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Thèse

Resolving subglacial hydrology network dynamics through seismic observations on an Alpine glacier

Résumé : La façon dont l'eau s'écoule sous les glaciers joue un rôle majeur dans le couplage mécanique glace-roche qui définit les vitesses d’écoulement des glaciers. Aujourd'hui, notre compréhension de la physique de l'hydrologie sous-glaciaire est limitée et incertaine en raison de la rareté des mesures de terrain, qui ne représentent que partiellement l’hétérogénéité de l’environnement sous-glaciaire. L'objectif de mon doctorat est d'utiliser la sismologie passive pour surmonter les difficultés observationnelles et quantifier l’évolution des conditions de pression et de la configuration du réseau d’hydrologie sous glaciaire. De récents travaux montrent que l'écoulement turbulent d'eaux sous-glaciaire génère du bruit sismique dont l’étude donne accès aux propriétés hydrodynamique associées. Ces analyses ont été menées sur une courte période et il n’est pas certains qu’elles soient appropriées à l’étude de l’hydrologie sous-glaciaire sur les échelles de temps les plus représentative de son influence sur la dynamique glaciaire (saisonnières et diurnes). De plus, ces études ne considèrent pas de changements dans la configuration des réseaux hydrologique et il existe peu d’étude ayant localisé des sources de bruit sismique spatialement éparses et temporellement variables. Dans ce doctorat, j'aborde ces défis sismologiques afin de résoudre la dynamique de l'hydrologie sous-glaciaire.Nous avons acquis sur le glacier d'Argentière (Alpes) un jeu de données continu sur 2 ans permettant d’évaluer la puissance sismique induite par les flux d'eau sous-glaciaire et de la comparer à des mesures de la vitesse de glissement basale et du débit d'eau sous-glaciaire. Je montre que l'étude de la puissance sismique à [3-7] Hz donne accès aux propriétés l'hydrodynamique des flux d'eau sous-glaciaires sur des échelles de temps tant saisonnière qu’horaire et sur une gamme de débits de 0.25 à 10 m3/sec. Avec un cadre physique adéquat j'inverse, de ces observations, les gradients de pression et rayons hydrauliques associés et identifie une dynamique saisonnière des chenaux sous-glaciaire. À faible débit, les chenaux se comportent à l'équilibre et s'adaptent aux variations de débit par des changements de rayon hydraulique. À fort débit et forte variabilité diurne en apport d'eau, les chenaux se comportent hors équilibre et subissent de fortes variations du gradient de pression hydraulique qui maintiennent de fortes pression d'eau dans les cavités et favorisent des vitesses de glissement élevées.Nous avons mené une expérience d'un mois avec un réseau sismique dense, complétée par des mesures d'épaisseur et de vitesse de surface du glacier. Sur cette base j'ai développé une méthodologie pour relever le défi de localiser des sources de bruit sismique spatialement éparses et temporellement variables. Ce faisant, j'ai obtenu une carte du système de drainage sous-glaciaire ainsi que son évolution journalière. J’ai pu ainsi observer quand et où ce système est distribué à travers des cavités connectées et favorise le glissement du glacier ou alors localisé à travers des chenaux et limite le glissement. Parallèlement, je montre que l’analyse de l’amplitude sismique permets d’étudier les crevasses, les variations d’épaisseur ou l’anisotropie de manière complémentaire aux analyses de phase sismique.Le premier résultat de ce travail transdisciplinaire est que la sismique passive peut être utiliser pour quantifier l'évolution temporelle des conditions de pression et de géométrie des chenaux sous-glaciaires sur une saison de fonte complète. Le second est qu’un réseau sismique dense peut être utiliser pour résoudre la configuration spatiale du drainage sous-glaciaire et la transition d'un réseau distribué à un réseau localisé. Ces avancées ouvrent à l’étude de tel processus sur d’autre sites tels les calottes Groenlandaise et Antarctique mais aussi à l’étude d’écoulements au sein de systèmes géophysiques tels les volcans, les karts ou les glissements de terrain.
Type de document :
Thèse
Liste complète des métadonnées

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03191311
Contributeur : Abes Star :  Contact
Soumis le : mercredi 7 avril 2021 - 09:16:48
Dernière modification le : jeudi 8 avril 2021 - 03:36:48

Fichier

NANNI_2020_archivage.pdf
Version validée par le jury (STAR)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03191311, version 1

Collections

STAR | UGA | CNRS | INSU | IRD | IGE

Citation

Ugo Nanni. Resolving subglacial hydrology network dynamics through seismic observations on an Alpine glacier. Glaciology. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2020. English. ⟨NNT : 2020GRALU034⟩. ⟨tel-03191311⟩

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