Reconstruction de la calotte polaire du Groenland au cours du dernier cycle glaciaire-interglaciaire à partir de l'association de la modélisation numérique 3D et des enregistrements des carottages glaciaires profonds PDF Download
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Book Description
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.
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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.
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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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Les relations de phase entre augmentation de la concentration des gaz à effet de serre et augmentation de la température constitue un enjeu sociétal. Pour affiner notre compréhension des mécanismes climatiques sur la Terre, une datation précise des enregistrements climatiques du passé (carotte de glace, carotte de sédiments marins, spéléothèmes) est in- dispensable. En échelle relative, les datations permettent d’évaluer les relations de phase des variations climatiques en différents points du globe. En échelle absolue, les liens entre changements de l’orbite terrestre et réponse climatique peuvent être étudiés. Les carottes de glace d’Antarctique et du Groenland constituent des archives uniques à l’échelle des grands cycles glaciaire-interglaciaire. Elles offrent de nombreux marqueurs stratigraphiques pour la datation relative (méthane, couches de cendre...). Les échelles d’âge de ces carottes peuvent en outre être calculées grâce à des modèles numériques simulant la déformation des calottes, l’évolution de la température et des précipitations, ainsi que les caractéristiques du névé polaire. Toutefois les incertitudes sur ces datations modélisées demeurent considérables, notamment sur la datation relative des signaux de température enregistrés dans la glace solide et des signaux de composition de l’atmosphère enregistrés dans les bulles d’air piégées dans la glace. Le gaz et la glace à une même profondeur n’ont en effet pas le même âge. Au cours de ce travail de thèse, un code d’assimilation de données a été développé afin de réduire les incertitudes sur les chronologies. Ce code permet de calculer simultanément les datations gaz et glace de plusieurs forages glaciaires en réalisant un compromis entre les informations chronologiques fournies par les modèles glaciologiques et celles apportées par les contraintes stratigraphiques issues des mesures dans la glace et le gaz. La méthode repose sur une inférence Bayésienne formulée à l’aide d’une fonction coût. Cette formulation met en jeu des matrices de covariance d’erreur qui rendent compte des incertitudes sur les données ainsi que sur les sorties des modèles fournissant la première ébauche de datation. Elle permet de proposer des échelles d’âge optimisées ainsi que des intervalles de confiance. Dans ce manuscrit, on présente les premières expériences de datation réalisées avec l’outil numérique. En particulier, la datation simultanée des forages de North GRIP (Groenland), Vostok, Epica Dôme C et Epica Dronning Maud Land (Antarctique) montre le potentiel de cet outil pour construire les futures échelles d’âge des forages profonds d’Antarctique et du Groenland.
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.
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Les 420 000 ans d'archives du climat et de la composition de l'atmosphère, constituées par la carotte de Vostok, offrent la possibilité unique de reconstruire l'évolution de la teneur en dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère au cours des 4 derniers cycles glaciaireinterglaciaires. La représentativité atmosphérique de la teneur en CO2 de cette carotte est discutée en tenant compte des processus physiques susceptibles d'altérer l'information et de la mesure du rapport O2/N2 mise au point au cours de ce travail. La représentativité de l'enregistrement CO2 de Vostok est aussi discutée à partir de sa comparaison avec différents enregistrements glaciaires antarctiques. On constate que la teneur en CO2 de l'atmosphère pendant les interglaciaires est de 280 à 300 ppmv (partie par million en volume) hors de l'influence anthropique, alors que la concentration caractérisant les périodes glaciaires est d'environ 180 ppmv. Ces variations sont à mettre en parallèle à celles de la température en Antarctique qui présente des oscillations d'environ 10°C. Les causes des changements climatiques sont encore mal comprises. En comparant l'évolution temporelle du CO2 à celle des températures aux hautes latitudes Sud et Nord, du niveau des mers et de la quantité de poussières continentales parvenant à Vostok, ce travail met en évidence des liens de causalité possibles entre les variations de ces différentes paramètres. Par confrontation avec d'autres enregistrements climatiques (Groenland, enregistrements marins), nous proposons également des mécanismes susceptibles d'expliquer les changements glaciaire-interglaciaires de la teneur en CO2 de l'atmosphère, ainsi que l'enchaînement des évènements caractérisant les oscillations climatiques. Il ressort de cette étude que le rôle de l'hémisphère Sud semble prépondérant et que l'étendue de la glace de mer, en Atlantique Sud en particulier, pourrait jouer un rôle clef dans la genèse des changements climatiques glaciaire- interglaciaires.
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Alors que le troisième millénaire vient à peine de commencer, il devient de plus en plus évident que les comportements humains ont des impacts directs et indirects sur le système climatique terrestre. Face à ce constat, l'objectif est d'améliorer les simulations numériques des modifications futures du climat et de leurs conséquen la réponse se trouve dans l'exploration du passé. L'air extrait des glaces polaires du Groenland et de l'Antarctique constitue un véritable témoin des évolutions passées de l'atmosphère de notre planète. L'exploitation des données issues des carottes de glace a mis en é corrélation entre les teneurs atmosphériques en gaz à effet de serre (COz, CH4, NzO) et la température depuis des centaines de milliers d'années. Ces études ont par ailleurs révélé que les concentrations élevées en gaz aujourd'hui n'ont pas d'équivalent sur les derniers 650'000 ans, dans la limite de résolution des analyses. Enfin, elles offrent l'opportunité de mieux comprendre le lien entre climat et cycles biogéochimiques, responsable des variations passées de ces gaz et susceptible de rétroagir sur le climat futur. Ce travail de thèse a consisté dans un premier temps à analyser à haute résolution temporelle le méthane piégé dans les bulles d'air des récents forages antarctiques EPICA, à Dôme C et à Dronning Maud Land. Ces analyses nous ont permis ensuite (i) de conceptualiser les causes du lien méthane/climat au cours des derniers 800'000 ans et (ii)d'améliorer la chronologie des gaz piégés dans la glace, tout en discutant la séquence des événements climatiqt hémisphères. Nous concluons que la modulation à basse fréquence des niveaux de méthane est probablement liée à mousson asiatique et au déplacement de la zone de convergence intertropicale. A cette modulation l'apport des zones humides des hautes latitudes lors des transitions glaciaires-interglaciaires. A l'échelle millénaire, au cours des huit dernières périodes glaciaires, nous montrons l'omniprésence d'une variabiliité climatique et la persistance probable d'un mécanisme de bascule bipolaire, redistribuant l'énergie entre les deux poles et au sein des forages antarctiques. Le calcul de la différence d'âge entre les bulles d'air et la glace environnante (delta âge) est entaché pour les conditions climatiques passées. Grâce à la synchronisation des signaux de méthane entre les carottes Epica, en utilisant l'anomalie de béryllium-lO associé à l'événement géomagnétique de Laschamp, nous avons ce delta âge et montrer une forte surestimation par le modèle de densification du névé pendant 1; glaciaire. Ceci nous conduit à réviser à la baisse le retard du dioxyde de carbone sur la température al de transition glaciaire-interglaciaire. Les causes exactes de cette surestimation du delta âge en co restent indéterminées au terme de la thèse; mais elles impliquent très probablement à la fois sur les paramètres climatiques d'entrée du modèle (température, accumulation) et la physique de la densification du névé en conditions glaciaires.
Author: Aurélien Quiquet
Author: Aurélien Quiquet
Author: ADELINE.. FABRE
Author: Adeline Fabre
Author: Bénédicte Lemieux-Dudon
Author: Vincent Peyaud
Author: Laurence Pepin
Author: Laetitia Loulergue