Modélisation 3D de l'écoulement des calottes glaciaires : application à la calotte du Groenland et aux calottes de l'hémishère nord au dernier maximum glaciaire
Résumé
The earth's climatic system consists in several components which strongly interact (atmosphere, ice sheets, oceans, lithosphere and biosphere). Numerical modelling is one among the appropriate tools for studying these interactions. In this work, the flow of several ice sheets is modelled and particular interest is given to the interface between the ice sheet surface and the atmosphere. This interface is governed by the altitude of the ice sheet surface, the surface temperatures and the accumulation. A 3D ice sheet model is developped and tested on a theoretical ice sheet, within the scope of a European project concerning ice sheet model intercomparison. Then it is applied to the Greenland ice sheet, by simulating the ice sheet response under climates different from today's climate, and by studying its evolution during the last interglacial-glacial cycle. The model sensitivity to the accumulation parameterization is emphasized. The model is at last applied to the reconstruction of the Last Glacial Maximum (about 21 000 years before present) ice sheets in the Northem hemisphere. Three methods are used to compute the climatic conditions in input to the mode!. In the first two methods, these conditions come from a parameterization calibrated of the present values: the results thus obtained are not satisfactory. The third method uses surface temperatures and precipitations coming from the simulations of the Last Glacial Maximum climate, performed with the LMD atrnospheric general circulation mode!. The "coupling" between both models requires a complex data treatrnent, but the ice sheets obtained are in better agreement with geological data on ice sheets extension and thickness at that time.
Le système climatique terrestre est fondé de plusieurs composantes qui interagissent étroitement (atmosphère, calottes de glace, océans, lithosphère et biosphère). La modélisation numérique permet d'étudier ces interactions. Dans ce travail, l'écoulement de plusieurs calottes glaciaires est modélisé et on s'attache particulièrement à l'étude de leurs interactions avec l'atmosphère. Celles-ci sont déterminées par l'altitude de la surface de la calotte, les températures en surface et l'accumulation. Un modèle 3D d'écoulement de calotte glaciaire, développé au sein de l'équipe modélisation du LGGE, est présenté. Il est testé sur une calotte théorique dans le cadre d'un projet européen d'intercomparaison de modèles. Il est ensuite appliqué à la calotte du Groenland, en simulant la réponse de la calotte sous des climats différents du climat actuel et en étudiant son évolution au cours du dernier cycle interglaciaire-glaciaire. La sensibilité du modèle à la paramétrisation de l'accumulation est mise en évidence. Le modèle est enfin appliqué à la reconstruction des calottes de glace présentes dans l'hémisphère nord (Laurentide et Fennoscandie) au Dernier Maximum Glaciaire (il y a environ 21 000 ans). Trois méthodes sont utilisées pour calculer les conditions climatiques en entrée du modèle. Dans les deux premières, ces conditions sont déterminées par une paramétrisation calibrée sur les valeurs actuelles : les résultats ainsi obtenus ne sont pas satisfaisants. La troisième méthode utilise les températures en surface et les précipitations issues de simulations du climat du Dernier Maximum Glaciaire, réalisées avec le modèle de circulation générale de l'atmosphère du LMD. Le "couplage" entre les deux modèles nécessite un traitement de données complexe, mais les calottes obtenues sont en meilleur accord avec les données géologiques sur l'extension et l'épaisseur des calottes à cette époque.