Le monde de la science | Snowpack : stabilité et variabilité

Cette fois : Snowpack : Stability and variability (Session 10)

La stabilité et la variabilité du manteau neigeux sont des facteurs essentiels pour nous, les amateurs de sports d'hiver. Ces deux paramètres constituent la base intégrale de la prévision des avalanches. Là, les facteurs sont toutefois nommés un peu différemment et entrent dans la Matrice EAWS des niveaux de danger d'avalanche sous le nom de "probabilité de déclenchement d'avalanche" et "étendue des zones dangereuses". C'est une raison suffisante pour que la recherche s'y intéresse également de manière continue. Il n'est donc pas surprenant que la session 10 "Snowpack : Stability and variability" contienne le plus grand nombre de contributions. Les 43 contributions présentées ne peuvent pas être résumées ici en trois pages, cet article se limite donc principalement aux contributions sur les avalanches de plaque de neige, les couches fragiles et leur propagation. Et en bonus, cette fois-ci avec une expérience de plaque de neige à faire soi-même!

Anti-Crack : une rupture qui se referme

Pour la rupture d'une couche fragile, il faut trois ingrédients : Une couche fragile, une plaque de neige liée et un déclencheur. Lorsqu'une rupture de la couche fragile, également appelée effondrement, entraîne une avalanche de plaque de neige, il faut encore que la pente soit de 28-30° ou plus. Si l'on marche par exemple sur un tel manteau neigeux et que certaines liaisons (fragiles) se rompent dans la couche fragile, la plaque de neige posée sur le sol "referme" la fissure qui s'est formée - de nos jours, on se base sur ce modèle dit "anti-crack" pour le déclenchement de la plaque de neige. Si l'énergie libérée par cet effondrement est suffisante pour provoquer la rupture des liaisons voisines dans la couche fragile, il y a une propagation autonome de la rupture, ou propagation de la rupture, qui conduit à des avalanches de plaque de neige plus importantes.

Plusieurs articles présentent des modèles informatiques pour décrire ces processus de rupture dans la couche fragile. Ces modèles calculent l'interaction complexe entre la nature de la plaque de neige, la stabilité de la couche fragile et l'énergie libérée qui conduit à la propagation de la rupture. Il y a d'une part le modèle qui a été développé pour le film "Frozen" (oui, ce catcheur est déjà usé), et d'autre part deux autres types de modèles sont présentés ici. Le modèle de rupture analytique de l'université technique de Darmstadt, qui associe les connaissances du domaine de la mécanique structurelle à la recherche sur la neige, est certainement remarquable (O10.6). Contrairement aux modèles purement numériques, ce modèle "Phillip&Phillip" n'est certes pas aussi flexible en ce qui concerne les propriétés des matériaux, mais il nécessite très peu de capacité de calcul et pourrait également être calculé en temps réel sur un smartphone. Vous trouverez plus d'informations sur ce nouveau modèle dans l'ISSW2018 édition spéciale de Berg&Steigen et la présentation de la conférence est également en ligne.

La résistance à la rupture d'une couche donnée est aujourd'hui souvent testée à l'aide d'un PST. Un bloc assez grand est donc mis à nu et scié depuis le côté aval dans la couche fragile à tester. La Critical Crack Length mentionnée est alors la distance qui a été sciée jusqu'à ce que la fracture se propage d'elle-même à travers tout le bloc. La contribution P10.12 utilise un tel PST en combinaison avec une caméra à haute vitesse pour déterminer la vitesse de propagation de la fracture. Ces expériences (et d'autres recherches actuelles) ont récemment fait l'objet d'un bon documentaire d'Arte, les images du PST sont disponibles à partir de la 17e minute.

Malheureusement sans laisser de trace écrite pour la postérité, il y a eu un article sur la validation de ce qu'on appelle le Cross(-slope)-PST. Le CPST consiste à combiner les avantages de l'ECT et du PST, car l'ECT n'est pas fiable dans les couches fragiles profondes et le PST classique est assez compliqué à creuser (30x100cm mais en amont, pas parallèlement à la pente comme l'ECT). Pour le test CPST, il suffit de dégager un bloc de la taille d'un ECT et de pénétrer la couche fragile à tester avec le côté lisse de la scie à neige, parallèlement à la pente (voir ici).

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Expérience pour la prochaine randonnée : planche à neige "Do It Yourself"

Inconnaissant l'existence du Cross-PST, nous avons récemment fait une expérience de stabilité similaire sur une planche à neige artificielle. Plus précisément, nous avons trouvé un magnifique gros givre de surface près d'un cours d'eau (il est désormais possible de le créer artificiellement, mais la machine de l'article P10.34 va au-delà de l'équipement de bricolage typique en randonnée à ski...), et nous avons posé une petite planche à neige par-dessus. Voici les instructions étape par étape :

1) Trouver un endroit avec du givre de surface.

2) Prendre de la neige de type semoule et en déposer délicatement une couche d'environ 10 cm d'épaisseur sur le givre (photo de droite).

3) Avec la pelle, découper délicatement cette plaque de neige artificielle sur les côtés, de manière à obtenir un bloc de la taille d'un ECT typique (30x90cm).

4) Avec la scie à neige (ou à défaut avec une pelle plate), on s'enfonce latéralement dans la couche de givre jusqu'à ce que le "château de cartes de givre" s'effondre (voir vidéo).

Remarque : bien que la plaque de neige artificielle soit à peine liée (semoule) et qu'elle n'ait que 10 cm d'épaisseur, il y a propagation de la rupture dans le givre de surface. Si le rapport d'avalanche parle de givre de surface enneigé, toutes les sonnettes d'alarme doivent retentir!

Les expériences professionnelles ne sont que du bricolage

Mais, encore une fois à notre insu, il s'est avéré, dans le cadre de cette recherche d'article, que deux contributions de l'ISSW ont également examiné précisément de telles planches à neige de bricolage pour le givre de surface. Dans l'article O10.2, les auteurs ont préparé 30 de ces planches à neige de 10 cm et les ont testées par PST à différents moments. Ils constatent que la Critical Crack Length augmente avec le temps, c'est-à-dire qu'il faut scier plus loin dans la couche fragile pour générer une propagation de la rupture, et trouvent donc une stabilisation correspondante du manteau neigeux avec le temps. Le deuxième article O10.3 étudie plus précisément la consolidation mécanique des plaques de neige de 10 cm avec le temps.

Dans le prolongement d'une telle modélisation de la variabilité du manteau neigeux, un article traite de la comparabilité des profils de neige (O10.5). Il s'agit ici de profils de neige relevés à la main, mais aussi de profils simulés. La technique utilisée est la méthode dite Dynamic Time Warping, très répandue dans la reconnaissance vocale. Dans ce cas, ce ne sont pas les couches qui sont comparées en position absolue, mais les séquences de couches - de la même manière qu'Alexa comprend les mots indépendamment du fait que l'on parle lentement ou plus rapidement.

L'article P10.28 examine également comment les résultats des modèles de manteau neigeux peuvent être communiqués aux praticiens et aux utilisateurs. Les modèles de manteau neigeux ne jouent toujours pas un rôle important dans le rapport sur la situation avalancheuse, non pas parce qu'ils sont erronés, mais parce qu'ils sont très complexes à utiliser. Les auteurs proposent de présenter et de communiquer les facteurs clés pour la formation des modèles d'avalanche et des problèmes.

Théorie du hêtre et du mélèze

Les conditions climatiques d'une région se reflètent généralement dans le manteau neigeux et également dans la végétation. Ainsi, il existe des corrélations possibles entre les régions avec une végétation de mélèzes et de cerisiers et les problèmes de neige ancienne, alors que dans les régions avec des sapins et des hêtres, la neige ancienne est plus rarement un problème. Notre nivologue Lukas a écrit à ce sujet (P10.17), mais ses propos relativisent les connaissances sur les essences : "Risk Management can be done with better tools".

Sur la base de relevés effectués par des nivologues depuis de nombreuses années, d'autres articles sur les modèles de manteau neigeux typiques des régions des Pyrénées (P10.13), la région de Tromso (P10.24), le Japon (P10.29) et l'est du Canada (P10.37).

Conclusion

La taille de la session, avec 43 contributions, montre à elle seule combien la recherche est active dans le domaine de la stabilité et de la variabilité du manteau neigeux. Il se passe définitivement quelque chose, mais transposer les résultats dans la pratique est une autre étape très complexe. En fin de compte, le manteau neigeux est semblable au "chat de Schrödinger" - ce n'est qu'après avoir creusé tout le manteau neigeux que l'on sait à quel point il a été stable et variable.