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Page de résumé pour ULgetd-03082012-121203

Auteur : Bovy, Benoît
E-mail de l'auteur : bbovy@ulg.ac.be
URN : ULgetd-03082012-121203
Langue : Français/French
Titre : Numerical modelling of the climate control on hillslope erosion: Model development and application to the Last Glacial­-Interglacial Cycle in NW Europe/Modélisation numérique du contrôle climatique sur l’érosion des versants. Développement d’un nouveau modèle et application au dernier cycle glaciaire-interglaciaire dans le Nord-Ouest de l’Europe.
Intitulé du diplôme : Doctorat en sciences
Département : FS - Département des sciences géographiques
Jury :
Nom : Titre :
Bonnet, S. Membre du jury/Committee Member
Braun, J. Membre du jury/Committee Member
Cornet, Yves Membre du jury/Committee Member
Heimsath, A. Membre du jury/Committee Member
Hovius, N. Membre du jury/Committee Member
François, Louis Président du jury/Committee Chair
Demoulin, Alain Promoteur/Director
Mots-clés :
  • Hillslope erosion
  • North-West Europe
  • Last Glacial-Interglacial Cycle
  • Numerical modelling
  • Climate control
Date de soutenance : 2012-03-09
Type d'accès : Public/Internet
Résumé :

L’évolution des versants est le résultat de l’action combinée des processus d’altération et

de transport sédimentaire. Même si il est généralement admis que l’efficacité de ces processus

varie en fonction du climat, la quantification de l’influence climatique sur l’érosion des versants

reste encore peu développée aujourd’hui. S’inscrivant dans cette problématique, notre étude

est consacrée au développement d’un nouveau modèle numérique d’érosion des versants, ayant

pour objectif de mieux représenter, à différentes échelles de temps, les multiples aspects

du contrôle climatique sur les processus de transport de sol. Ce modèle numérique permet de

simuler l’évolution de l’épaisseur de sol et du relief à l’échelle d’un versant; il repose sur une

paramétrisation simple de la production de sol couplée à une paramétrisation multi-processus

du transport de sol, qui comprend plusieurs variables en étroite relation avec le climat (débit

de ruissellement, épaisseur de couche active). Le calcul de ces variables est réalisé sur base de

séries temporelles de précipitation et de température avec l’aide d’un modèle de transfert de

chaleur et d’un modèle de bilan hydrologique. Le comportement du modèle a été étudié au travers

de quelques exemples génériques et d’analyses de sensibilité. Les résultats obtenus montrent

des différences significatives dans la façon dont se comporte chaque processus de transport sous

conditions climatiques variables, et également dans la manière dont chaque processus affecte

l’érosion globale des versants. Ces résultats mettent ainsi en lumière l’importance de la paramétrisation

multi-processus du transport de sol dans la modélisation de la réponse des versants

aux changements climatiques. Nous avons également développé une méthode associant le modèle

d’érosion de versant à un algorithme d’inversion (Neighbourhood Algorithm). Cette méthode a

permis de caractériser de manière quantitative l’évolution des versants ardennais (NE Belgique)

lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, sur base d’un scénario climatique simple et de nombreuses

données topographiques et d’épaisseurs de sol. Les résultats de l’inversion produisent

des prédictions en accord avec certaines observations sur la morphologie des versants ardennais

ainsi qu’avec des taux d’érosion estimés indépendamment sur base de concentrations en isotopes

cosmogéniques, même si on montre que la distribution actuelle des épaisseurs de sol ne renferme

pas assez d’information pour déterminer entièrement les taux de production et de transport de

sol lors des périodes froides et tempérées du dernier cycle climatique. Les résultats de l’inversion

suggèrent des taux de transport de sol bien plus élevés lors de la période froide que lors de la

période tempérée, produisant une succession de systèmes limités par la production de sol d’une

part (période froide), et par le transport de sol d’autre part (période tempérée). Un pic de transport

de sol est prédit lors des transitions entre ces périodes. Les résultats laissent également

suggérer qu’un équilibre dynamique en terme d’épaisseur de sol a été récemment atteint dans

les parties convexes des versants, alors que des sols peu épais observés dans les parties concaves

pourraient correspondre à des traces de la distribution des épaisseurs de sol qui prévalait lors de

la dernière glaciation./Hillslope evolution results from the combined action of weathering and sediment transport

processes, which are thought to be both influenced by climate. Yet, the strength and nature of

the connection between climate and hillslope erosion remain poorly understood at a quantitative

level. In this study, we present a new numerical model of soil production and transport, which

aims to better represent, at different time scales, the climate control on soil transport. The

numerical model operates at the scale of a single hill and predicts the rates of soil thickness

and elevation change, by using a simple parametrization of soil production and a multi-process

parametrization of soil transport which includes climate-dependent variables (overland flow discharge

and active-layer depth). Simple ground heat transfer and water balance models are used

for calculating these variables from time-series of precipitation and temperature. The behaviour

of the model has been studied through a few simulation examples and sensitivity analysis. The

results highlight the importance of considering multi-process parameterization of soil transport

when modelling the response of the hillslope system to climate variations, as these results display

significant differences on how each transport process behaves under various climatic conditions

and on how each process affect the evolution of the system. Our numerical model has also

been combined with an inversion scheme (Neighbourhood Algorithm) to extract quantitative information

on the evolution of hillslopes in the Ardenne (Belgium, NW Europe) during the Last

Glacial-Interglacial Cycle, using a simple climatic scenario and a unique set of topographic and

soil thickness data. Model predictions based on inversion results are consistent with independent

observations on hillslope morphology and cosmogenic nuclide-derived erosion rates, although the

inversion results show that soil production and transport rates under both the cold and warm

phases of the last climatic cycle cannot be fully constrained by the present-day soil thickness

distribution. The inversion results suggest that soil transport is by far more efficient during

the cold climatic phase than during the warm phase, resulting in the succession of weatheringlimited

(cold phase) and transport-limited (warm phase) systems. Maximum soil transport rates

are predicted during the transitions between the cold-warm phases. The results also suggest

that a soil thickness dynamic equilibrium has been recently reached on convex regions of the

hillslopes, while shallow soils found in convergent areas may be the relics of the soil thickness

distribution that formed during the cold phase.

Autre version :
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