Description du sujet de thèse

Prédire le contrôle de la morphologie des glaciers sur l’hydrologie sous-glaciaire et le glissement basal : des glaciers Alpins à la calotte Groenlandaise

En contrôlant le flux de glace vers l’océan, l’écoulement des calottes polaires joue un rôle clé dans le devenir de la cryosphère et dans l’élévation du niveau des mers qui en résulte en réponse au réchauffement climatique. L'écoulement des glaciers est déterminé à la fois par la déformation interne de la glace et par le glissement à leur base, ce dernier restant particulièrement mal compris bien qu'il soit l'un des principaux responsables des changements dynamiques. Ce manque de connaissances est principalement dû au fait que le frottement basal des glaciers est fortement influencé par des processus hydrologiques sous-glaciaires complexes (Gilbert et al., 2022 ; Gimbert et al., 2021). Des travaux récents menés dans notre groupe ont montré que les changements spatiaux du frottement basal sont principalement contrôlés par des changements dans l'hydrologie sous-glaciaire, en lien avec des changements de la morphologie des glaciers, c'est-à-dire principalement par la pente de surface (Maier et al., 2022), plutôt que par des changements de taux de fonte comme cela était généralement considéré (Nienow et al., 2017; Tedstone et al., 2015). Nous avons suggéré que la dépendance du frottement avec la morphologie du glacier est principalement due aux changements dans le stockage de l'eau dans les parties hydrologiquement faiblement connectées de l’environnement basal. Les pentes de surface inférieures devraient entraîner des gradients de pression d'eau sous-glaciaires plus faibles, ce qui limite l'efficacité du drainage de l'eau (à travers des canaux et/ou des cavités connectées) et favorise ainsi la lubrification basale de l'eau grâce à un stockage accru dans des cavités faiblement connectées. Ces cavités à faible connectivité restent cependant mal documentées par les observations et non décrites dans les modèles physiques d'hydrologie sous-glaciaire (par exemple Werder et al., 2013), de sorte que le contrôle de la morphologie des glaciers sur le frottement basal ne peut pas être explicitement décrit.
L'objectif primordial de ce doctorat est de développer un cadre de modélisation capable de représenter le contrôle de la morphologie des glaciers sur le frottement basal à travers son influence sur les caractéristiques de l'hydrologie sous-glaciaire et en particulier sur la connectivité des cavités et l'évolution des canaux. Premièrement, nous représenterons explicitement les cavités à haute pression d'eau faiblement connectées dans des modèles d'hydrologie sous-glaciaire en décrivant le contrôle des caractéristiques de rugosité du lit multi-échelles sur la dynamique des cavités ainsi que sur leurs interactions avec le drainage dans des cavités et/ou des canaux connectés. Ce travail sera réalisé à l'aide du logiciel ELMER-Ice pour la partie dynamique des glaces, ainsi qu'à l'aide d'un logiciel dédié tel que Comsole multi-physics pour la partie drainage des eaux. Ce modèle physique sera testé en confrontation avec des observations ciblées de la littérature ainsi qu’avec de nouvelles observations sismiques acquises dans le cadre du projet ERC REASSESS (2024-2029), que le candidat aura l'occasion d'acquérir et d'analyser. Deuxièmement, nous effectuerons des prédictions sous différentes configurations à l’aide du modèle physique de sorte qu'une loi empirique reliant frottement et morphologie puisse être proposée. A terme, nous intégrerons cette loi empirique dans des modèles de calotte glaciaire à grande échelle utilisant Elmer-ICE et/ou GRISLI afin d'évaluer, pour la première fois, le contrôle de la morphologie des glaciers sur les changements de friction à long terme dans un contexte de déglaciation. Cette étape ultime jettera les bases de prévisions plus fiables sur l’évolution des glaciers et donc sur leur contribution à l’élévation du niveau des mers au cours des décennies, voire des siècles à venir.

Contexte de travail

L'Institut des Géosciences de l'Environnement (IGE) est un laboratoire public de recherche sous les tutelles du CNRS, l'IRD, l'Université Grenoble Alpes (UGA) et Grenoble-INP qui travaille sur les changements climatiques et l'anthropisation de notre planète dans les régions polaires, de montagne et la zone intertropicale, régions particulièrement sensibles et aux enjeux sociétaux majeurs.
L'effectif moyen du laboratoire est d'environ 330 personnes, dont 190 membres permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens et personnels administratifs) et environ 140 doctorants, post-doctorants et personnels en contrat à durée déterminée. Chaque année, le laboratoire accueille environ 120 stagiaires et visiteurs scientifiques. L'IGE est installé dans quatre bâtiments du campus universitaire de Grenoble (bâtiment de glaciologie, OSUG-B, Maison Climat Planète et INRAE-Grenoble Saint Martin d'Hères).
La personne recrutée effectuera sa mission au sein de l'équipe CyroDyn de l'IGE et sera placée sous la responsabilité de Florent Gimbert et Adrien Gilbert

Contraintes et risques

La personne recrutée pourra être amenée à effectuer des missions de terrain en milieu hostile