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Guides de Montagne

Le monde des sciences| La stratigraphie du manteau neigeux vue du ciel

50.000 "profils de neige" en 20 minutes Ă  l'aide de drones et de GPR

04/03/2024
Anna Siebenbrunner
À la recherche de couches fragiles au sein du manteau neigeux, la société de recherche salzbourgeoise GEORESEARCH Forschungsgesellschaft mbH et la société tyrolienne Lo.La Peak Solutions GmbH testent, dans le cadre du projet de recherche STRATIFY, une nouvelle méthode de relevé de la stratigraphie du manteau neigeux. Contrairement au profil d'enneigement traditionnel, la prise de données se fait ici par voie aérienne, plus précisément par drone et GPR (Ground Penetrating Radar).

Des couches fragiles et des profils de neige

Comme chacun sait, les avalanches de plaque de neige se produisent en raison de la présence d'une couche liée ("planche") sur une couche fragile (p. ex. givre de surface enneigé) dans le manteau neigeux. Ce qui est insidieux pour les amateurs de sports d'hiver, c'est que ces couches fragiles ne sont pas visibles en surface. C'est ce que l'on appelle le problème de la neige ancienne. Outre la prise en compte des informations du bulletin d'avalanche, le creusement d'un profil de neige était - jusqu'à présent - la seule possibilité d'obtenir un aperçu du manteau neigeux. Mais creuser des profils de neige ou effectuer des tests de stabilité du manteau neigeux n'est pas sans danger. Surtout en période de situation avalancheuse tendue, il peut être risqué de se trouver sur un terrain raide. De plus, les profils de neige ne fournissent que des informations ponctuelles fiables ; pour toute une pente ou même une chambre de terrain, les profils de neige ne sont donc pas suffisamment probants en raison des mesures ponctuelles.

C'est justement pour évaluer le danger d'avalanches de plaque de neige qu'il est essentiel de connaître l'étendue de la ou des couches fragiles potentielles. Si celles-ci s'étendent sur toute la surface, le risque d'avalanche de plaque de neige augmente. Si les couches fragiles ne sont pas homogènes, la formation d'une plaque de neige est moins probable. Afin d'obtenir de telles données sur la structure du manteau neigeux sans devoir se mettre en danger, le projet de recherche FFFG, financé par la STRATIFY une nouvelle approche a été développée.

La combinaison d'un drone et d'un radar le rend possible

Le drone peut être piloté depuis un endroit sûr, de sorte que l'exposition humaine dans la zone de danger n'est pas nécessaire. Pour la collecte de données, le drone est équipé de plusieurs capteurs : L'altimètre (radar ou LiDAR) garantit que le drone peut maintenir une distance prédéfinie à la surface de la neige de manière à peu près constante. Le "skyhub" sert d'ordinateur embarqué. Le géoradar est placé sur la partie inférieure du drone.

En général, un GPR émet de courtes ondes électromagnétiques. Ces ondes rencontrent différents matériaux dans le sol, comme les pierres, le sable ou l'eau. Selon les propriétés du matériau, les ondes sont réfléchies, c'est-à-dire renvoyées, à des degrés divers. Le GPR reçoit les ondes réfléchies et mesure le temps de propagation du signal. À partir de ce temps, il est possible de calculer la profondeur du matériau en question dans le sol. Appliqués au manteau neigeux, les "différents matériaux" signifient, pour simplifier, différentes couches de neige, qui se distinguent par exemple par leur dureté.

50.000 "profils de neige" en 20 minutes

Suivant un plan de vol préétabli, le drone parcourt ensuite la zone étudiée. Avec une charge de batterie, le drone peut rester en l'air pendant environ 20 minutes. Pendant ce temps, il est possible d'effectuer environ 50.000 mesures, c'est-à-dire bien plus que ce que l'on pourrait réaliser sur des profils de neige pendant ce temps. Si l'on dispose de batteries de rechange, le temps de vol peut être prolongé. Un court "layover" pour le remplacement des batteries devrait alors être pris en compte dans la planification du vol. Les fortes rafales de vent ou la pluie verglaçante constituent une limite à l'application de cette méthode.

Après la prise de données, c'est avant l'analyse

Pour évaluer les méthodes, des mesures de référence sont effectuées après l'accomplissement des plans de vol. Il s'agit d'une part de profils de neige classiques incluant un test de stabilité (ECT), et d'autre part de simples mesures de hauteur de neige par sonde. Ces dernières servent de "proxys" pour valider la méthode. Ces valeurs de référence sont ensuite comparées aux données GPR lors de l'évaluation et de l'analyse des données. Il est ainsi possible de tirer des conclusions sur la validité.

Actuellement, le projet de recherche en est à son deuxième hiver d'essai. Les résultats obtenus jusqu'à présent sont prometteurs. Bien que les conditions n'aient pas été idéales en raison du faible enneigement du début de l'hiver 2022/23, quelques campagnes de terrain ont déjà pu être menées. Alors que la hauteur de neige a pu être déterminée de manière assez précise sur la base des données GPR dès la saison dernière, il y avait encore une certaine marge de progression pour les profils d'enneigement. Pour la saison hivernale actuelle, l'accent est donc mis sur ce dernier point. L'idée est de creuser le plus de profils de neige possible lors des futures campagnes de terrain, afin de disposer de nombreuses mesures de référence pour la validation.

Les résultats du premier hiver test ont été présentés lors de l'International Snow Science Workshop (ISSW), qui s'est tenu en octobre 2023 à Bend, OR. L'article de la conférence qui l'accompagne est disponible en ligne : Siebenbrunner, A. ; Delleske, R. ; Keuschnig, M. : UAV-BORNE GPR Snowpack Stratigraphy. International Snow Science Workshop Proceedings 2023, Bend, Oregon.

OĂą peut aller le voyage?

Actuellement, l'accent est mis sur l'automatisation de l'analyse des données. Une analyse rapide des données enregistrées sur le terrain est en effet essentielle dans le contexte de la gestion des risques d'avalanche. La praticabilité de cette méthode en dépend également. Les résultats de la saison dernière étaient déjà prometteurs. Les signes sont donc bons pour que la "stratigraphie aérienne du manteau neigeux" soit bientôt utilisée plus souvent.

Plus d'informations sur le sujet

Plus d'informations sur le projet de recherche STRATIFY sont disponibles sur les sites web des deux entreprises participantes:

Galerie photo

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