Modélisation numérique du contrôle climatique sur l'érosion des versants. Développement d'un nouveau modèle et application au dernier cycle glaciaire-interglaciaire dans le Nord-Ouest de l'Europe PDF Download
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Book Description
L'évolution des versants est le résultat de l'action combinée des processus d'altération et de transport sédimentaire. Même si il est généralement admis que l'efficacité de ces processus varie en fonction du climat, la quantification de l'influence climatique sur l'érosion des versants reste encore peu développée aujourd'hui. S'inscrivant dans cette problématique, notre étude est consacrée au développement d'un nouveau modèle numérique d'érosion des versants, ayant pour objectif de mieux représenter, à différentes échelles de temps, les multiples aspects du contrôle climatique sur les processus de transport de sol. Ce modèle numérique permet de simuler l'évolution de l'épaisseur de sol et du relief à l'échelle d'un versant; il repose sur une paramétrisation simple de la production de sol couplée à une paramétrisation multi-processus du transport de sol, qui comprend plusieurs variables en étroite relation avec le climat (débit de ruissellement, épaisseur de couche active). Le calcul de ces variables est réalisé sur base de séries temporelles de précipitation et de température avec l'aide d'un modèle de transfert de chaleur et d'un modèle de bilan hydrologique. Le comportement du modèle a été étudié au travers de quelques exemples génériques et d'analyses de sensibilité. Les résultats obtenus montrent des différences significatives dans la façon dont se comporte chaque processus de transport sous conditions climatiques variables, et également dans la manière dont chaque processus affecte l'érosion globale des versants. Ces résultats mettent ainsi en lumière l'importance de la paramétrisation multi-processus du transport de sol dans la modélisation de la réponse des versants aux changements climatiques. Nous avons également développé une méthode associant le modèle d'érosion de versant à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm). Cette méthode a permis de caractériser de manière quantitative l'évolution des versants ardennais (NE Belgique) lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, sur base d'un scénario climatique simple et de nombreuses données topographiques et d'épaisseurs de sol. Les résultats de l'inversion produisent des prédictions en accord avec certaines observations sur la morphologie des versants ardennais ainsi qu'avec des taux d'érosion estimés indépendamment sur base de concentrations en isotopes cosmogéniques, même si on montre que la distribution actuelle des épaisseurs de sol ne renferme pas assez d'information pour déterminer entièrement les taux de production et de transport de sol lors des périodes froides et tempérées du dernier cycle climatique. Les résultats de l'inversion suggèrent des taux de transport de sol bien plus élevés lors de la période froide que lors de la période tempérée, produisant une succession de systèmes limités par la production de sol d'une part (période froide), et par le transport de sol d'autre part (période tempérée). Un pic de transport de sol est prédit lors des transitions entre ces périodes. Les résultats laissent également suggérer qu'un équilibre dynamique en terme d'épaisseur de sol a été récemment atteint dans les parties convexes des versants, alors que des sols peu épais observés dans les parties concaves pourraient correspondre à des traces de la distribution des épaisseurs de sol qui prévalait lors de la dernière glaciation.
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L'évolution des versants est le résultat de l'action combinée des processus d'altération et de transport sédimentaire. Même si il est généralement admis que l'efficacité de ces processus varie en fonction du climat, la quantification de l'influence climatique sur l'érosion des versants reste encore peu développée aujourd'hui. S'inscrivant dans cette problématique, notre étude est consacrée au développement d'un nouveau modèle numérique d'érosion des versants, ayant pour objectif de mieux représenter, à différentes échelles de temps, les multiples aspects du contrôle climatique sur les processus de transport de sol. Ce modèle numérique permet de simuler l'évolution de l'épaisseur de sol et du relief à l'échelle d'un versant; il repose sur une paramétrisation simple de la production de sol couplée à une paramétrisation multi-processus du transport de sol, qui comprend plusieurs variables en étroite relation avec le climat (débit de ruissellement, épaisseur de couche active). Le calcul de ces variables est réalisé sur base de séries temporelles de précipitation et de température avec l'aide d'un modèle de transfert de chaleur et d'un modèle de bilan hydrologique. Le comportement du modèle a été étudié au travers de quelques exemples génériques et d'analyses de sensibilité. Les résultats obtenus montrent des différences significatives dans la façon dont se comporte chaque processus de transport sous conditions climatiques variables, et également dans la manière dont chaque processus affecte l'érosion globale des versants. Ces résultats mettent ainsi en lumière l'importance de la paramétrisation multi-processus du transport de sol dans la modélisation de la réponse des versants aux changements climatiques. Nous avons également développé une méthode associant le modèle d'érosion de versant à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm). Cette méthode a permis de caractériser de manière quantitative l'évolution des versants ardennais (NE Belgique) lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, sur base d'un scénario climatique simple et de nombreuses données topographiques et d'épaisseurs de sol. Les résultats de l'inversion produisent des prédictions en accord avec certaines observations sur la morphologie des versants ardennais ainsi qu'avec des taux d'érosion estimés indépendamment sur base de concentrations en isotopes cosmogéniques, même si on montre que la distribution actuelle des épaisseurs de sol ne renferme pas assez d'information pour déterminer entièrement les taux de production et de transport de sol lors des périodes froides et tempérées du dernier cycle climatique. Les résultats de l'inversion suggèrent des taux de transport de sol bien plus élevés lors de la période froide que lors de la période tempérée, produisant une succession de systèmes limités par la production de sol d'une part (période froide), et par le transport de sol d'autre part (période tempérée). Un pic de transport de sol est prédit lors des transitions entre ces périodes. Les résultats laissent également suggérer qu'un équilibre dynamique en terme d'épaisseur de sol a été récemment atteint dans les parties convexes des versants, alors que des sols peu épais observés dans les parties concaves pourraient correspondre à des traces de la distribution des épaisseurs de sol qui prévalait lors de la dernière glaciation.
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LE SYSTEME CLIMATIQUE TERRESTRE EST FORME DE PLUSIEURS COMPOSANTES QUI INTERAGISSENT ETROITEMENT (ATMOSPHERE, CALOTTES DE GLACE, OCEANS, LITHOSPHERE ET BIOSPHERE). LA MODELISATION NUMERIQUE PERMET D'ETUDIER CES INTERACTIONS. DANS CE TRAVAIL, L'ECOULEMENT DE PLUSIEURS CALOTTES GLACIAIRES EST MODELISE ET ON S'ATTACHE PARTICULIEREMENT A L'ETUDE DE LEURS INTERACTIONS AVEC L'ATMOSPHERE. CELLES-CI SONT DETERMINEES PAR L'ALTITUDE DE LA SURFACE DE LA CALOTTE, LES TEMPERATURES EN SURFACE ET L'ACCUMULATION. UN MODELE 3D D'ECOULEMENT DE CALOTTE GLACIAIRE, DEVELOPPE AU SEIN DE L'EQUIPE MODELISATION DU LGGE, EST PRESENTE. IL EST TESTE SUR UNE CALOTTE THEORIQUE DANS LE CADRE D'UN PROJET EUROPEEN D'INTERCOMPARAISON DE MODELES. IL EST ENSUITE APPLIQUE A LA CALOTTE DU GROENLAND, EN SIMULANT LA REPONSE DE LA CALOTTE SOUS DES CLIMATS DIFFERENTS DU CLIMAT ACTUEL ET EN ETUDIANT SON EVOLUTION AU COURS DU DERNIER CYCLE INTERGLACIAIRE-GLACIAIRE. LA SENSIBILITE DU MODELE A LA PARAMETRISATION DE L'ACCUMULATION EST MISE EN EVIDENCE. LE MODELE EST ENFIN APPLIQUE A LA RECONSTRUCTION DES CALOTTES DE GLACE PRESENTES DANS L'HEMISPHERE NORD (LAURENTIDE ET FENNOSCANDIE) AU DERNIER MAXIMUM GLACIAIRE (IL Y A ENVIRON 21 000 ANS). TROIS METHODES SONT UTILISEES POUR CALCULER LES CONDITIONS CLIMATIQUES EN ENTREE DU MODELE. DANS LES DEUX PREMIERES, CES CONDITIONS SONT DETERMINEES PAR UNE PARAMETRISATION CALIBREE SUR LES VALEURS ACTUELLES: LES RESULTATS AINSI OBTENUS NE SONT PAS SATISFAISANTS. LA TROISIEME METHODE UTILISE LES TEMPERATURES EN SURFACE ET LES PRECIPITATIONS ISSUES DE SIMULATIONS DU CLIMAT DU DERNIER MAXIMUM GLACIAIRE, REALISEES AVEC LE MODELE DE CIRCULATION GENERALE DE L'ATMOSPHERE DU LMD. LE COUPLAGE ENTRE LES DEUX MODELES NECESSITE UN TRAITEMENT DE DONNEES COMPLEXE, MAIS LES CALOTTES OBTENUES SONT EN MEILLEUR ACCORD AVEC LES DONNEES GEOLOGIQUES SUR L'EXTENSION ET L'EPAISSEUR DES CALOTTES A CETTE EPOQUE
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Le systeme climatique terrestre est forme de plusieurs composantes qui interagissent etroitement (atmosphere, calottes de glace, oceans, lithosphere et biosphere). La modelisation numerique permet d'etudier ces interactions. Dans ce travail, l'ecoulement de plusieurs calottes glaciaires est modelise et on s'attache particulierement a l'etude de leurs interactions avec l'atmosphere. Celles-ci sont determinees par l'altitude de la surface de la calotte, les temperatures en surface et l'accumulation. Un modele 3d d'ecoulement de calotte glaciaire, developpe au sein de l'equipe modelisation du lgge, est presente. Il est teste sur une calotte theorique dans le cadre d'un projet europeen d'intercomparaison de modeles. Il est ensuite applique a la calotte du groenland, en simulant la reponse de la calotte sous des climats differents du climat actuel et en etudiant son evolution au cours du dernier cycle interglaciaire-glaciaire. La sensibilite du modele a la parametrisation de l'accumulation est mise en evidence. Le modele est enfin applique a la reconstruction des calottes de glace presentes dans l'hemisphere nord (laurentide et fennoscandie) au dernier maximum glaciaire (il y a environ 21 000 ans). Trois methodes sont utilisees pour calculer les conditions climatiques en entree du modele. Dans les deux premieres, ces conditions sont determinees par une parametrisation calibree sur les valeurs actuelles: les resultats ainsi obtenus ne sont pas satisfaisants. La troisieme methode utilise les temperatures en surface et les precipitations issues de simulations du climat du dernier maximum glaciaire, realisees avec le modele de circulation generale de l'atmosphere du lmd. Le couplage entre les deux modeles necessite un traitement de donnees complexe, mais les calottes obtenues sont en meilleur accord avec les donnees geologiques sur l'extension et l'epaisseur des calottes a cette epoque.
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La calotte polaire du Groenland retient dans ses glaces une contribution potentielle au niveau des mers de 7,3 mètres. Alors que des changements importants sont observés à l'heure actuelle, réaliser des projections sur son état futur à l'échelle pluri-centennal est devenu une priorité. La modélisation numérique 3D est l'un des outils pour effectuer ces projections. Ce travail incorpore largement l'utilisation des carottages profonds du Groenland, qui rassemblent une grande part d'information sur les états passés. Ainsi, l'accent est ici mis sur les validités des reconstructions effectuant constamment des aller-retour entre observations et simulations. La robustesse de ces reconstructions et des projections futures est largement questionnée au travers de nombreuses expériences de sensibilité. La calibration du modèle de glace en utilisant des contraintes sur les informations de la dernière déglaciation permet de proposer des scénarios sur l'état de la calotte au cours du précédent interglaciaire, l'Eémien, potentiel analogue pour le climat futur.
Author: A. D. Abrahams Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9401582548 Category : Science Languages : en Pages : 1021
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Over the last twenty years there has been a major expansion of knowledge in the field of landforms and landforming processes of deserts. This advanced-level book provides a benchmark for the current state of science, and is written by an international team of authors who are acknowledged experts in their fields.
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Ces travaux de thèse se focalisent sur la modélisation numérique de la réponse thermique des glaciers froids aux variations climatiques. La prise en compte du forçage climatique par la modification des conditions de surface des glaciers est l'un des points clefs de cette étude. On montre l'importance des processus de fusion/regel en zone d'accumulation froide ainsi que de l'épaisseur de la couverture de neige et névé autour de la ligne d'équilibre. Les modèles développés dans cette thèse s'appliquent à des cas concrets sur trois glaciers du massif du Mont Blanc (Alpes françaises). Ces études permettent d'analyser des situations à risque et de reconstituer le climat passé à haute altitude. Le jeu de données très complet acquis sur le site du Col du Dôme (4250 m) comprend des mesures profondes de températures et de densités ainsi que des mesures d'accumulation et de vitesses de surface. Il a permis de valider et développer un modèle à trois dimensions de régime thermique couplé à un modèle d'écoulement et forcé par des données climatiques. Ce modèle permet d'étudier en détail la réponse thermique des zones d'accumulation froides aux changements climatiques. Il peut aussi être utilisé pour la prédiction du réchauffement futur des glaciers suspendus présentant un risque comme le glacier de Taconnaz dont une analyse préliminaire est effectuée ici. Le réchauffement basal jusqu'au point de fusion pourrait conduire à la déstabilisation de ce type de glacier. Le site du glacier de Tête Rousse ( environ 3200 m) a permis d'établir clairement l'influence de la couverture de neige et de névé sur le régime thermique des glaciers autour de la ligne d'équilibre. Les résultats obtenus à partir du couplage d'un modèle de neige (CROCUS) avec un modèle de régime thermique sont en excellent accord avec les observations de températures réalisées dans le glacier. On explique ainsi les causes de la structure thermique particulière du glacier de Tête Rousse responsable de la formation d'une poche présentant un risque pour la commune à l'aval. Dans le futur, les simulations indiquent que le glacier va continuer de se refroidir, limitant ainsi le risque de formation de poche d'eau. Dans le dernier chapitre, nous avons développé une nouvelle méthode inverse pour reconstituer les températures du passé à partir de profils de températures observées dans la glace. Elle est basée sur l'inversion simultanée de plusieurs profils de températures provenant de différents sites de forage ayant subi le même forçage climatique. La méthode permet de s'affranchir de l'impact des processus de fonte/regel en surface pour reconstruire les variations passées des températures de l'air. Les résultats obtenus sur le Col du Dôme montrent que le réchauffement climatique sur le site à 4250 m est similaire à celui observé à basse altitude. Ces résultats tendent à montrer que le réchauffement climatique n'est pas amplifié avec l'altitude.
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Le système climatique est formé de plusieurs composantes. Nous étudions ici grâce à un modèle 3D l'évolution de la calotte de glace Antarctique. Le modèle a d'abord été amélioré sur plusieurs points puis, après l'avoir validé par une simulation du passé jusqu'à l'actuel, différentes expériences ont permis de montrer une asymétrie de comportement de la calotte en englacement et déglacement. Dans le futur, les résultats indiquent que la contribution de l'Antarctique à l'augmentation du niveau des mers pour les prochains siècles devrait être négligeable puis s'accentuer ensuite. Nous montrons aussi une forte sensibilité des résultats à la carte de socle utilisée en entrée du modèle. Enfin la résolution du modèle a été diminuée de 40 km à 20 km, ce qui permet de mieux prendre en compte les structures fines de la topographie.
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Le système climatique est formé de plusieurs composantes. Nous étudions ici grâce à un modèle 3D l'évolution de la calotte de glace Antarctique. Le modèle a d'abord été amélioré sur plusieurs points puis, après l'avoir validé par une simulation du passé jusqu'à l'actuel, différentes expériences ont permis de montrer une asymétrie de comportement de la calotte en englacement et déglacement. Dans le futur, les résultats indiquent que la contribution de l'Antarctique à l'augmentation du niveau des mers pour les prochains siècles devrait être négligeable puis s'accentuer ensuite. Nous montrons aussi une forte sensibilité des résultats à la carte de socle utilisée en entrée du modèle. Enfin la résolution du modèle a été diminuée de 40 km à 20 km, ce qui permet de mieux prendre en compte les structures fines de la topographie.
Author: Vincent Peyaud Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Cette thèse concerne la modélisation des calottes qui ont couvert l'hémisphère nord durant le passé. Des améliorations de la physique ont été effectuées sur le modèle Antarctique GRISLI du LGGE afin de rendre ce modèle portable sur l'hémisphère nord: nouvelle méthode pour déterminer la position du front des ice shelves; conditions au front des ice shelves ; schéma pour le drainage de l'eau sous glaciaire et critère basé sur la pression d'eau sous-glaciaire pour la localisation des fleuves de glace qui sont bien plus réalistes qu'auparavant. Ce nouveau modèle est appliqué aux calottes de l'hémisphère nord et simule leur évolution lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire en comparant l'impact relatif du bilan de masse en surface et de la dynamique. L'évolution de la Fennoscandie autour l'évènement à 90 000 ans a été détaillée en étudiant l'impact des lacs pro-glaciaires et le rôle des ice shelves pendant l'avancée et le retrait sur les mers de Barents et de Kara.
Author: Benoît Bovy
Author: Benoît Bovy
Author: ADELINE.. FABRE
Author: Adeline Fabre
Author: Christian Verard
Author: Aurélien Quiquet
Author: A. D. Abrahams
Author: Adrien Gilbert
Author: Christophe Dumas
Author: Christophe Dumas
Author: Vincent Peyaud