Mesure, analyse et modélisation des propriétés physiques du

LGGE - Séminaire de deuxième année
Mesure, analyse et modélisation des propriétés physiques du manteau neigeux
9 février 2012, 14h00, salle L. Lliboutry
Doctorant : Carlo Carmagnola1,2
Directeurs de thèse : Florent Domine2,3, Samuel Morin1
1
Météo France/CNRS, CNRM-GAME, Centre d’Etudes de la Neige, Grenoble, France
CNRS - UJF Grenoble, LGGE, Grenoble, France
3
CNRS, UMI Takuvik, Université Laval, Québec (QC), Canada
2
La neige au sol est un matériel poreux assez complexe constitué d’un ensemble de grains de
formes et tailles différentes. Tous ces cristaux de glace subissent au cours du temps une évolution
(métamorphisme) qui transforme le manteau neigeux dès sa formation jusqu’à sa fonte et qui
résulte de l’action de nombreux paramètres mécaniques et thermodynamiques. Améliorer la
compréhension et la représentation de ces processus dans les modèles numériques de manteau
neigeux est un pré requis indispensable pour étudier les interactions entre le climat et la cryosphère
à toutes les échelles de temps et d’espace.
La surface spécifique de la neige (SSA) est l’une des variables physiques qui permettent de
caractériser ce phénomène, car elle change de façon prévisible au cours du métamorphisme. Elle
représente la surface totale de glace accessible au gaz pour un volume donné de neige et elle est
directement liée au rayon optique. A ce titre, elle joue donc un rôle clef pour le calcul du bilan
énergétique de surface du manteau neigeux.
Le travail de thèse vise à étudier ces processus physiques et se compose de deux parties
complémentaires : les mesures sur le terrain des variables (notamment la SSA) qui permettent de
décrire le métamorphisme de la neige et la modélisation de leur évolution au cours du temps. Deux
campagnes de mesures ont été réalisées : la première sur la calotte glaciaire groenlandaise
(Summit, mai et juin 2011, dans le cadre d’une campagne IPEV en collaboration avec la NSF) et la
deuxième (encore en cours) dans un site de moyenne altitude dans les Alpes françaises (col de
Porte, hiver 2011/2012, dans le cadre du projet LEFE QUASPPER). Les données stratigraphiques,
de densité et de SSA collectées à Summit ont permis de simuler les propriétés optiques de la
surface de neige (albédo) à partir de ses propriétés physico-chimiques internes, en utilisant un
modèle de transfert radiatif. Au col de Porte, l’évolution de la SSA au cours de cette saison est
mesurée à l’aide de l’instrument ASSSAP (conçu et développé au LGGE) et mise en relation avec
le profil de résistance à l’enfoncement mesuré à l’aide du SnowMicroPen et de la stratigraphie
conventionnelle du manteau neigeux.
Toutes les données acquises vont permettre d’améliorer la description du métamorphisme de la
neige dans le modèle d’évolution du manteau neigeux Crocus. Pour ce faire, un modèle simplifié
de manteau neigeux couplé à un algorithme d’évolution de la SSA a été développé. Il permettra de
tester les différentes paramètres et lois physiques à intégrer dans le modèle Crocus et pourra être
validé et amélioré grâce aux données expérimentales.