Thermal Conductivity of Snow, Firn, and Porous Ice From 3‐D Image‐Based Computations

• Published in: Geophysical Research Letters
• Main Authors: Calonne, Neige, Milliancourt, Lucas, Burr, Alexis, Philip, Armelle, L. Martin, Christophe, Flin, Frédéric, Geindreau, Christian
• Other Authors: Centre d'Etudes de la Neige (CEN), Centre national de recherches météorologiques (CNRM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 ), Laboratoire sols, solides, structures - risques Grenoble (3SR ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 ), Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (SIMaP ), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes 2016-2019 (UGA 2016-2019 ), ANR-10-LABX-0056,OSUG@2020,Innovative strategies for observing and modelling natural systems(2010), ANR-11-LABX-0030,TEC XXI,Ingénierie de la Complexité : la mécanique et ses interfaces au service des enjeux sociétaux du 21iè(2011)
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2019
• Subjects: [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials; [SPI.MECA.MEMA]Engineering Sciences [physics]/Mechanics [physics.med-ph]/Mechanics of materials [physics.class-ph]; [SDU]Sciences of the Universe [physics]; Antarctic; Antarc*
• Online Access: https://hal.science/hal-03053507; https://hal.science/hal-03053507/document; https://hal.science/hal-03053507/file/2019GL085228.pdf; https://doi.org/10.1029/2019GL085228

International audience Estimating thermal conductivity of snow, firn, and porous ice is key for modeling the thermal regime of alpine and polar glaciers. Whereas thermal conductivity of snow was widely investigated, studies on firn and porous ice are very scarce. This study presents the effective thermal conductivity tensor computed from 64 3‐D images of microstructures of snow, antarctic firn, and porous ice at −3, −20, and −60°C. We show that, in contrast with snow, conductivity of firn and porous ice correlates linearly with density, is approximately isotropic, and is largely impacted by temperature. We report that performances of commonly used estimates of thermal conductivity vary largely with density. In particular, formulas designed for snow lead to significant underestimations when applied to denser ice structures. We present a new formulation to accurately estimate the thermal conductivity throughout the whole density range, from fresh snow to bubbly ice, and for any temperature conditions encountered in glaciers.