Guillaume Boutin

Thesis topic: Understanding waves - sea ice interaction in polar seas

Advisors: Fanny Girard-Ardhuin and Fabrice Ardhuin (director)

Funding: FP7 SWARP (via Ifremer) & DGA

In recent decades, climate changes has led to decreasing sea ice cover in the Arctic. The sea ice melt exposes new areas of open seas, enhancing the available fetch in places that were previously ice-covered. The waves are therefore now able to grow higher and to propagate further in these high latitudes, which could significantly increase their impact on sea ice. If shorter waves are quickly attenuated in ice-covered seas, swells can penetrate over tens to hundreds of kilometers into the packed-ice. The effect of waves is usually limited to the edge of the ice, called the Marginal Ice Zone, at the border between open ocean and fully ice-covered sea. There, waves affect the dynamics of the ice by breaking it into floes, which are then pushed and compacted . While these processes are known, they are still widely misunderstood. The distance from inhabited areas and the extreme conditions of the polar regions make any attempt of in situ experiments difficult. Models are therefore useful tools when it comes to identifying the key processes of wave-ice interactions. Implementing sea-ice in wave models is a first step toward this purpose. Further comparisons with satellite and in situ data should allow the validation of assumptions concerning the attenuation mechanisms of waves in ice. Subsequently, coupling such a wave model with an ice model could offer new opportunities to better represent the wave-ice interactions, and provide a step towards being able to forecast the sea state and sea ice drift in polar regions.

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Ces dernières décennies, l'étendue de la banquise a connu une importante diminution sous l'effet du changement climatique. La fonte a notamment offert aux vagues de plus grandes zones de fetch propices à leur croissance. Plus hautes et plus fréquentes, leurs effets sur la banquise pourraient sensiblement augmenter dans les années à venir.
Si les vagues les plus courtes sont rapidement atténuées en présence de glace de mer, certaines houles peuvent pénétrer sur des dizaines, voire des centaines de kilomètres au sein de la banquise. Néanmoins, l'influence des vagues demeure en général restreinte à la Zone Marginale de Glace, cet espace qui sert de frontière entre la mer libre et les espaces recouverts de glace. Là, elles contribuent à la dynamique de la glace en fracturant la banquise en morceaux, qu'elles contribuent par la suite à pousser et compacter.
Si ces effets sont connus, ils sont encore mal compris. L'éloignement et les conditions extrêmes qui règnent en zones polaires rendent difficile toute tentative d'expérimentation in situ. La modélisation est alors un outil bien utile d'aide à l'identification des processus clés des interactions vagues-banquise. L'intégration de la glace dans les modèles de vagues est un premier pas vers cet objectif. La comparaison des résultats obtenus avec des données satellites et in situ devrait alors permettre de valider certaines des hypothèses concernant les mécanismes d'atténuation des vagues dans la glace. Par la suite, le couplage d'un tel modèle avec un modèle de glace pourrait offrir de nouvelles possibilités de représentation des interactions vagues-banquises, ouvrant la porte à la prévision d'états de mer et de dérive de glace dans les zones polaires.