Study of the viscoplastic behavior of polar ice : deformation modes and texture development simulation
Contribution à l'étude du comportement viscoplastique des glaces des calottes polaires : modes de déformation et simulation du développement des textures
Résumé
The deformation of ice in polar ice sheets implies strain rates lower than 10e-10s-1. The rheology of polar ice is governed by intracrystalline slip and is associated with the occurence of grain growth and dynamic recrystallization. The stress exponent of the secondary creep is lower than 2. A deformation model based on equilibrium between work hardenning and recovery in ice sheet is developed. Hard X-ray diffraction experiments are performed on ice monocrystals taken along the deep Vostok core (Antarctica). The measured lattice distortion can be described by basal geometrically necessary dislocations of screw and edge type. Deformation modes of polar ice are determined by taking into account the mechanical behavior and the arrangement of dislocations. The simulation of the texture development is performed by using the Visco-Plastic Self Consistent (VPSC) "1-site" model developed by Lebensohn and Tomé (1993). This model is modified to take into account the anisotropy of the ice monocrystal, and polar ice deformation conditions. A good estimation of texture development along the Vostok and GRIP ice core is obtained. Expansion of the model to introduce rotation recrystallization does not point out the influence of associated mechanisms on texture development. Finally, a "n-sites" type of modelling using Fast Fourier Transform (Lebensohn 2001) is investigated to simulate the heterogeneities within crystals and improve the calculation of grain interactions.
La déformation de la glace des calottes polaires implique des vitesses de déformation inférieures à 10e-10 s-1. La glace se déforme essentiellement par glissement intracristallin auquel sont associés les processus de grossissement normal et de recristallisation dynamique. La loi de fluage se caractérise par un exposant des contraintes inférieur à 2. Les mécanismes physiques qui interviennent au cours de la déformation de la glace polaire sont étudiés par l'intermédiaire d'un modèle physique basé sur l'équilibre écrouissage / restauration. Des expèriences de diffraction des rayons X à hautes énergies sont réalisées sur des monocristaux de la carotte de Vostok (Antarctique). Ces mesures ont permis de caractériser les distorsions du réseau cristallin de ces glaces et de préciser les modes de déformation. Les dislocations géométriquement nécessaires auxquelles sont associées les hétérogénéités de déformation dans les grains sont des dislocations basales de type vis ou coin. Nous présentons une étude de la simulation du développement des textures par le modèle viscoplastique autocohérent VPSC "1-site" de Lebensohn et Tomé (1993). Ce dernier a été modifié afin d'améliorer la prise en compte des caractéristiques de la déformation inhérente aux glaces polaires. Une bonne estimation du développement des textures des glaces de Vostok et de GRIP (Groenland) est obtenue. Le couplage à un modèle de recristallisation par rotation ne permet pas de montrer l'effet des mécanismes de germination et de grossissement des grains sur le développement des textures. Enfin, une perspective est ouverte par une simulation de type "n-sites", le modèle FFT élaboré par Lebensohn (2001), permettant de prendre en compte les hétérogénéités de déformation dans les grains, et les interactions entre grains.