Thèse : Vers une évaluation quantitative de la stabilité des glaciers à partir de la modélisation physique de l'écoulement glaciaire pour améliorer la prévision des effondrements de glaciers H/F

Description du Poste

Sujet De Thèse

Les avalanches de glace associées à l'effondrement de glaciers comptent parmi les aléas les plus spectaculaires dans les zones montagneuses (Kääb et al., 2021). En raison de leur volume important (plusieurs millions de mètres cubes) et de leur longue portée (plusieurs kilomètres), ces événements constituent une menace significative pour les zones habitées. Cependant, la prévision de l'effondrement des glaciers reste difficile, et il n'est actuellement pas possible d'évaluer quantitativement quels glaciers sont susceptibles de s'effondrer. Dans ce contexte, la modélisation physique des écoulements glaciaires peut être utilisée pour évaluer la stabilité actuelle et future de glaciers spécifiques afin de déterminer si une surveillance in-situ doit être mise en place. La modélisation de l'effondrement des glaciers nécessite une description détaillée de l'évolution de la température, du frottement basal, de la fracturation de la glace et du champ de contraintes dans des géométries tridimensionnelles réalistes. Notre groupe de recherche a travaillé à l'élaboration d'un tel modèle en développant le code éléments finis Elmer/Ice, qui inclut la plupart des processus pertinents pour la modélisation de l'effondrement des glaciers. Ce code a été utilisé pour estimer les variations de température futures des glaciers suspendus (Gilbert et al., 2015) et pour réanalyser des effondrements glaciaires notables survenus par le passé, tels que ceux des glaciers d'Aru au Tibet (Gilbert et al., 2018) et du glacier de Birch en Suisse (Brondex et al., en préparation). Ces études soulignent l'importance des interactions entre les parties gelées et dégelées à la base d'un glacier dans son évolution vers un état instable, et montrent comment la rugosité du lit à plusieurs échelles contrôle la redistribution des contraintes à la suite d'une perturbation, déterminant ainsi la capacité du glacier à maintenir l'équilibre global des forces. Cependant, plusieurs facteurs inconnus, notamment concernant la valeur de paramètres critiques, restent à élucider afin d'obtenir une estimation fiable du risque d'effondrement glaciaire. En particulier, il manque une description précise, basée sur l’observation, de la manière dont la concentration des contraintes endommage la glace jusqu'à la rupture. De plus, les changements de frottement qui se produisent lors de la transition d'une interface glace-roche gelée à une interface dégelée sont mal quantifiés, alors qu'ils sont essentiels pour évaluer la stabilité des glaciers dans un contexte de réchauffement climatique.
L'objectif de cette thèse est de développer un outil numérique capable de prédire l'effondrement des glaciers en déterminant les paramètres inconnus grâce à la réanalyse de plusieurs effondrements observés par le passé. La recherche s'attachera à définir des critères de rupture réalistes de la glace, ainsi qu'à modéliser avec précision les variations transitoires de frottement qui se produisent au niveau du lit en réponse à des changements thermiques progressifs ou à des perturbations soudaines liées à une augmentation de la pression de l'eau ou à des charges externes (par exemple, des chutes de pierres). Différents types d’effondrements passés permettront au doctorant de se concentrer sur différents aspects : (1) les glaciers de l'Aru (Gilbert et al., 2018) et de la Marmolada (Bondesan & Francese, 2023) pour les critères d’endommagement et de rupture dans la glace froide, (2) le glacier d'Altels (Faillettaz et al., 2011) pour les changements de frottement associés au dégel du lit et (3) les glaciers du Tour et d'Allalin (Faillettaz et al., 2012) pour les changements de frottement associés à une augmentation de la pression de l'eau dans les glaciers tempérés. Les travaux menés dans cette thèse s'appuieront sur le modèle thermomécanique actuel développé à l'IGE et basé sur le code d'éléments finis Elmer/Ice. À terme, un critère basé sur l'état d’endommagement et de contrainte de la glace sera développé afin de déterminer un indice de stabilité, qui fournira une estimation quantitative de la stabilité des glaciers. Cette approche sera ensuite utilisée pour évaluer la stabilité des glaciers actuellement surveillés et susceptibles de s'effondrer à l'avenir.
Ce doctorat s'inscrit dans le cadre d'un programme sur 5 ans financé par le Plan d'action pour la prévention des risques d'origine glaciaire (PAPROG), dont l'objectif principal est de développer un outil de modélisation opérationnel destiné à la prévision et à l'analyse des risques liés aux glaciers. Ce doctorat bénéficiera d'un soutien technique financé par le projet ainsi que de collaborations au sein de l'équipe PAPROG.

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L’Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE) est un laboratoire public de recherche affilié au CNRS, à l’IRD, à l’Université Grenoble Alpes (UGA) et à Grenoble-INP. Ses recherches portent sur le changement climatique et l’impact des activités humaines sur notre planète dans les régions polaires, montagneuses et intertropicales, des zones particulièrement sensibles aux enjeux sociétaux majeurs.
Le laboratoire compte en moyenne environ 330 personnes, dont 190 permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens et personnels administratifs) et environ 140 doctorants, postdoctorants et contractuels. Chaque année, l’IGE accueille également environ 120 stagiaires et visiteurs scientifiques. L’IGE est réparti dans quatre bâtiments du campus universitaire grenoblois (bâtiment Glaciologie, OSUG-B, Maison du Climat et de la Planète, et INRAE-Grenoble à Saint-Martin-d’Hères).
L’IGE est l’un des principaux laboratoires de l’Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble (OSUG), une structure fédérative de l’Institut National des Sciences de l’Univers (INSU).
L’IGE contribue activement à la stratégie nationale de recherche dans les régions polaires, en collaboration avec des partenaires nationaux et internationaux. Il participe à de nombreux projets nationaux et internationaux.
La personne recrutée mènera sa mission au sein de l’équipe Cryodyn de l’IGE, dans le cadre du projet PAPROG, sous la responsabilité d'Olivier Gagliardini.

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