Academic literature on the topic 'Glace de mer – Viscosité'

AbstractSimulations of glacier evolution are needed to assess future changes in the runoff regime of mountain catchments. A simplified parameterized model is applied here to simulate future thickness changes and glacier retreat of Mer de Glace, French Alps. A normalized thickness change function describing the spatial distribution of surface-elevation changes as a function of elevation has been determined. The model reveals that under present climatic conditions Mer de Glace will continue to shrink dramatically in the coming decades, retreating by 1200 m between now and 2040. The method has certain limitations related to the uncertainties of the normalized function based on thickness change data. An error of 10% in the normalized function leads to uncertainties of 46%, 30% and 18% in Mer de Glace front, surface area and glacier-wide mass-balance changes respectively in 2040. Because the difference of the normalized function largely exceeds 10% from one glacier to another, even within a given glacier size class and elevation range, it would be very risky to extrapolate the normalized function to unmeasured glaciers. Consequently, the method is applicable only on glaciers where past surface elevation changes are well constrained.

ABSTRACTWe present the glacier-wide summer surface mass balances determined by a detailed hydrological balance (sSMBhydro) and the quantification of the uncertainties of the calculations on the Argentière and Mer de Glace-Leschaux drainage basins, located in the upper Arve watershed (French Alps), over the period 1996–2004. The spatial distribution of precipitation within the study area was adjusted using in situ winter mass-balance measurements. The sSMBhydro performance was assessed via a comparison with the summer surface mass balances based on in situ glaciological observations (sSMBglacio). Our results show that the sSMBhydro has an uncertainty of ± 0.67 m w.e. a−1 at Argentière and ± 0.66 m w.e. a−1 at Mer de Glace-Leschaux. Estimates of the Argentière sSMBhydro values are in good agreement with the sSMBglacio values. These time series show almost the same interannual variability. From the marked difference between the sSMBhydro and sSMBglacio values for the Mer de Glace-Leschaux glacier, we suspect a significant role of groundwater fluxes in the hydrological balance. This study underlines the importance of taking into account the groundwater transfers to represent and predict the hydro-glaciological behaviour of a catchment.

Waves of the flood of the world and Mer de Glace: On a way of depicting mountain landscapeWhen describing the Glacier du Bois seen for the first time, Wiliam Windham 1741 compared it to a lake suddenly bound by ice. In a similar function Horace-Bénédict de Saussure 1786 compared the glacier to a suddenly frozen sea. These descriptions gave rise to the name Mer de Glace, popularised from the early 19th century. In some respects an analogous phenomenon in poetry was the use of a metaphor in which a sudden arrest of an ascending motion of a being flood waters, space rocket constitutes a poetic image Adam Mickiewicz, Julian Korsak, Wincenty Pol, Wisława Szymborska.

Des plates-formes de cryoplanation développées dans des schistes ordoviciens dans la région de Rimouski sont décrites. La cryoplanation, étroitement liée à l’action de la glace de mer pendant le long hiver, est active dans les parties supérieure et moyenne de l’estran rocheux, notamment à la pointe à la Cive, au promontoire de l’Orignal, au cap du Caribou, à la pointe aux Cenelles, et, à un moindre degré, à la pointe Mitis. La nature et le pendage vertical des schistes constituent des facteurs favorables. Une cryoplanation littorale s’est également exercée au cours de l’Holocène au droit de la terrasse Mic Mac, alias Mitis, sise en arrière du rivage actuel. Elle a succédé à des agents de planation antérieurs qui ont tronqué des parties de crêtes appalachiennes sur les rives de l’estuaire du Saint-Laurent, et est remplacée par des processus marins azonaux au niveau de basse mer. Là où elle a été observée, c’est certainement un puissant facteur d’érosion. Des cordons de gros blocs rencontrés au niveau des basses mers sont décrits dans la seconde partie. Le site principal, à Sacré-Coeur-de-Rimouski, est décrit en détail et sert de point de référence pour les autres sites de la côte sud. Des observations faites à l’époque de la débâcle montrent que ces cordons de basse mer sont dus à des apports de cailloux par radeaux de glace échoués à ce niveau parce qu’ils ne peuvent atteindre le haut de l’estran alors occupé par un pied de glace résiduel. Cette explication diffère de celle proposée pour expliquer les cordons glaciels de basse mer le long de la côte du Labrador.

Abstract Changing sea ice due to anthropogenic climate change demands scientists to revisit their taken-for-granted concepts of sea ice. The ‘rotten ice project’ was one such effort by scientists at the University of Washington's Polar Science Center, which sought to develop novel methods to characterise sea ice as a physical-biological-chemical unit. Rotten ice, however, evaded scientists’ efforts to capture it. Using these ‘escapes’ from scientists’ preconceptions during my fieldwork with the team from 2014 to 2016, I draw on interpretations of Georges Canguilhem's understanding of the relationship between life and knowledge to make sense of what rotten ice demanded. Following Canguilhem's suggestions, I argue that vitalism as an ethos treats concepts as tools for scientists to relate to their environment, challenging them to to remain receptive to the difference that error, experimentation and encounters made to their concepts—and thereby stay open to more-than-human worlds like those found in sea ice. Résumé Les modifications que la glace de mer connaît sous l'influence du changement climatique ont incité les scientifiques à revisiter leurs conceptions acquises sur cette glace de mer. Le « projet pourrissement » est l'un de ces efforts mis en œuvre par les scientifiques du Center de Science Polaire de Washington University. Il cherche à développer de nouvelles méthodes pour caractériser la glace de mer comme unité physique-biologique. La glace pourrissante, néanmoins, est jusqu’à présent parvenue à résister et à échapper aux efforts des scientifiques pour la capturer. En utilisant ces « échappées » des préconceptions des scientifiques durant mon terrain avec l’équipe entre 2014 et 2016, j'ai élaboré mon argument à partir d'une interprétation de la compréhension que Georges Canguilhem a esquissée des relations entre la vie et le savoir ; ceci afin de faire sens de ce que cette glace pourrissante demandait. Comme suggéré par Canguilhem, le vitalisme comme ethos plutôt que comme métaphysique de la matière traite les concepts comme un outil à l'aide duquel les humains peuvent se relier à leurs environnements. Un ethos vitaliste défie les scientifiques de développer des sensibilités aux contingences du savoir scientifique et de rester réceptifs et ouverts aux différences que l'erreur, l'expérimentation et les rencontres font à leurs concepts. Un ethos vitaliste suggère en effet une approche plus intéressée à ceux des concepts qui ne sont pas réduits par les sachants humains ou leurs idéalismes et demeurent ouverte à la découverte des mondes au-delà de l'humain.

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

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.

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.

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

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

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

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.

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

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