A new modeling framework for sea-ice mechanics based on elasto-brittle rheology

• Published in: Annals of Glaciology
• Main Authors: Girard, Lucas, Bouillon, Sylvain, Weiss, Jérôme, Amitrano, David, Fichefet, Thierry, Legat, Vincent
• Other Authors: EDGe, Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut d'Astronomie et de Géophysique Georges Lemaître (UCL-ASTR), Université Catholique de Louvain = Catholic University of Louvain (UCL), Mécanique des failles, Institut des Sciences de la Terre (ISTerre), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement IRD : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement IRD : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institute of Mechanics, Materials and Civil Engineering Louvain (IMMC), Communaute Francaise de Belgique, as Actions de Recherche Concertees ARC 04/09-316 French program INSU-Catell EU Centre National de la Recherche Scientifique, France
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: HAL CCSD 2011
• Subjects: Scales Large; Fracture; Satellite; Quality; Leads; Shear Faults; [SDU]Sciences of the Universe [physics]; [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology; Arctic; Annals of Glaciology; Sea ice
• Online Access: https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00604908; https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00604908/document; https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00604908/file/a-new-modeling-framework-for-sea-ice-mechanics-based-on-elasto-brittle-rheology.pdf; https://doi.org/10.3189/172756411795931499

International audience We present a new modeling framework for sea-ice mechanics based on elasto-brittle (EB) behavior. The EB framework considers sea ice as a continuous elastic plate encountering progressive damage, simulating the opening of cracks and leads. As a result of long-range elastic interactions, the stress relaxation following a damage event can induce an avalanche of damage. Damage propagates in narrow linear features, resulting in a very heterogeneous strain field. Idealized simulations of the Arctic sea-ice cover are analyzed in terms of ice strain rates and contrasted to observations and simulations performed with the classical viscous-plastic (VP) rheology. The statistical and scaling properties of ice strain rates are used as the evaluation metric. We show that EB simulations give a good representation of the shear faulting mechanism that accommodates most sea-ice deformation. The distributions of strain rates and the scaling laws of ice deformation are well captured by the EB framework, which is not the case for VP simulations. These results suggest that the properties of ice deformation emerge from elasto-brittle ice-mechanical behavior and motivate the implementation of the EB framework in a global sea-ice model.