Modélisation du comportement mécanique de la glace polycristalline par une approche auto-cohérente : application au développement de textures dans les glaces des calottes polaires

Plastie deformation of ice monocrystal is essentially due to dislocation glide in basal planes. Glide on other slip systems or eventually climb of basal dislocations limits the strain rate of polycrystalline ice. In polar ice sheets, a preferred c-axis orientation develops with strain, and induces and strong viscoplastie anisotropy. A ViscoPlastic Self-consistent (VPSC) approach is used for predicting mechanical behavior of polycrystalline ice and texture development. Results are compared to those of the uniform stress model (lower bound) and uniform strain rate model (upper bound). In these models, ice crystals are assumed to deform by basal, prismatic, and pyramidal slip. The slip system resistance of a grain in-situ is determined from the mechanical behavior (deterrnined experimentally) of strongly anisotropic polycrystalline samples.According to the VPSC model, the behavior of a grain in-situ is closed to that of an isolated monocrystal. This model perfectly reproduces the experimental behavior of anisotropic polycrystals. When polycrystalline ice is deformed by hard glide, the strain rate direction is very sensitive to the direction of the applied stress. Such deformation conditions should appear near the ice divide of ice sheets. In the upper layer of ice sheets (grain growth zone), the VPSC model gives a good estimation of texture development. In the deeper ice, rotation recrystallization has a significant influence on texture development. Mechanical tests in cold rooms indicate a tendency to a quasi-newtonien behavior under very low stress conditions.La déformation plastique du monocristaI de glace se produit essentiellement par glissement de dislocations dans les plans de base. Le glissement sur d'autres systèmes ou une éventuelle montée de dislocations basales limite la vitesse de déformation de la glace polycristalline. Dans les glaces des calottes polaires, une orientation préferentielle des axes c se développe au cours de la déformation, induisant une forte anisotropie viscoplastique. Un modèle auto-cohérent viscoplastique (VPSC) est utilisé pour calculer le comportement mécanique de la glace polycristalline et le développement des textures. Les résultats sont comparés à ceux du modèle à contraintes uniformes (borne inférieure) et à déformations uniformes (borne supérieure). Dans les modèles, il est supposé que le monocristal de glace se déforme par glissement basal, prismatique, et pyramidal. La résistance des systèmes de glissement d'un grain in-situ est déterminée à partir de résultats d'essais mécaniques sur des échantillons polycristallins fortement anisotropes. D'après le modèle VPSC, le comportement d'un grain in-situ est semblable à celui d'un monocristal isolé. Ce modèle reproduit parfaitement le comportement expérimental des glaces polycristallines anisotropes. Lorsqu'un polycristal est déformé de telle manière à ce que le glissement basal soit difficilement activé, la direction de la vitesse de déformation est très sensible à la direction de la contrainte, appliquée. De telles conditions de déformation devraient se retrouver dans le voisinage des dômes des calottes polaires. Dans les couches de surface des calottes polaires (zone de grossissement de grains), le modèle VPSC permet d'obtenir une bonne estimation du développement des textures. Dans les glaces plus profondes, on montre que la recristallisation par rotation a une influence significative sur le développement des textures. Une série d'essais mécaniques en laboratoire indique une tendance au comportement newtonien sous de très faibles contraintes