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Simulation de la percolation induite à l'intérieur d'une glace de mer de première année sous l'effet du blocage hydrodynamique d'une quille de glace analyse de l'impact sur le flux de chaleur latente glace-océan

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Gosselin, Jean-Sébastien (2010). Simulation de la percolation induite à l'intérieur d'une glace de mer de première année sous l'effet du blocage hydrodynamique d'une quille de glace analyse de l'impact sur le flux de chaleur latente glace-océan. Mémoire. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 128 p.

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Résumé

Au printemps, l'accroissement de la température de l'air et de
l'irradiation solaire mènent à la réouverture et à l'expansion du réseau
de canaux dans la glace de mer. Ainsi qu'illustré par l'épisode de
drainage de la saumure au début de la période de fonte, l'accroissement
du diamètre des canaux de saumure se traduit par une augmentation de la
perméabilité de la glace permettant des éventuels écoulements poreux.
Les crêtes de pression sont des obstacles de grande échelle qui font
un blocage sur le courant marin et génèrent des champs de pression dans
leur sillage. L'inversion des courants causée par le cycle de marée
conduit à l'établissement d'un cycle semi-diurne sur le champ de pression
à l'interface glace-océan aux abords des crêtes. La glace étant perméable
au printemps, cela se traduit par un effet de pompage qui suggère
l'existence d'un processus d'exportation nette de saumure vers l'océan.
D'un point de vue thermodynamique , cela résulterait parallèlement en une
exportation de chaleur latente associée à une fonte volumique de la
glace. Considérant que les modèles actuels ne prennent en compte qu'une
fonte de l'interface glace-océan , cette dynamique serait d'un impact
significatif sur les bilans d'énergie des mers recouvertes de glace en
période de fonte.
Ce projet de recherche vise à explorer la dynamique des échanges
poreux glace-océan aux abords des crêtes. Dans un premier temps, nous
avons développé un modèle numérique d'une glace de mer poreuse soumise à
un champ de pression à son interface glace-océan. Notre modèle est
complètement défini par les équations différentielles de conservation de
la masse, du mouvement, des sels et de la chaleur qui sont couplées via
l'équation de la température de congélation de l'eau de mer. Les
équations sont discrétisées sur une grille numérique rectangulaire de
type Arakawa C avec un maillage homogène à pas constant et sont résolues
par une méthode numérique aux volumes finis.
Les résultats obtenus à partir de notre modèle nous ont permis de
valider l'hypothèse d'une exportation de saumure de la glace vers l'océan
dans le sillage d'une crête de pression. En outre, l'étude de la
dynamique du bassin de saumure contenue dans la glace située derrière la
crête montre que l'écoulement généré dans la glace est principalement
orienté verticalement avec une légère composante horizontale en direction
de la quille. Le processus vertical d'adaptation hydrodynamique de la
saumure au cours d'un cycle de marée peut être décrit en 2 phases : une
phase d'expulsion de la saumure et une phase de retour à l'équilibre
hydrostatique avec la condition normale de pression sous la glace. La
première phase est associée à la génération d'un champ de pression à
l'interface glace-océan dans la zone protégée par la quille et à
l'expulsion de la saumure de la glace vers la couche océanique. La
seconde phase correspond au retrait du champ de pression et à la remontée
de la saumure dans la glace accompagnée d'une infiltration d'eau de mer
dans la couche inférieure du pied de glace. Sous certaines conditions,
l'épaisseur du pied de glace affecté par la remontée de l'eau de mer peut
atteindre un e hauteur de plus de 2 cm.
Dans un même ordre d'idées, l'analyse des bilans volumiques dans la
zone affectée par la quille a permis de souligner que le bilan expulsion-infiltration est négatif. Ceci suggère que l'écoulement poreux forcé dans
le sillage d'une quille par le champ de pression à l'interface induit un
effet de pompage qui provoque une migration horizontale interne de la
saumure dans la glace depuis les régions hors de la zone d'influence de
la crête vers celle-ci .
Au cours d'un cycle expulsion/infiltration , le bilan d'énergie
glace-océan peut alors être établie comme étant la chaleur latente
libérée pour produire le volume expulsé de saumure à partir d'un volume
équivalent d'eau de mer diluée par la fonte de la matrice de glace pure .
En effet , négligeant l'apport d'une fonte de la neige en surface , une
expo rtati on d'un volume donné de saumure implique une infiltration d'un
volume identique d'eau de mer dans la glace . On peut ainsi scinder le
bilan d'énergie extraite de la glace en deux composantes: l'une résultant
de la fonte volumique dans la région d'influence de la crête et l'autre
résultant de l'advection d'eau de fonte depuis la plaque adjacente.
En conclusion , les estimations obtenues à partir de
suggèrent que l'ordre de grandeur de l'impact global
pression sur le bilan énergétique glace-océan est non
mérite d'être étudié davantage avec un ordre de grandeur
chaleur latente glace-océan qui pourrait atteindre jusqu'à
nos simulations
des crêtes de
négligeable et
sur le flux de
7 W/m2.

Type de document : Thèse ou Mémoire (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse : Hudier, Éric
Information complémentaire : Rapport présenté à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de maîtrise en ingénierie. Publié aussi en version papier.
Mots-clés : Transport Sel Masse Pression Echange Poreux Glace Crete Quille Ocean Transmission
Départements et unités départementales : Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par : DIUQAR UQAR
Date de dépôt : 22 sept. 2011 16:08
Dernière modification : 02 févr. 2012 14:47
URI : http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/414

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