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Meltwater beneath the polar ice sheets drains, in part, through subglacial conduits. Landforms created by such drainages are abundant in areas formerly covered by ice sheets during the last glacial maximum. However, observations of subglacial conduit dynamics under a contemporary ice sheet are lacking. We present results from ice-penetrating radar to infer the existence of subglacial conduits upstream of the grounding line of Roi Baudouin Ice Shelf, Antarctica. The conduits are aligned with ice-shelf channels, and underlain by esker ridges formed from sediment deposition due to reduced water outflow speed near the grounding line. In turn, the eskers modify localice flow to initiate the bottom topography of the ice-shelf channels, and create small surface ridges extending onto the shelf. Relict features on the shelf are interpreted to indicate a history of these interactions and variability of past subglacial drainages. Because ice-shelf channels are loci where intense melting occurs to thin an ice shelf, these findings expose a novel link between subglacial drainage, sedimentation, and ice-shelf stability. To investigate the role of sediment transport beneath ice sheets further, we model the sheet-shelf system ofthe Ekstömisen catchment, Antarctica. A 3D finite element model (Elmer/ICE) is used to solve the transients full Stokes equation for isotropic, isothermal ice with a dynamic grounding line. We initialize the model with surface topography from the TanDEM-X satellites and by inverting simultaneously for ice viscosity and basaldrag using present-day surface velocities. Results produce a flow field which is consitent with sattelite and on-site observations. Solving the age-depth relationship allows comparison with radar isochrones from airborne data, and gives information about the atmospheric/dynamic history of this sector. The flow field will eventually be used to identify potential sediment sources and sinks which we compare with more than 400 km of seismic profiles collected over the floating ice shelves and the grounded ice sheet.

The analysis of impact pressure by granular flows on obstacles requires an investigation of the drag coefficient. However, in the bibliography, experimental studies cannot reach inner flow properties, in spite of their consideration in its computation. Therefore, in this thesis we propose to determine this coefficient through three dimensional numerical tools, carried out with the discrete element method (DEM), and validated through experimental studies. The experiments consist in a laboratory canal, fully modelled by the DEM. The local contact law includes a normal elastic, hysteretic behaviour with a tangential sliding criterion. The full model validation is deduced from the similarity between experimental and numerical results of the flow's physical parameters and of the impact loading against the obstacle. This validation is obtained without any important calibration of the numerical parameters. Then, the full model is optimized, in terms of time computation and number of studies possibilities, as a granular launcher, in which is only considered the flow-obstacle interaction zone. The flow properties: velocity, thickness, density, are controlled because taken as initial numerical parameters. The effect of flow characteristics, like the Froude number, grains' mean size, or the shape and size of the obstacle, on the drag coefficient, is then analyzed. Finally, further micromechanical investigations are performed to study the effect of an adhesion and cohesion added in the local behaviour., L'analyse de la pression exercée par un écoulement granulaire sur un obstacle nécessite la connaissance du coefficient de traînée. Néanmoins, les études bibliographiques expérimentales ne fournissent pas les données internes de l'écoulement intervenant dans son calcul. C'est pourquoi, nous proposons la détermination du coefficient de traînée par l'application d'outils numériques tridimensionnels, basés sur la méthode des éléments discrets (MED), et validés par des études expérimentales. L'expérience est un canal d'écoulement de laboratoire, intégralement modélisé par la MED. Les lois locales de contact intègrent un comportement normal élastique, hystérétique associé à un critère de glissement tangentiel. La validation du modèle intégral repose sur la similarité entre les résultats expérimentaux et numériques des paramètres physiques de l'écoulement et de l'effort d'impact sur l'obstacle. Cette validation est obtenue sans calibration importante des paramètres numériques. Le modèle intégral est ensuite optimisé, en termes de temps de calcul et de possibilités d'études, sous la forme d'un canon granulaire, dans lequel n'est simulée que la zone d'interaction entre l'écoulement et l'obstacle. Les propriétés de l'écoulement : vitesse, épaisseur, densité, sont contrôlées car intégrées en tant que paramètres initiaux numériques. L'influence de caractéristiques associées à l'écoulement, comme le nombre de Froude, à la taille des grains, ou à la forme et la taille de l'obstacle, sur le coefficient de traînée, est alors analysée. Enfin, une extension micromécanique est proposée dans l'analyse de l'influence d'une adhésion et d'une cohésion intégrées aux lois locales de contact.

The analysis of impact pressure by granular flows on obstacles requires an investigation of the drag coefficient. However, in the bibliography, experimental studies cannot reach inner flow properties, in spite of their consideration in its computation. Therefore, in this thesis we propose to determine this coefficient through three dimensional numerical tools, carried out with the discrete element method (DEM), and validated through experimental studies. The experiments consist in a laboratory canal, fully modelled by the DEM. The local contact law includes a normal elastic, hysteretic behaviour with a tangential sliding criterion. The full model validation is deduced from the similarity between experimental and numerical results of the flow's physical parameters and of the impact loading against the obstacle. This validation is obtained without any important calibration of the numerical parameters. Then, the full model is optimized, in terms of time computation and number of studies possibilities, as a granular launcher, in which is only considered the flow-obstacle interaction zone. The flow properties: velocity, thickness, density, are controlled because taken as initial numerical parameters. The effect of flow characteristics, like the Froude number, grains' mean size, or the shape and size of the obstacle, on the drag coefficient, is then analyzed. Finally, further micromechanical investigations are performed to study the effect of an adhesion and cohesion added in the local behaviour.; L'analyse de la pression exercée par un écoulement granulaire sur un obstacle nécessite la connaissance du coefficient de traînée. Néanmoins, les études bibliographiques expérimentales ne fournissent pas les données internes de l'écoulement intervenant dans son calcul. C'est pourquoi, nous proposons la détermination du coefficient de traînée par l'application d'outils numériques tridimensionnels, basés sur la méthode des éléments discrets (MED), et validés par des études expérimentales. L'expérience est un canal d'écoulement de laboratoire, intégralement modélisé par la MED. Les lois locales de contact intègrent un comportement normal élastique, hystérétique associé à un critère de glissement tangentiel. La validation du modèle intégral repose sur la similarité entre les résultats expérimentaux et numériques des paramètres physiques de l'écoulement et de l'effort d'impact sur l'obstacle. Cette validation est obtenue sans calibration importante des paramètres numériques. Le modèle intégral est ensuite optimisé, en termes de temps de calcul et de possibilités d'études, sous la forme d'un canon granulaire, dans lequel n'est simulée que la zone d'interaction entre l'écoulement et l'obstacle. Les propriétés de l'écoulement : vitesse, épaisseur, densité, sont contrôlées car intégrées en tant que paramètres initiaux numériques. L'influence de caractéristiques associées à l'écoulement, comme le nombre de Froude, à la taille des grains, ou à la forme et la taille de l'obstacle, sur le coefficient de traînée, est alors analysée. Enfin, une extension micromécanique est proposée dans l'analyse de l'influence d'une adhésion et d'une cohésion intégrées aux lois locales de contact.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Les caractéristiques de l'impact normal d'un écoulement dense de matériau granulaire sur un obstacle rigide sont investiguées. Un modèle expérimental de canal d'écoulement en laboratoire est couplé avec un modèle numérique aux éléments distincts. Le modèle expérimental nous permet de mesurer la force d'impact normale sur un obstacle instrumenté, ainsi que les caractéristiques de l'écoulement (vitesses, densité, hauteur). Le modèle numérique est tridimensionnel. Les lois de contact intergranulaire et grain-obstacle prennent en compte un comportement élastique (raideurs normale et tangentielle), ainsi qu'un comportement dissipatif (coefficient de restitution normal et coefficient de frottement tangentiel de type Mohr-Coulomb). Les profils expérimentaux de vitesse et de densité sont utilisés en tant que paramètres d'entrée du modèle numérique. Les forces normales d'impact expérimentale et numérique sont comparées, dans le but d'obtenir un calibrage des caractéristiques de la loi de contact grain-obstacle.

Since the mid-20th century, global average temperatures have dramatically risen mostly due to the increasing amount of greenhouse gas emissions in the atmosphere. The effects of this recent global warming are already evident and could be exacerbated in the near future if no real action is taken. Recent ice loss in West Antarctica, monitored by satellite measurements and other techniques, gives cause for concern in such a warming world. A major part of this loss has been driven by warm water masses penetrating underneath the ice shelves in this region. This has led to a flow acceleration of the inland outlet glaciers and a greater discharge of ice to the ocean. The actual resulting contribution of West Antarctica to sea-level rise is estimated to be around 0.2 mm per year between 1992 and 2011, i.e. about one third of the ice-sheet contribution (Antarctica and Greenland), and is expected to increase in the near future. In this thesis, we first clearly demonstrate that modeling grounding-line (the boundary between grounded and floating ice) migration depends on both the numerical approach and the physical approximation of the ice-sheet model used. Ice-sheet models prescribing the ice flux at the grounding line and using appropriate physical level and numerical approach converge to the same steady-state grounding-line position irrespective of the grid size used. However, the transient behavior of those models is less accurate than other models and leads to an overestimated grounding-line discharge. Therefore, they need to be used with particular attention on short time scales. Furthermore, the non-inclusion of vertical shear stress in those models increases the effective viscosity and gives steady-state grounding-line positions further downstream when compared to full-Stokes models. The second major finding of this thesis is the high control of geometry (glacier width and bedrock topography) on Thwaites Glacier, one of the fastest-flowing outlet glaciers in West Antarctica. A flowline finite-difference Shallow-Shelf Approximation (SSA) model is applied to the glacier and shows that ice-flow convergence (through width parameterization) slows down the grounding-line retreat when compared to simulations where the width is constant. A new buttressing parameterization is also tested on the glacier and permits a better understanding of this effect. Finally, the three-dimensional version of the model above is applied to Thwaites Glacier and highlights the strong control of lateral variations in bedrock topography on grounding-line migration./Depuis le milieu du 20e siècle, les températures moyennes globales ont fortement augmenté principalement à cause de l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine. Les effets de ce réchauffement global récent sont déjà détectables et pourraient s'accentuer dans un futur proche si aucune mesure réelle n'est prise. La perte récente de glace en Antarctique de l'Ouest, enregistrée par mesures satellites et d'autres techniques, est préoccupante dans un monde qui se réchauffe. Une grande partie de cette perte de glace est due à la pénétration de masses d'eau chaude sous les plateformes de glace flottante dans cette région. Cela engendre une accélération de l'écoulement des glaciers émissaires et une plus grande décharge de glace vers l'océan. Ainsi, la contribution récente à la hausse du niveau de la mer de l'Antarctique de l'Ouest s'élève à environ 0.2 mm par an entre 1992 et 2011, c'est-à-dire près du tiers de la contribution des calottes glaciaires (Antarctique et Groenland). On estime que cette contribution va continuer à augmenter dans le futur proche. Dans cette thèse, nous démontrons clairement que la modélisation de la migration de la ligne d'ancrage (frontière entre glaces posée et flottante) dépend de l'approche numérique et de l'approximation physique du modèle cryosphérique utilisé. Les modèles cryosphériques qui prescrivent le flux glaciaire à la ligne d'ancrage et qui utilisent un niveau de physique et une approche numérique appropriés convergent vers la même position d'équilibre de la ligne d'ancrage quelle que soit la taille de maille utilisée. Cependant, le comportement transitoire de ces modèles est moins précis que d'autres modèles et mène à une surestimation du flux à la ligne d'ancrage. Dès lors, ces modèles doivent être utilisés avec précaution sur de courtes périodes de temps. De plus, la non inclusion des contraintes verticales de cisaillement dans ces modèles augmente la viscosité effective et donne des positions d'équilibre de la ligne d'ancrage plus en aval en comparaison avec les modèles « full-Stokes ». La seconde découverte majeure de cette thèse est le contrôle important exercé par la géométrie (largeur du glacier et topographie du lit rocheux) sur Thwaites Glacier, l'un des glaciers émissaires les plus rapides en Antarctique de l'Ouest. Un modèle « Shallow-Shelf Approximation » (SSA) résolvant les différences finies le long d'une ligne d'écoulement est appliqué au glacier et montre que la convergence de l'écoulement glaciaire (au travers de la paramétrisation de la largeur) ralentit le retrait de la ligne d'ancrage comparé aux simulations où la largeur est constante. Une nouvelle paramétrisation de l'effet arc-boutant est testée sur le glacier et permet de mieux comprendre cet effet. Finalement, la version en trois dimensions du modèle ci-dessus est appliquée à Thwaites Glacier et met en évidence le contrôle important des variations latérales de l'altitude du lit rocheux sur la migration de la ligne d'ancrage., Doctorat en Sciences, info:eu-repo/semantics/published