplage, mais une autre partie vient du changement de "forçages". En effet, MAR voit habituellement la glace de mer se SSM/I, et NEMO voit habituellement des champs atmosphériques issus des réanalyses ERA-40 ; dans TANGO, MAR voit donc les défauts de NEMO, et inversement. Pour évaluer la capacité de TANGO à représenter des rétroactions physiques, nous avons donc réalisé un jeu de simulations dans lequel MAR est forcé par les champs de surface de NEMO, et NEMO est forcé par les champs de surface de MAR. Les comparaisons entre ces simulations et les simulations couplées montrent que la couverture de glace de mer de TANGO diffère de celle de NEMO forcé par MAR, ce qui prouve que des rétroactions sont représentées. Dans le détail, nous identifions également une rétroaction impliquant la glace produite dans une polynie à l'automne, et une rétroaction impliquant les précipitations et la température de surface de l'océan.

Finalement, l'ensemble des évaluations de MAR sur l'océan ont permis des améliorations très récentes de MAR : H. Gallée a ainsi amélioré la prise en compte des nuages aux frontières, et les flocons de neige ont été introduits dans le schéma radiatif de façon à mieux simuler les températures de la couche limite sur la calotte. Ceci améliore également le comportement de TANGO. Cette étude souligne également l'importance du couplage, puisque la solution couplée diffère de la solution forcée, toutes paramétrisations étant égales. Nous concluons donc qu'il est nécessaire de poursuivre l'utilisation de TANGO.

Ces travaux ouvrent d'abord des perspectives à court terme, puisqu'il faudra analyser le détail des rétroactions mises en \oe uvre de façon à tenter de mieux comprendre le climat de l'Antarctique. Ensuite, TANGO pourra être utilisé à petite échelle et haute résolution pour l'analyse des polynies et des formations des masses d'eau dense impliquées dans les circulations océaniques profondes. Une autre possibilité sera d'utiliser TANGO à l'échelle de la calotte, de façon à travailler sur la régionalisation du changement climatique en Antarctique. Enfin, à plus long terme, il sera nécessaire de travailler sur le représentation des cavités sous les plate-formes glaciaires dans TANGO.

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Houssais, Marie-Noëlle. "Modelisation des interactions ocean-glace : application a la mer du groenland." Paris 6, 1987. http://www.theses.fr/1987PA066173.

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Abstract:

Les processus dynamiques et thermodynamiques du couplage glace-ocean sont etudies a l'aide d'une hierarchie de modeles numeriques. Un modele thermodynamique de glace de mer ou le flux de chaleur oceanique est impose revele l'influence de ce flux sur le cycle saisonnier d'epaisseur de la glace. L'influence de la derive de la glace sur les bilans locaux de fonte-congelation est examinee a l'aide d'un modele dynamique-thermodynamique de glace de mer

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Cusset, Fanny. "Importance de la glace de mer pour les oiseaux marins arctiques." Master's thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/36971.

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Abstract:

En Arctique, la productivité marine comprend deux floraisons successives de producteurs primaires, les algues deglace et le phytoplancton, qui sont étroitement liée à la phénologie de la glace de mer. Ceux-ci constituent la base du réseau trophique et fournissent l’énergie transférée vers les niveaux trophiques supérieurs. Ainsi, tout changement affectant la banquise arctique aura de fortes implications sur la phénologie des producteurs primaires, et affectera par conséquent tous les autres niveaux trophiques. Des études antérieures ont démontré le potentiel des Isoprénoides Hautement Ramifiés (HBIs) pour quantifier les contributions relatives des deux pools de producteurs primaires vers les niveaux trophiques supérieurs. Ici, nous combinons les HBIs avec les isotopes stables afin (i) d’évaluer si et à quel point les oiseaux marins arctiques dépendent de la glace de mer, et (ii) de déterminer si les variations de glace affectent leur écologie alimentaire et leur performance reproductive. L’étude cible deux espèces abondantes en Arctique présentant des écologies distinctes: le guillemot de Brünnich (Uria lomvia) et le fulmar boréal (Fulmarus glacialis). Pour chaque espèce, 60 œufs ont été récoltés sur l’île du Prince Leopold (Arctique canadien) pendant des années aux conditions de glace fortement contrastées (2010-2013). Les distributions en HBIs et les compositions isotopiques (carbone et azote) et énergétiques ont été analysées pour chaque œuf. Les résultats montrent que la présence de glace est bénéfique pour la performance reproductive des guillemots, avec des œufs plus gros et plus énergétiques pondus durant les années plus englacées. Les guillemots sont étroitement liés à la banquise et dépendent fortement de proies associées à la glace. Au contraire, les fulmars ne présentent aucune association claire aux communautés sympagiques, et les variations du couvert de glace n’affectent ni leur écologie alimentaire ni leur performance reproductive. De fait, les guillemots semblent plus vulnérables face aux changements climatiques à venir, alors que des espèces plus résilientes comme les fulmars pourraient en tirer avantage. Dans l’ensemble, notre étude souligne l’importance des approches multi-biomarqueurs afin de mieux appréhender l’importance des ressources sympagiques pour les prédateurs supérieurs au sein d’écosystèmes marins arctiques en pleine mutation.
In the Arctic, sea ice sets the clock for marine productivity. This includes two consecutive pulses of primary producers, sea-ice algae and phytoplankton, that constitute the basis of marine food webs and provide the energy transferred to higher trophic levels. As such, any change affecting Arctic sea-ice will have strong implications on the phenology of primary producers, and cascading effects on all other trophic levels. Previous studies demonstrated the potential of Highly Branched Isoprenoid biomarkers (HBIs) to quantify the relative contributions of the two pools of primary producers to higher trophic levels. Here, we combined HBIs with stable isotopesto (i) evaluate if and how much arctic seabird rely on sea ice, and (ii) determine if changes in sea ice affect their feeding ecology and reproductive performance. We focused on two Arctic species exhibiting contrasting ecologies: the thick-billed murre (Uria lomvia) and the northern fulmar (Fulmarus glacialis). For each species, 60 eggs were collected on Prince Leopold Island (Canadian Arctic) during years of highly contrasting ice conditions (2010-2013). Eggs were analysed for HBI distributions, isotopic (carbon and nitrogen) and energetic compositions. Results showed that murres were closely linked to sea ice and heavily relied on ice-associated prey. Sea ice presence was beneficial for murres’ reproductive performance, with larger and more energetic eggs laid during icier years. In contrast, fulmars did not exhibit a clear association with sympagic communities. Even large changes in sea ice did not seem to affect their feeding ecology or their reproductive performance. Murres therefore appear more vulnerable to changes and may become the losers of future climate shifts in the Arctic, while more resilient species such as fulmars might make the most of the situation. Overall, our study emphasises the importance of combining different biomarkers to better understand the importance of sympagic resources for top predators within changing Arctic marine ecosystems

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Houssais, Marie-Noëlle. "Modélisation des interactions océan-glace application à la mer du Groënland /." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb376059649.

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Martinerie, Patricia. "Teneur en gaz des glaces polaires : variations géographiques actuelles, variations au cours du dernier cycle climatique dans la région de Vostok." Grenoble 1, 1990. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01576069.

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Abstract:

La teneur en gaz (v) de la glace a ete utilisee dans les travaux anterieurs comme indicateur des variations d'epaisseur des calottes polaires en lien avec les changements du climat. Dans ce travail, une serie de tests experimentaux ont montre que la methode de mesure de v utilisee au lgge peut fournir des resultats absolus avec une precision de 1,5%. Un calcul est presente pour corriger les resultats de v de l'effet des bulles coupees en surface des echantillons, qui peut induire des pertes de gaz allant de 1 a 10. Les resultats concernant seize sites de forage permettent une description plus detaillee des variations geographiques actuelles de v avec la pression atmospherique et l'altitude. Ce travail confirme les variations thermiques du volume poreux de la glace au close-off (v#c) et ne montre pas de dependance claire de v#c en fonction de l'accumulation neigeuse. Une partie des ecarts par rapport a une augmentation lineaire de v#c avec la temperature pourrait refleter une influence du vent. Trois techniques analytiques differentes ont ete utilisees pour mesurer les variations de v dans les deux carottes les plus profondes de vostok, qui couvrent le dernier cycle climatique. Les differents resultats sont coherents et revelent des variations rapides et de large amplitude de v. Les contraintes imposees par la dynamique des calottes suggerent fortement que les variations a long terme de v ne peuvent etre interpretees uniquement en termes de variations d'epaisseur de la glace. Les impacts possibles de variations de la pression atmospherique et de variations non thermiques de v#c sont discutes

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Guerreiro, Kévin. "Amélioration des estimations d'épaisseur de glace de mer arctique par altimétrie spatiale." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30277.

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Abstract:

Les observations spatiales d'extension de glace de mer montrent que la banquise arctique a fortement réduit au cours des 40 dernières années, avec une nette tendance à l'accélération depuis la fin des années 1990. Bien que les processus expliquant cette fonte accélérée soient en partie compris, les modèles de banquise ne reproduisent pas clairement les variations d'extension observées. Cette mauvaise représentation des modèles est généralement attribuée à une méconnaissance des rétroactions climatiques. Parmi ces rétroactions, nous souhaitons nous intéresser à l'une d'entre elles en particulier: l'amincissement de la glace de mer. Cet amincissement est généralement associé à une fonte plus précoce et à une accélération de l'export de glace. L'amélioration de la représentation de l'épaisseur de banquise est donc nécessaire pour mieux comprendre les variations d'extension de banquise observées au cours des dernières décennies. Contrairement aux données d'extension de banquise, il n'existe pas à l'heure actuelle de données d'épaisseur de glace à l'échelle du Bassin Arctique couvrant une longue période (> 20 ans). En revanche, de multiples études ont montré qu'il était possible d'estimer l'épaisseur de glace à l'échelle du Bassin Arctique à partir de l'altimétrie spatiale. Pour mesurer l'épaisseur de glace par altimétrie, on emploie généralement la technique du "franc-bord". Cette méthode consiste à estimer par altimétrie spatiale l'épaisseur de glace émergée (le franc-bord) et à convertir cette mesure en épaisseur totale en résolvant l'équation d'hydrostatique qui existe entre la glace recouverte de neige et l'océan. La méthode du franc-bord a été appliquée à diverses missions altimétriques (ERS-2, Envisat et CryoSat-2) depuis 1995 et devrait ainsi pouvoir fournir une série temporelle d'épaisseur de glace de plus de 20 ans. Cela dit, il n'existe à ce jour aucune série temporelle d'épaisseur de glace couvrant plus de 6 années. Cette absence d'une longue série temporelle est principalement due à un manque de continuité de la mesure du franc-bord liée à l'évolution des techniques radar (altimétrie conventionnelle/altimétrie SAR) ainsi qu'aux incertitudes liées à la conversion du franc-bord en épaisseur de glace. Dans ce contexte, cette thèse a pour objectifs d'analyser les biais inter-missions de franc-bord et d'améliorer la conversion du franc-bord en épaisseur de glace en exploitant au mieux la mesure altimétrique. Pour remplir ces objectifs, un travail de fond est réalisé sur l'interaction de la mesure radar avec l'environnement de la banquise (neige, rugosité, etc). Les résultats de l'analyse de la mesure radar sur la banquise permettent d'établir la plus longue série temporelle d'épaisseur de glace de mer disponible à ce jour (2002-2016). L'analyse de cette série temporelle montre que la banquise s'est amincie en moyenne de 0.013(± 0.09) m/an au cours de la période 2002-2016. Cet amincissement est principalement attribué à la réduction de surface de glace pérenne ayant eu lieu au cours de la même période. La forte incertitude associée à cette tendance est quant à elle attribuée à l'importante variabilité inter-annuelle de l'épaisseur de banquise arctique
Satellite observations have shown that the arctic sea ice extent has strongly decreased during the last 40 years, with a clear increase of the shrinking since the 90's. While the mechanisms responsible for this accelerated shrinking are relatively well known, sea ice models do not clearly reproduce the observed extent variations. This inaccurate representation is generally attributed to a misunderstanding of the arctic system climate feedbacks. Among these feedbacks, we seek to study one of them in particular: the sea ice thinning. Sea ice thinning is generally associated with an earlier seasonal melt as well as an increase in sea ice export; both tend to accelerate the sea ice retreat. A good representation of sea ice thickness is therefore necessary to improve our understanding of the arctic sea ice extent variations observed during the last decades. Unlike sea ice extent data, there are currently no pan-Arctic sea ice thickness observations covering a large period (> 20 years). However, several studies have demonstrated the potential of satellite altimetry to retrieve sea ice thickness at a basin scale. To measure sea ice thickness from radar altimetry, the "freeboard" technique is generally employed. This methodology consists of estimating the thickness of the emerged sea ice (freeboard) from radar altimetry and then converting this measurement to sea ice thickness, using an equation for the hydrostatic equilibrium that exists between the snow covered sea ice and the ocean. The freeboard methodology has been applied to diverse altimetric missions (ERS-2, Envisat and CryoSat-2) since 1995 and should allow the retrieval of more than 20 years of pan-Arctic ice thickness. However, the previous estimates of sea ice thickness are data shorter than 6 years in duration. This absence of a long ice thickness time series is mostly due to the difficulty in providing continuity between the different altimetric missions (conventional altimetry/SAR altimetry) as well as to the uncertainties related to the freeboard-to-thickness conversion. In this context, this thesis makes an analysis of the freeboard inter-mission biases and improves the freeboard-to-thickness conversion in order to produce long term ice thickness estimates. To achieve these goals, a thorough analysis of the interaction between the radar signal and the sea ice parameters (snow, roughness, etc) is performed. The analysis of the radar signal physics over sea ice allows to derive the longest time series of arctic sea ice thickness ever established to this day (2002-2016). The analysis of this time series shows that sea ice has thinned from 0.013(± 0.09) m/year in average during the 2002-2016 period. The ice thinning is mainly attributed to the loss of perennial sea ice that occurred during the same period while the high uncertainty associated with this trend is associated to the important inter-annual variability of arctic sea ice thickness

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Côté, Jean-Sébastien. "Flux biologiques d'azote dans la glace de mer de l'archipel Arctique canadien." Master's thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/26544.

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Abstract:

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016
L'objectif principal de cette étude était de quantifier, à la base de la glace de mer de première année dans l’archipel Arctique canadien, la variabilité spatiale des principales réactions biologiques du cycle de l'azote, soit l'assimilation du nitrate et de l'ammonium, la nitrification, l'ammonification et la fixation de N₂ afin d’en comparer les taux et de les relier à la variabilité des conditions environnementales du milieu. Les flux d'azote quantifiés ont démontré une grande variabilité selon les conditions biologiques, physiques et chimiques de la glace. La productivité du milieu, estimée par la concentration en biomasse, modulait un grand nombre de ces flux, dont l’intensité relative était généralement semblable pour l'ensemble des sites échantillonnés malgré la variabilité des conditions environnementales. L’ammonification s’est avérée particulièrement importante, favorisant une assimilation conséquente de l’ammonium et une production essentiellement régénérée. Les résultats de cette étude approfondissent la compréhension des mécanismes régulant les flux biologiques d’azote dans la glace de mer et pourront servir à l’élaboration de scénarios futurs en resserrant la paramétrisation des modèles biogéochimiques.

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Le, Clainche Yvonnick. "Etude du couplage océan-glace-atmosphère et de l'impact de la glace de mer sur le climat des hautes latitudes." Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066274.

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Nadaï, Gabrielle, and Gabrielle Nadaï. "Impact de fonte tardive ou hâtive de neige et de glace sur l'export de microalgues dans la mer de Beaufort." Master's thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/37674.

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Abstract:

Les observations dérivées d’images satellites suggèrent que la réduction récente de l’étendue de la glace de mer a entraîné une augmentation de la production primaire en Arctique. Cependant, peu d’observations in situ sont disponibles pour confirmer ces estimations, en particulier au début de la saison de production. Les cellules de microalgues collectées dans des pièges à particules déployés sur trois sites de la mer de Beaufort au cours de trois à cinq cycles annuels de 2011 à 2017 ont été énumérées et identifiées afin d'étudier les changements dans le timing, l'abondance et la composition de l’export de microalgues en relation avec les variations dans le couvert de neige et de glace de mer. Les diatomées ont dominé les flux de microalgues avec différents assemblages au printemps-été (avril à août; Fragilariopsis spp. et Thalassiosira spp.) et à l'automne (septembre-novembre; Cylindrotheca closterium). La fonte des neiges ou la débâcle des glaces s'est produite dès la fin avril (2016) et jusqu'à la mi-août (2013). Les flux printemps-été des diatomées variaient de 0,05 à 500 mg C m⁻² (< 10⁵ à 1,25 x 10¹⁰ cellules m⁻²) et étaient négativement corrélés à la date de la fonte des neiges (r² = 0,35, n = 12) et à la débâcle des glaces (r² = 0,32, n = 12). L’exportation de l’algue de glace Nitzschia frigida reflète la libération des algues de glace au début de la fonte des neiges. Les flux maximaux de diatomées ont été systématiquement observés peu de temps après la débâcle des glaces. La contribution en pourcentage du flux de carbone associé aux microalgues (MC) au flux de carbone organique particulaire (POC) augmente avec l'ampleur du flux de diatomées. L'ampleur du flux de diatomées automnal relativement faible n'était pas corrélée de manière significative à la date de formation du couvert de glace (r² = 0,24, n = 10). Nos résultats sont généralement cohérents avec les observations satellitaires suggérant une augmentation de la biomasse de microalgues et le développement d’une prolifération de diatomées à l’automne en réponse à une saison libre plus longue dans les mers arctiques. Les variations à l’échelle régionale dans le régime de neige et de glace de mer ont une incidence directe sur le moment et l’ampleur de la production de microalgues et sur sa contribution à l’export de POC dans la mer de Beaufort. Avec le réchauffement climatique, la réduction continue du couvert de neige et de glace dans les mers arctiques entraînera une augmentation des flux de carbone vers le benthos et, potentiellement, une séquestration du carbone en profondeur.
Les observations dérivées d’images satellites suggèrent que la réduction récente de l’étendue de la glace de mer a entraîné une augmentation de la production primaire en Arctique. Cependant, peu d’observations in situ sont disponibles pour confirmer ces estimations, en particulier au début de la saison de production. Les cellules de microalgues collectées dans des pièges à particules déployés sur trois sites de la mer de Beaufort au cours de trois à cinq cycles annuels de 2011 à 2017 ont été énumérées et identifiées afin d'étudier les changements dans le timing, l'abondance et la composition de l’export de microalgues en relation avec les variations dans le couvert de neige et de glace de mer. Les diatomées ont dominé les flux de microalgues avec différents assemblages au printemps-été (avril à août; Fragilariopsis spp. et Thalassiosira spp.) et à l'automne (septembre-novembre; Cylindrotheca closterium). La fonte des neiges ou la débâcle des glaces s'est produite dès la fin avril (2016) et jusqu'à la mi-août (2013). Les flux printemps-été des diatomées variaient de 0,05 à 500 mg C m⁻² (< 10⁵ à 1,25 x 10¹⁰ cellules m⁻²) et étaient négativement corrélés à la date de la fonte des neiges (r² = 0,35, n = 12) et à la débâcle des glaces (r² = 0,32, n = 12). L’exportation de l’algue de glace Nitzschia frigida reflète la libération des algues de glace au début de la fonte des neiges. Les flux maximaux de diatomées ont été systématiquement observés peu de temps après la débâcle des glaces. La contribution en pourcentage du flux de carbone associé aux microalgues (MC) au flux de carbone organique particulaire (POC) augmente avec l'ampleur du flux de diatomées. L'ampleur du flux de diatomées automnal relativement faible n'était pas corrélée de manière significative à la date de formation du couvert de glace (r² = 0,24, n = 10). Nos résultats sont généralement cohérents avec les observations satellitaires suggérant une augmentation de la biomasse de microalgues et le développement d’une prolifération de diatomées à l’automne en réponse à une saison libre plus longue dans les mers arctiques. Les variations à l’échelle régionale dans le régime de neige et de glace de mer ont une incidence directe sur le moment et l’ampleur de la production de microalgues et sur sa contribution à l’export de POC dans la mer de Beaufort. Avec le réchauffement climatique, la réduction continue du couvert de neige et de glace dans les mers arctiques entraînera une augmentation des flux de carbone vers le benthos et, potentiellement, une séquestration du carbone en profondeur.
Microalgal cells collected in sediment traps deployed at three sites in the Beaufort Sea during three to five annual cycles from 2011 to 2017 were enumerated and identified to investigate changes in the timing, abundance and composition of microalgal export in relation to variations in snow and sea ice cover. Diatoms dominated the microalgal fluxes with different assemblages in spring-summer (April to August; Fragilariopsis spp. and Thalassiosira spp.) and autumn (September-November; Cylindrotheca closterium). Snowmelt or ice breakup occurred as early as late April (2016) and as late as mid-August (2013). The magnitude of the spring-summer diatom flux varied from ~0.05 to 500 mg C m⁻² (< 10⁵ to 1.25 x 10¹⁰ cells m⁻²) and was negatively correlated to snowmelt date (r² = 0.35, n = 12) and sea-ice breakup date (r² = 0.32, n = 12). The export of the ice-obligated algae Nitzschia frigida reflected the release of sea ice algae at the onset of snowmelt. Peak diatom fluxes were consistently observed shortly after seaice break-up. The percent contribution of microalgal carbon to the particulate organic carbon (POC) flux increased with the magnitude of the diatom flux. The magnitude of the relatively small autumnal diatom flux was not significantly correlated to freeze-up date (r² = 0.24, n = 10). Our results are generally consistent with satellite observations suggesting an increase in microalgal biomass and the development of an autumn diatom bloom in response to a longer ice-free season in Arctic seas. Variations at the regional scale in the snow and sea-ice regimes directly impact the timing and magnitude of microalgal production and its contribution to POC export in the Beaufort Sea. With global warming, the ongoing reduction of the sea-ice cover in Arctic seas will result in increased carbon fluxes to the benthos and, potentially, carbon sequestration at depth.
Microalgal cells collected in sediment traps deployed at three sites in the Beaufort Sea during three to five annual cycles from 2011 to 2017 were enumerated and identified to investigate changes in the timing, abundance and composition of microalgal export in relation to variations in snow and sea ice cover. Diatoms dominated the microalgal fluxes with different assemblages in spring-summer (April to August; Fragilariopsis spp. and Thalassiosira spp.) and autumn (September-November; Cylindrotheca closterium). Snowmelt or ice breakup occurred as early as late April (2016) and as late as mid-August (2013). The magnitude of the spring-summer diatom flux varied from ~0.05 to 500 mg C m⁻² (< 10⁵ to 1.25 x 10¹⁰ cells m⁻²) and was negatively correlated to snowmelt date (r² = 0.35, n = 12) and sea-ice breakup date (r² = 0.32, n = 12). The export of the ice-obligated algae Nitzschia frigida reflected the release of sea ice algae at the onset of snowmelt. Peak diatom fluxes were consistently observed shortly after seaice break-up. The percent contribution of microalgal carbon to the particulate organic carbon (POC) flux increased with the magnitude of the diatom flux. The magnitude of the relatively small autumnal diatom flux was not significantly correlated to freeze-up date (r² = 0.24, n = 10). Our results are generally consistent with satellite observations suggesting an increase in microalgal biomass and the development of an autumn diatom bloom in response to a longer ice-free season in Arctic seas. Variations at the regional scale in the snow and sea-ice regimes directly impact the timing and magnitude of microalgal production and its contribution to POC export in the Beaufort Sea. With global warming, the ongoing reduction of the sea-ice cover in Arctic seas will result in increased carbon fluxes to the benthos and, potentially, carbon sequestration at depth.

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Verbeke, Véronique. "Concentrations en gaz dans la glace de mer: développements techniques et implications environnementales." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2005. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210942.

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Abstract:

La glace de mer couvre jusqu’à 6% de la surface de notre planète. Autour du continent Antarctique, sa superficie varie entre 3.8 et 19 millions de km² (en février et septembre respectivement). Cette superficie présente des variations interannuelles. En parallèle, une évolution de la superficie de la glace de mer a également pour origine le réchauffement climatique global, très médiatisé à l’heure actuelle. Dans ce contexte, et étant donné le rôle que joue la banquise au sein de l’Océan Austral, des études de l’évolution de la glace de mer sont devenues fondamentales.

Ce travail a pour objectif d’étudier les relations complexes qui existent entre les processus chimiques, physiques et biologiques qui se déroulent au sein de la glace de mer. La détermination des propriétés physiques et de la composition chimique des glaces de mer correspond en effet à un pré-requis indispensable à l’étude des cycles géochimiques qui existent dans la banquise.

Différentes glaces de mer, naturelles ou artificielles, ont été analysées. Pour ce faire, les caractéristiques spécifiques à ce type de glace font que des méthodes d’analyse de la composition en gaz particulières ont été nécessaires.

Nous avons ainsi pu montrer que le contenu et la composition en gaz des différentes glaces analysées dépendent de facteurs physico-chimiques et de facteurs biologiques. L’impact des facteurs physico-chimiques se marque lors de l’incorporation initiale des impuretés dans la glace de mer et via une diffusion "post-génétique" tant que la glace est plus chaude que –5°C. En outre, les organismes photosynthétiques sont à l’origine d’une production d’oxygène et d’une consommation de dioxyde de carbone. La composition en gaz résultante peut donc être sensiblement différente de la composition atmosphérique ou de celle des gaz dissous dans l’eau de mer sous-jacente, en été comme en hiver. Il s’agit par conséquent de sérieusement envisager l’impact potentiel de la glace de mer et des microorganismes qu’elle contient, lors du réchauffement et de la débâcle, sur les échanges entre atmosphère et océan comme sur leurs compositions respectives.

Doctorat en sciences, Spécialisation géographie
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Perron, Christophe. "Développement d'une sonde à réflectance diffuse pour la mesure in-situ des propriétés optiques inhérentes de la glace de mer." Master's thesis, Université Laval, 2021. http://hdl.handle.net/20.500.11794/68628.

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Pineault, Simon. "Signature isotopique du carbone et de l'azote dans la matière organique particulaire de la glace de mer en Arctique : facteurs de contrôle et applications écologiques." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28049/28049.pdf.

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Salas, Y. Melia David. "Développement et validation d'un modèle couplé océan-glace de mer pour l'étude du climat des hautes latitudes." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00170895.

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Sauser, Christophe. "Les oiseaux marins polaires, sentinelles de la glace de mer : Réponses démographiques et traits d’histoire de vie." Thesis, La Rochelle, 2020. http://www.theses.fr/2020LAROS027.

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Abstract:

L’impact du changement climatique sur la glace de mer et les écosystèmes polaires qui en dépendent est reconnu depuis plusieurs décennies. Cependant, ces milieux sont généralement difficiles à étudier en raison de leur climat extrême, de leur isolement et des difficultés logistiques associées. Le manque de connaissances concernant les mécanismes reliant les traits d’histoire de vie des organismes polaires et la variation de la glace de mer est particulièrement préjudiciable à notre compréhension des conséquences du changement climatique sur les espèces longévives comme les oiseaux marins polaires. Ces derniers, généralement situés au sommet des réseaux trophiques, pourraient cependant constituer des espèces sentinelles des écosystèmes liés à la glace de mer. L’objectif de cette thèse est d’améliorer les connaissances sur les processus impliqués dans les réponses des populations de prédateurs marins polaires aux variations environnementales, et principalement les mécanismes liés à la glace de mer. Pour répondre à cet objectif nous nous sommes basés sur le suivi individuel à long terme de deux espèces d’oiseaux marins polaires, le pétrel des neiges (Pagodroma nivea) et le damier du Cap (Daption capense). Les deux espèces se reproduisent en milieu polaire. L’une est particulièrement dépendante de la glace de mer pour s’alimenter (le pétrel des neiges) tandis que l’autre préfère un habitat libre de glace (le damier du Cap). Au cours de ce travail, nous avons estimé l’influence de facteurs extrinsèques (forçages ascendants, descendants, météorologie locale) et intrinsèques (âge, expérience de reproduction, sexe, colonie) sur les réponses démographiques des espèces à l’aide de modèles multi-états de capture-marquage-recapture. Nous avons également testé l’influence des facteurs environnementaux sur les traits phénotypiques (condition corporelle et phénologie de reproduction) du pétrel des neiges. Chez les damiers du Cap nous montrons une diminution du succès reproducteur ainsi que l’influence de plusieurs paramètres extrinsèques (température de surface de l’eau de mer, prédation, météorologie locale) sur celui-ci. En parallèle nous montrons une augmentation de la survie des adultes et une corrélation de celle-ci avec l’oscillation Antarctique. Chez le pétrel des neiges, nous avons mis en évidence l’influence de la glace de mer et d’autres facteurs extrinsèques (prédation, oscillation Antarctique, météorologie locale) et intrinsèques (sexe, colonie, expérience de reproduction) sur de multiples traits démographiques. Nous avons également montré un décalage (retard) dans la phénologie de reproduction des pétrels des neiges en réponse à des changements environnementaux (concentration de glace de mer, vents) et nous avons constaté que la reproduction retardée avait un impact négatif sur la probabilité d'envol des poussins. Enfin nous avons aussi montré que la concentration de glace de mer et l’oscillation Antarctique ont une influence négative sur la survie et la condition corporelle des juvéniles de pétrel des neiges. Cette thèse permet d’apporter de nouvelles connaissances sur les liens entre glace de mer et les traits d’histoire de vie d’une espèce pagophilique, le pétrel des neiges et d’une espèce moins associée à la glace, le damier du Cap. Ces connaissances permettent de mieux appréhender les conséquences du changement climatique sur les oiseaux marins polaires et les écosystèmes polaires en général, et apporte une contribution à la compréhension de la dynamique des populations concernant les variations démographiques intra spécifiques à fine échelle spatiale
The impact of climate change on sea ice and polar ecosystems has been well recognized. However, these environments are generally difficult to study because of their extreme climate, isolation and the associated logistical difficulties. The lack of knowledge regarding the mechanisms linking the life history traits of polar organisms and sea ice variation limit our understanding of the consequences of climate change on long-lived species such as polar seabirds and sea ice ecosystems. Seabirds, generally located at the top of food webs, could however constitute sentinel species of ecosystems linked to sea ice. The objective of this thesis is to improve knowledge on the processes involved in the responses of polar marine predators to environmental variations, and mainly the mechanisms linked to sea ice. For this purpose we have based our analyses on the long-term monitoring of two polar seabirds, the snow petrel (Pagodroma nivea) and the Cape petrel (Daption capense). Both species breed in polar environments of the Southern Ocean. One is particularly dependent on sea ice for foraging (snow petrel) while the other prefers ice-free habitats (Cape petrel). During this PhD, we estimated the influence of extrinsic factors (top-down, bottom-up, local weather) and intrinsic factors (age, breeding experience, sex and colony) on the demographic responses of these two species using multi-states capture-recapture models. We also tested the influence of environmental factors on phenotypic traits (body condition and breeding phenology) of snow petrels. For the Cape petrel, we show a decrease in breeding success as well as an influence of several extrinsic parameters (sea surface temperature, predation, local weather) on this demographic parameter. We also show an increase in adult survival linked to variations of a large scale climate index, the southern annular mode. Modelling of the population dynamics using a matrix population model indicated a positive population growth rate and suggest that this species probably beneficiates from current climate changes. In snow petrels, we demonstrate the influence of sea ice and other extrinsic factors (predation, southern annular mode, local weather) as well as intrinsic factors (sex, colony, breeding experience) on multiple demographic traits (probabilities of survival, breeding, hatching, and fledging). We also show a shift (delay) in the breeding phenology of snow petrels in response to environmental changes (sea ice concentration, winds), and found that delayed reproduction negatively impacted the probability of fledging. Finally, we show that the sea ice concentration and the southern annular mode have a negative influence on the survival and body condition of juvenile snow petrels. This thesis provides new knowledge on the links between sea ice and the life history traits of two Antarctic polar seabirds characterized by specific dependence to sea ice. This knowledge helps to better understand the consequences of climate change on polar seabirds and polar ecosystems in general, and contributes to the understanding of population dynamics concerning intra-specific demographic variations at a fine spatial scale

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Salas, y. Mélia David. "Developpement et validation d'un modele couple ocean-glace de mer pour l'etude du climat des hautes latitudes." Toulouse 3, 2000. http://www.theses.fr/2000TOU30110.

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Abstract:

La banquise represente une composante importante du systeme climatique terrestre, qu'il faut prendre en compte afin de traiter convenablement les interactions ocean-atmosphere a l'echelle globale ou plus specifiquement dans les regions polaires. La banquise affecte en effet notablement les echanges de chaleur, d'eau et de quantite de mouvement entre l'atmosphere et l'ocean. Dans le but de modeliser ces interactions, une premiere etape a consiste a mettre en place un modele de banquise, gelato, qui comporte plusieurs developpements originaux. Celui-ci a ete couple au modele de circulation generale oceanique opa8. 0, developpe au lodyc (paris). L'ensemble ainsi forme est force par des flux atmospheriques calcules par le logiciel bulky (cerfacs), selon des methodes issues notamment des campagnes semaphore et sofia (dupuis et al. , 1997). Cela constitue une premiere adaptation de ces parametrisations de flux a la grande echelle. Les trois modeles, couples par le logiciel oasis du cerfacs, ont permis de realiser une experience de controle restituant convenablement les principales caracteristiques observees de la circulation oceanique globale et des couvertures de banquise arctique et antarctique. Des experiences de sensibilite aux forcages atmospheriques, conduites par ailleurs dans les memes conditions que celles de l'experience de controle, ont ensuite notamment demontre que l'etendue de la banquise dans les deux hemispheres presente une sensibilite importante a la temperature de l'air, mais plus limitee aux autres forcages. D'autres experiences, ou l'on modifie la physique de gelato, demontrent l'impact important d'un modele de banquise interactive sur la circulation oceanique globale. Ce systeme couple, developpe et valide

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Cohen-Solal, Emmanuelle. "Etude de l'énergétique du système climatique à l'aide d'un modèle couplé : atmosphère, océan superficiel, glace de mer." Paris 6, 1994. http://www.theses.fr/1994PA066088.

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Abstract:

Le but de cette thèse est l'exploitation d'un modèle couple atmosphère, océan superficiel, glace de mer, pour l'étude des interactions entre l'océan de surface et l'atmosphère. Le modèle couple qui n'avait jamais été testé auparavant est décrit dans une première partie (chapitre 2). Un intérêt particulier est porté au terme qui représente le transport de chaleur par les océans: son impact sur la thermodynamique de l'océan et sur la représentation générale de est analysé (chapitre 3). Le chapitre 4 est consacré à l'analyse des résultats du modèle à l'échelle saisonnière. Le comportement du modèle est satisfaisant et stable dans sa représentation du cycle annuel. Mais il existe des anomalies systématiques. Grâce à des études de sensibilité diverses, l'origine de ces anomalies est mieux cernée. Mais l'intérêt de ces expériences est plus large puisqu'elles permettent de révéler certains facteurs prépondérants du couplage (interaction océan-rayonnement, friction du vent en surface) et de mieux comprendre les interactions entre l'océan de surface (ou la glace de mer) et l'atmosphère. Enfin, le dernier chapitre (chapitre 5) fait l'analyse de la dérive climatique subie par notre modèle. On obtient des résultats originaux, au sens ou on met en évidence une composante lente atmosphérique qui déstabilise le système climatique pendant les cinq premières années de simulation. En particulier, on touche au problème de la représentation des propriétés radiatives des nuages hauts (cirrus) dans la région équatoriale: ces interactions nuage-rayonnement sont des phénomènes cruciaux mais néanmoins peu connus, pour la sensibilité des modèles de climat à des perturbations

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Khodri-Chouchou, Myriam. "Modélisation couplée Océan-Atmosphère-Glace de mer de la réponse climatique aux changements d'insolation du dernier interglaciaire." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066420.

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Haarpaintner, Jörg. "Formation de saumures par production de glaces de mer dans Storfjorden, Svalbard, estimée à partir d'images ers-2 sar et de simples modèles de dérive et formation de glaces de mer." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2001. http://www.theses.fr/2001VERSA003.

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Abstract:

L'étude a pour objectif d'estimer la quantité de saumures produites dans Storfjorden, par rejet de sel lors de la formation des glaces de mer. Pour cela, nous avons couple des observations d'sar d'ers-2 des glaces de mer, avec des simples modèles de dérive et de production de glace et des observations in situ. A l'aide de relevés hydrographiques pré- et post-hivernaux, les masses d'eaux, leur transformation et les courants sont décrits, et en particulier, l'augmentation en salinité liée aux saumures, induisant une circulation thermohaline locale. L'observation de la couverture de glace pendant l'hiver 1997-1998 a montre l'évolution d'une vaste banquise côtière, couvrant la partie peu profonde au nord de 78\ n, et de polynies récurrentes qui s'ouvrent sous l'effet des vents du nord, de la banquise côtière jusqu'au seuil du fjord a 77\ n. Les images sar ont été classées manuellement en banquise côtière, polynie et floes de première année. Les estimations de la polynie ont été interpolées par un modèle de dérive de glace. Sa composition en eau libre et jeune glace a été déterminée en supposant l'accumulation du frasil en une couche mince de jeune glace sur le bord de la polynie. L'application d'algorithmes de production de frasil dans l'eau libre et d'épaississement de la jeune glace, de la banquise côtière et des floes permis d'estimer une production de 40 km 3 de glace, dont deux tiers sont formes à l'intérieur des polynies qui ne couvrent en moyenne que 15% du fjord. . .

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St-Onge, Joanie. "Relation entre le diméthylsulfure (DMS), les structures hydrographiques et la glace de mer dans la baie de Baffin." Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66418.

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Abstract:

Les concentrations de diméthylsulfure (DMS) à la surface de l’eau ont été déterminées dans la baie de Baffin et dans l'archipel Arctique canadien au cours des étés 2017 (juillet-août) et 2018 (juillet). Plus de 3500 mesures de DMS ont été obtenues à l’aide d’un spectromètre de masse couplé à une trappe cryogénique et une membrane d’échanges gazeux (ACT-MIMS). Ces dernières ont été réalisées parallèlement à des mesures continues de la salinité, la température, la fluorescence (proxy pour la Chlorophyll a (Chl a)) et du rayonnement photosynthétiquement actif (PAR), ainsi que des mesures discrètes de diméthylsulfoniopropionate (DMSP). Les concentrations de DMS ont variées de 2 ordres de grandeur allant de 0.2 à 43.0 nmol L-1 en 2017 et de 1.6 à 55.0 nmol L-1 en 2018. Des points chauds de fortes concentrations de DMS (> 10 nmol L-1 ) ont été observés en association avec des fronts hydrographiques importants, ainsi que dans des eaux côtières à forte productivité. Dans les eaux libres du nord de la baie de Baffin, un gradient longitudinal des concentrations de DMS (croissant d'ouest en est, entre 1.0 nmol L-1 et 11.2 nmol L-1 ) était positivement corrélé avec les mesures de salinité, de température de surface et de Chl a. Ces résultats suggèrent que la dynamique du DMS est intimement liée aux propriétés physicochimiques et à la signature biologique des masses d'eau dans ce secteur. Des cas de forte concentration de DMS ont été observés à la lisière de la banquise de première année, renforçant le rôle de plus en plus reconnu de la glace de mer dans le cycle du DMS marin. Dans le nord de la mer du Labrador et du détroit de Davis, les concentrations de DMS en eaux libres ont présenté des différences jour-nuit de 2 ordres de grandeur avec des concentrations plus élevées la nuit, plus faibles le jour et des minimums à midi. Bien qu’il soit possible que ces résultats aient été influencés par d’autres facteurs, les concentrations de DMS ont diminué linéairement avec l’augmentation du rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) en 2017 ainsi qu'en 2018. Ces résultats suggèrent que, dans certaines régions, les concentrations de DMS peuvent être caractérisées par des variations importantes (> 10 nmol L-1 ) et rapides (< 24 h) qui seraient négligées par l’interpolation des données, où les données in situ sont manquantes. La présence de points chauds localisés de DMS démontre le potentiel d'utilisation d'instruments automatisés à haute résolution tels que l’ACT-MIMS afin de résoudre la distribution spatiale du DMS et contribuer à l'amélioration de la précision des prédictions des modèles d'émission du DMS.
Sea surface dimethylsulfide (DMS) concentrations were determined in Baffin Bay and parts of the Canadian Arctic Archipelago during the summers of 2017 (July-August) and 2018 (July). More than 3500 DMS measurements were obtained using a mass spectrometer coupled with a cryogenic trap and a gaseous exchange membrane (ACT-MIMS). These measurements were performed alongside continuous quantification of sea surface salinity (SSS), sea surface temperature (SST), fluorescence (proxy for Chlorophyll a (Chl a)), photosynthetically active radiation (PAR) and discrete measurements of dimethylsulfoniopropionate (DMSP). Concentrations of DMS varied over 2 orders of magnitude, from ca. 0.2 to 43.0 nmol L-1 in 2017, and from ca. 1.6 to 55.0 nmol L-1 in 2018. Surface water DMS hotspots (> 10 nmol L-1 ) were observed in association with hydrographic frontal structures, as well as in high productivity coastal waters. In the open water of northern Baffin Bay, an increasing west-to-east gradient of DMS concentrations was positively correlated with SSS, SST and Chl a, suggesting that upper ocean dynamics of DMS are linked to the physicochemical properties and biological signature of water masses in this sector. High DMS concentrations were observed at the ice-edge of ponded first-year ice providing further evidence to the increasingly recognized role sea ice plays in the cycling of marine DMS. In the northern Labrador Sea and Davis Strait, DMS exhibited day-night trends of 2 orders of magnitude with highest concentrations at night and midday minimums. Although it is possible these results were influenced by other factors, concentrations of DMS decreased with increasing PAR in 2017 as well as in 2018. These results suggest that, in some regions, DMS concentrations may be characterized by large (> 10 nmol L -1 ) and rapid (< 24 h) variations that would be neglected by data interpolation where in situ data are still sparse. The presence of localized DMS hotspots demonstrates the potential of using high-resolution automated instruments such as the ACT-MIMS to resolve the spatial distribution of DMS and contribute to the improvement of the accuracy of DMS emission model predictions.

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Balasoiu, Dimitri. "Modélisation et simulation du comportement mécanique de floes de glace." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALM045.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans un projet global de recherche sur la modélisation de la banquise, mené conjointement par TOTAL S.A. et l'université Grenoble Alpes. Ce projet à ammené au développement d'un modèle granulaire pour simuler l'évolution de la banquise, ainsi que le comportement mécanique des floes de glace. Une implémentation informatique du modèle permet de simuler les collisions d'un million de blocs de glace, ainsi que leurs interactions avec des structures rigides. La présente thèse améliore ce modèle granulaire, en proposant un modèle efficace de fracture des blocs de glace. Dans une première partie, on propose un modèle de fracture d’un floe de glace lorsque celui-ci est soumis à un déplacement de son bord. Notre modèle est un modèle variationnel, dans la lignée du modèle de Francfort et Marigo, et consiste à minimiser l'énergie totale du matériau. On montre que, sous certaines hypothèses, cette fonctionnelle d'énergie possède bien un minimum. Le modèle proposé est efficace, et peut être intégré dans le modèle de collision, qui gère le comportement d'un grand nombre de blocs. Cette efficacité repose sur une hypothèse géométrique forte, bien qu'atténuée par l'utilisation d'un chargement quasi-statique : nous supposons que les seules fractures admissibles sont des segments de droites. Dans une seconde partie, on cherche à dériver les conditions au bord lors de la percussion à partir d'un modèle mécanique discret. Pour ce faire, on se propose de considérer un matériau élastique comme la limite d'un réseau isotrope de masses, reliées entre elles par des ressorts. Sur un réseau discret, on connaît l'équation différentielle qui régit le mouvement de chaque masse ; on peut espérer en dériver une expression du déplacement au bord. Une première étape est de montrer que l'état d'équilibre du réseau discret approche l'état d'équilibre d'un matériel élastique, lorsqu'on fixe un déplacement du bord. On présente plusieurs résultats de Gamma-convergence de fonctionnelles discrètes, définies sur différents réseaux de ressorts, vers la fonctionnelle d'énergie élastique classique. On utilisera en particulier un réseau isotrope, obtenu à partir d'un processus stochastique ponctuel sur lequel on construit une triangulation de Delaunay. Dans ce cas, on proposera un résultat de Gamma-convergence presque sûre
This doctoral dissertation is part of a research project on sea ice modeling, initiated by TOTAL S.A. and the Université Grenoble Alpes.This project lead to the development of a granular model for the evolution of sea ice, and in particular the mechanical behavior of ice floes in the marginal ice zone.The implementation of the model can simulate the collisions of one million ice floes, and their interaction with rigid structures.This PhD thesis improves the current granular model by adding an efficient model for ice floe fracture.Firstly, we present a fracture model for an ice floe subject to a boundary displacement.This model is a brittle fracture model, relying on the work of citeauthor{GRIFFITH1921}.It is written in a variational framework inspired from that of citeauthor{FM98}'s model: we minimize the total energy of the material.We show that, under some hypothesis, the total energy of the ice floe has a minimum.This variational model is efficient, and can be used in the collision model which simulates the behavior of a large number of floes.This efficiency relies on a strong geometric hypothesis, although mitigated by the use of a quasistatic loading : we restrict the space of admissible fractures to the set of segment lines.Secondly, we present a research strategy to obtain an expression of the boundary displacement during the percussion of two ice floes.The strategy is the following : we consider the ice floe as the limit of an isotropic mass-spring lattice.For a given lattice, we can write the differential equation verified by each mass, and thus we hope to derive an expression of the boundary displacement.We identify three mathematical limits which we deem necessary to the understanding of the percussion phenomenon, and we obtain two of them.Doing so, we prove two Gamma-convergence results of discrete functionals, defined on different lattices, to the classical elastic energy.In particular, we work with a stochastic isotropic lattice, built as the Delaunay triangulation of a stochastic point process.In that case, we will prove the almost-sure Gamma-convergence

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Maksimovich, Elena. "L' impact des conditions météorologiques sur la variabilité de démarrage de la fonte sur la glace de mer en Arctique centrale." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066033.

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Abstract:

Le moment de démarrage de la fonte sur la glace de mer (Snow Melt Onset, SMO) a un impact sur la fonte intégrale de la glace de mer au cours de l'été et sur le volume résiduel de la glace à la fin de l'été polaire. La variabilité interannuelle et régionale de la SMO, est régulée par des flux de chaleur sur la glace. Une SMO précoce (retardé) est seulement et entièrement conditionnée par une accumulation de chaleur intense/hâtive (lente/tardive). Des observations satellitaires (SSM/I) démontrent que le démarrage de la fonte apparente (Melt Onset, MO) varie de 20-30 jours sur une distance de 25-50 km et d'une année à l'autre. Notre analyse des séries temporelles MO a révélé que ces données constituent une combinaison de la SMO (sur la glace) avec l'ouverture divergente dans les champs de glace (sans aucune fonte préalable). Pour extraire la SMO à partir de la MO il a fallu prendre en compte les concentrations de glace de mer. Les séries temporelles des flux de chaleur radiatifs et turbulents (ERA Interim) ont été appliqués pour examiner si elles peuvent expliquer les variations dans la SMO. Nous avons établis que les anomalies de bilan de flux (avant la fonte) expliquent une part importante de la variabilité interannuelle et régionale dans SMO en Arctique central. Le flux thermique radiatif a représenté/restitué les variations dans SMO mieux que d'autres termes de flux. Le rôle de la chaleur latente et sensible dans la fonte précoce (tardive) s’est manifesté par la perte réduite (renforcée) de la chaleur. Le rayonnement solaire n'a pas eu d'effet sur la variabilité de la SMO. Les anomalies des flux ont ensuite été examinées en relation avec les conditions météorologiques
Timing of spring Snow Melt Onset (SMO) on Arctic sea ice strongly affects the heat accumulation in snow and ice during the short melt season. This summertime heat uptake is quasi-linearly and inversely proportional to the remnant ice volume by the end of the melt season. On top of sea ice SMO timing, as well as its interannual and regional variations are controlled by surface heat fluxes. Anomalously early (delayed) SMO is due to large and early (weak and retarded) heat accumulation within the snowpack. Satellite passive microwave (SSM/I) observations show that the \textit{apparent} Melt Onset (MO) varies by 20-30 days interannually and over 25-50 km distance. These apparent MO records appear to be a complex blend of SMO on sea ice and sea ice opening due to divergent ice drift. We extracted SMO out of the apparent MO record using sea ice concentration data. Applying 20-year ERA Interim reanalysis of radiative and turbulent surface heat fluxes we examined how well the heat fluxes reflect the variations in SMO. Anomalies of heat fluxes in the pre-melt period explained a significant portion of the interannual and spatial variations in SMO within the central Arctic. The main term was the downward longwave radiation locally accounting for up to 90\% of the temporal SMO variations. The role of the latent and sensible heat fluxes in earlier/later SMO was not to bring more/less heat to the surface but to reduce/enhance the surface heat loss. Solar radiation alone was not an important factor for SMO timing. Anomalies in surface fluxes were examined also in relation to meteorological conditions. 20-year MO and SMO trends are towards earlier spring melt in the central Arctic Ocean

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Labrousse, Sara. "Beneath the sea ice : exploring elephant seal foraging strategy in Earth's extreme Antarctic polar environment." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066542/document.

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Abstract:

Les mammifères marins de l'Océan Austral sont des éléments essentiels des écosystèmes marins antarctiques et des sentinelles de l’état des océans polaires. Comprendre comment les conditions océanographiques déterminent leurs habitats préférentiels est essentiel pour identifier de quelle façon et dans quelle région ces mammifères acquièrent les ressources nécessaires à leur déplacement, leur croissance, leur reproduction et donc leur survie. Les éléphants de mer du Sud (Mirounga leonina) se déplacent dans l’océan austral à l’échelle des bassins océaniques pour s’alimenter en plongeant en moyenne à 500 m et jusqu’à 2000 m de profondeur. En fonction de leur colonie d’origine, de leur sexe, et de leur âge, ils exploitent des régions radicalement différentes de l’océan austral, mettant ainsi en œuvre des stratégies alimentaires diversifiées. Les éléphants de mer de Kerguelen utilisent deux zones préférentiellement: la zone du Front Polaire ou la zone Antarctique couverte par la banquise. Dans cette thèse, les stratégies alimentaires des voyages post-mue Antarctiques de 46 mâles et femelles éléphants de mer de Kerguelen ont été étudiées. Une série temporelle de 11 années (2004-2014) de données de déplacement, de plongées et de données hydrologiques a été analysée pour déterminer le rôle des paramètres océanographiques et de glaces de mer impliqués dans l’acquisition des ressources alimentaires des éléphants de mer en Antarctique. L’influence de la variabilité spatio-temporelle et interannuelle de la glace de mer associée à la position des mâles et des femelles ainsi que le rôle des polynies côtières sur les stratégies alimentaires des mâles en hiver ont été examinés
Understanding how physical properties of the environment underpin habitat selection of large marine vertebrates is crucial in identifying how and where animals acquire resources necessary for locomotion, growth and reproduction and ultimately their fitness. The Southern Ocean harbors one of the largest and most dynamic marine ecosystems on our planet which arises from the presence of two majors physical features, (i) the Antarctic Circumpolar Current and (ii) the seasonal sea ice cover region. In the Antarctic, marine predators are exposed to climate-induced shifts in atmospheric circulation and sea ice. However, because these shifts vary regionally, and because much remains to be understood about how individual animals use their environment, it has been difficult to make predictions on how animals may respond to climate variability. Southern elephant seals (Mirounga leonina) are a major consumer of Southern Ocean resources and use two main large scale foraging strategies, (i) feeding in the frontal zone of the Southern Ocean, or (ii) feeding in the seasonal sea ice region. In the present thesis I examined the winter post-moulting foraging strategies of 46 male and female Kerguelen southern elephant seals which utilized the second strategy. Using an eleven year time-series of tracking, diving, and seal-collected hydrographic data (from 2004-2014) I assessed their movements and foraging performance in relation to in situ hydrographic and sea ice conditions. The influence of both the spatio-temporal and inter-annual variability of sea ice around seal locations was investigated, and an investigation on the role of polynya for male elephant seal during winter conducted

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Pellichero, Violaine. "Étude de la dynamique de la couche de surface et des interactions surface/océan dans l'océan Austral sous la glace de mer." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2018. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2018SORUS029.pdf.

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Abstract:

L'océan Austral est une région clé pour la compréhension de la circulation océanique globale et du climat. C'est dans cette région qu'une large majorité des eaux de la planète est ventilée dans la couche de surface avant d'être réexpédiée dans l'océan profond. Ainsi la couche de surface de l'océan Austral est un élément central pour la compréhension de la circulation océanique planétaire. Malgré leur rôle fondamental dans la circulation océanique globale et dans le climat, la structure et les caractéristiques de la couche de mélange sont encore mal comprises dans la région Antarctique en raison d'un manque important d'observations in-situ. Cependant, le programme international MEOP (2004) a conduit au déploiement de milliers de capteurs hydrologiques sur des éléphants de mer, et offre une couverture spatiale de données inédites couvrant l’ensemble du cycle saisonnier. Dans cette thèse, nous exploitons ce jeu de données ainsi que d'autres plus conventionnels, afin de décrire les propriétés climatologiques et la dynamique de la couche de mélange sous la glace de mer en Antarctique. Les transferts verticaux entre la couche de mélange et l’océan plus profond, associés à la circulation de retournement y sont décrits aux échelles de temps saisonnières et inter-annuelles. Les résultats soulignent et quantifient le rôle primordial des flux d’eau douce, issus de la glace de mer et des précipitations, sur la transformation de masses d’eau sous la banquise. Nos conclusions suggèrent que des changements dans l’intensité de ces flux d’eau douce pourraient directement affecter les budgets de densité de la couche de mélange et impacter la circulation de retournement globale
The Southern Ocean is a key region for the understanding of the global ocean circulation and for the climate as a whole. In this region, a large majority of the ocean’s water masses are ventilated in the surface layer, before being sent back to the deep ocean. The surface layer of the Southern Ocean is therefore a central element for understanding the global ocean circulation. Despite their fundamental role in the global ocean circulation and climate, the structure and characteristics of the mixed-layer are still poorly understood in the Antarctic Polar Region due to a significant lack of in-situ observations.However, the international MEOP program (2004) has led to the deployment of thousands of hydrological sensors on Elephant Seals and offers a unique spatial coverage of new data that cover the entire seasonal cycle. In this thesis, we exploit this dataset and other more conventional data, to bring a new perspective on this unknown region. Based on these observations, we describe the climatological properties and dynamics of the mixed-layer under Antarctic sea-ice. The vertical transfers between the mixed-layer and the deep ocean, associated with the meridional overturning circulation, and the hydrographic variations of the water masses in the mixed-layer, are described at seasonal and inter-annual time scales. The results highlight the critical role of freshwater fluxes, induced by sea-ice and precipitations, on the transformation of water masses under the sea-ice. Our findings suggest that changes in the intensity of these freshwater fluxes would directly affect the buoyancy budgets of the mixed-layer and impact the large-scale overturning circulation

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Testut, Laurent. "Apport de la topographie à l'étude des calottes polaires." Toulouse 3, 2000. http://www.theses.fr/2000TOU30170.

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Jardon, Fernanda. "Etude de processus dynamiques et thermodynamiques dans l'océan et la glace de mer régissant l'activité des polynies côtières Arctiques : le cas du Storfjorden." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066093.

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Abstract:

Les polynies côtières ont un impact sur la circulation océanique et le système climatique. Ces régions constituent un lieu de formation d'eau dense par rejet de sel suite à la formation de glace. Les propriétés des ces eaux denses ont une forte variabilité interannuelle liée aux processus océaniques, cryosphériques et atmosphériques. La thèse porte sur l'étude de ces processus dans la polynie du Storfjord (Svalbard). Les observations hydrographiques de haute fréquence recueillies dans le fjord en Mars 2007 sont au coeur des analyses menées au cours de cette thèse. Des observations satellitales de concentration en glace ont été utilisées en liaison avec des simulations numériques: un modèle a été développé afin d'estimer la production de glace et le rejet de sel. Les conditions hydrographiques ont été caractérisées. La «Brine Enriched Shelf Water » formée en 2007 est plus dense que la moyenne des observations historiques. Afin de replacer ces observations dans un cadre plus large, des images de concentration en glace ont permis de quantifier l'activité de la polynie. Les observations ont aussi révélé deux phénomènes intéressants: (i) la présence d'eau super-refroidie et (ii) un épisode de rejet de sel issu de la glace. Les processus océaniques à haute fréquence conduisant à du mélange diapycnal ont été caractérisés. Le premier d'entre eux, faisant intervenir les marées barotropes et la génération de marée barocline, constitue une source d'énergie cinétique turbulente nécessaire au mélange. Le second processus, le rejet de saumures, se produit de manière sporadique en hiver mais l'intensité du mélange en résultant est supérieur de deux ordres de grandeur.

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April, André. "Étude de sensibilité et analyse thermodynamique de la formation et fonte de la glace de mer de la polynie des Eaux du Nord." Thèse, [Rimouski, Québec] : Université du Québec à Rimouski, 2006.

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Abstract:

Thèse (Ph.D.) -- Université du Québec à Rimouski, 2006.
Titre de lʹécran-titre (visionné le 23 avril 2007). Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat en océanographie. Comprend un résumé. CaQRU CaQRU CaQRU Bibliogr.: f. 151-162. Paraît aussi en éd. imprimée. CaQRU

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Michelot, Candice. "Le manchot Adélie, sentinelle de la glace de mer : étude du comportement de recherche alimentaire en réponse aux variations environnementales en période de reproduction." Thesis, La Rochelle, 2020. http://www.theses.fr/2020LAROS009.

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Une question centrale en écologie est la compréhension des effets des changements environnementaux sur les organismes et sur le fonctionnement des écosystèmes. L’Arctique et l’Antarctique se réchauffent plus rapidement que n’importe quelle autre région sur la planète, ce qui a des conséquences sur l’état de la glace de mer et par extension sur les espèces polaires qui en dépendent pour leur activité d’alimentation et de reproduction. L’objectif principal de cette thèse est de déterminer les réponses comportementales d’une espèce bio-indicatrice, le manchot Adélie, lors de son activité de recherche alimentaire face à des conditions de glace de mer variables, à différentes échelles de l’espèce : individuelle, populationnelle, inter-populationnelle. Nous nous basons sur un jeu de données d’activité d’alimentation (GPS, régime alimentaire) des manchots Adélie collectées chaque année depuis 2010 en Terre Adélie (Antarctique de l’Est), à chaque saison de reproduction dans plusieurs colonies. Nous avons mis en évidence des variations dans le comportement alimentaire de cette espèce en fonction des conditions et de la dynamique de la glace de mer, mais des réponses similaires entre individus et entre colonies faisant face à des conditions environnementales comparables. Nos résultats soulignent l’importance de certains habitats et de certaines conditions de glace pour une activité alimentaire optimale. Nous discutons des facteurs intrinsèques et extrinsèques à l’origine des variations observées, et de l’implication de telles variations sur le comportement reproducteur des manchots Adélie. Les résultats de cette thèse sont replacés dans un contexte de conservation des écosystèmes par la mise en place de mesures de protection efficaces basées sur l’écologie d’espèces sentinelles
A central question in ecology is the understanding of the environmental change effects on organisms and on the ecosystem functioning. The Arctic and Antarctic warm faster than any other region on Earth, which has consequences on the sea-ice state and by extent on polar species which depend on it for their breeding and feeding activities. The main objective of my PhD was to determine the behavioural responses of a bio-indicator species, the Adélie penguin, during its foraging activity facing variable sea-ice conditions, at different species levels : individual, population, inter-population. We use a foraging activity dataset (GPS data, diet) on Adélie penguins obtained collected each year since 2010 in Terre Adélie (East Antarctica), at each breeding season in several colonies. We highlight foraging behavioural variations in that species related to sea-ice conditions and dynamics, but similar responses between individuals and between colonies facing comparable environmental conditions. Our results highlight the importance of specific habitats and sea-ice conditions for an optimal foraging activity. We discuss about intrinsic and extrinsic factors at the origin of the observed variations, and of the implication of such variations on the reproductive behaviour of Adélie penguins. Those PhD results are replaced in a context of ecosystem conservation for the implementation of efficient protection measures based on the ecology of sentinel species

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Mainsant, Gildas. "Réponse des masses d'eau intermédiaires et modales de l'océan Austral au mode annulaire austral : les processus en jeu et rôle de la glace de mer." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENU060/document.

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Les tendances climatiques récentes montrent un réchauffement et un adoucissement des couches de surface dans la région du courant circumpolaire antarctique (ACC).Sur la même période, les vents d'ouest pilotant la circulation de l'océan Austral ont significativement augmentés. Cette augmentation est en partie liée à l'intensification du mode annulaire austral (SAM), principal mode de variabilité atmosphérique au sud de 20°S. Dans cette thèse, on s'intéresse à comprendre les effets de la tendance positive du SAM sur les propriétés des masses d'eau formées dans la région de l'ACC.A cette fin, on met en place une stratégie de simulations régionales couplées océan-glace de mer et forcées par une série de scénarios atmosphériques perturbés. Les scénarios atmosphériques sont construits à partir de réanalyses atmosphériques afin de décrire les différentes composantes (dynamiques et thermodynamiques) des changements liés au SAM.En réponse à l'intensification du SAM, les simulations montrent une forte salinisation de la couche de mélange océanique ainsi que des eaux modales (SAMW) et intermédiaires (AAIW).L'essentiel de ces changements peut être attribué aux composantes dynamiques du SAM. Dans les régions saisonnières englacées, les composantes thermodynamiques du SAM peuvent jouer un rôle important (en particulier en mer d'Amundsen et en mer de Weddell). Les simulations montrent également le rôle clef joué par la glacede mer dans la médiation des changements atmosphériques vers l'océan intérieur. Ces résultats de simulations suggèrent que le SAM ne serait pas le seul pilote des tendances climatiques récentes dans l'océan Austral
Recent climate trends show a warming and freshening of the surface layers in the region of the Antarctic Circumpolar Current (ACC). Over the same period, the westerlies driving the circulation of the Southern Ocean have significantly increased. This increase is partly due to the intensification of the Southern Annular Mode (SAM), the main mode of atmospheric variability south of 20°S. In this thesis, we are interested in understanding the effects of the positive trend of the SAM onto the properties of water masses formed in the region of the ACC. To do so, we implement a strategy of regional coupled ocean-sea ice simulations forced by a series of atmospheric disturbance scenarios.These scenarios are constructed from atmospheric reanalyses in order to describe the various components (dynamic and thermodynamic) of the changes related to the SAM. In response to the increase of the SAM, the simulations show a significant salinification of the ocean mixed layer and of the mode water (SAMW) and intermediate water (AAIW).Most of these changes can be attributed to the dynamic components of the SAM. In Seasonal Ice Zone, the thermodynamic components of the SAM can play an important part (especially in Amundsen Sea and Weddell Sea). The simulations also show the key role played by sea ice in mediating atmospheric changes toward the interior ocean.These simulation results suggest that SAM is not the only driver of recent climate trends in the Southern Ocean

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Mathiot, Pierre. "Influence du forçage atmosphérique sur la représentation de la glace de mer et des eaux de plateau en Antarctique dans une étude de modélisation numérique." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00375960.

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La représentation dans un modèle numérique de la circulation générale océanique de la formation des eaux denses de plateau et des intéractions entre la glace de mer, l'océan et l'atmosphère en Antarctique est indispensable pour une simulation réaliste des masses d'eau profonde et de la circulation thermohaline de l'océan global. Dans ce travail, j'ai cherché à améliorer la modélisation des phénomènes importants pour la formation et la modification des eaux denses présentes sur le plateau continental antarctique (glace de mer, ice shelves, forçage atmosphérique) dans le code d'océan/glace de mer NEMO. J'ai montré, avec des simulations régionales réalistes, que les réglages fins proposés pour le modèle de glace, l'implémentation de la paramétrisation des ice shelves, ainsi qu'une meilleure représentation des vents catabatiques ont chacun des impacts positifs sur les propriétés de la glace de mer, des polynies et des eaux de plateau. Cependant, les défauts initiaux ne sont pas totalement corrigés. Afin de rectifier les problèmes restants, des simulations sont effectuées avec un forçage atmosphérique adapté au continent Antarctique par un downscaling des réanalyses atmosphériques globales ERA40 réalisé par un modèle atmosphérique de mésoechelle. Ces simulations montrent que des améliorations bien plus importantes que celles réalisées précédemment peuvent être obtenues en changeant la température, l'humidité et le vent de surface, autant en terme de glace de mer que de densité de masses d'eau présentes sur le plateau continental. Malgré ces perfectionnements, des efforts importants restent à faire au niveau du forçage atmosphérique, du modèle de glace et des ice shelves

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Mathiot, Pierre. "Influence du forçage atmosphérique sur la représentation de la glace de mer et des eaux de plateau en Antarctique dans une étude de modélisation numérique." Phd thesis, Grenoble 1, 2009. http://www.theses.fr/2009GRE10013.

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La représentation dans un modèle numérique de la circulation générale océanique de la formation des eaux denses de plateau et des intéractions entre la glace de mer, l'océan et l'atmosphère en Antarctique est indispensable pour une simulation réaliste des masses d'eau profonde et de la circulation thermohaline de l'océan global. Dans ce travail, j'ai cherché à améliorer la modélisation des phénomènes importants pour la formation et la modification des eaux denses présentes sur le plateau continental antarctique (glace de mer, ice shelves, forçage atmosphérique) dans le code d'océan/glace de mer NEMO. J'ai montré, avec des simulations régionales réalistes, que les réglages fins proposés pour le modèle de glace, l'implémentation de la paramétrisation des ice shelves, ainsi qu'une meilleure représentation des vents catabatiques ont chacun des impacts positifs sur les propriétés de la glace de mer, des polynies et des eaux de plateau. Cependant, les défauts initiaux ne sont pas totalement corrigés. Afin de rectifier les problèmes restants, des simulations sont effectuées avec un forçage atmosphérique adapté au continent Antarctique par un downscaling des réanalyses atmosphériques globales ERA40 réalisé par un modèle atmosphérique de mésoechelle. Ces simulations montrent que des améliorations bien plus importantes que celles réalisées précédemment peuvent être obtenues en changeant la température, l'humidité et le vent de surface, autant en terme de glace de mer que de densité de masses d'eau présentes sur le plateau continental. Malgré ces perfectionnements, des efforts importants restent à faire au niveau du forçage atmosphérique, du modèle de glace et des ice shelves
The representation in numerical models of dense shelf water formation and interaction between sea ice, ocean, and atmosphere are essential for realistic simulation of bottom water mass and thermohaline circulation. The purpose of this work is to improve the representation of basic processes controling the formation and modification of shelf dense water in Antarctic like sea ice, ice shelves and forcing fields in NEMO ocean/sea-ice model. Series of realistic simulations show that fine tuning for the sea ice model, ice shelf parametrization, and katabatic winds correction have a positive impact on simulated sea ice, polynya and shelf water properties. However, these improvements are not able to correct all initial flaws. Other simulations are carried out, to test the effect of adifferent atmospheric forcing obtained from a regional downscaling of global reanalysis ERA40 in Antarctic area, performed with a regional mesoscale atmospheric model. This work shows that turbulent atmospheric variables (temperature, humidity and wind) have a strong positive impacts on sea ice and shelf water properties. This impact is greater that the tuning, parametrization and correction performed previously. Nevertheless, great effort are yet necessary to produce the regional forcing fields that sea-ice and ice shelves require

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Riedel, Andrea Joyce. "Influence des substances exopolymériques et des microorganismes hétérotrophes sur le cycle du carbone de la glace de mer, sur le plateau du Mackenzie, dans l'Arctique canadien." Thèse, [Rimouski, Québec] : Université du Québec à Rimouski, 2006.

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Thèse (Ph. D.) -- Université du Québec à Rimouski, 2006.
Titre de l'écran-titre (visionné le 1er novembre 2007). Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat en océanographie. CaQRU CaQRU Bibliogr.: f. [127]-141. Publié aussi en version papier. CaQRU

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Lannuzel, Delphine. "Iron biogeochemistry in the Antartic sea ice environment." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2006. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210775.

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Garric, Gilles. "Simulation couplée globale : atmosphère, banquise et océan superficiel." Toulouse 3, 1996. http://www.theses.fr/1996TOU30241.

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Les regions polaires representent les principaux puits d'energie de la planete et maintiennent le gradient thermique entre l'equateur et les poles responsable de la circulation generale de l'atmosphere et de l'ocean. Les regions couvertes de glace, jouent, de plus, un role crucial dans l'equilibre energetique et massique de la planete. Les simulations climatiques utilisant des modeles de circulation generale (mcg) doivent donc representer ces regions de maniere adequate pour etudier fidelement les changements climatiques d'origine anthropique. La litterature presente peu d'etudes detaillees de la simulation climatique des regions polaires et de leurs interactions avec l'atmosphere. Le travail dans cette these consiste a developper un modele couple a partir d'un mcg atmospherique (mcga) et d'un modele de banquise-ocean superficiel. Le cycle saisonnier d'une experience menee avec ce nouveau modele couple est analyse. Le mcga est tout d'abord etudie dans sa version decouplee et une analyse detaillee des regions polaires est effectuee. Une experience menee avec le modele de banquise-ocean superficiel force par les conditions atmospheriques du mcga simule un faible volume de glace de mer, une insuffisante etendue de banquise et une glace trop compacte. Comparee a cette derniere, une experience couplee menee sur 5 ans produit des temperatures plus realistes, un volume de glace plus important et une couverture de banquise plus etendue. Le modele couple simule toutefois une banquise trop compacte. Les taux de production de glace sont analyses dans les deux simulations

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Oziel, Laurent. "Variabilité de la mer de Barents et son impact sur le phytoplancton." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066483/document.

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La mer de Barents possède un écosystème particulièrement riche. Elle est affectée par le changement climatique actuel, comme le reste de l'Arctique. L'effet le plus visible et le plus connu est la réduction spectaculaire de la banquise. On examine dans cette thèse les répercussions de ces changements sur l'hydrologie et le phytoplancton en mer de Barents. Pour cela, on s'appuie sur la création d'une base de données historiques comprenant les paramètres hydrologiques et bio-géochimiques. Un modèle 3D bio-géochimique spécifique à l'écosystème arctique est aussi utilisé quand les observations sont manquantes. Enfin, les données satellites fournissent des séries temporelles de concentration de glace, de Chlorophyle-a...La mer de Barents est caractérisée par un front polaire séparant les eaux atlantiques issues des mers Nordiques des eaux arctiques dont la position est connue à l'ouest de 35°E. Nous avons pu montrer que ce front se sépare en deux branches dans l'Est du bassin: le front du Nord et le front du Sud. Ces fronts enferment les eaux de la mer de Barents qui se forment en hiver. Un doublement du volume des eaux atlantiques (une " Atlantification " de la mer de Barents), a aussi été mise en évidence. Elle accompagne un déplacement des fronts Nord et Sud vers le Nord-est. Le volume des eaux de la mer de Barents reste inchangé.Ces changements, affectant l'hydrologie et la glace de Mer, ont un impact significatif sur le phytoplancton. Les deux efflorescences qui le caractérisent ont lieu plus au Nord et à l'Est. La biomasse totale annuelle a augmenté de 40% lors des deux dernières décennies. Ce travail montre que les conditions de glace de mer et la structure frontale sont les paramètres clefs dirigeant la variabilitéinter-annuelle du phytoplancton
The Barents Sea has a particularly rich ecosystem. This is an Arctic region subject to intense climate changes. The drastic decrease in sea ice cover is the most visible effect. What are the impacts of these climatic changes on the hydrology and phytoplankton? In order to answer these questions, this thesis relies on the creation of an extensive historical database of physical and bio-geochemical parameters. A 3D bio-geochemical model with an Arctic specific ecosystem is used when observations are lacking. At least, remote sensing data provides valuable time series of Ice concentration, Chlorophyll-a... The Polar Front, separating the Atlantic Water coming from the Nordic Sea from the Arctic Water, is the principal feature of the Barents Sea region. Its position is known west of 35°E, but we showed that the polar front splits into two branches in the East part of the Barents Sea: the "Southern Front" and the "Northern Front". They enclose the winter locally formed Barents Sea Water. An “Atlantification”, illustrating a doubling of the Atlantic Water volume, has been evidenced and goes along with a North-eastward shift of the fronts. These hydrological and sea ice changes have a significant impact on the phytoplankton development. The two blooms of the Barents Sea occur further North and East with a 40% total anual biomass increase for the last two decades. This study suggests that the winter sea ice conditions and the frontal structure are the key mechanisms driving the inter-annual phytoplankton variability

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Boutin, Guillaume. "Interactions vagues-banquise en zones polaires." Thesis, Brest, 2018. http://www.theses.fr/2018BRES0050/document.

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Abstract:

La banquise, qui couvre de larges étendues de l’océan près des pôles, est une composante majeure du climat. Le réchauffement de la planète entraîne sa fonte massive, en particulier en Arctique.Là où l’extension de la banquise diminue, l’augmentation du fetch est associée à une élévation de la hauteur des vagues, laissant penser que les effets liés aux interactions vagues-glace pourraient s’accroître dans le futur. L’évolution rapide de la banquise associée à l’intensification des activités humaines dans les régions polaires pressent à améliorer notre connaissance de ces interactions.La banquise atténue les vagues. Elles peuvent néanmoins s’y propager et briser la glace sur de longues distances. L’atténuation dépend des propriétés de la glace comme l’épaisseur, la taille des plaques... Les plaques de glace une fois cassées sont plus susceptibles de dériver et de fondre. En outre, lors de l’atténuation, les plaques sont poussées dans la direction de propagation des vagues.Une représentation simple de la banquise dans un modèle de vagues intégrant une distribution de la taille des plaques nous a permis de montrer l’importance des mécanismes dissipatifs dans l’atténuation, notamment ceux induits par la flexion de la glace.Après avoir été validé, ce modèle a été couplé à un modèle de glace. La taille des plaques est échangée et utilisée dans le calcul de la fonte latérale. La force exercée par les vagues sur la banquise est également envoyée depuis le modèle de vagues. En été, cette force compacte la glace et tend à diminuer la fonte, augmentant significativement la température et la salinité des eaux de surface au bord de la banquise
Sea ice, which covers most of the ocean near the poles, is a key component of the climate system. Global warming is driving its massive melting, especially in the Arctic. Where sea ice cover decreases, fetch increases leading to more energetic sea states. This means potentially enhanced wavesice interactions effects in the future. The quick evolution of sea ice extent and volume combined with the intensification of human activities in polar regions urge us to improve our understanding of waves-ice interactions.Sea ice attenuates waves. They can however propagate through it and break it far into the ice cover. Attenuation depends on ice properties such as floe size, thickness, etc. Once broken, resulting floes are more likely to drift and melt. In addition, wave attenuation yields a force which pushes the floes in the direction of wave propagation.A simplified representation of sea ice, including a floe size distribution, has been incorporated in a wave model.It allows us to show the important contribution of dissipative mechanisms in the wave attenuation, especially those induced by the bending of the ice plates. After validation, the modified wave model is coupled to an ice model. The floe size distribution is exchanged in the coupled framework and used in ice lateral melt computation. The force exerted by the waves on the ice floes is sent from the wave model and is shown to compact sea ice in summer. This reduces the melting and significantly increases the temperature and salinity in the surface ocean close to the ice edge

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Kilic, Lise. "Estimation des paramètres de surface des océans et de la banquise à partir d’observations micro-ondes basses fréquences." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS167.

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Les océans et la banquise jouent un rôle important dans le système climatique et météorologique. Une future mission satellite en micro-ondes passives basses fréquences, conçue pour observer les régions polaires est actuellement à l’étude à l’Agence Spatiale Européenne pour l’expansion du programme Copernicus. Les observations satellites en micro-ondes passives permettent une observation de la surface de la Terre par tous temps, aussi bien de jour que de nuit. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’estimation des paramètres de surface de l’océan et de la banquise à partir des observations satellites micro-ondes passives basses fréquences. L’objectif est de développer de nouvelles méthodes d’estimation de ces paramètres qui soient plus efficaces et adaptées à la future mission satellite micro-onde passive CIMR (Copernicus Imaging Microwave Radiometer). La première partie de la thèse traite de l’estimation des paramètres océaniques tels que la température de la surface de la mer, la salinité et la vitesse du vent océanique. La deuxième partie traite de l’estimation des paramètres de la banquise tels que la concentration en glace, l’épaisseur de neige et la température d’interface neige-glace. Enfin, avec les méthodes développées dans cette thèse les performances de la mission CIMR sont évaluées et comparées à celles des missions actuelles
The oceans and sea ice play an important role in the climate and weather system. A future low-frequency passive microwave satellite mission designed to observe the polar regions is currently under study at the European Space Agency for the expansion of the Copernicus programme. Passive microwave satellite observations provide all-weather observation of the Earth surface, both day and night. In this thesis, we are interested in estimating ocean and ice surface parameters from low-frequency passive microwave satellite observations. The objective is to develop new methods for estimating these parameters that are more efficient and adapted to the future passive microwave satellite mission CIMR (Copernicus Imaging Microwave Radiometer). The first part of the thesis deals with the estimation of ocean parameters such as sea surface temperature, salinity and ocean wind speed. The second part deals with the estimation of sea ice parameters such as sea ice concentration, snow depth and snow-ice interface temperature. Finally, with the methods developed in this thesis, the performances of the CIMR mission are evaluated and compared with the current missions

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Fontaine, Emmanuel. "Masse des cristaux de glace et facteurs de réflectivité radar dans les systèmes de nuages convectifs de moyenne échelle formés dans les Tropiques et la région de la mer Méditerranée." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22527/document.

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Cette thèse s’intéresse à la variabilité de la relation mass-diamètre (m(D)) des hydrométéores en phase glace présents dans les systèmes convectif de moyenne échelle (MCS). Elle s’appuie sur une base de données acquise pour 4 types de MCS différents durant 4 campagnes de mesure aéroportée : (i) MCS de la mousson Africaine (Continent ; MT2010), (ii) MCS de l’océan Indien (MT2011), (iii) MCS de la Méditerranée (côtes ; HyMeX), (iv) MCS de la mousson Nord-Australienne (côtes ; HAIC-HIWC). La relation m(D) est calculée à partir de l’analyse combinée des images des hydrométéores enregistrées par les sondes optiques et les facteurs de réflectivité mesurés à l’aide d’un radar Doppler embarqués sur le même avion de recherche. Il est d’usage que la relation m(D) des hydrométéores soit représentée par une loi puissance (avec un pré-facteur et un exposant), qui doit être contrainte par des informations supplémentaires sur les hydrométéores. Une étude théorique sur les formes des hydrométéores à l’aide de simulations en 3 dimensions dans lesquelles les hydrométéores sont orientés aléatoirement et projeté sur un plan, permet de contraindre l’exposant β de la relation m(D) en fonction de l’exposant σ de la relation surface-diamètre (S(D)). La relation S(D) est aussi représentée par une loi puissance, et elle peut-être calculée pour une population d’images d’hydrométéores enregistrés par les sondes optiques. La variabilité de l’exposant est finalement calculée à partir de la variabilité de l’exposant σ déduis des images des hydrométéores. Ensuite le pré-facteur α est calculé à partir de simulations des facteurs de réflectivité, de sorte que les facteurs de réflectivité simulés soient égaux aux facteurs de réflectivité mesurés par le radar nuage le long de la trajectoire de l’avion dans les MCS. Des profils moyens en fonction de la température sont calculés pour les coefficients de la relation m(D), les distributions en tailles des hydrométéores et les contenus massiques de glace dans les MCS (CWC). Les profils moyens pour les quatre types de MCS sont différents les uns des autres. Pour les quatre types de MCS, il est montré que les variations des coefficients de la relation m(D) sont corrélées avec les variations de la température. Four types de paramétrisations de la relation m(D) sont calculées depuis l’analyses des variations des coefficients de la relation m(D). Le bénéfice apporté par l’utilisation de relation m(D) non constante contrairement à l’utilisation de relation m(D) avec α et β constant, est démontré en étudiant l’impact de toutes les paramétrisations de la relation m(D) sur le calcul des relations Z-CWC et Z-CWC-T
This study focuses on the variability of mass-diameter relationships (m(D)) and shape of ice hydrometeors in Mesoscale Convective Systems (MCS). It bases on data base which were recorded during four airborne measurement campaigns: (i) African monsoon’s MCS (continent; MT2010), (ii) Indian Ocean’s MCS (MT2011), (iii) Mediterranean’s MCS (costs; HyMeX), (iv) North-Australian monsoon’s MCS (costs; HAIC-HIWC). m(D) of ice hydrometeors are derived from a combined analysis of particle images from 2D-array probes and associated reflectivity factors measured with a Doppler cloud radar on the same research aircraft. Usually, m(D) is formulated as a power law (with one pre-factor and one exponent) that need to be constrained from complementary information on hydrometeors. A theoretical study of numerous hydrometeor shapes simulated in 3D and arbitrarily projected on a 2D plan allowed to constrain the exponent β of the m(D) relationship from the exponent σ of the surface-diameter S(D) relationship, which is likewise written as a power law. Since S(D) always can be determined for real data from 2D optical array probes or other particle imagers, the evolution of the m(D) exponent can be calculated. After that, the pre-factor α of m(D) is constrained from theoretical simulations of the radar reflectivity factor matching the measured reflectivity factor along the aircraft trajectory. Mean profiles of m(D) coefficients, particles size distributions and Condensed Water Content (CWC) are calculated in functions of the temperature, and are different for each type of MCS. For the four types of MCS, it is shown that the variability of m(D) coefficients is correlated with the variability of the temperature. Four types of m(D) parametrisations are calculated since the analysis of the variability of the m(D) coefficients. The significant benefit of using variable m(D) relations instead of a single m(D) relationship is demonstrated from the impact of all these m(D) relations on Z-CWC and Z-CWC-T fitted parametrisations

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Lebrun, Marion. "De l'interaction entre banquise, lumière et phytoplancton arctique." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS524.

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Une des sources majeures d'incertitudes à propos de nos connaissances sur les mécanismes gouvernant la croissance du phytoplancton dans les régions englacées arctiques est liée aux interactions entre banquise, lumière et phytoplancton arctique. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre ces interactions et de révéler les sources principales d'incertitude dans les modèles du système Terre. Je montre d'abord que la période d'eau libre arctique est majoritairement contrôlée par le cycle solaire et par les échanges thermodynamiques entre océan et atmosphère durant l'été. Selon les projections climatiques, elle devrait augmenter et se décaler vers l'automne. J'évalue ensuite le schéma de transfert radiatif du modèle d'océan, NEMO, dans la zone de banquise arctique. Je montre que le rayonnement transmis sous la banquise est aujourd'hui fortement sous-estimé, en raison notamment d'une surestimation de l'atténuation par la neige et par les premiers centimètres de l'océan couvert de banquise. Je définis, enfin, un diagnostic pour décrire le cycle saisonnier de la lumière disponible dans la zone de glace, et j'étudie son impact sur le phytoplancton simulé par le modèle biogéochimique, PISCES. Il reste néanmoins, de larges incertitudes pour comprendre la relation entre ce diagnostic et la croissance du phytoplancton
Large weaknesses remain considering our understanding of the drivers of phytoplankton growth in Arctic sea ice zone, especially due to large uncertainties in the interactions between sea ice, light and phytoplankton.The aim of this PhD thesis is to better understand these interactions and to highlight the main uncertainties considering these interactions in Earth System Models. I first show that the ice-free period is mainly led by the solar irradiance cycle and by the ocean-atmosphere thermodynamic exchanges during summer. It is consequently projected to extend into fall in the future. Then, I evaluate the radiative transfer scheme in the ocean model NEMO, in arctic sea ice zone. I show that NEMO largely underestimates the transmitted shortwave radiation in ice-covered waters, especially due to the overestimation of the snow and the first level of the ocean attenuation. I finally define a diagnostic to describe available light seasonality in the sea ice zone and I study the impact of this diagnostic on simulated phytoplankton in the bio-geochemistry model PISCES. However, large uncertainties remain in the study of the relation between this diagnostic and the phytoplankton growth. This is especially due to the non-linearity between available light and phytoplankton growth and also due to the lake of knowledge about the phytoplankton physiology

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Rampal, Pierre. "Etude de la dérive et de la déformation de la banquise Arctique par l'analyse de trajectoires Lagrangiennes." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00352799.

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La banquise arctique est une plaque de glace flottant à la surface de l'océan sur plusieurs millions de km2. La variation spatiale et temporelle de son épaisseur contrôle les échanges d'énergie mécanique et thermique entre l'atmosphère et l'océan. De ce fait, la banquise est une sorte d'isolant pour l'océan arctique, qui lui même joue un rôle déterminant dans la circulation thermohaline de l'océan mondial, et par voie de conséquence sur le climat de la planète.
On observe une disparition significative et progressive de la banquise depuis environ un demi siècle, disparition qui s'est accélérée au cours des dernières années, a tel point qu'elle dépasse les prévisions les plus alarmistes des modèles les plus sophistiqués.
Nous montrons dans cette thèse que cette sous-estimation pourrait être le résultat de l'utilisation d'un cadre de modélisation inadéquat : en considérant la banquise comme un milieu continu fluide, les modèles actuels ne parviennent pas a reproduire, entre autres, les propriétés d'intermittence et d'hétérogénéité de son champs de déformation que nous mettons en évidence. De ce fait, la fracturation de la banquise, bien que largement observable sur le terrain et/ou par satellite, n'est pas correctement reproduite. Or, elle apparait comme essentielle au regard de son contrôle sur le caractère isolant décrit plus haut.
Dans ce travail, nous suggérons également d'adopter un nouveau schéma de modélisation, considérant la banquise comme une plaque rigide ayant un comportement mécanique elasto-fragile.

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Moreau, Sébastien D. V. "Effets combinés du réchauffement climatique et du rayonnement UVB sur la composition et le métabolisme de la communauté microbienne marine dans l'ouest de la Péninsule Antarctique : impact potentiel sur le cycle du carbone." Thesis, Montpellier 2, 2011. http://www.theses.fr/2011MON20028.

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Le réchauffement régional de l'ouest de la Péninsule Antarctique (WAP) combiné à la diminution attendue de glace de mer et à l'apparition printanière du trou d'ozone pourrait modifier la composition et la structure de la communauté microbienne. De plus, ces variations environnementales pourraient modifier le potentiel de la WAP en tant que puits de CO2. Dans ce contexte, cette thèse visait à évaluer les effets combinés du changement climatique sur la production primaire et sur la composition et la structure de la communauté microbienne de la WAP. Cette thèse visait également à évaluer le rôle de la structure, de la composition, de la production primaire et de la respiration de la communauté microbienne sur les échanges de CO2 entre l'atmosphère et l'océan. Cette étude a premièrement permis de décrire les variations de l'étendue de glace de mer, de l'épaisseur de la couche d'ozone et de la température de surface de l'eau dans la WAP au cours des 30 dernières années (1972-2007) et notamment d'observer le retrait de plus en plus précoce de la glace de mer en relation avec le réchauffement des eaux de la WAP. L'évolution de ces paramètres environnementaux offre une nouvelle fenêtre temporelle de production primaire. Ainsi, cette étude a permis de montrer que la production primaire annuelle a augmenté de 1997 à 2007, et ceci, en relation avec l'anomalie de glace de l'hiver précédent. En effet, la production primaire journalière était négativement et positivement corrélée avec, respectivement, l'étendue de glace de mer et la température de l'eau de septembre à novembre et de février à mars, suggérant que le réchauffement régional de la WAP favorise plus de production primaire durant le printemps et l'automne. En revanche, le retrait précoce de la glace de mer en coïncidence avec l'apparition printanière du trou d'ozone a provoqué l'augmentation de la photoinhibition au printemps (avec 11,6 ± 2,8 % de la production primaire journalière en moyenne). En conséquence, le changement climatique régional de la WAP a, à la fois, un effet positif et un effet négatif sur la production primaire. Cette étude a également permis de décrire la dynamique de la communauté microbienne marine dans l'archipel de Melchior (dans la WAP) de l'automne au printemps 2006. En raison des conditions environnementales extrêmes, l'abondance et la biomasse de la communauté microbienne étaient faibles durant l'automne et l'hiver et dominées par les petites cellules (< 2 µm) et donc par un réseau trophique microbien. En effet, la biomasse phytoplanctonique était faible durant l'automne et l'hiver (avec une concentration moyenne en chlorophylle a, Chl-a, de 0,3 et 0,13 µg l-1, respectivement). La biomasse phytoplanctonique a augmenté au printemps (avec un maximum de Chl-a de 1,13 µg l-1), mais, en dépit des conditions de croissance favorables, est restée faible et le phytoplancton était toujours dominé par de petites cellules (2-20 µm) et donc par le réseau trophique microbien ou multivore. De plus, la disparition précoce de glace de mer durant le printemps 2006 a exposé les eaux de la WAP à de fortes radiations ultraviolettes B (RUVB, 280-320 nm), qui ont eu un effet négatif sur la communauté microbienne des eaux de surface. Cette étude a également mis en évidence la relation existante entre les échanges CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP et la biomasse, la composition, la production primaire et la respiration de la communauté microbienne. Il existait tout d'abord une relation positive entre la concentration en Chl-a et la proportion de diatomées dans la communauté phytoplanctonique. De plus, il existait une corrélation négative significative entre la Chl-a et le ΔpCO2. La production primaire nette de la communauté (NCP) était principalement contrôlée par la production primaire et était négativement et positivement reliée avec le ΔpCO2 et le pourcentage de saturation de l'O2, respectivement, suggérant que la production primaire joue un rôle majeur dans les échanges de CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP. Par ailleurs, le ΔpCO2 moyen au cours des trois années étudiées était de -20,04 ± 44,3 µatm, menant à un puits de CO2 potentiel durant l'été et l'automne dans la région. Le sud de la WAP était un puits potentiel de CO2 (-43,60 ± 39,06 µatm) durant l'automne alors que le nord de la WAP était principalement une source potentielle de CO2 durant l'été ou l'automne (-4,96 ± 37,6 et 21,71 ± 22,39 µatm, respectivement). Les plus fortes concentrations en Chl-a mesurées dans le sud de la WAP pourraient expliquer cette distribution spatiale
Regional warming in the western Antarctic Peninsula (WAP), along with the expected decrease in sea-ice cover and the seasonal ozone layer breakdown could modify the composition and the structure of the microbial community. In addition, these environmental changes could modify the potential of the WAP as a CO2 sink. In this context, this thesis aimed at evaluating the combined effects of regional climatic changes on the primary production and the composition and structure of the microbial community in the WAP. In a second time, this thesis aimed at evaluating the role of the microbial community structure, composition, primary production and respiration on air-sea CO2 gas exchanges.First, the variations in sea-ice cover, stratospheric ozone layer thickness and sea surface temperature over the last 30 years (1972-2007) were described. Related to the warming of WAP waters, the retreat of sea-ice was happening earlier each decade in the WAP. The observed changes in these environmental parameters offer a new temporal window for primary production. Indeed, the annual primary production increased from 1997 to 2007, in relation with the sea-ice cover anomaly for the previous winter. In addition, daily primary production was negatively and positively correlated to, respectively, sea-ice cover and sea-water temperature from September to November and from February to March, suggesting that regional warming favoured more primary production during spring and fall. On the contrary, the early retreat of sea-ice in spring, in coincidence with the spring ozone layer breakdown, led to an increase in photoinhibition (with an average of 11.6 ± 2.8 % of the daily primary production being photoinhibited). Therefore, regional climatic changes in the WAP had both a positive and a negative impact on primary production.The microbial community variability was also described in the Melchior Archipelago (in the WAP) from fall to spring 2006. Because of the extreme environmental conditions, the microbial community abundance and biomass were low in fall and winter and the community was dominated by small cells (< 2 µm), hence by a microbial food-web. Indeed, phytoplanktonic biomass was low during fall and winter (with respective chlorophyll a concentration, Chl-a, of 0.3 and 0.13 µg l-1). Phytoplankton biomass increased in spring (with a maximum Chl-a of 1.13 µg l-1) but, despite favourable growth conditions, phytoplankton was still dominated by small cells (2-20 µm), hence by a microbial or multivorous food-web. In addition, the early retreat of sea-ice in the spring 2006 exposed the WAP waters to strong ultraviolet B radiations (UVBR, 280-320 nm) that had a negative impact on the microbial community in surface waters.Finally, the relationship between air-sea CO2 and O2 exchanges in the WAP with the phytoplankton community biomass and composition and with the microbial community primary production and respiration was described. A positive relationship existed between Chl-a and the proportion of diatoms in the phytoplankton community. In addition, a negative relationship existed between Chl-a and ΔpCO2. The net community production (NCP) was mainly controlled by primary production and was negatively and positively related to ΔpCO2 and the %O2 saturation, respectively, suggesting that primary production was the main driver of air-sea CO2 and O2 gas exchanges in the WAP. In addition, the average ΔpCO2 for the summers and falls 2002 to 2004 was -20.04 ± 44.3 µatm, leading to a potential CO2 sink during this period in the WAP. The southern WAP was a potential CO2 sink (-43.60 ± 39.06 µatm) during fall while the northern part of the Peninsula was mainly a potential CO2 source during summer and fall (-4.96 ± 37.6 and 21.71 ± 22.39 µatm, respectively). The higher Chl-a concentrations measured in the southern WAP may explain this spatial distribution

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Mallien, Cédric. "Étude de la diversité neutre et adaptative chez l'anémone de mer symbiotique Anemonia viridis : apport de techniques de type Next-Generation Sequencing dans les questions de délimitation d’espèces et d’adaptation locale." Thesis, Université Côte d'Azur (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017AZUR4111/document.

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L’anémone de mer symbiotique Anemonia viridis possède cinq morphes définis à l’aide de critères morphologiques. Premièrement, le statut taxonomique de trois des morphes d’A. viridis (var. rufescens, rustica et smaragdina) a été précisé à l’aide de marqueurs moléculaires basés sur des gènes de stress et des marqueurs RAD. Nous avons pu déterminer que ces trois morphes ne formaient qu’une seule espèce et mis en évidence quatre lignées génétiques indépendantes sur base de la géographie (trois en mer Méditerranée, une dans la Manche). Par l’utilisation des variations des séquences ITS2, nous n’avons pu détecter aucune implication du symbiote (Symbiodinium sp.) dans la différenciation des morphes, mais nous avons révélé une composition en symbiotes divergente entre les lignées génétiques indépendantes de l’hôte animal. Par ailleurs, A. viridis se développe dans des environnements particulièrement contrastés, faisant d’elle un modèle d’étude idéal pour l’étude de l’adaptation locale chez les Cnidaires. Par conséquent, l’adaptation locale chez A. viridis a été testée en comparant des populations venant de sites aux conditions environnementales contrastées (surface vs. profondeur et lagune vs. mer). Une recherche de loci outliers sur des marqueurs RAD et des marqueurs de gènes de stress n’a toutefois révélé aucun gène candidat dans l’adaptation locale par rapport aux conditions environnementales testées. Ce travail a donc permis de définir A. viridis comme un organisme extrêmement plastique capable de posséder un fort polymorphisme intrinsèque et de s’acclimater à des habitats contrastés
The symbiotic sea anemone Anemonia viridis has five morphs described using morphological traits. First, the taxonomical status of three of the morphs of A. viridis (var. rufescens, rustica and smaragdina) was studied using stress gene markers and RAD markers. We revealed that the three morphs were not different species, but that A. viridis was split into four polymorphic independent genetic lineages based on geographical origin (three in the Mediterranean Sea, one in the English Channel). Using ITS2 sequence variation, we could not detect any implication of the symbiont (Symbiodinium sp) in the morph differentiation, but we revealed a divergence in symbiont composition among the geographic independent lineages of the animal host. If no effect of the symbiont was detected, a variable distribution of the ITS2 variants based on geography was revealed. Moreover, A. viridis lives in highly contrasted environments, making it an ideal species to study local adaptation. Thus, local adaptation was tested on A. viridis by comparing populations coming from contrasted environments (shallow vs. deep and lagoon vs. sea). Using RAD and stress genes markers in a search for outlier loci, we revealed no candidate adaptive genes under our environmental conditions. In conclusion, Anemonia viridis seems to be a very plastic organism, with a high intrinsic polymorphism and a high acclimation potential

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Brosset, Pablo. "Condition corporelle et conséquences sur la plasticité des traits d’histoire de vie chez les petits pélagiques de Méditerranée." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTT120/document.

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Abstract:

L’écosystème pélagique du Golfe du Lion a subi un changement très marqué de la dynamique de population des poissons petits pélagiques depuis 2008. L'anchois (Engraulis encrasicolus) et la sardine (Sardina pilchardus), exploités économiquement, sont devenus plus petits et plus maigres tandis que le sprat (Sprattus sprattus), non exploité car de faible valeur commerciale a fortement augmenté en abondance et en biomasse. Cette thèse analyse les changements observés en se basant sur la condition corporelle, i.e. les réserves énergétiques des individus, et les causes et conséquences de ses variations. La condition corporelle était optimale, en 2005 et 2006 pour l’anchois et la sardine, puis s’est dégradée depuis 2008 pour rester à de faibles niveaux depuis 2010. Les principaux paramètres expliquant les changements de condition corporelle sont la concentration zooplanctonique pour les deux espèces ainsi que la température de surface pour la sardine et le débit du Rhône pour l’anchois. Depuis 2008, les sardines les plus âgées semblent être les plus touchées par cette chute de condition. Le chapitre suivant a permis d'identifier des changements temporels des niches isotopiques qui sont aujourd’hui partagées par l’anchois et la sardine avec le sprat alors qu’elles ne l’étaient pas en 2004-2005. En plus de cette compétition potentielle, les proies aujourd’hui consommées sont de plus petite taille et probablement moins énergétiques. Ces deux résultats peuvent expliquer la plus faible condition actuellement observée par un apport nutritif actuellement réduit. Malgré les plus faibles réserves disponibles, les deux espèces investissent toujours autant dans la reproduction, voire même plus pour la sardine, comme suggéré par plusieurs proxys que sont l’indice gonado-somatique ou la durée de la période de reproduction. L’investissement énergétique semble donc se faire vers la reproduction au détriment de la survie, ce qui explique la disparition des sardines les plus âgées (celles en âge de se reproduire). Des effets maternels ont aussi été montrés, les plus grands individus pondant plus d’œufs et ceux en meilleure condition produisant des œufs de meilleure qualité. Le stock de sardine produit ainsi moins d’œufs depuis 2010 alors que l’anchois en produit plus, ce qui pourrait venir de l’augmentation du nombre d’individus et de l’abaissement de la taille et de l’âge à maturité. Dans une étude à large échelle, nous avons mis en évidence que la baisse de la condition est également perceptible dans d’autres zones de Méditerranée. Néanmoins, les variations de condition ne sont pas régies de façon synchrone en Méditerranée, pointant l’importance des facteurs locaux dans cette mer quasi-fermée. De plus, les anchois présentent une meilleure condition corporelle dans les zones de convergence des masses d’eaux (e.g. fronts, upwellings locaux) alors que les sardines préfèrent les zones de forte production primaire. Ces différences pourraient être liées aux différences dans le cycle de reproduction et dans le comportement alimentaire. Ces travaux de thèse complètent les précédents travaux faits sur les mécanismes top-down et soulignent ici le rôle que joue la ressource alimentaire (contrôle 'bottom-up') dans les variations de condition corporelle dans le Golfe du Lion et en Méditerranée. L’étude de la condition corporelle a aussi permis de comprendre les raisons de la troncation démographique observée chez la sardine. Malgré cela, il est toujours nécessaire d’estimer si un seuil létal de la condition corporelle existe chez nos espèces et d’améliorer le suivi zooplanctonique pour mieux comprendre le lien entre la productivité planctonique et la dynamique de population des petits pélagiques. Cette thèse permet une avancée notable dans la compréhension de la dynamique de population des petits pélagiques et permettra d’appréhender au mieux les répercussions écologiques et économiques de la baisse générale de leur condition dans toute la Méditerranée
Multiple changes have been described since 2008 in the Gulf of Lions ecosystem and particularly in small pelagic fish dynamic. In particular, the two main exploited species, i.e. anchovy (Engraulis encrasicolus) and sardine (Sardina pilchardus) are now smaller and in poor condition while a third species, the sprat (Sprattus sprattus) strongly increased in terms of biomass and abundance. This PhD thesis investigated these changes through the analysis of small pelagic fish body condition (i.e individual energy stores) variations, its causes and consequences. Anchovy and sardine body condition was optimal in 2005 and 2006 and decreased after 2008 to remain steady at low level since 2010. Moreover, older sardine have particularly displayed poor body condition since 2008. A part of these changes is associated with changes in zooplankton concentration for both species, but also with both sea surface temperature and diatoms for sardine and Rhône outflow for anchovy. Thus, as bottom-up control was highlighted, the following chapter investigated potential changes in diet through isotope and stomach content analyses. Isotopic niche varied temporally and have been overlapping since 2010 for both anchovy and sardine with the sprat, resulting in a potential new trophic competition. Further, preys are also smaller and probably less energetic. Both studies may explain the poorer body condition by a reduced food supply. Although smaller energy stores are available, both species still allocate a large part of their energy to reproduction, as observed through e.g. gonado-somatic indices. This bias in energy allocation towards reproduction might impair survival and explain the disappearance of oldest mature sardine in the Gulf of Lions. Maternal effects were also underlined. Indeed, large individuals spawn more eggs while fatter individual spawn higher quality eggs. The decrease in size and condition has thus led to a lower production of eggs since 2010 for sardines while anchovy managed to maintain if not increase its egg production thanks to the expanding number of individuals and the decline of anchovy size and age at maturity. At a broader scale, we pointed out that fish body condition decreased in other Mediterranean areas such as the Adriatic Sea, the Catalan Sea or the Strait of Sicily. Nonetheless, body condition variations were not synchronous in the Mediterranean Sea, pointing out the importance of local factors in this quasi-enclosed basin. Furthermore, anchovy displays a better body condition in high energetic areas (fronts areas, local upwellings) when sardine prefers areas with high primary productivity. Those differences could be linked to the different reproductive cycles and trophic behaviours. This PhD thesis complements the previous work made on top-down processes and strengthens the bottom-up importance to determine forage fish body condition both in the Gulf of Lions and the Mediterranean Sea. Studying body condition allowed understanding the reasons of the sardine demographic truncation. Indeed, the older the individual the poorer the body condition, preventing them to achieve both reproduction and survival. This PhD thesis reaches new conclusions and improves knowledge on small pelagic fish dynamic in the Gulf of Lions. Although, further work is still necessary to estimate experimentally if a body condition threshold exists and to improve zooplanktonic monitoring to better understand the link between planktonic productivity and small pelagic fish dynamic. This will help to investigate deeply the ecological and economical consequences of small pelagic fish decreasing body condition in the Mediterranean

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Papa, Fabrice. "Nouvelles applications scientifiques des missions altimétriques pour l'étude des océans et des terres émergées." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30093.

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Barton, Benjamin I. "Climate change in the Barents Sea : ice-ocean interactions, water mass formation and variability." Thesis, Brest, 2019. http://www.theses.fr/2019BRES0053.

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Abstract:

L’étendue hivernale de la banquise en mer de Barents n’a cessé de diminuer, et un certain nombre d’études suggèrent que cette diminution pourrait coïncider avec des hivers très froids en Europe et Asie. L’eau Atlantique (AW) transportée vers la mer de Barents, se réchauffe. En mer de Barents, l’AW se transforme en Barents Sea Water (BSW), plus froide et moins salée. Etudier cette dernière nous permet d’en savoir plus sur l’influence de la saisonnalité de la banquise Arctique sur la stratification et la circulation de l’océan.Tout d’abord, nous utilisons des observations satellites pour localiser le Front Polaire (PF) qui matérialise la limite entre la BSW et l’eau Arctique. Nous établissons que l’étendue de la banquise était indépendante du PF jusqu’au milieu des années 2000, jusqu’à ce que le réchauffement de l’AW commence à limiter l’extension de la banquise hivernale au sud du front. Ensuite, en combinant données satellites et in situ, nous montrons que l’on peut surveiller ‘à distance’ les propriétés de la BSW : les variations de la température de surface de l’océan sont ainsi corrélées à celles du contenu en chaleur de la mer de Barents qui, associées à celles de la hauteur stérique, permettent également d’estimer son contenu en eau douce.Pour finir, nous utilisons un modèle à haute résolution pour calculer les bilans de volume, transport et flux des masses d’eau. Le volume de la BSW atteint un minimum en 1990 et 2004 : l’étendue de glace de mer hivernale ayant fondue l’été suivant était alors conséquente, résultant notamment d’une masse d’AW plus froide. L’événement de 2004 a permis une entrée massive d’AW, de plus en plus chaude, dans la mer de Barents
Winter sea ice has declined in the Barents Sea and there is growing evidence that the low sea ice here coincides with cold, winter surface air temperature in Europe and Asia. Atlantic Water (AW) transported into the Barents Sea is warming and its temperature variability is correlated with variability in sea ice extent. As AW extends into the Barents Sea it is modified into a cooler, fresher water mass called BarentsSea Water (BSW). There are limited observations of BSW despite its importance in the Arctic Ocean system, leading to the question, how does the seasonal sea ice impact ocean stratification and mean flow?First, satellite observations are used to find the Polar Front, a water mass boundary between BSW and fresher Arctic Water to the north. The sea ice extent was found to be independent of the Polar Front until the mid-2000s when warming AW prevented the extension of winter sea ice south of the front.Second, by combining satellite and in situ data, it is shown that sea surface temperature can approximate heat content in the Barents Sea. Using heat content with satellite steric height, freshwater content can also be estimated, showing the potential for remote monitoring of BSW properties.Third, a high-resolution model is used to calculate the volume, transport and flux budgets within the AW and BSW domain south of the Polar Front. The model shows BSW volume minimum years in 1990 and2004. Both events were preceded by extensive winter sea ice and substantial summer sea ice melt, a result of preceding, cool AW. The event in 2004 was more extreme and allowed warming AW a greater volume in the Barents Sea

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Dissertations / Theses on the topic 'Glace de mer – Plasticité'

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