Description du sujet de thèse

La dynamique de la banquise est régie par un ensemble de processus mécaniques et d'interactions complexes avec l’océan et l’atmosphère. Les propriétés qui la caractérisent ont été établies grâce à l’analyse d’observations satellites sur une gamme d’échelle allant de 10km à environ 1000km, et de l’échelle journalière à saisonnière. En particulier, des propriétés d’invariance d’échelle ont pu être mises en évidence sur l’ensemble de ce spectre spatio-temporel. Il n’est cependant pas encore clair jusqu’à quelle échelle ces propriétés s’étendent. En effet, en particulier aux échelles kilométrique/sub-kilométrique, la banquise ne peut plus être considérée comme un objet continu du point de vue mécanique. On observe plutôt un état granulaire de celle-ci, qui est alors composée d’un assemblage de fragments de glace ou « floes ». Au gré de leurs dérives respectives, les floes interagissent mécaniquement les uns avec les autres via une dynamique de contacts, processus fondamentalement différent des processus de friction le long de failles cisaillantes qui semblent contrôler les mouvements de la banquise à plus grande échelle. Aux petites échelles, la quantité d’observations disponibles reste trop faible pour une étude robuste. Une nouvelle génération de modèle numérique de banquise a justement été récemment développé pour étudier, entre autres, le comportement réaliste de la dynamique d’un assemblage de floes, sur la base d’une approche granulaire.

L’objet de cette thèse sera donc d’explorer les propriétés de la dynamique de la banquise aux échelles kilométrique/sub-kilométrique et sub-journalière en s’appuyant sur ces nouvelles approches de modélisation et plus spécifiquement le code FloeDyn développé ces dernières années au LJK/Grenoble et plus récemment à Sorbonne Université/Paris dans le cadre du projet SASIP. Il sera opportun de vérifier si un changement de régime dynamique s’opère à ces échelles, quelles en sont les caractéristiques, et l’origine. On se placera pour cela dans le cadre du concept de « turbulence solide » qui semble être tout à fait pertinent pour caractériser la dynamique de la banquise à travers une très grande gamme d’échelle, depuis celle d’un assemblage de floes, a celle d’un bassin océanique. De plus, une étude plus fine sur l’importance du couplage mécanique entre la banquise et la couche limite océanique sous-jacente pourra être menée.

Ce travail mènera à une meilleure compréhension et caractérisation de la dynamique de la banquise et de ses interactions avec l’océan sous-jacent. Il permettra éventuellement d’améliorer la paramétrisation de la rhéologie intégrée dans les modèles de banquise grande échelle actuels, en particulier ceux utilisés pour la prévision temps-réel et/ou dans le contexte de simulations climatiques couplées.

Sur les deux premières années, cette thèse s’inscrira dans le cadre du projet international SASIP (https://sasip-climate.github.io) pour lequel Pierre Rampal est le principal investigateur. SASIP est un projet de recherche financé par la fondation Schmidt Sciences qui vise entre autres à développer un modèle de glace de mer de nouvelle génération afin qu’il soit utilisé dans les futurs modèles climatiques. Il implique 11 partenaires de 5 pays différents (France, Etats-Unis, Norvège, Italie et Royaume-Uni). Le projet vise également à évaluer l'impact de la dynamique de la glace de mer sur son devenir, ainsi que sur le mélange de la couche supérieure de l'océan et sur le climat polaire à grande échelle. Le projet propose une approche innovante de modélisation de la dynamique de la glace de mer de l'échelle du floe de glace jusqu’à l'échelle du bassin, en tirant parti des méthodes hybrides d'assimilation de données et d'apprentissage automatique pour façonner une paramétrisation physiquement solide et pour calibrer les paramètres associés.

Compétences attendues
Le candidat ou la candidate devra être titulaire d’un diplôme d’ingénieur et/ou d’un master en géosciences, sciences du climat, ou mathématiques appliquées. Plus particulièrement, le poste nécessite de solides connaissances en océanographie physique (idéalement en glaciologie et mécanique du solide/granulaire), de bonnes aptitudes de communication orale et écrite (français et anglais nécessaires) pour présenter aux congrès et rédiger des articles dans des revues scientifiques. Nous recherchons une personne motivée et curieuse, qui saura s’impliquer dans son projet, ayant une certaine autonomie et une forte motivation pour développer des compétences interdisciplinaires. De plus, le ou la candidat(e) devra être apte à travailler en équipe et en interaction dans un environnement international.

Contexte de travail

La thèse sera rattachée à l’école doctorale Science de la Terre, de l’Environnement et des Planètes (ED 105 STEP) et se déroulera au sein de l’Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE) à Grenoble. L’Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE) est un laboratoire public de recherche sous les tutelles du CNRS/INSU, l’IRD, l’Université Grenoble Alpes (UGA), l’INRAE et Grenoble-INP. Il rassemble environ 330 personnes dont 190 membres permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs) et environ 140 doctorants, post-doctorants et personnels en contrat à durée déterminée. La thèse sera dirigée par Pierre Rampal (CNRS, IGE, Grenoble) et co-dirigée par Mickael Bourgoin (CNRS, ENS, Lyon). Par ailleurs, deux autres chercheurs feront également partis de l’équipe d’encadrement : Quentin Jouet (Montagne bleue, lead developer de FloeDyn) et Dr Jérôme Weiss (CNRS, ISTERRE, Grenoble).

Contraintes et risques

RAS