Description du sujet de thèse

Le changement climatique pose des défis scientifiques et sociétaux majeurs, en particulier en ce qui concerne l'évolution de la cryosphère, qui contribue significativement à l'élévation du niveau des mers. Les incertitudes dans les projections du niveau des mers proviennent principalement de l'évolution de la calotte glaciaire de l'Antarctique, le plus grand réservoir de glace sur Terre, dont la contribution potentielle totale à l'élévation du niveau des mers est de 58 mètres. Dans cette région, les pertes de masse des glaciers sont presque entièrement dues à une augmentation du déversement de glace dans l'océan, entraînée par l'accélération de l'écoulement des glaciers. En Antarctique, les glaciers ont la particularité unique de s'écouler depuis l'intérieur de la calotte glaciaire vers l'océan, où ils commencent à flotter, formant ainsi d'immenses plateformes de glace flottantes appelées plateformes de glace. Ces plateformes jouent un rôle crucial en soutenant le flux de glace provenant de la calotte glaciaire. Leur affaiblissement a un impact direct sur le déversement de glace dans l'océan (Rignot et al., 2019). L'effondrement de plateformes de glace, observé depuis les années 2000 dans la péninsule Antarctique et au nord du Groenland, a entraîné un triplement, voire un quadruplement, du déversement de glace dans l'océan (Scambos et al., 2004 ; Millan et al., 2023). Par conséquent, comprendre l'évolution des plateformes de glace est essentiel pour mieux contraindre les projections futures de l'élévation du niveau des mers et représente l'une des principales sources d'incertitudes quant à la contribution future de l'Antarctique.
L'augmentation de l’endommagement par fracturation a récemment été identifiée comme un facteur clé dans l'affaiblissement des plateformes de glace, réduisant leur capacité de soutènement et accélérant potentiellement leur effondrement. Malgré son importance, les processus qui régissent cet endommagement restent mal compris et peu représentés dans les modèles de calotte glaciaire. L'une des principales sources d'affaiblissement des plateformes de glace, susceptible d'entraîner une augmentation de la fracturation et un effondrement, est l'augmentation des taux de fonte basale, attribuée à l'advection des eaux profondes circumpolaires sur le plateau continental, qui pénètrent dans les cavités sous-glaciaires et intensifient la fonte de la glace basale. Les études antérieures mesurant les taux de fonte (Adusumili et al., 2022) ont des résolutions spatiales relativement faibles (de plusieurs kilomètres), révélant des différences spatiales significatives par rapport aux études locales à haute résolution basées sur l'imagerie satellite (Shean et al., 2019). Cela peut directement affecter la capacité à cartographier et suivre l'évolution des canaux de fonte basale localisés, qui fragilisent les plateformes de glace et peuvent potentiellement conduire à l'ouverture de fractures et de rifts. Cette augmentation de la fonte est souvent plus marquée au point où le glacier commence à flotter (la ligne d’échouage), influençant directement sa position et ayant un impact direct sur l’accélération du glacier, le déversement de glace et, par conséquent, sur les taux de déformation, ce qui affaiblit encore davantage la plateforme de glace en augmentant la fracturation. Des études récentes ont mis en évidence la complexité de ces processus, qui peuvent se dérouler sur plusieurs échelles temporelles (des variations journalières à plusieurs décennies) et restent encore mal comprises (Rignot et al., 2024).
D'autres processus peuvent également fragiliser les plateformes de glace, comme l’hydro fracturation induite par l’augmentation de la fonte en surface et le drainage des lacs d’eau de fonte, ainsi que les changements dans la glace de mer, qui jouerait un rôle clé en protégeant les plateformes de glace des houles océaniques excessives, et le mélange de glace. Aujourd’hui, il existe peu, voire aucune, étude ayant démontré de manière exhaustive l’évolution multi-temporelle et interconnectée de ces processus, ainsi que les relations et boucles de rétroaction qui les lient dans l'affaiblissement des plateformes de glace. Ainsi, l'objectif de ce projet de doctorat est de comprendre les processus qui affaiblissent les plateformes de glace, ainsi que les échelles spatiales et temporelles sur lesquelles ils opèrent et contribuent à l’augmentation des dommages le long de la côte antarctique.
Les objectifs spécifiques de la thèse incluent :
1. Quantifier les variations d'épaisseur des plateformes de glace et leur évolution spatio-temporelle afin de comprendre les tendances à long terme de l’amincissement des plateformes de glace et leurs implications pour la stabilité dynamique de la calotte glaciaire. Cela impliquera le traitement et l’analyse de modèles numériques de terrain à haute résolution issus des satellites GeoEye/WorldView (imagerie satellitaire Maxar), ASTER (NASA/METI), Pléiades (CNES/Airbus) et TanDEM-X (DLR) depuis les années 2000. Ce travail inclura également le développement d’un cadre méthodologique permettant d’aligner verticalement et horizontalement ces modèles numériques de terrain avec des données d’altimétrie laser de haute précision provenant de satellites (ICESat-1/2 de la NASA, CryoSat-2 de l’ESA, SWOT du CNES) et de plateformes aéroportées (Airborne Topographic Mapper de la NASA et Land, Vegetation, and Ice Sensor).
2. Reconstruire les taux de fonte basale des plateformes de glace antarctiques en utilisant des méthodes de conservation de masse afin d’évaluer la variabilité spatiale et temporelle des canaux de fonte basale. Cet objectif intégrera des données de vitesse d’écoulement de surface, des modèles de bilan de masse de surface et des estimations d’épaisseur de névé afin de mieux contraindre les incertitudes sur les taux de fonte basale et leur rôle dans la dynamique des plateformes de glace.
3. Étudier l’évolution des processus clés des plateformes de glace, notamment la dynamique de la ligne d’échouage (via l’interférométrie SAR différentielle quadruple, QDInSAR, Rignot et al., 2011) sur des échelles de temps allant du quotidien à la décennie, l’hydrologie de surface (formation de lacs de fonte, drainage, hydro fracturation), les concentrations de glace de mer et la houle océanique. Cette analyse impliquera la réévaluation de produits existants ainsi que la génération de nouvelles variables spatialisées.
4. Évaluer l'interaction et la synchronisation des processus étudiés ci-dessus en lien avec la progression des dommages aux plateformes de glace tout au long de la période d’étude (cartes de fractures obtenues grâce à l’apprentissage profond par des collaborateurs). Cela inclura la quantification d’une paramétrisation de l’endommagement en fonction des différents processus étudiés, afin de déterminer lesquels contribuent le plus à l’affaiblissement à grande échelle des plateformes de glace.
Le ou la candidat(e) rejoindra une équipe de recherche motivée au sein du projet IceDaM (Ice Shelf Damage Characterization and Monitoring around Antarctica), financé par le Conseil Européen de la Recherche (ERC). Ce projet de doctorat s’inscrit dans le cadre de collaborations nationales et internationales (LEGOS, Université de Copenhague, Université de Californie à Irvine, Dartmouth College, …) et pourra impliquer des déplacements vers les institutions partenaires du projet.
Tout au long de la thèse, le ou la doctorant(e) sera également amené(e) à présenter ses travaux lors de conférences internationales (par exemple, European Geophysical Union, American Geophysical Union, International Glaciological Society, …), publier ses résultats dans des revues scientifiques à comité de lecture et encadrer des étudiants en Master sur des projets de recherche liés à la thèse. En fonction de l’avancement des travaux, une campagne de terrain en Antarctique de l’Est pourra être envisagée afin de comparer les observations satellitaires avec des données in situ provenant de plateformes de glace locales.

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 hébergé dans quatre bâtiments du campus universitaire de Grenoble (bâtiment Glaciologie, OSUG-B, Maison Climat Planète et INRAE-Grenoble Saint Martin d'Hères).
L'IGE constitue l'un des principaux laboratoires de l'Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), une structure fédérative de l'INSU.
L’IGE participe à la stratégie nationale pour les recherches dans les régions polaires en lien avec les opérateurs nationaux et internationaux. Il est partenaire de très nombreux projets nationaux et internationaux.
La personne recrutée effectuera sa mission au sein de l'équipe Cryodyn de l'IGE, au sein du projet Européen OCEAN : ICE (WP3) et sera placée sous la responsabilité de Romain Millan.

Contraintes et risques

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