Modèles adjoints d'écoulement de la glace pour l'assimilation de données en glaciologie – ADAGE

Les glaciers et les calottes polaires, en perdant ou gagnant de la masse, jouent un rôle majeur sur le niveau des mers. Ce fut clairement le cas lorsque à la fin du dernier maximum glaciaire, les calottes Fennoscandiennes et Laurentide se sont désintégrées, contribuant à une augmentation de 120 m du niveau des mers. Les pronostics quant au futur sont eux particulièrement inquiétant. En effet, de nombreuses observations indiquent clairement que les vitesses d'écoulement de l'Antarctique et du Groenland ont été profondément modifiées au cours des 10 dernières années, indiquant que de grands et peut-être irréversibles changements ont été initiés. Cet aspect a clairement été mis en avant dans le dernier rapport du Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC, 2007). Le GIEC a insisté sur le manque de connaissances concernant les processus moteurs de l'accélération observée des glaciers émissaires et de conclure qu'aucune projection fiable de niveau des mers ne peut être faite pour le XXIè siècle. L'objectif principal de ce projet est de développer des méthodes d'assimilation de données pour les modèles d'écoulement de la glace, afin de fournir des estimations précises et fiables de la contribution des calottes polaires sur le niveau des mers. Du fait des dimensions des calottes polaires, les modèles d'écoulement sont fondés sur des approximations des équations de Stokes, basées sur des développements asymptotiques, et ceci afin de prédire l'évolution de l'ensemble de la calotte. Par ailleurs, l'évacuation des flux de glace à la mer est fortement hétérogène puisque, en Antarctique, 15% de la ligne de côte évacue 90% du volume de glace. Ces processus à petites échelles, qui sont responsables de l'augmentation actuelle de la perte de masse des calottes, ne peuvent pas être capturés par les modèles grandes échelles. Par conséquent, des modèles d'écoulement local sont actuellement en développement pour répondre à cette problématique. Le LGGE a développé une expertise sur les modèles directs qu'ils soient à l'échelle locale ou à l'échelle de l'ensemble de la calotte. Les conclusions du GIEC montrent clairement qu'une meilleure estimation de la contribution des calottes polaires au niveau des mers passe par la confrontation de ces deux échelles. Pour cette raison, le projet proposé couple les deux approches: (i) modèle grande échelle et mesures satellitaires et (ii) modèle local et données associées à un glacier émissaire particulier. Cette démarche permettra une meilleure estimation de la contribution des calottes polaires au niveau marin par la prise en compte des processus locaux qui gouvernent la réponse globale des calottes polaires. L'objectif du projet sera atteint en développant les codes adjoints des modèles directs d'écoulement global et local. Cette approche permettra de réaliser des expériences d'analyse de sensibilité et d'estimer l'importance relative des différents paramètres d'entrée des modèles sur la contribution au niveau des mers, puis de contraindre des paramètres d'entrée mal connus grâce à l'assimilation de données. Le développement de ces modèles adjoints est, en lui seul, un challenge scientifique qui pourra être mené à bien grâce à l'expertise reconnue dans ce domaine des équipes MOISE, de l'INRIA, et MIP de l'institut de Mathématiques de Toulouse (IMT). Cette nouvelle approche est clairement motivée par la quantité de données aujourd'hui disponibles aux deux échelles, locale et globale. Ces dernières décennies, les observations satellitaires ont clairement permis d'améliorer notre connaissance de la dynamique des calottes polaires. L'expertise du LEGOS dans ce domaine contribuera au succès du projet. Les mesures effectuées à la surface du glacier de l'Astrolabe (Terre Adélie, Antarctique) durant le projet ANR DACOTA constitueront une base de données idéale pour le modèle local d'écoulement. Les collaborations proposées dans ce projet rassemblent des expertises sur les méthodes mathématiques d'assimilation de données, sur la modélisation des écoulements de glace et sur l'acquisition de données de qualité, afin de promulguer efficacement les méthodes d'assimilation de données dans la communauté glaciologique.