Thèse Quantification du Rôle de la Pente de Surface sur l'Hydrologie Sous Glaciaire et la Dynamique du Groenland par l'Observation Géophysique Satellitaire et la Modélisation Dédiée H/F - 38

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : STEP - Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes
Laboratoire de recherche : Institut des Géosciences de l'Environnement (IGE)
Direction de la thèse : Guilhem BARRUOL ORCID 0000000240492375
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-01T23:59:59

En contrôlant les flux de glace vers des zones plus chaudes et vers l'océan, l'écoulement des glaciers et calottes polaires, régi par la déformation interne de la glace et son glissement sur la roche sous-jacente, joue un rôle essentiel dans le devenir de la Cryosphère en réponse au réchauffement climatique (Maier, Gimbert, et al., 2022; Ritz et al., 2015). Notre compréhension de cet écoulement, cependant, reste limitée par notre méconnaissance de la complexité des processus à l'échelle naturelle. Cette complexité se matérialise (i) dans la glace elle-même par la présence d'hydro fractures et de variations de texture cristalline (Chauve et al., 2024; Fichtner et al., 2025), et (ii) à l'interface glace-roche par la présence de structures hydrologiques variées alternant entre rivières sous-glaciaires, poches d'eau connectées ou non-connectés ainsi que d'alternances entre roches dures (non poreuses et indéformables) et sédiments non consolidés (poreux et déformables) (Gagliardini et al., 2007; Gimbert et al., 2021).
Dans cette thèse, nous aborderons ce problème sous l'angle de travaux récents réalisés dans l'équipe, qui montrent que la pente de surface des glaciers joue un rôle majeur sur les différentes structures hydrologiques sous glaciaires qu'ils développent, et qu'elle contrôle ainsi principalement les variations de glissement depuis l'échelle saisonnière jusqu'à l'échelle pluri-annuelle. Nous apporterons de nouvelles contraintes observationnelles utilisant l'observation géophysique et satellitaire sur des glaciers cibles du Groenland, que nous intégrerons dans des modèles physiques dédiés permettant de décrire la dynamique glaciaire depuis l'échelle saisonnière jusqu'à l'échelle pluri-décennale. La combinaison des approches d'observations innovantes et de modélisation aux différentes échelles permettra d'identifier, de quantifier et de décrire la dépendance des différentes structures hydrologiques à la pente de surface des glaciers, ce qui permettra de mieux anticiper les évolutions futures de ces derniers en réponse au changement climatique.

En seulement trois décennies, la contribution de la calotte glaciaire du Groenland à l'élévation du niveau de la mer a été multipliée par six. Une augmentation de la glissance basale due à une fonte de surface accrue a d'abord été proposée comme mécanisme clé renforçant la perte de glace, mais de nombreuses études ont déconstruit cette idée, conduisant le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) à conclure que l'augmentation de la fonte de surface « n'a pas entraîné d'augmentations durables du flux glaciaire ». Ces dernières années, toutefois, nous avons dans l'équipe rétabli le rôle de l'eau de fonte comme mécanisme principal pilotant la dynamique de la glace, bien que d'une manière différente de celle envisagée auparavant. La glissance basale n'est pas déterminée par les taux de fonte mais par la morphologie de la calotte glaciaire, qui induit une faible glissance dans les glaciers raides et rapides se terminant dans l'océan, et une glissance élevée dans les glaciers à faible pente et lents se terminant sur terre. Par conséquent, une rétroaction auparavant insoupçonnée entre l'eau de fonte et la dynamique glaciaire pourrait entraîner une perte de masse plus importante que prévu à mesure que les glaciers passeront, à l'avenir, d'un régime marin à un régime terrestre.
Ce projet de thèse s'inscrit dans le projet ERC REASSESS porté par Florent Gimbert, qui consiste à RÉÉVALUER le contrôle exercé par l'eau de fonte de surface sur la perte de glace selon le nouveau paradigme selon lequel c'est la morphologie des glaciers, et non les taux de fonte, qui en détermine l'impact.
OBJECTIF 1: examiner les mécanismes responsables du contrôle morphologique de la glissance basale en surmontant des défis observationnels persistants grâce à des dispositifs de surveillance innovants fondés sur la sismologie et la géodésie, exportant pour la première fois au Groenland des preuves de concept récemment établies.
OBJECTIF 2: prédire l'influence de l'eau de fonte sur l'évolution de la calotte glaciaire en intégrant les nouvelles observations issues de l'OBJECTIF 1 dans une hiérarchie de modèles allant de modèles physiques à petite échelle à des modèles paramétrés à grande échelle.

-Extraire des observations géophysiques innovantes (sismologie, fibre optique, GNSS) réalisées à la méso-échelle (pluri-metrique à pluri-kilométrique) les processus clefs ayant trait à l'hydrologie sous glaciaire, et en évaluer leur variations spatiales et temporelles en réponses aux variations de taux de fonte de surface, de la topographie du lit rocheux et de la pente de surface des glaciers.
-Extrapoler les observations méso-échelle à la grande échelle en utilisant l'observation satellitaire sur une multitude de glaciers, en particulier les glaciers à faible pente de surface à terminaison terrestre et les glaciers à forte pente de surface à terminaison marine.
-Tester la capacité des modèles actuels à reproduire ces observations multi-echelles.
-Proposer de nouvelles formulations physiques permettant de reproduire les caractéristiques manquantes.
-Combiner les observations et modélisations pour quantifier le rôle de la pente de surface sur l'hydrologie sous glaciaire et le frottement basal induit.

Les observations que nous utiliserons dans cette thèse consisteront en la sismologie par réseaux dense, l'instrumentation par fibre optique en surface et en forage, l'observation GNSS ainsi que l'observation satellitaire par technique optique (Pleiades) et d'interférométrie Radar (Sentinel 1). Le doctorant travaillera dans un premier temps sur un jeu de données acquis entre Juillet 2025 et Aout 2026 sur le Glacier Isunguata Sermia au Groenland dans le cadre du projet ERC REASSESS (2024-2029). Les techniques d'analyses de ces données ont déjà été établies lors de travaux précédents (Maier, Andersen, et al., 2022; Nanni et al., 2022) ou en cours dans le cadre du travail de thèse de Nicolas Paris, (2024-2027) et de postdoctorats de Hugo Rousseau et Jonas Kvist Andersen. L'enjeu du travail d'observation de cette thèse sera d'appliquer ces techniques d'analyses sur ces nouvelles données, et de les confronter entre elles pour quantifier les processus sous glaciaires. Ces données seront ensuite complétées lors de campagnes de terrain à venir en 2026 et 2027, auxquelles l'étudiant participera.
La modélisation glaciologique réalisée dans cette thèse consistera en deux étapes:
- La première étape visera à comparer les observations avec des sorties de modèles de dynamique glaciaires existantes réalisées avec le modèle Elmer-Ice (Derkacheva et al., 2021), dans lesquelles les variations saisonnières à pluriannuelles du champs de déformation et de glissement sont explicitement représentées. Ceci permettra d'identifier les points de faiblesse du modèle.
- La deuxième étape visera à proposer des formulations physiques plus réalistes permettant de mieux reproduire les observations, en particulier le contrôle de l'hydrologie sous glaciaire sur le champ de frottement basal. Ce travail s'inscrira dans la continuité des travaux précédents réalisés dans l'équipe (Gilbert et al., 2022; Gimbert et al., 2021; Togaibekov et al., 2024) et de la thèse de Marie Zeller (2024-2027), dans laquelle les principes de bases de modélisation physique de l'hydrologie sous glaciaire et son lien avec la pente de surface des glaciers y sont développés.