Rozenn Gourvès-Cousin

Thesis topic : Icebergs et freshwater fluxes at high latitude, melting and fragmentation

Advisors : Jean Tournadre (director) and Camille Lique

Fundings : IFREMER, Région Bretagne

Antarctic ice cap loses mass via two processes of comparable importance : basal melting of ice shelves, which distributes freshwater near the coast, and iceberg calving. These latter transport freshwater far from the coast since they are drifting with the currents. All those freshwater fluxes have an impact on the circulation in the Southern Ocean, and on the climate at a larger scale since icebergs influence the ocean far from their origin.

Models of oceanic circulation including icebergs have shown very different impacts between basal melting of ice sheets and icebergs melting on the circulation ; they have also shown the impact of the inclusion or not of icebergs in these models on oceanic conditions and sea ice around Antarctica. They also have difficulties to represent all the observed size range, which goes from a few dozen of meters to a few hundreds of km for the biggest ones ; it was shown that it has an significant impact on the models results, especially on the representation of sea ice extent.

Another problem is that the fragmentation process is not yet represented in any model. This fragmentation is the link between bigger and smaller icebergs and is an essential component in the size transfer. Moreover, the melting laws that are usually used still present validation problems ; indeed these laws are empirical and may not be applied to every icebergs. Finally, the models results cannot be validated yet as no reliable validation data exist at present especially for the freshwater flux

This thesis will thus focus on two critical points :

  • direct estimation the freshwater flux from the icebergs size distribution and the ice volume fields by developing a model permitting to compute the icebergs melting depending on their size and on environmental parameters. Those freshwater fluxes may be used as forcing or validation in the models of oceanic circulation of Southern Ocean and North Atlantic.
  • parametrization of the fragmentation first developed on a few well documented cases, which may be used as a base and included in the models.

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La perte de masse de la calotte Antarctique se fait selon deux processus d’importance comparable : la fonte basale des plates-formes de glace, qui injecte de l’eau douce à la côte dans l’océan austral, et le vêlage d’icebergs. Ces derniers permettent de transporter l’eau douce loin de la côte via leur dérive dans l’océan. Tous ces flux d’eau douce ont un impact sur la circulation de l’océan austral et sur le climat à une échelle plus globale étant donnée l’influence des icebergs loin de leur zone d’origine.

Les modèles de circulation océanique incluant des icebergs ont montré des impacts très différents entre la fonte basale des plates-formes et la fonte des icebergs sur la circulation ; ils ont également montré l’impact de l’inclusion ou non d’icebergs dans ces modèles sur les conditions océaniques et de glace de mer autour de l’Antarctique. Ils ont par ailleurs des difficultés à représenter toute la gammes de tailles d’icebergs observée, qui va de la dizaine de mètre à plusieurs centaines de km ; il a été montré que cela avait un impact significatif sur les résultats des modèles, notamment sur la représentation de l’extension de glace de mer.

Par ailleurs, la fragmentation des icebergs n’est pour le moment représentée dans aucun modèle. Cette fragmentation représente le lien entre les différentes tailles d’icebergs. De plus, les lois de fontes couramment utilisées présentent encore des problèmes de validation ; en effet ces lois sont empiriques et ne sont pas forcément applicables à tous les icebergs. Enfin, les résultats de modèles ne peuvent pour le moment pas être validés parce qu’aucune donnée de flux d’eau douce n’existe pour le moment.

Le travail de thèse se focalisera donc sur deux points critiques :

  • l’estimation directe des flux d’eau douce à partir des distribution de tailles et de champs de volume de glace des icebergs en développant un modèle permettant de calculer leur fonte en fonction de leur taille et des paramètres environnementaux. Ces flux d’eau douce pourront servir de forçage ou de validation dans les modèles de circulation océanique de l’océan austral et de l’Atlantique Nord
  • la paramétrisation de la fragmentation développée d’abord sur quelques cas bien documentés, qui pourra servir de base et qui pourra être incluse dans les modèles.