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544 pages

International audience; SAR interferometric data offers the opportunity to measure temperate glacier surface topography and displacement between the two acquisitions. Recently, reliable estimates of the phase gradient given by interferogram local frequencies become mandatory with the increase of the SAR resolution. In this paper, an original 2-step method for estimating local frequencies is proposed. The 2D phase signal is considered to have two deterministic components corresponding to low-resolution fringes and high-resolution patterns due for instance to the micro-relief. The first step of the proposed algorithm consists in the low-resolution phase flattening. In the second step the local high-resolution frequencies are estimated from the phase auto-correlation functions computed on adaptive neighborhoods using only the pixels which belong to the same HR spatial feature and respect the ”local stationarity” hypothesis. Results with both real ERS 1/2 tandem and simulated TerraSAR-X interferograms are presented to illustrate the potential of the proposed method.

International audience; Le début du développement des systèmes travertineux holocènes du sud de la France était auparavant rattaché à la période du Préboréal, et l'accumulation carbonatée principale à « l'optimum bioclimatique atlantique ». La « mort » progressive puis le démantèlement des formations s'effectuaient entre le Néolithique et la Pax romana. De nouvelles recherches démontrent un démarrage beaucoup plus précoce de la travertinisa-tion dès le Tardiglaciaire. L'accumulation carbonatée perdure au Néolithique et ne s'interrompt réellement qu'au Petit Age Glaciaire. De nouvelles séquences plus complètes montrent l'importance du contexte géomorphologique dans la conservation des données stratigraphiques et leur représen-tativité. L'organisation des différents cycles sédimentaires au sein des formations travertineuses est précisée. Une définition des faciès carbonatés au regard des différentes caractéristiques des milieux de sédimentation est proposée. Des analyses paléoécologiques soulignent le caractère sensible des ensembles travertineux en fonction des modifications du biotope. Dès le Néolithique Final, dans un contexte d'augmentation des occupations humaines, les séquences enregistrent une série de ruptures. Ces perturbations sont accompagnées de changements de faciès et d'ouvertures fortes du milieu végétal mais ne modifient pas la tendance générale à la croissance des édifices. Ce n'est qu'entre le XIII ème et le XVII ème siècle après Jésus Christ que l'on note l'interruption de l'accumulation des travertins et le démantèlement des formations. C'est également dans le même intervalle que s'instaure la dynamique majeure d'incision linéaire des talwegs encore effective aujourd'hui. Mots clés : Travertin, Tardiglaciaire, Holocène, paléoécologie, Néolithique, incision linéaire historique, sud-est de la France. ABSTRACT POSTGLACIAL EVOLUTION OF TRAVERTINE ENVIRONMENTS IN THE FRENCH ALPS AND PROVENCE : NEW CHRONOLOGY, FACIES, AND MORPHOSEDIMENTARY DYNAMICS The beginning of the Holocene travertine system development in Southern France was formerly attributed to the Preboreal period and the main carbonated accumulation to the " bioclimatic atlantic optimum ". The progressive decline and the dismantlement occurred between the Neo-lithic and the end of Roman times. New research has shown the beginning of the travertine system development in the Lateglacial period. The car-bonated accumulation continued during the Neolithic and was only durably interrupted during the Little Ice Age. Newer complete stratigraphy has shown the importance of the geomorphological context in stratigraphical studies and their interpretation. The pattern of different sedimentary cycles within the travertinous formations became evident. Palaeo-ecological analyses undertaken have underlined the travertine sensitivity in accordance with biotope changes. Since the Final Neolithic, in the context of growing human occupation, ruptures in the travertine sequences have been recorded. These ruptures were accompanied by facies changing and strong vegetation opening in an ever growing travertine system. Between the XIIIth and the XVIIth century A.D., the decline and dismantlement of the travertine formations became noticeable. In the same way, the major final linear talweg incision was introduced in a morphogenic dynamic that is still happening today.

The substantial postglacial travertine formations recently found on the southern piedmont of the Grand Luberon contain numerous archeological remains, stratigraphically well isolated and linked to paleo-ecological (malacology, anthracology) data. The travertine sequences observed in several sections made downstream of the source of the Mirail (Peypin-d'Aigues) bear witness to local morphogenic evolution and may inform us about the possible relation between the organisation of of the morpho-sedimentary complexes and different phases of human occupation. The paleoenvironmental data gathered in the Verger site furnish us with an understanding of the evolution of the holocene landscape of the south Luberon. A test-pit undertaken on the Verger site in 2003 brought to light an occupation of the late Neolithic period. This constitutes a new documentary source relating to the end of the Neolithic in southeast France and particularly in the southern piedmont of the Grand Luberon., Les puissantes formations travertineuses postglaciaires récemment découvertes sur le piémont méridional du Grand Luberon contiennent de nombreux vestiges archéologiques, bien isolés en stratigraphie, associés à des données paléoécologiques (malacologie, anthracologie). Témoins de l'évolution morphogénique locale, les séquences travertineuses observées sur plusieurs coupes localisées en aval de la source du Mirail (Peypin-d'Aigues) nous renseignent sur les relations possibles entre l'organisation des complexes morpho-sédimentaires et les différentes phases d'occupation humaine. L'ensemble des données paléoenvironnementales récoltées sur la coupe du Verger permet d'appréhender l'évolution du paysage holocène du sud Luberon. Un sondage archéologique, réalisé en 2003 sur le site du Verger, a permis de mettre en évidence une occupation du Néolithique fi nal. Celle-ci représente une source documentaire nouvelle concernant la fi n du Néolithique dans le Sud-Est de la France, particulièrement pour le piémont méridional du Grand Luberon.

In 2003 a prehistoric site was discovered at an altitude of 1 800 m in the district of Angeghakot in the valley of the Vorotan (south-eastern Armenia) by an Armenian-French multidisciplinary team. This site provides evidence for the presence of hunter-gatherers in the region during the Middle Palaeolithic. The lithic industry collected on the surface, mainly obsidian, has been identified as belonging to the Mousterian facies typical of the “Zagros-Taurus”, consisting of numerous Mousterian points, “Yerevan points”, microlithic tools, and the presence of the “truncating-facetting” technique. These recent data raise questions about the variability of facies in the Lesser Caucasus and allow us to draw a much larger distribution map of the sites where microlithic industries and resharpened points are present. Angeghakot 1, located on a cultural crossroads between Asia Minor, the Near East and Europe, raises questions related to the existence of a real Caucasian cultural system; it represents a local economic variant in the exploitation of obsidian, strongly linked to the environmental constraints which existed in these mountain ranges at the end of the Pleistocene., Résumé: Au Caucase, dans la vallée du Vorotan (sud-est de l’Arménie), la découverte en 2003 par une équipe pluridisciplinaire arméno-française d’un gisement situé à 1 800 m d’altitude dans la commune d’Angeghakot, atteste la fréquentation de la région par des groupes de chasseurs-cueilleurs au Paléolithique moyen. L’industrie lithique, élaborée principalement sur l’obsidienne et récoltée en surface, a permis d’identifier le faciès moustérien typique du «Zagros-Taurus» composé de nombreuses pointes moustériennes, de pointes d’Erevan, d’outils microlithiques et la présence de la technique de «troncature-facettage». Ces nouvelles données soulèvent des questions sur la variabilité des faciès du Petit Caucase. Elles permettent l’élaboration d’une carte de distribution plus vaste de ces sites qui se distinguent par leurs industries microlithiques et leurs pointes réaffûtées. Angeghakot 1, situé au carrefour des cultures d’Asie mineure, du Proche-Orient et de l’Europe, contribue également à poser la question de l’existence d’un système culturel caucasien, sous la forme d’une variante économique locale de l’exploitation de l’obsidienne, fortement liée aux contraintes environnementales présentes dans les chaînes de montagnes à la fin du Pléistocène., Liagre Jérémie,Gasparyan Boris,Ollivier Vincent,Nahapetyan SamvelLiagre Jérémie, Gasparyan Boris, Ollivier Vincent, Nahapetyan Samvel. Angeghakot 1 (Armenia) and the identification of the Mousterian cultural facies of « Yerevan points » type in the Southern Caucasus. In: Paléorient, 2006, vol. 32, n°1. pp. 5-18.

Europe Ouest ; Europe ; Alpes ; Alpes Occidentales ; Alpes Savoyardes ; Recul glacier ; Interaction atmosphère cryosphère ; France ; Vanoise ; Climatologie dynamique ; Indicateur ; Vitesse écoulement ; Epaisseur ; Bilan masse ; Bilan glaciaire ; Observation photographique ; Photogrammétrie ; Donnée observation ; Analyse série temporelle ; Siècle 20eme ; Variation long terme ; Variation glacier

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Besides the Lewis glacier in Kenya, Glacier 15 of Antisana, Ecuador (5760–4830 m, 0.28 km2) is the only one which provides regular information regarding glacier mass balance near to the Equator (Annual Report of the World Services for the Monitoring of Glaciers, WGMS 2005) to the scientific community. The surface of the glacier had been re-constructed using aerial-photogrammetry from 1956 to 1997. Since 1994, direct measurements have been taken over the terminal zone at the glacier tongue using topography. That process has shown the changes at the glacier limits and has determined the superficial speed at the terminal zone of the tongue (ablation zone). At the ablation zone (

Collège de France; sous la direction de Edouard Bard; ISBN 978-2-7381-1660-4, 448 p.

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International audience; The concentration and stable carbon isotope composition δ13CO2) of carbon dioxide (CO2) trapped in ancient ice are essential for the reconstruction of the paleo record of greenhouse gases, the study of the global carbon cycle, and the prediction of the future climatic evolution. At present, high-resolution ice core δ13CO2 data for larger time spans are scarce. New analytical methods are being developed with the objective to increase the time resolution smaller sample size), to improve the accuracy of the measurements, and, particularly in clathrate ice, to optimize the extraction efficiency. The recent analytical improvements include different continuous flow setups (LGGE, University of Bern) and off-line extraction by sublimation (AWI). Thus obtained higher sensitivity to changes in the δ13CO2 record is important in view of the small variations of few tens of a per mill observed in previous studies. The ongoing measurements are performed primarily on ice from two Antarctic drilling sites, the EPICA Dome Concordia EDC) and Dronning Maud Land (EDML). We will present the status of δ13CO2 and associated CO2 concentrations data from ice cores with a focus on the Holocene and the recent glacial–interglacial transitions, and discuss the available constraints that they provide on the global carbon system and its past variations.

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The analysis of isotope ratios is of increasing importance to study the sources and sinks of atmospheric trace gases and to investigate their chemical reaction pathways. In the frame of this thesis, the isotopic composition of methane trapped in firn air from an Arctic and an Antarctic sites has been measured. From firn profiles, and thanks to the recursive use of a physical model of diffusive gas transport through the firn, the evolution of atmospheric δ13 CH4 could be reconstructed for both sites. The compilation of existing data with this study results makes it possible to infer a δ13 CH4 evolution of about +0.03‰/an in the southern hemisphere and +0.007‰/an in the northern hemisphere, since 1950 AD. A sensible method for extraction and analysis of nitrous oxide in air occluded in polar ice has been developed and successfully tested, thus giving access to the N2O isotopic composition during pre-industrial era. The isotopic composition of N2O trapped in firn and ice from one Arctic and one Antarctic sites has been measured. The experimental profiles as well as the use of the diffusive model, also used for CH4, lead to the continuous evolution of the N2O isotopic signal in the atmosphere, since the industrial era. By combining both sites results, the evolution of δ15N2O, 1δ15N2O, 2δ15N2O et δ18(O)N2O could be inferred: it is about -2.7‰, -2.4‰, -3.0‰ et -2.0‰ since 1700 AD, respectively. A trend since 1970 AD could also be deduced. The isotopic enrichment observed in the case of methane and the isotopic depletion deduced for nitrous oxide confirm a major anthropogenic sources responsibility in the exponential growth of these gases concentration since pre-industrial times and allow to suggest more restrictive scenarios about involved sources and sinks. Finally, although an experimental set up dedicated to the analysis of carbon monoxide isotopic composition by continuous flow mass spectrometry was not sufficient enough to lead to a stable system, many improvements have been made in order to be able to measure the isotopic ratios of this gas, in a near future., L'analyse des rapports isotopiques revêt une importance croissante dans l'étude des sources et puits des gaz traces atmosphériques et dans la détermination des diverses réactions chimiques mises en jeu. Dans le cadre de cette thèse, la composition isotopique du méthane piégé dans l'air du névé d'un site Arctique et d'un site Antarctique a été mesurée. A partir des profils obtenus dans le névé, et grâce à l'application récursive d'un modèle de transport diffusif des gaz à travers le névé, l'évolution du δ13 CH4 dans l'atmosphère depuis 1950 AD a pu être reconstruite pour ces deux sites. La compilation de données existantes avec les résultats de cette étude a permis de déduire une évolution du δ13 CH4 de l'ordre de +0.03‰/an dans l'hémisphère sud et +0.007‰/an dans l'hémisphère nord, depuis 1950 AD. Une méthode d'extraction et d'analyse du protoxyde d'azote dans l'air occlus dans la glace polaire a été mise au point avec succès, donnant alors accès à la composition isotopique du N2O en période pré-industrielle. La composition isotopique du N2O piégé dans le névé et la glace d'un site Arctique et d'un site Antarctique a été mesurée. Les profils alors obtenus ainsi que l'utilisation du modèle de diffusion, également employé pour le CH4, ont donné accès à l'évolution continue du signal isotopique du N2O dans l'atmosphère depuis le début de l'ère industrielle. En couplant les résultats obtenus pour les deux sites, l'évolution du δ15N2O, 1δ15N2O, 2δ15N2O et δ18(O)N2O a pu être déduite : elle est de l'ordre de -2.7‰, -2.4‰, -3.0‰ et -2.0‰ depuis 1700 AD respectivement. Une tendance sur le signal depuis 1970 AD a également pu être obtenue. L'alourdissement du signal isotopique observé dans le cas du méthane et l'allègement obtenu dans le cas du protoxyde d'azote confirment une responsabilité primordiale des sources d'origine anthropique dans l'augmentation exponentielle de la teneur de ces gaz depuis la révolution industrielle et permettent de proposer des scénarii plus restrictifs sur les sources et puits impliqués. Finalement, bien que la mise au point d'un système expérimental dédié à l'analyse de la composition isotopique du monoxyde de carbone par spectrométrie de masse en flux continu n'ait pas été suffisante pour aboutir à un système stable, de nombreuses améliorations ont été apportées afin de pouvoir mesurer les rapports isotopiques de ce gaz dans un futur proche.

Extracted air from polar ices of Greenland and Antarctica constitute a real archive of the past atmospheres of our planet. The aim of this study was to understand the carbon fluxes under natural atmosphere in order to examine the future carbon cycle under anthropogenic atmosphere from the analyses of CO2 and CH4 atmospheric concentrations during the Holocene (the last 10,000 yBP). These results were analysed in the light of a three-box atmospheric model of methane. We estimated the\ nterpolar gradient then the relative contribution of methane sources in low and middle-high northem latitudes during the Holocene. Thanks to comparisons between temporal evolution of these sources, and paleoclimatic reconstructions based on continental and marine records, as weil as climatic models coupling atmosphere ocean vegetation systems, methane variations were attribuled to latitudinal variations in sources distribution. These CH4 changes allowed us to constrain the possible effects of each carbon reservoir on CO2 variations during the same period. The major conclusion of this work is that the ocean have played a key role and have initiated CO2 changes while continental biosphere could have played a regulator role, L'air extrait des glaces polaires du Groenland et d'Antarctique constitue une véritable archive des atmosphères passées de notre planète. L'objectif de cette étude était de comprendre les échanges de carbone en atmosphère naturelle et, à terme appréhender le cycle du carbone futur en atmosphère anthropisée, à partir de l'analyse des teneurs atmosphériques en dioxyde de carbone et méthane au cours de l'Holocène (les derniers 10000 ans). Afin d'interpréter ces profils obtenus dans la glace, nous avons utilisé un modèle atmosphérique du méthane à trois boîtes. Nous avons pu ainsi estimer le gradient interpolaire puis la part relative des sources de CH4 dans les basses latitudes ainsi qu'aux moyennes et hautes latitudes nord au cours de l'Holocène. En comparant l'évolution temporelle de ces sources aux reconstructions paléoclimatiques obtenues sur des enregistrements continentaux (carottes sédimentaires et lacustres) et marins, ainsi qu'à des simulations de modèles climatiques couplant l'atmosphère, l'océan et la biosphère, nous avons pu attribuer les variations de CH4 aux variations de distribution en latitude des sources potentielles de ce gaz. L'étude des variations de CH4 a ainsi permis de contraindre les effets possibles de chacun des réservoirs de carbone sur les variations de CO2 sur la même période. Nous concluons que le rôle de l'océan semble avoir été prépondérant et avoir initié les variations du CO2 sur les 10000 dernières années, tandis que la biosphère continentale pourrait avoir joué un rôle de régulateur .

Ice cores are a fantastic tool to study the past climate of our planet. Recently, the European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) allowed to extract the Dome Concordia ice core (75◦06′ S; 123◦21′ E). The first studies show that the last 740000 years of our climatic history are recorded. In this manuscript, a study on the microstructure (grain boundaries network) evolution along the Dome concordia ice core is presented. In a first part, we study the mean grain size evolution along the core which is showing sharp variations during climatic transitions. The analysis of the grain size distribution parameters as well as correlations between mean grain size and impurities content show that the dust particles decrease the normal grain growth rate during Glacial period. This can explain the observed grain size variations. The development of a mean field approximation model, which is able to calculate the mean grain size evolution, confirms quantitatively this result. It allows also to study the role of bubbles, clathrates and rotation recrystallization on the mean grain size. The geometry of the microstructure can also reveal the deformation of the ice layers. From a procedure developed initially to measure the deformation field of foams and which has been adapted to ice, we show that our measurements contradict two classical assumptions used to describe the ice deformation at a dome: (i) shearing is present and its value increases with depth, (ii) the vertical deformation is not homogeneous (some layers are more deformed than their neighbours). Classical glaciological dating models use these assumptions, therefore opening some questions on their validity. Then, we examine the impact of the vertical deformation heterogeneities on the dating. Particularely, we focus on the determination of the duration of brief events., Les carottes de glace sont un fantastique outil d'étude du climat de notre planète. Récemment, le projet européen EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) a permis d'extraire une carotte au Dôme Concordia en Antarctique (75◦06′ S; 123◦21′E). Les premières études montrent que les 740000 dernières années de notre histoire climatique y sont enregistrées. Dans ce manuscrit est présentée une étude de l'évolution de la microstructure (réseau de joints de grain) le long de la carotte de Dôme Concordia. Dans une premiére partie, nous nous concentrons sur l'évolution de la taille moyenne des grains qui présente de fortes variations synchrones avec les transitions climatiques. L'analyse des paramètres de la distribution de taille ainsi que les corrélations entre taille de grain moyenne et contenu en impuretès montrent que les particules de poussière ralentissent considérablement la croissance normale au cours des périodes Glaciaires, expliquant ainsi les variations observées. Le développement puis l'utilisation d'un modèle en champ moyen d'évolution de la taille de grain confirme quantitativement ce résultat et nous permet d'examiner le rôle des bulles, des clathrates et de la recristallisation par rotation sur la taille moyenne des grains. La géométrie de la microstructure est également le révélateur de la déformation subie par les couches de glace. Utilisant une technique d'analyse initialement développée pour l'étude du champ de déformation dans les mousses et adaptée au cas de la glace, il est apparu que nos mesures sont en contradiction avec deux des hypothèses généralement admises sur l'écoulement de la glace à un dôme : (i) le cisaillement n'est pas nul et sa valeur augmente avec la profondeur, (ii) la déformation verticale n'est pas homogène (certaines couches s'amincissent plus rapidement que leurs voisines). Les modèles de datation classiquement utilisés en glaciologie utilisent ces hypothèses, ce qui soulève quelques questions quant à leur validité. Nous nous sommes alors interrogès sur l'impact des hétérogénéités de déformation verticale sur la datation et tout particulièrement sur l'estimation de la durée d'évènements brefs.

The determination of trace elements in deep polar ice cores provides important environmental information concerning natural sources, long-range transport and deposition processes of the aerosol during the late Quaternary (Iast few hundred thousands years). ln this work, we have measured various trace elements (Li, Mg, V, Cr, Mn, Co, Cu, As, Rb, Sr, Cd, Ba, Ir, Pt, Hg (including MeHg and Hg2+), Pb (including Pb isotopes), Bi and U) in various sections of three deep ice cores which were drilled in Antarctica and Greenland as a part of international programmes: the Dome C/EPICA ice core (past -220 kyr), the Vostok ice core (past -410 kyr) and the GRIP ice core (past -100 kyr). The analyses were performed by Inductively Coupled Plasma Sector Field Mass Spectrometry, Thermallonization Mass Spectrometry and Inductively Coupled Plasma Time of Flight Sector Field Mass Spectrometry, in clean room conditions. The results obtained for Ir and Pt shows evidence of the past fallout of vaporization and re-condensation products of meteoroids, the "meteoric smoke", to the polar ice caps. The meteoric smoke influx was used to estimate the past accretion rate of interplanetary dust particles to the Earth and to identify ancient changes in the Antarctic atmospheric circulation such as an enhanced subsidence onto the East Antarctic plateau during cold climatic stages., L'analyse des éléments traces dans les carottes de glace profondes provenant des régions polaires apportent de précieuses informations environnementales sur les sources naturelles de ces éléments, le transport longue distance de ces éléments et les mécanismes de dépôts des aérosols au cours du Quaternaire récent (les dernières centaines de milliers d'années). Dans cette étude, nous avons mesuré de nombreux éléments traces (Li, Mg, V, Cr, Mn, Co, Cu, As, Rb Sr, Cd, Ba, Ir, Pt, Hg (incluant MeHg et Hg2+), Pb (et les isotopes du Pb), Bi et U) dans diverses sections de trois carottes de glace profondes qui ont été forées en Antarctique et au Groenland dans le cadre de programmes internationaux: la carotte de Dome C/EPICA (derniers -220,000 ans), la carotte de Vostok (derniers -410,000 ans) et la carotte de GRIP (derniers -100,000 ans). Les analyses ont été réalisées en salle blanche par spectrométrie de masse à secteur magnétique couplée à un plasma induit (ICP-SFMS), par spectrométrie de masse à ionisation thermique (TIMS) et par spectrométrie de masse à temps de vol couplée à un plasma induit. Les résultats obtenus pour Ir et Pt montrent des preuves des retombées passées des produits de vaporisation et de recondensation des poussières météoritiques, vers les carottes polaires. Les flux de retombées des dérivés de poussières météoritiques ont été utilisés pour estimer le taux d'accrétion passés des particules interplanétaires sur la planète Terre. Le but étant également d'identifier d'anciens changements de la circulation atmosphérique Antarctique telle qu'une plus forte subsidence vers le plateau Antarctique de l'Est au cours des périodes climatiques froides.

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The main goals of the present study are, first, determination of the relationship between local air temperature and snow isotope composition at Vostok Station (East Antarctica) and, second, reconstruction of climatic variability in this area over the past 200 years. Experimental basis of the study includes data on isotope composition and accumulation rate of snow from 6 shallow and 2 deep snow pits dug in the Vostok's vicinities during summer seasons 1998/99, 1999/2000 and 2001/02. Meteorological regime is documented by the results of instrumental meteorological and balloon-sounding observations being carried out at Vostok since December 1957 and archived in Arctic and Antarctic Research Institute (St. Petersburg, Russia). We also used the data on snow accumulation at the stake network constructed near the station in 1970, documented spatial distribution of surface snow isotope composition and studied variations of isotope composition in precipitating and blowing snow collected from December 1999 to December 2000. By comparing meteorological and snow accumulation data, it has been established that most of precipitation in central Antarctica form under clear-sky conditions (diamond dust). Balloon-sounding data suggests that overall condensation temperature at Vostok does not significantly differ from the temperature at the top of the inversion layer. Temporal variability of isotope composition in a single point is dominated by influence of snow relief (micro-relief, "meso-dunes" and possibly mega-dunes), which substantially diminishes the signalto-noise ratio. Seasonal variations of isotope composition of the precipitation closely follow those of the local temperature, though the influence of moisture source is also evident from the intra-annual changes of deuterium excess content. Significant linear relationship is observed for the last 40 years between stacked series of snow isotope composition from pits and surface air temperature for the multi-decadal time-scale, while shorter (10-year) isotope variability is likely dominated by source conditions. During the past two centuries both snow accumulation and isotope composition of snow display oscillations with an apparent period of about 50 years. Relationship between these variations and the Pacific Decadal Oscillation index is suggested. If true, this would imply a climatic teleconnection of central East Antarctica with tropical Pacific. Finally, deuterium excess data suggest a sharp change in atmospheric circulation supplying Vostok area with moisture around 1963., L'objectif principal du travail présenté ici est d'une part la détermination de la relation entre la température locale de l'air et la composition isotopique de la neige à la station de Vostok (Antarctique de l'Est) et d'autre part la reconstruction de variabilité climatique dans cette région au cours des 200 dernières années. On a produit des données expérimentales concernant la composition isotopique et l'accumulation de la neige à partir de 8 puits creusés à Vostok dont 2 couvrent les 200 dernières années et qui ont été réalisés pendant les saisons d'été 1998/99, 1999/2000 et 2001/02. Le régime météorologique est documenté par les observations instrumentales et les radiosondages de l'atmosphère (depuis Décembre 1957) archivés à l'Institut Recherche Arctique et Antarctique (St. Pétersbourg, Russie). Nous avons aussi utilisé les données d'accumulation de la neige venant du réseau des balises installé à proximité de la station de Vostok en 1970, documenté la distribution spatiale de la teneur isotopique de la neige de surface, mesuré le nivellement de la surface, et étudié la variation de la composition isotopique des précipitations et celle de la neige transportée par vent, qui ont été collectés de Décembre 1999 à Décembre 2000. En comparant les données météorologiques et les données de l'accumulation de la neige, nous avons établi que la plupart des précipitations au centre de l'Antarctique était formée pendant des conditions de "ciel clair" (diamond dust). Par ailleurs les données de sondages aérologiques suggèrent que la température moyenne de condensation à Vostok est très proche de la température de la limite haute de la couche d'inversion. Pour un site donné, on a mis en évidence que la variabilité temporelle de la composition isotopique de la neige est influencé par le relief de la surface de neige (microrelief, "méso-dunes" et probablement méga-dunes). Cet effet diminue considérablement le rapport "signal sur bruit". On met en évidence que les variations saisonnières des teneurs isotopiques des précipitations suivent bien celles de la température locale. L'excès en deutérium varie au cours de l'année et il est, quant à lui, influencé par la source d'évaporation. Pour les 40 dernières années et pour l'échelle de temps multi-décennale, une relation linéaire significative est observée entre la moyenne de la composition isotopique de la neige et la température de l'air près de la surface. Mais pour des échelles de temps plus courtes (10 ans) les variations isotopiques apparaissent dominées par les conditions de la source. Pendant les deux derniers siècles, l'accumulation et la composition isotopique de la neige présentent des fluctuations avec une période de 50 ans environ, qui ont des similarités avec l'indice de l'Oscillation Décennale du Pacifique. Si cela est vérifié, cette relation impliquerait une téléconnection climatique de l'Antarctique centrale avec Pacifique tropical. Par ailleurs, l'excès en deutérium suggère un changement brusque vers 1963 dans la circulation atmosphérique qui alimente la région de Vostok en l'humidité.

The presence of snow locally modifies the atmospheric concentrations of trace gases. This is confirmed by numerous and recent experimental observations that raised the interest of the scientific community on the physico-chemical processes involved in the air-snow interactions. Quantifying these mechanisms requires the knowledge of the Specific Surface Area (SSA) of snow, which is the surface area of snow accessible to gases. This basic parameter was poorly documented at the beginning of this study, essentially because it is very difficult to measure. The objective of this thesis consists in the measurement of the SSA of snow and in the understanding and modeling of its evolution during snow metamorphism (i.e. the morphological transformations of snow after deposition). A specific experimental setup was designed to measure the SSA by adsorption of methane on ice at 77K and a protocol of measurement was defined to fulfill the specific conditions imposed by the snow. More than 300 SSA values were obtained, which ranged from 100 to 1540 cm² g-1, with a reproducibility of 6% and an accuracy estimated at 12%. The 176 first results allowed to build a classification of snow as a function of the age and morphology of the snow crystals and the SSA was estimated in each class. This allows to evaluate the SSA within 40% uncertainty in the first confidence level, from a simple optical observation. The effect of metamorphism on the SSA of snow was studied in natural conditions. The SSA decreases with time, and this decrease is faster when the SSA or the temperature is high. Wind was observed to accelerates the SSA decrease. Optical and scanning electron microscopy observations were also made to understand the morphological changes associated to the decrase in SSA. Our observations confirm the usual theories of metamorphism and support the hypothesis that growth occurs by layer nucleation limited by the diffusion of water vapor in air. Unexpectedly, small, newly formed facets with sharp angles were detected, which was interpreted as sublimation initiated at emerging dislocations. The rate of SSA decrease was studied during isothermal experiments at -4, -10 and -15°C. It is very well fitted by a logarithmic law of the form SS=B-ALn(T+Δt) , where B is close to the initial SSA and A represents the rate of SSA decrease. A linear relationship has been found between A and B from 7 experiments at -15°C which suggests that the rate of SSA decrease of snow may be predicted by just knowing its initial SSA. The theories of transient Ostwald ripening explain the logarithmic law and this framework was used to build a mean-field model of isothermal metamorphism. This model allows the rapid calculation of the water vapor fluxes and the growth rate of the snow grains. It reproduces the evolution of the distribution of the radius of curvature of snow under isothermal conditions but it cannot predict the SSA because of a too cursory description of the geometry of snow., La présence d'une couverture neigeuse modifie localement la concentration de l'atmosphère en gaz traces. Ce constat récent a été confirmé par de nombreuses observations expérimentales et a attiré l'attention de la communauté scientifique sur les mécanismes physico-chimiques responsables des interactions air-neige. La quantification de ces mécanismes dépend largement de la connaissance de la surface spécifique (SS) de la neige qui représente la surface de glace accessible aux gaz. Ce paramètre indispensable était paradoxalement très mal connu au début de cette étude, en raison principalement des difficultés techniques liées à sa mesure. L'objectif de cette thèse était de déterminer la SS de la neige et de décrire son évolution sous l'effet du métamorphisme du manteau neigeux, c'est-à-dire sous l'effet des transformations morphologiques subies par la neige lors de son évolution post-dépôt. Un dispositif expérimental de mesure de SS basé sur l'adsorption du méthane sur la glace à 77K a été mis au point ainsi qu'un protocole de mesure adapté aux contraintes imposées par le matériau neige. Plus de 300 mesures ont été réalisées, pour des valeurs de SS comprises entre 100 et 1540 cm².g-1, avec une reproductibilité de 6% et une incertitude absolue estimée à 12%. Les premiers résultats ont permis de proposer une classification des types de neige en fonction de leur âge et de leur morphologie et une estimation de la SS a été proposée dans chaque classe. Une rapide observation visuelle permet ainsi d'estimer la SS à 40%. L'effet du métamorphisme sur la SS a été étudié en conditions naturelles. La SS décroît au cours du temps, d'autant plus vite que la SS est forte et que la température est élevée. Le vent accélère la décroissance. Des observations de la morphologie des grains de neige au cours du métamorphisme ont été réalisées par microscopie optique et surtout électronique et ceci confirme les théories usuelles du métamorphisme et sont en accord avec un mécanisme de croissance des grains par nucléation de couches, limitée par la diffusion de la vapeur d'eau dans l'air. L'apparition inattendue de facettes aux angles vifs sous faibles gradients de température a été interprétée par un mécanisme de sublimation initiée à l'émergence de dislocations. La décroissance de la SS en conditions isothermes a été étudiée en chambre froide à -4, -10 et -15°C. Cette décroissance est très bien reproduite par une fonction logarithmique de la forme SS=B-ALn(T+Δt), dans laquelle B est proche de la SS initiale et A représente la vitesse de décroissance de la SS. Une relation linéaire a été trouvée entre les paramètres A et B obtenus lors de 7 expériences à -15°C, qui suggère que la vitesse de décroissance de la SS peut être prédite à partir de sa seule valeur initiale. Les théories du mûrissement d'Ostwald en régime transitoire nous ont permis d'expliquer la décroissance logarithmique et de mettre au point un modèle numérique en champ moyen du métamorphisme isotherme. Ce modèle permet de calculer rapidement les flux de vapeur et les taux de croissance des grains de neige. Il reproduit l'évolution de la distribution de rayons de courbure de la neige, mais pas celle de la SS en raison d'une description trop sommaire de la géométrie de la neige.

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The earth's climatic system consists in several components which strongly interact (atmosphere, ice sheets, oceans, lithosphere and biosphere). Numerical modelling is one among the appropriate tools for studying these interactions. In this work, Antarctic ice sheet evolution is modelled. For this we use a 3D model developped at the Laboratoire de Glaciologie et Geophysique de l'Environnement which takes into account thermomechanical coupling between velocities and temperatures in ice and specifi c case of ice-shelfs First the model was improved on many points like deformation law, friction law under ice-streams, heat deformation, basal melting parametrisation under ice-shelves and numeric modifi cations. Di fferent simulations indicate that the ice sheet behaviour is asymmetric during glaciation or deglaciation. We validate all the model modi cations with a simulation of the last four climatic cycles. Simulations for futur show a negligible contribution for the next centuries which becomes important on the longer term. Results are founds to be very sensitives to bedrock map. Finally, model resolution has been changed from 40 km to 20 km and allow to take into account ner bedrock structures., Le système climatique terrestre est forme de plusieurs composantes qui interagissent étroitement (océans, atmosphère, calottes de glace, biosphère et lithosphère). La modélisation numérique permet d' étudier ces interactions. Dans ce travail, nous avons modélisé l' évolution de la calotte de glace Antarctique, le plus grand réservoir d'eau douce sur Terre. Nous avons utilisé le modèle 3D développé au LGGE. Il tient compte du couplage thermomécanique entre les vitesses et les températures dans la glace et de l' écoulement spécifique de la glace flottante. Le modèle a été amélioré sur plusieurs points : la loi de déformation de la glace, la loi de frottement sous les fleuves de glace, le calcul de la chaleur de déformation et la paramétrisation de la fusion sous les plates-formes de glace flottante. De plus, des modifications numériques ont été apportées. Différentes expériences ont montré une grande asymétrie de comportement de la calotte en englacement et déglacement. Une simulation des quatre derniers cycles glaciaires-interglaciaires a permis de valider les modifications effectuées sur le modèle. Les résultats indiquent que, dans le futur, la contribution de l'Antarctique à l'augmentation du niveau des mers pour les prochains siècles devrait être négligeable, puis s'accentuer ensuite. Nous avons aussi montré la forte sensibilité des résultats à la carte de socle utilisée en entrée du modèle. Enfin, la résolution du modèle a été augment ée en passant d'une maille de 40 km à 20 km, ce qui permet de mieux prendre en compte les structures fines de la topographie.

Increasing evidence indicates that reactive gases such as aldehydes and NOx are emitted from the snowpack to the atmosphere. This partly explains why atmospheric chemistry over snow-covered surfaces cannot be simulated by models using gas-phase processes only. Formaldehyde and acetaldehyde were simultaneously measured in the snow and in the atmosphere during both winter and spring campaigns of ALERT2000 in the Canadian Arctic. These measurements allowed us to suggest that HCHO was incorporated in the volume of ice crystals and was photochemically produced in the snowpack. These results were confirmed by laboratory experiments : we performed a preliminary study of the HCHO-H20 solid solution, and we obtained a diffusion coefficient value of HCHO in ice (DHcHo = (8±5)x10-11 cm2 S-1 at -15°C) which is consistent with the hypothesis that formaldehyde is incorporated in the ice lattice and ils concentration evolves by solid stale diffusion., Ces demières annèes, de nombreuses mesures en région polaire ont montré que les concentrations de certains gaz traces réactifs (aldéhydes, oxydes d'azote) étaient très supérieures à ce que la chimie en phase gazeuse pouvait expliquer. Les hypothèses actuellement retenues pour expliquer ces observations comprennent l'émission de composés dissous ou adsorbés dans la neige, et leur production photochimique dans le manteau neigeux, à partir de composés à identifier. Afin de tenter d'expliquer les rapports de mélange du formaldéhyde (HCHO) et de l'acétaldéhyde (CH3CHO) dans l'arctique, des mesures simultanées ont été effectuées dans l'atmosphère et dans la neige, au cours de la campagne ALERT 2000, à Alert (Ellesmere Island, 82,5° N, 62,3° W) en février et avril 2000. Le développement préalable d'une méthode d'analyse sensible de ces composés dans la neige a été nécessaire. Les évolutions temporelles des concentrations en formaldéhyde (HCHO) et en acétaldéhyde (CH3CHO) dans les couches de neige fraîches ont été suivies pendant plusieurs jours. Comme le métamorphisme de la neige conduit à des cycles de sublimation/condensation à la fois de la glace et des espèces dissoutes, nous avons également suivi l'évolution de la microphysique de la neige. Les résultats obtenus nous ont permis de tester différents mécanismes possibles d'incorporation des aldéhydes dans la neige. Connaître le mécanisme prédominant est nécessaire pour quantifier la vitesse d'échange air-neige de ces composés. Les mécanismes possibles incluent l'adsorption à la surface des cristaux de neige, et la dissolution dans leur volume. Les données obtenues ont permis de tester ces différents mécanismes, et d'apporter des éléments nouveaux sur les processus par lesquels le manteau neigeux pouvait avoir un impact important sur la chimie de l'atmosphère. Nous avons notamment émis l'hypothèse que le formaldéhyde était incorporé en volume dans les cristaux de neige et que les échanges avec l'atmosphère se faisaient par diffusion en phase solide. La vérification de ces résultats nécessitait cependant une confirmation par des expériences en laboratoire. Nous avons donc effectué une étude préliminaire de la solution solide HCHOH20 et nous avons obtenu le coefficient de diffusion du formaldéhyde dans la glace (DHCHO) à -15°C : DHCHO = (8±5j x10*11 cm2 s-1 . Cette valeur de DHCHO permet d'expliquer les variations des concentrations en formaldéhyde dans la neige que nous avons observé sur le terrain.

The aim of this study is to bring new elements concerning the astronomical theory of paleoclimates using two tools : glaciological dating of polar ice cores using an inverse method and conceptual models of paleoclimate. We show how an inverse method applied to the glaciological dating model enables us to obtain an optimal chronology and to analyse its uncertainties. It is not possible to obtain a chronology for Vostok that satisfies all chronological constraints, probably because of our poor knowledge of the conditions along the ice flow line, upstream of Vostok. The chronologies for Dome C and Dome F are coherent with the constraints, meaning that the simple glaciological model used in the case of a dome is adequate. The Dome F case allows us to show that the Devils Hole record is probably biased by local conditions, and suggest that the phase relationship between insolation and Antarctic temperature is roughly constant. We also confirm that thinning is more important in the upper part of the ice sheet for a dome than for the rest of the flow line. Moreover, we suggest that estimates of the accumulation during glacial periods based on saturation vapour pressure and spatial isotope−surface temperature relationships are overestimated by ~30%. The conceptual model we developed yields a description of the sea level variations during the Quaternary as a response to the insolation forcing. We show that sea level variations can be explained with a conceptual model forced by insolation changes. In particular, we justify why the most important sea level transitions occurred when insolation changes were the weakest. Moreover, we show that small insolation−climate phase variations during deglaciations are compatibles with the astronomical theory of paleoclimate., L'objectif de cette thèse est d'apporter des éléments nouveaux concernant la théorie astronomique des paléoclimats au travers de deux outils : la datation glaciologique des forages polaires grâce à une méthode inverse et les modèles conceptuels de climat. Concernant la datation des forages polaires, nous montrons l'intérêt d'appliquer une méthode inverse au modèle de datation glaciologique pour obtenir une chronologie optimale et en analyser les incertitudes. Pour Vostok, il n'est pas possible d'obtenir une chronologie qui satisfasse toutes les informations chronologiques, probablement à cause d'une méconnaissance des conditions en amont de la ligne d'écoulement. Les chronologies pour Dôme C et Dôme F sont cohérentes avec les contraintes, ce qui signifie que le modèle glaciologique simple utilisé pour ces dômes est adéquate. Le cas de Dôme F nous permet de montrer que l'enregistrement de Devils Hole est probablement biaisé par des conditions locales et suggère que les déphasages entre insolation et température Antarctique sont grossièrement constants dans le temps. Nous confirmons par ailleurs que l'amincissement est plus fort dans le haut du glacier dans le cas d'un dôme que pour le reste de la ligne d'écoulement. Nous suggérons de plus que l'estimation de l'accumulation des périodes glaciaires par la relation de pression de vapeur saturante associée à la relation spatiale isotope−température de surface est surestimée d'environ 30%. Le modèle conceptuel que nous avons développé nous permet de décrire les variations de niveau des mers du Quaternaire en tant que réponse au forçage de l'insolation. En particulier, nous justifions pourquoi les transitions les plus importantes de niveau des mers ont eu lieu lorsque les changements d'insolation étaient les plus faibles. De plus, nous montrons que des variations faibles de déphasage insolation−climat lors des déglaciations sont compatibles avec la théorie astronomique.

Interstitial air extracted from the firn at 4 polar sites has given access to air samples aging back to a hundred years in sufficient amount for isotopic analysis of CH4, a gas considered to be the second most important responsible for man-induced greenhouse effect. Thus, after optimization of a particularly sensible experimental device (CF-IRMS), 13CH4/12CH4 ratio of air samples pumped in the firn at different depths were measured, whose results lie in remarkable agreement with ratios measured using another experimental method (TDLAS) at the MPI in Mayence (Germany). The recursive use of a physical model of diffusive gas transport in the firn then allowed us to infer, from firn profiles, the likely evolution of atmospheric 13CH4/12CH4 ratio over the last century. This new constraint on CH4 atmospheric budget thus enabled us to confirm the existing assumption of a domining anthropogenic activities responsibility in the 150 % growth of atmospheric methane concentration since pre- industrial times. This constraint has also been applied into a global atmospheric model to test the relevance of a scenario assuming a 20% decrease of the oxidizing capacity of the atmosphere since 1885. Besides, a collaboration with the PSSRI from Open University (United-Kingdom) allowed us to resume development of a method for measurement of CH3D/CH4 ratio in air, and to try to apply it to samples extracted at 2 polar sites and already analyzed in 13C/12C. A sensible method for extraction and analysis of CH4 in air trapped in polar ice has also been developed and successfully tested, which has now to be applied for analysis of pre-industrial air., L'air interstitiel extrait du névé de 4 sites polaires nous a donné accès à des échantillons atmosphériques âgés jusqu'à une centaine d'années en quantité suffisante pour l'analyse de la composition isotopique du CH4, considéré comme le second gaz responsable de l'effet de serre induit par l'Homme. L'optimisation d'un dispositif expérimental particulièrement sensible (CF-IRMS) nous a ainsi permis de mesurer le rapport 13CH4/12CH4 d'échantillons d'air pompé à diverses profondeurs du névé dont les résultats, sur 2 des 4 sites étudiés, sont en remarquable concordance avec les rapports mesurés par une autre méthode (TDLAS) au sein du MPI de Mayence (Allemagne). A partir des profils obtenus dans le névé, et grâce à l'utilisation récursive d'un modèle physique de transport diffusif des gaz à travers le névé, nous avons alors pu reconstruire un historique probable du rapport 13CH4/12CH4 dans l'atmosphère au cours du dernier siècle. La contrainte ainsi apportée sur l'évolution du bilan atmosphérique du CH4 nous a permis de confirmer l'hypothèse existante d'une responsabilité primordiale des sources d'origine anthropique dans l'augmentation de 150 % de la teneur en CH4 de l'atmosphère depuis la révolution industrielle. Nous avons également utilisé cette contrainte afin de valider, à travers l'utilisation d'un modèle atmosphérique global, la pertinence de l'hypothèse d'une réduction de 20 % de la capacité oxydante de l'atmosphère depuis 1885. Par ailleurs, une collaboration avec le PSSRI de l'Université d'Open (Royaume-Uni) nous a permis de reprendre la mise au point d'une technique de mesure du rapport CH3D/CH4 dans l'air, que nous avons tenté d'appliquer aux échantillons provenant de 2 des 4 sites déjà considérés en 13C/12C. Enfin, nous avons mis au point et testé avec succès une méthode sensible d'extraction et d'analyse du CH4 de l'air contenu dans les glaces polaires, qui pourra par conséquent être mise en oeuvre pour l'analyse de l'air pré-industriel.

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Snow covers up to 50% of land masses in the northern hemisphere in winter and its potential for interaction with the atmosphere has been demonstrated by studies in Polar Regions. This can proceed by complex processes that include heterogeneous reactions on the snow surface, adsorption/ desorption of gases, sublimation of snow and its solutes and co-condensation of water vapor and other gases. Understanding and quantifying theses processes requires the knowledge of physical parameters among which the specifie surface area (SSA) of snow. It represents the surface area accessible to gases per mass unit. ln spite of the Importance of this parameter, few data have been obtalned earlier, which led us to perform this study on the SSA of snow and its evolution ln the snowpack. SSA was measured by methane adsorption at liquid nltrogen temperature (77K). In order to understand processes involved ln SSA evolution, photomacrographs and plctures obtained by scanning electronic microscopy were used. SSA values obtained were in the range 1540 to 400 cm2/g for fresh snow. Values decrease down to 100 cm2/g for aged snow. This decrease results from morphological changes associated to snow metamorphism. Temperature and wind are the main factors which drive the kinetics of SSA decrease. At AJert (Canadian Arctic), a detailed study of the microphysics of the snowpack allowed the measurement of the uptake capaclty of adsorbable trace gases by the snowpack. The total surface area of the snowpack ranged from 1160 to 3710 m2/m2. Therefore, we demonstrated that snowpack may sequester most of the species in the (snow + boundary layer) system. SSA values were also used to determinate incorporation pro cesses of formaldehyde in snow., La neige recouvre jusqu'à 50 % des surfaces émergées de l'hémisphère Nord en hiver. Une telle importance de la glace à la surface de la terre suggère un fort potentiel d'interaction avec l'atmosphère. De telles interactions ont été mises en évidence ces dernières années, et impliquent des processus complexes, comme la catalyse de réactions hétérogènes ou l'échange de gaz traces réactifs adsorbés à la surface des cristaux de neige, la diffusion en phase solide, les cycles de sublimation/condensation de glace qui entraÎnent des solutés. Leur compréhension et leur quantification requièrent la connaissance de divers paramètres physiques dont la surface spécifique (SS) de la neige, définie comme la surface accessible aux gaz par unité de masse. L'importance de ce paramètre et le peu de données existant dans la littérature a incité à effectuer ce travail sur l'étude de la SS de la neige et son évolution dans le manteau neigeux. La SS a été déterminée par adsorption de méthane à la température de l'azote liquide (77 K). Afin de comprendre les processus responsables de l'évolution de la SS, des macrophotographies et des images obtenues par microscopie électronique à balayage ont été utilisées. L'ensemble de nos résultats (176 mesures de SS) obtenus dans les Alpes et l'Arctique a montré que la SS de la neige est très variable: elle est comprise entre 1540 et 400 cm2/g pour les neiges fraîches et peut descendre jusqu'à 100 cm2/g pour des vieilles neiges. L'étude de l'évolution de la SS indique une décroissance avec le temps qui est due aux transformations morphologiques liées au métamorphisme de la neige. Celles-ci sont essentiellement caractérisées par un arrondissement et un grossissement des cristaux, et par la sublimation des petites structures. La vitesse de décroissance de la SS a également été étudiée à différentes températures. Nos résultats ont montré que la température et le vent sont les deux principaux facteurs qui déterminent la cinétique de décroissance de la SS. A Alert, (Arctique canadien), l'étude détaillée de la microphysique du manteau neigeux a permis de mesurer directement la capacité d'adsorption de gaz traces réactifs par le manteau neigeux. Sa surface totale a été mesurée entre 1160 et 3710 m2/m2. Nous avons ainsi démontré que le manteau neigeux pouvait séquestrer une *grande partie des espèces présentes dans le système (neige + couche limite). Les meSures de SS ont également été utilisées pour déterminer les processus d'incorporation du formaldéhyde dans la neige.

We present a detailed analysis of the microstructure in the shallow part (100–580m) of the European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) ice core at Dome Concordia. In the Holocene ice, the average grain-size increases with depth. This is the normal grain-growth process driven by a reduction of the total grain-boundary energy. Deeper, associated with the Holocene–Last Glacial Maximum (LGM) climatic transition, a sharp decrease of the average grain-size is observed. to explain modifications to the microstructure with climatic change, we discuss the role of soluble and insoluble (microparticles) impurities in the grain-growth process of Antarctic ice, coupled with an analysis of the pinning of grain boundaries by microparticles. Our data indicate that high soluble impurity content does not necessarily imply a slowing-down of grain-growth kinetics, whereas the pinning of grain boundaries by dust particles located along the boundaries does explain modifications to the microstructure (small grain-sizes; change in grain-size distributions, etc.) observed in volcanic ash layers or dusty LGM ice.Moreover, classical mean-field models of grain-boundary pinning are in good quantitative agreement with the evolution of grain-size along the EPICA ice core. This suggests a major role for dust in the modification of shallow polar ice microstructure.

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The objective of this work is to identify and understand the importance of the various physical phenomena involved in the interaction between tyre and ice. On one hand, many legislations tend to prohibit the use of studded tires and the actual aim is to obtain high friction on ice by other means. In order to understand the physical mechanisms which act during the scraping of ice, an experimental device was designed. It allows to measure three types of friction coefficients between various indenteurs and ice. A sledge supported by four friction blacks is launched by a pendulum on a 2m30 long horizontal ice track. Coefficients of friction are evaluated by means of digital image analysis or embarked accelerometer. On the other hand, an experimental prototype for measurement of friction between rubber and ice was developed to simulate the behavior during braking with locked wheel. An elastomer specimen of area lower than 20 cm2 is applied on a rotating dise of ice. Normal and tangential forces are measured by a sensor directly fixed on the sample. Observations of the facies of ice surface with a binocular provide qualitative characterization of friction . Experimental conditions are: nominal normal stress from 1 to 4 bars, sliding speed from 2 to 11 m/ s, ambient temperature between -20 and -5C. A decrease of one of these three parameters increases measured friction coefficient. Exposed results show also the effect of track wear, sample heating, contact area and distribution of normal stress., L'objectif de ce travail est d'identifier et de comprendre l'importance des différents phénomènes physiques intervenant dans l'interaction pneumatique-glace. D'une part, les législations interdisent de plus en plus l'usage des pneumatiques cloutés et l'objectif est aujourd'hui d'obtenir un frottement élevé sur la glace par d'autres moyens. Afin de comprendre les mécanismes physiques mis en jeu lors du grattage de la glace, nous avons conçu un dispositif expérimental permettant de mesurer trois types de coefficients de frottement entre différents indenteurs et la glace. Un patin supporté par quatre frotteurs est frappé par un pendule et lancé sur une piste horizontale de glace de longueur 2m30. Un traitement d'images ou un accéléromètre embarqué permettent d'accéder aux coefficients de frottement. D'autre part, un prototype expérimental de mesure de frottement elastomère-glace a été développé pour simuler le comportement lors d'un freinage en roue bloquée. Un patin d'élastomère d'aire apparente inférieure à 20 cm2 est appliqué sur un disque de glace en rotation. Les efforts normal et tangentiel sont mesurés par l'intermédiaire d'un capteur fixé directement sur le patin. Des observations du facies de la surface de glace à la loupe binoculaire fournissent une caractérisation qualitative du frottement. Les conditions expérimentales sont : contrainte normale nominale de 1 a 4 bars, vitesse de glissement de 2 à 11 m/s, température ambiante de -20 à -5C. Le coefficient de frottement mesuré augmente avec une diminution de l'un de ces trois paramètres. Les résultats exposés montrent aussi les effets de l'usure de la piste, de l'échauffement du patin, de l'aire de contact et de la répartition de la contrainte normale.

The Col du Dôme (CDD) glacier site (4250 m asl, Mont Blanc massif), was investigated for its suitability to reconstruct the anthropogenic atmospheric perturbation over Europe. For that: (1) a 126 m long ice core was analysed in high resolution for major ions, fluor, and light carboxylates, (2) continuous year round measurements of key aerosol species were performed at the CDD site (Vallot Observatory). It is shown that atmospheric relevant information can be extracted in seasonal resolution from the CDD ice at least over the last 80 years, but also that special attention has to be paid on glacier flow effects when interpreting ice records from such a small scaled glacier site in terms of atmospheric changes. The interpretation of the chemical CDD ice core records revealed that summer SO4 2- changes at CDD follow closely the course of anthropogenic SO2 emissions released within 1000 km around the Alps, while winter SO4 2- changes reflect a more limited contamination of the free troposphere at the scale of total Europe. Using the firn/air relation established at CDD, past atmospheric SO4 2- concentrations at 4300 m asl over Europe were reconstructed and compared to current atmospheric model simulations. The natural NO emissions was estimated to amount for ≈20% of the present-day NO budget. While temporal changes of CDD NO3- levels are in agreement with estimated NO emissions in western Europe, this is not true for NH4+ which appears to increase significantly stronger over the last 80 years than current ammonia emission estimates. The examination of the F- and HCl budget revealed that in addition to coal burning, aluminium smelters and waste incineration were the major anthropogenic sources of these species between 1935 and 1975, after 1960, respectively. Finally it was shown that natural inputs dominate here the oxalate budget over the last 80 years, whereas for acetate and formate a significant anthropogenic contribution occurred between 1950 and 1980., La possibilité de reconstruire l'histoire de la pollution atmosphérique Européenne a été exploré au Col du Dôme (CDD) (4250 m d'altitude, Massif du Mont Blanc). Pour cela une carotte de 126 m a été analysé à haute résolution pour les ions majeurs, le F- et les carboxylates, et des mesures atmosphériques continues de l'aérosol effectuées sur le site (Observatoire Vallot). Ceci a montré que des informations atmosphériques peuvent être obtenues avec une résolution saisonnière à partir de la glace du CDD et ce au moins sur les 80 dernières années mais que des précautions sont à prendre pour tenir compte du fluage de la glace lors de l'interprétation de ces signaux en terme de changements atmosphériques. Les enregistrements "glace" montrent que les valeurs estivales de SO4 2- suivent l'évolution des émissions anthropiques de SO2 des pays situés à 1000 km autour des Alpes tandis qu'en hiver elles reflètent plus la contamination diffuse de la troposphère libre à l'échelle de l'Europe entière. En utilisant la relation "air/neige" obtenue à Vallot, les concentrations atmosphériques passées de SO4 2- ont été reconstituées et comparées aux simulations des modèles de chimie. Nous avons estimé que les émissions naturelles représentent environ 20% des émissions actuelles de NO. L'évolution passé de NO3- est en bon accord avec l'histoire des émissions anthropiques de NO de l'Europe, il n'en va pas de même pour NH4+ dont la tendance apparait plus importante que ce que l'on peut attendre avec les estimations actuelles d'émission anthropique de NH3. Notre examen du budget de F- et HCl montrent qu'en plus de la combustion du charbon, l'industrie de l'aluminium et l'incinérarion des déchets ont été les sources anthropiques majeures de ces composés entre 1935 et 1975, après 1960, respectivement. Finalement les sources naturelles semblent dominer le budget de l'oxalate depuis 80 ans tandis que le formate et l'acétate indiquent une tendance anthropique entre 1950 et 1980.

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The ice single crystal possesses a strong viscoplastic anisotropy, it deforms mainly by dislocation glide in the basal plane. A constitutive model for the single crystal behaviour, based on existing models for metals, is proposed to reproduce the experimental results cited in the literature. In polycrystalline ice, this strong viscoplastic anisotropy leads to incompatibilities of deformation between the grains, which induce strain heterogeneities inside the grains. To study the mechanisms leading to the localization of the deformation, creep experiments were carried out in cold room on laboratory-made ice specimens, constituted of a multicrystal included in a macroscopically isotropic ice matrix. The deformation was followed by photographs of the specimens taken at regular time intervals, a more precise observation being done with an optical microscope after each test. Di fferent con gurations of the inclusion allowed to obtain an homogeneous strain fi eld in the inclusion, or on the contrary to provoke the localization of deformation in the form of kink bands, bending bands or polygonization. A constitutive law, considering the ice grain as a transversely isotropic continuum possessing a weak resistance for shear parallel to the basal planes, was used in a fi nite-element code to simulate the experiments. When the strain field is homogeneous (monocrystalline inclusion), the simulations reproduce with a good accuracy the experiments. In the case of a multicrystalline inclusion, the simulations allow to reproduce relatively well the global shape and the crystallographic orientation of the grains, and give informations on the locations where kink bands are likely to appear., Le monocristal de glace est un mat ériau particuli èrement anisotrope dans le domaine viscoplastique, qui se d éforme principalement par glissement des dislocations parall èlement aux plans de base. Un mod èle de comportement du monocristal, bas e sur les mod èles existants en m étallurgie, est propos é pour reproduire les essais de la litt érature. Dans la glace polycristalline, cette tr es forte anisotropie viscoplastique provoque des incompatibilités de d éformation intergranulaires qui engendrent une tr ès forte h ét érog en éit é de la d éformation intragranulaire. Pour étudier les m écanismes conduisant à cette localisation de la d éformation, des exp ériences de fluage ont et e r éalis ées en laboratoire froid, sur des éprouvettes de glace constitu ées d'un multicristal en inclusion dans une matrice de glace macroscopiquement isotrope. La d éformation a ét é suivie a l'aide de photographies des éprouvettes prises au cours de l'essai, une caract érisation fine étant r ealis ée sous microscope optique apr ès d émontage. Di fférentes con -figurations d'inclusions ont permis d'obtenir une d éformation homog ène dans le grain, ou au contraire de provoquer la localisation de la d éformation sous forme de bandes en genou, de bandes de flexion ou de polygonisation. Une loi constitutive, consid érant le grain de glace comme un mat eriau orthotrope de r évolution poss édant une faible résistance au cisaillement parall èlement aux plans de base, a ét é impl ément ée dans un code aux él éments finis pour simuler les exp eriences. Lorsque la d eéformation est homog ène (inclusion monocristalline), les simulations reproduisent fi d èlement les exp ériences. Dans le cas d'une inclusion multicristalline, les simulations permettent de reproduire relativement bien la forme g én érale des grains et leur orientation, et donnent des informations sur les zones o u la localisation est susceptible de se produire.

The variations of the metabolism of the glaciers and the polar ice sheets reflect the climate fluctuations. On the yearly time scale, these fluctuations result in variations of the mass balance of the glacier. The bibliographical search of mass balance series produced some 60 long series of measurements on glaciers, distributed on the different mountainous ranges of the north hemisphere and some 60 sites on the Greenland ice sheet. From this data set, a statistical analysis made it possible to determine the spatial and temporal distribution of the series, as well as to better understand the relation glacier-climate for various scales ranging from that of a glacier , to that of a massif or a continent. On the glacier, the history of balances can be sometimes very different from one point to the other because of the difference in sensibility of the balance versus height. This study outlines the disparities linked to the accumulation data. Linear mass balance model distribution along altitude is seldom adapted to describe mass balance variations on a glacier. On the other hand, coherence between different series can be sometimes very high when comparing glaciers mass balance inside a mountainous area as the Alps or Scandinavia. The similarities however are dependent on the period examined, probably because of the more important role of the winter accumulation. On other mountainous area such as the western Cordillera of North America or the Greenland accumulation area, mass balance coherence are not so pronounced even though distances are smaller than those of the two previous cases. For this last one, analyses show that it is difficult to identify a coherent annual signal among the measurement noise. In order to detail glacier responses to past and present climate variations, meteorological data and North Atlantic Oscillation are finally examined in relation to mass balance fluctuations. Temperature, precipitation and mass balance changes on the north Atlantic area seem to be linked to decenal fluctuations of the North Atlantic Oscillation system (NAO)., Les variations du métabolisme des glaciers ou des calottes polaires reflètent les fluctuations du climat. A l'échelle de l'année, ces fluctuations sont traduites par des variations du bilan de masse du glacier. L'inventaire complet des séries de bilans de masse glaciaires représente environ 60 glaciers repartis dans différents massifs de l'hémisphère nord et 60 points de mesure au Groenland. Ces séries couvrent essentiellement la deuxième moitié du vingtième siècle. A partir de cet ensemble de données, une analyse statistique a permis de déterminer la distribution spatiale et temporelle des séries, ainsi que de mieux comprendre la relation glacier-climat aux différentes échelles, depuis celle d'un glacier, jusqu'à celle d'un massif ou d'un continent. Sur le glacier, l'évolution des bilans peut être parfois très différente d'un point à l'autre à cause de la sensibilité variable du bilan aux fluctuations climatiques selon l'altitude. Cette étude met en évidence les disparités liées essentiellement aux données d'accumulation hivernale et aux mesures en zone d'accumulation. Elle montre les limites d'un modèle linéaire de variation pour décrire l'histoire des bilans annuels sur un glacier. En revanche, la cohérence des différents glaciers entre eux peut être très forte si l'on passe à l'échelle du massif. C'est le cas dans les Alpes et en Scandinavie, même si certaines périodes montrent de très fortes inhomogénéités de variations, probablement liées au rôle plus important de l'accumulation hivernale dans l'explication du bilan. Cette cohérence disparaît cependant pour d'autres massifs parfois moins étendus comme les glaciers américains ou la zone d'accumulation du Groenland. Pour cette dernière, les analyses montrent qu'il est difficile d'extraire un signal annuel cohérent distinct du bruit de mesure. Enfin, l'étude des données météorologiques et de l'Oscillation Nord Atlantique permet de détailler les réponses des bilans aux sollicitations climatiques sur les dernières décennies. Il semble que les modifications des caractéristiques des températures et des précipitations sur le bassin Atlantique (et par conséquent, les variations des bilans des glaciers bordant ce bassin) sont assez fortement reliées aux changements décennaux de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO).

Within the framework of the Geneva Convention on long range transboundary pollution, the aim of this work is to propose heavy metal deposition map in the French Alps. To achieve that, ail the snowy precipitation from two consecutive winters (97-98 and 98-99) have been collected in 15 medium altitude sites (-2000m) located in remote areas of the Alps. We've then transposed the snow heavy metal concentrations into metal fluxes deposited for the time period concerned. Beyond this map-making work, this study is devoted to identify the metal sources, trying in particular to discriminate regional and long rang transport sources. To do so, we've used lead isotopic systematic, together with air masses back trajectories leading to the snow events. Two particular cases were developed. In the first one, snow and aerosols samples were collected at the same place to characterize the air/snow transfer. The second one shows the metals spatial distribution, as a function of altitude, and identify the valleys' emissions influence on metal deposition. The principals results of this work show that heavy metal deposition in the Alps is mainly influenced by its massive relief, which is the first real barrier to air masses coming from Atlantic. It turns out that pollutants are not coming from long range atmospheric transport but rather from regional sources (Rhone-Alpes region and Italy). This study also brings out that lead from automobile emissions is now negligible compared to industrial emissions, due to the increasing use of unleaded petro!., Dans l'optique de fournir un cadre scientifique aux politiques de réduction des émissions de polluants atmosphériques (Convention de Genève sur la pollution transfrontière et à longue distance) ce travail se propose d'établir une cartographie de dépôts de métaux lourds dans le massif alpin français. Pour ce faire, l'intégralité des précipitations neigeuses de deux hivers consécutifs (97-98 et 98-99) a été prélevée dans 15 sites de moyenne altitude (-2000m) du massif alpin, isolés de toute source de pollution locale. Nous avons ensuite transcris les concentrations de métaux dans la neige en flux de métal déposé pour la période concernée. Au delà de ce travail de cartographie, cette étude s'attache également à identifier les sources de métaux déposés dans le manteau neigeux, en essayant notamment de discriminer les sources régionales des sources issues d'un transport à longue distance. Pour ce faire, la démarche de l'analyse isotopique du plomb a été utilisée, en parallèle avec une analyse des trajectographies de masses d'air conduisant aux précipitations neigeuses sur les sites de prélèvement. Deux études de cas particuliers ont été développées. La première s'est attachée à caractériser le transfert air-neige, en collectant parallèlement des échantillons de neige et des filtres atmosphériques. La deuxième a permis de suivre la distribution spatiale des métaux en fonction de l'altitude et d'identifier ainsi l'influence des émissions de la vallée sur le dépôt. Les principaux résultats de ce travail montrent que le dépôt de métaux lourds dans le massif alpin est principalement gouverné par l'important relief de ce dernier, qui constitue le premier véritable obstacle aux perturbations d'origine atlantique, majoritaires en Europe en période hivernale. Les polluants s'avèrent avoir une origine plutôt régionale (Région RhôneAlpes et Italie) qu'issue d'un transport longue distance, ce qui est mis en évidence grâce à la composition isotopique du plomb. La détermination de cette signature fait également ressortir la contribution négligeable des émissions automobiles au plomb atmosphérique total, reflétant l'utilisation croissante de l'essence "sans plomb".

Biomass burning plays a pivotaI role on atmospheric chemistry by serving as a source of many important trace gases such as reactive compounds (CO, hydrocarbons, organic acids, NH3, NOx) , greenhouse gases (CO2, CH4, N2O), and of course combustion aerosols. This study is principally based on two types of measurements: (1) -Boreal in-plume composition above Canada (ABLE-3B carnpaign: The Arctic Boundary Layer Expedition)-; (2) -Analyses performed along ice cores coming from Greenland which provide a unique record of precipitation chemistry reflecting the atmospheric composition at the time of deposition. They indicate simultaneous enhancement of formic and acetic acids and the formation of ammonium formate . Such sporadic features were attributed to biomass burning events-. A comparison between (1) and (2) indicates a characteristic chemical evolution during the plume ageing. The main goal of this study is to explain the signature of boreal biomass burning in ice cores, and to discern chemical phenomena that govern the plumes ageing. We used a meteorological model, and developed a box model of gas phase and aqueous phase chemistry: we introduce a pH calculation of the clouds droplets, a new solver, and we update, modify, and complete the chemical mechanism. Our results show that air masses are transported from North America to Greenland on a typical time scale of 5 days, with any cloud event, and a chemical equilibrium is reached rapidly. Above Greenland, chemical species are incorporated in the aqueous phase. Aqueous chemistry has a negligible impact on our results, and the gas-water-ice phase transfer phenomena are mostly responsible for the difference in chemical signature between fire plumes and the ice core records. We explain how our model results were extrapolated to concentrations in ice. We determine important physico-chemical parameters related to the incorporation of chemical species in the ice., Les feux de biomasse ont un impact important sur l'atmosphère car ils émettent de grandes quantités de composés réactifs (CO, hydrocarbures, acides organiques, NH3, NOx), de gaz à effet de serre (C02, CH4, N20), et d'aérosols. Cette étude est principalement basée sur 2 types de mesures: (1) la composition chimique de panaches de feu du Canada et de l'Alaska (campagne ABLE-3B : The Arctic Boundary Layer Expedition) ; (2) l'analyse chimique des carottes de glaces du Groenland qui fournit un enregistrement unique des précipitations reflétant la composition atmosphérique au moment de la déposition. Ces mesures indiquent des augmentations simultanées d'acide formique et d'acide acétique, ainsi que la présence du formiate d'ammonium. Ces pics sporadiques ont été attribués à des événements de feu de biomasse. La comparaison de (1) et (2) suggère une évolution chimique caractéristique au cours des 5 jours de transport des panaches de feu entre l'Amérique du Nord et le Groenland. Le but de cette étude est d'expliquer la signature des feux de biomasse boréaux enregistrée dans la glace, et de discerner quels sont les processus chimiques qui gouvernent le vieillissement des panaches de feu. Nous avons utilisé un modèle météorologique, et développé un modèle de chimie atmosphérique traitant une chimie gazeuse et aqueuse : élaboration d'un calcul de pH des gouttelettes d'eau nuageuse, induction d'une nouvelle méthode mathématique, puis, mise à jour, modification, et élargissement du schéma réactionnel. Les résultats montrent que les panaches de feux observés au-dessus du Canada ont atteint un équilibre chimique après leur formation en quelques heures ou quelques jours. La chimie aqueuse a une influence négligeable sur les résultats et se sont les transferts de phase gaz-eau-glace qui permettent d'expliquer les mesures de la glace. Nous expliquons comment nous avons extrapolé nos résultats de modélisation à ceux dans la glace, et comment nous avons déterminé des paramètres physico-chimiques importants concernant l'incorporation des composés chimiques dans la glace.

The 420 000-year climatic and atmospheric record represented by the Vostok ice core, gives a unique opportunity to reconstruct evolution of atmospheric carbon dioxide (CO2) content for the last 4 glacial- interglacial cycles. The atmospheric significance of CO2 deduced from the Vostok core is discussed taking into account physical processes likely to alter information and measurements of O2/N2 ratio developed in this work. We also compare Vostok CO2 record with ones from other Antarctic ice cores. We show that atmospheric CO2 content for the interglacial stages is 280-300 ppmv (part per million by volume), until anthropogenic disturbance, whereas CO2 concentration into the atmosphere is about 180 ppmv during glacials. These variations parallel those of Antarctic temperature, which have amplitude of about 10°C. Reasons of climatic changes are still poorly understood. By comparing variations of CO2 with regard to those of high North latitude temperatures, sea level and dust concentration in Vostok ice, this work points out the causality links between these parameters. Comparing Vostok with other climatic records (from the North or marine ones), we propose mechanisms able to explain glacial to interglacial changes of atmospheric CO2 content and able to link the events characterising climatic oscillations. This work stresses on the major role of the Southern Hemisphere and particularly that of sea-ice in Southern Ocean., Les 420 000 ans d'archives du climat et de la composition de l'atmosphère, constituées par la carotte de Vostok, offrent la possibilité unique de reconstruire l'évolution de la teneur en dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère au cours des 4 derniers cycles glaciaireinterglaciaires. La représentativité atmosphérique de la teneur en CO2 de cette carotte est discutée en tenant compte des processus physiques susceptibles d'altérer l'information et de la mesure du rapport O2/N2 mise au point au cours de ce travail. La représentativité de l'enregistrement CO2 de Vostok est aussi discutée à partir de sa comparaison avec différents enregistrements glaciaires antarctiques. On constate que la teneur en CO2 de l'atmosphère pendant les interglaciaires est de 280 à 300 ppmv (partie par million en volume) hors de l'influence anthropique, alors que la concentration caractérisant les périodes glaciaires est d'environ 180 ppmv. Ces variations sont à mettre en parallèle à celles de la température en Antarctique qui présente des oscillations d'environ 10°C. Les causes des changements climatiques sont encore mal comprises. En comparant l'évolution temporelle du CO2 à celle des températures aux hautes latitudes Sud et Nord, du niveau des mers et de la quantité de poussières continentales parvenant à Vostok, ce travail met en évidence des liens de causalité possibles entre les variations de ces différentes paramètres. Par confrontation avec d'autres enregistrements climatiques (Groenland, enregistrements marins), nous proposons également des mécanismes susceptibles d'expliquer les changements glaciaire-interglaciaires de la teneur en CO2 de l'atmosphère, ainsi que l'enchaînement des évènements caractérisant les oscillations climatiques. Il ressort de cette étude que le rôle de l'hémisphère Sud semble prépondérant et que l'étendue de la glace de mer, en Atlantique Sud en particulier, pourrait jouer un rôle clef dans la genèse des changements climatiques glaciaire- interglaciaires.

Offshore structures constructed in polar regions are exposed to the drift of ice which generates dynamic loads at the ice-structure interface. The intensity and the frequency of these loads are partially controlled by ice-structure friction. Cyclic friction tests between laboratory grown columnar ice and concrete plates were performed by using a direct shear box apparatus at -10°C. The contact conditions varied in the following ranges: normal stress from 25 to 800 kPa , pulling speed from 0.1 to0,55 mm.min-1, average roughness from 0 to 0.55 mm. Optical observations of the ice surface and measurements of the topography of the concrete plate were performed afler the tests. Our experimental results show the increase of friction with time, attributed to the maturation of the contact interface due to the viscoplastic deformation of ice. Friction laws are formulated which give the dependence of the initial and final friction coefficients on the conditions of contact. The optical observations show the micro-mechanisms involved at the ice-plate contact. They are as follows: viscoplastic deformation, adhesion, recrystallisation, grain boundary sliding, micro and macro-cracking. Viscoplasticity and adhesion appear as the main mechanisms responsible for the observed friction behaviour. Measurements of the plate surface topography* allowed to follow the evolution of the plate surface after each test. This underlines the wear process and leads to the quantification of the concrete wear rate. A theoretical study of friction completes the experimental work. It consists of a two-dimensional modelling of the contact problem. Viscoplasticity of ice and the ice-concrete adhesion are taken into account to calculate the friction coefficient. Despite tbe simplicity of the model, its results are consistent with the expeiimental results. The roles of viscoplasticity and of the ice-concrete adhesion are confirmed. Tbe influence of the plate topography on friction is also shown., Dans les régions polaires, les ouvrages de génie civil subissent l'effet de la dérive des glaces. Celle-ci génère des sollicitations dynamiques contrôlées en partie par le frottement glace-structure. Des essais de frottement cycliques glace-béton ont été réalisés à -10°C, avec une boîte de cisaillement direct, pour différentes conditions de contact (contraintes normales de 25 à 800 kPa ; vitesses de 0,1 à 10 mm.mim-1; rugosité de la surface de béton de 0 à 0,55 mm). Des observations optiques de la glace et des mesures de suivi de la topographie de la surface de béton complètent ces essais. Ceux-ci montrent une augmentation du coefficient de frottement glace-béton au cours du temps, conséquence de la maturation du contact gouvernée par la déformation viscoplastique de la glace. Les résultats ont permis de formuler des lois d'interfaces définissant le coefficient de frottement en fonction des conditions de contact. Les observations optiques ont permis de caractériser les mécanismes physiques mis en jeu dans la glace au niveau de l'interface: déformation viscoplastique, adhérence, recristallisation, glissement aux joints de grains, micro et macrofissuration. La déformation viscoplastique et l'adhérence apparaissent comme les principaux responsables du comportement au frottement observé. Le suivi de la topographie de la surface de béton a permis de mettre en évidence l'usure du béton et d'en quantifier le taux. Une étude théorique du frottement complète ce travail expérimental. Elle prend en compte la déformation viscoplastique de la glace et l'adhérence glace-béton dans un modèle bidimensionnel de l'interface. Ce modèle rend compte convenablement des observations expérimentales et confirme le rôle de la déformation viscoplastique de la glace, qui crée un phénomène de portance limitant la pénétration des aspérités dans la glace, et celui de l'adhérence glace-béton. Il montre par ailleurs l'influence de la topographie de la plaque sur le frottement.

The global evolution of atmospheric CH4 has been documented by sporadic direct measurements in the atmosphere during the 1960s and 1970s and by systematic survey only since 1979. The data from this time up to 1983 indicate an increasing trend at a rate of about 1% per year (Rasmussen and Khalil, 1986; Steele et al., 1987; Blake and Rowland, 1988). The most recent measurements indicate a decrease of the global accumulation of atmospheric CH4 during the years 1991 and 1992, and a return to a 1%/yr increase afterward (Steele et al., 1992; Dlugokencky et al., 1994; Lowe et al., 1994). The analysis of infrared solar absorption spectra (Rinsland et al., 1985; Zander et al., 1989) provides additional data of global concentrations for a few specific years (1951, 1975, 1981, 1984–87) and shows a mean increase of about 30% over the past 40 years. This long-term accumulation of CH4 in the atmosphere is related to human activities, particularly from agriculture.

Ice might play an important roIe in the composition of the atmospheric gaseous phase : (l) during its formation, it can incorporate some trace gases by simultaneous condensation of gas and water vapor (co-condensation) or by rapid solidification of supercooled droplets in which some gases are dissolved (riming) ; and (2) after the precipitation, some trace gases exchanges can happen between the snow cover and the troposphere. Furthermore, the ice surface can catalyze heterogeneous chemical reactions between trace gases that are inert in the gaseous phase. For example during winter, such reactions between chlorine compounds (HCI,.. . ) are occuring at the surface of ice particles that constitute the polar stratospheric clouds (PSCs) and are responsible for the polar stratospheric ozone depletion. In the present work, we have studied the incorporation of the trace gases HCl and HBr during both of the atmospheric ice formation mechanisms (co-condensation and riming). These species have been chosen because of their atrnospheric interest and for some reasons of experimental possibilities at the ESRF of Grenoble. Therefore, we have developped an infrared spectroscopy set-up which allowed us to produce some cristalline ice films at 190 K (which is the winter polar stratosphere temperature) and to study the interactions between HCI and ice by condensation of an HCl/H20 gaseous mixture at this temperature. Our results show that HCI is incorporated homogeneously into ice by an ionic solvatation process which leads to the deformation of the cristalline structure of the solid. This suggests that the ice of the PSCs would contain many volume and surface defects. Among others, these defects could play an important roIe in the reactivity of the ice that catalyzes the heterogenous reactions leading to the polar stratospheric ozone depletion. In addition, we have studied the environment of HBr in ice formed by riming of aqueous solutions of HBr by EXAFS at the ESRF. Our results are prelirninary and suggest that at about -20°C, an important part of HBr is degasing. The remaining part seems to be incorporated homogeneously into ice, in the form of a sursaturated solid solution. Thus the evolution of the trace gases trapped into the snow cover would be controlled by the melting/refreezing cycle that occurs during the snow metamorphism more than by solid phase diffusion mechanisrns, which are too slow to allow the degasing of these species., La glace peut jouer un rôle important dans la composltlon de la phase gazeuse atmosphérique : (1) lorsqu'elle se forme, elle peut incorporer des gaz traces par condensation simultanée de gaz et de vapeur d'eau (co-condensation) ou par solidification rapide de gouttelettes surfondues contenant des gaz dissous (givrage) ; et (2) après la précipitation, des échanges de gaz traces peuvent se produire entre le manteau neigeux et la troposphère. De plus, la surface de la glace peut catalyser des réactions chimiques hétérogènes entre des gaz traces inertes en phase gazeuse. Par exemple dans la stratosphère polaire hivernale, de telles réactions hétérogènes entre des composés chlorés (HCI, .. . ) se produisent à la surface de particules de glace constituant les nuages stratosphériques polaires (PSCs) et sont à l'origine de la destruction de l'ozone. Dans ce travail, nous avons étudié l'incorporation de gaz traces HCI et HBr lors des deux mécanismes de formation de la glace atmosphérique (co-condensation et givrage), ces espèces ayant été choisies pour leur intérêt atmosphérique et pour des raisons de faisabilité expérimentale à l'ESRF. de Grenoble. Nous avons tout d'abord développé un dispositif de spectroscopie infrarouge qui nous a permis de fabriquer des filins de glace cristalline stables à 190 K, température de la stratosphère polaire hivernale, et d'étudier les interactions entre HCI et la glace par condensation d'un mélange gazeux HCI/H20 à 190 K. Nos résultats semblent montrer qu'HCI est incorporé de façon homogène dans la glace par un processus de solvatation ionique qui entraîne une déformation du réseau cristallin du solide. Cela suggère que la glace constituant les PSCs serait constituée de nombreux défauts de volume et de surface. Entre autres, ces défauts pourraient jouer un rôle non négligeable dans la réactivité de la glace catalysant les réactions hétérogènes conduisant à la destruction de l'ozone stratosphérique polaire. De plus, nous avons étudié l'environnement d'HBr dans la glace formée par givrage de solutions aqueuses d'HBr par EXAFS à l'ESRF. Nos résultats sont préliminaires et suggèrent qu'à environ -20°C, une part importante d'HBr dégaze. La partie restant dans la phase solide semble être incorporée de façon homogène dans la glace sous forme d'une solution solide sursaturée. Ainsi le devenir des gaz traces piégés dans le manteau neigeux serait con1rôlé par le cyle de fonte/regel se produisant lors du métamorphisme de la neige plutôt que par des mécanismes de diffusion en phase solide, trop lents pour permettre le dégazage de ces espèces.

Le but de ce travail est de contribuer à la compréhension des interactions entre les gaz traces et la glace, à la fois dans les nuages et dans la neige après son depôt au sol. Les gaz polaires tels que les acides, les aldehydes et les cétones peuvent interagir fortement avec la glace, notamment en s'adsorbant à sa surface. Dans les nuages, ce phénomène peut modifier la teneur atmosphérique de ces composés et initier des réactions hétérogènes, comme celles conduisant a la destruction de l'ozone stratosphérique polaire. Dans la neige au sol, l'adsorption de gaz traces à la surface des cristaux va perturber la chimie de la basse troposphère et celle du manteau neigeux. Ainsi, ce phénomène va entrer en jeu dans la compréhension de la relation entre la composition de l'air et celle de la glace, appelée fonction de transfert air-neige, indispensable pour reconstituer la composition des atmosphères passées à partir des carottes de glace. Afin de contribuer à élucider ces problèmes, nous avons etudié l'adsorption de hcl à 193 k et de l'acétone entre 193 et 213 k sur la glace. L'application des résultats à des situations atmosphériques nécessite la connaissance des paramètres physiques de la glace, tels que la surface spécifique et la forme des cristaux. Nous avons donc également entrepris des mesures de surface spécifique de la neige naturelle et de son évolution en fonction du temps. Nos résultats montrent que l'adsorption de l'acétone et de hcl sur la glace peut jouer un rôle déterminant dans la composition de surface de la glace des nuages (pour hcl) ou de la neige au sol (pour l'acétone), modifiant ainsi la chimie des nuages ou du manteau neigeux. Les mesures de l'évolution de la surface spécifique de la neige montrent que ce paramètre est très variable et que sa connaissance est indispensable pour la quantification du partage des composés traces entre l'air et le manteau neigeux, ainsi que pour l'extrapolation de ces données à la glace des nuages., pas de résumé

L'albédo de la surface antarctique Joue un rôle important dans les études climatologiques. Essentiellement deux facteurs peuvent modifier sa valeur: la taille des grains de neige et la rugosité de surface générée par les vents dominants. Ces caractéristiques de surface varient dans l'espace et dans le temps et seuls les satellites permettent régulièrement leurs estimations sur un continent aussi vaste, inhospitalier et isolé que l'Antarctique. Parmi les in struments de télédétection, POLDER (POLarization and Directionality of the Earth's Reflectances), à bord du satellite ADEOS, est le premier à offrir jusqu'à 14 observations d'un même site, dans les domaines spectraux du visible et du proche infrarouge, sous des angles de visée différents, au cours d'une seule orbite. Comme sa fauchée est large et que les orbites d'ADEOS se recoupent à proximité des pôles, les régions polaires profitent d'une bonne couverture quotidienne. Par conséquent, POLDER semble être particulièrement bien adapté pour étudier les FDRBs (Fonctions de Distribution des Réflectances Bidirectionnelles) de la neige antarctique. Dans cette étude est montrée l'analyse des données POLDER du mois de novembre 1996, dans une région limitée de l'Antarctique. Après élimination des nuages, par l' utilisation notamment des mesures de polarisation, des FDRBs caractéristiques de différentes zones ont été restituées qui ont permis l'extraction d'informations relatives à la rugosité de surface et à la taille des grains de neige. Il apparaît que dans les zones rugueuses, les FDRBs sont caractérisées par une forte diffusion dans le demi-plan arrière (souvent plus forte que vers l'avant) que ne restituent pas les modèles de réflectance bidirectionnelle de la neige utilisés. De plus la position du pic de diffusion dans ce demi-plan arrière varie d'une région à une autre et peut donc être reliée à la rugosité de la surface. Toutefois, l'étude de cette rugosité est rendu complexe par le fait qu'il existe souvent plus d'une direction dans laquelle s'alignent les reliefs (d'érosion ou d'accumulation) de surface. L'étude comparative du rapport de réflectances mesurées par POLDER d'une part (865nm/670nm) et ATSR-2 d'autre part (1600nm/865nm), relié à la taille des grains de neige, montre les mêmes variations spatiales relatives. Cependant, la détermination des tailles de grains de neige ne peut être déduite, en valeur absolue, par les mesures satellitales., pas de résumé

Observations of crystal orientations on deep ice-cores from Antactica and Greenland have shown that polar ice acquires a fabric, characteristic of the strain-history it has undergone. Since the viscoplastic behaviour of the ice single crystal is strongly anisotropic, the macroscopic anisotropic behaviour of polycrystalline ice depends on the preferred orientation of its grains. At the scale of the ice polycrystal, the ice fabric is described by a continuous orientation distribution function (ODF) and the mechanical behaviour is obtained by assuming a linear transversely isotropic behaviour of each grain and a uniform state of stresses in the polycrystal (static model). With these assumptions, we have developped analytical results for the behaviour of the polycrystal and its fabric evolution, which allows the description of the fabric with only three parameters. At the scale of the ice sheet, the velocity and fabric fields of the stationary flow are solved by using a coupled method: - for a given fabric field, the corresponding velocity field is computed by the finite element method, - for a given velocity field, the corresponding field of fabrics is obtained by calculating fabric evolution along the flow streamlines, this two steps process being iterated until convergence is achieved. We show the influence of both temperature field and grain behaviour on fabric developpement in the ice sheet. We apply our model to the flow line going from GRIP to GISP2, L'observation de l'orientation des grains des carottes forées en Antarctique et au Groenland montre que la glace polaire acquiert une fabrique représentative de l'histoire des déformations qu'elle a subies. Le comportement viscoplastique du cristal de glace étant fortement anisotrope, il en résulte une anisotropie macroscopique du polycristal qui dépend des orientations préférentielles des grains qui le composent. A l'échelle du polycristal, le comportement viscoplastique est obtenu par homogénéisation sur tous les cristaux, en supposant leur comportement linéaire orthotrope de révolution et une répartition homogène des contraintes dans tout le polycristal (modéle statique). La fabrique du polycristal est décrite par une fonction continue de distribution des orientations (ODF). Avec ces hypothèses, nous avons obtenu des résultats analytiques pour le comportement orthotrope d'un polycristal et l'évolution de sa fabrique, qui permettent de représenter la fabrique par une ODF ne dépendant que de trois paramètres. A l'échelle de la calotte polaire, les champs de vitesses et fabriques de l'écoulement stationnaire sont calculés par une méthode couplée, qui alterne : - le calcul des vitesses, pour un champ de fabriques donné, par la méthode des éléments finis, - le calcul de la fabrique, pour un champ de vitesses donné, par une méthode qui utilise les lignes de courant de l'écoulement, jusqu'à ce que la convergence soit atteinte, à la fois sur les vitesses et la fabrique. Nous étudions l'influence du champ de températures et du comportement du grain sur la formation des fabriques au sein des calottes polaires. Le modèle est appliqué à la ligne d'écoulement GRIP-GISP2 (Groenland Central) et les résultats sont comparès aux mesures de terrain.