Vers un nouveau cadre de modélisation rhéologique de la banquise

Fine couche de glace flottant a la surface des oceans polaires, la banquise est un objet dynamique qui joue un role cle dans le systeme climatique. Isolant l'ocean de l'atmosphere, la banquise controle par l'intermediaire de l'epaisseur de glace et de la fraction d'eau libre les flux d'energie entre ces deux milieux, et ce de maniere fortement non lineaire : dans une banquise dont 0.5% de la surface est constituee de fractures, 50% des flux de chaleur s'effectuent le long de ces fractures. Il apparait donc essentiel de mieux comprendre et modeliser les processus de deformation et de rupture de la banquise. Dans la premiere partie de ce travail, le cadre de modelisation mecanique actuellement utilise dans les modeles de banquise, la rheologie Visqueuse-Plastique (VP), est evalue sur la base des proprietes statistiques et proprietes d'echelle des vitesses de derive et de deformation de la banquise. Ces proprietes jouent un role important pour les flux de chaleur air-mer et la production de glace, d'autre part elles peuvent etre considerees comme une empreinte du comportement mecanique de la banquise. Cette evaluation met en evidence les limitations du cadre de modelisation VP et notamment son incapacite a reproduire les proprietes de deformation de la banquise. Cela suggere que la rheologie VP n'est pas adaptee a la modelisation de la banquise. Le nouveau cadre de modelisation mecanique developpe au cours de cette these fait l'hypothese que la deformation de la banquise est principalement accommodee par fracturation et glissement le long de failles (comportement fragile) sur une vaste gamme d'echelles (transmission de contraintes a grande distance). Dans ce nouveau modele, baptise la rheologie Elasto-Fragile (EB), la banquise est consideree comme une plaque solide elastique, permettant les interactions a grande distance, associee a une loi d'endommagement progressive, decrivant un comportement fragile. Le modele EB est premierement utilise pour mener une etude fondamentale sur la rupture dans les materiaux heterogenes. Une divergence de la longueur de correlation est mise en evidence a partir des fonctions de correlation des evenements d'endommagement ainsi que par l'analyse d'echelle du champ de deformation. Les proprietes d'echelles du champ de deformation qui emergent a l'approche de la rupture sont proche de celles observees pour la deformation fragile des objets geophysiques tel que la banquise ou la croute terrestre. Ces resultats soutiennent l'analogie entre rupture et point critique. Une application idealisee de la rheologie EB a la banquise Arctique, adaptee a des simulations courtes (3 jours), est presentee. Les proprietes statistiques et proprietes d'echelle obtenues pour la deformation simulee sont comparables a celles obtenues pour la banquise. Ces premiers resultats prometteurs soutiennent que les proprietes de deformation de la banquise emergent du comportement mecanique elasto-fragile de la banquise et motivent l'implementation de la rheologie EB dans les modeles globaux de banquise. Sur des periodes de temps plus longues, l'effet du regel des failles et fractures presentent au sein de la banquise doit etre pris en compte. Une loi de cicatrisation decrivant ce processus est presentee ainsi que des resultats preliminaires de simulations prenant en compte cet aspect. Finalement, une methodologie pour l'implementation de la rheologie EB dans un modele global de banquise est presentee.