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Déformations et émissions sonores lors du processus de rupture dans la neige

 

Pour qu’une avalanche se décroche, il faut – qu’à partir d’une zone fragile – les liaisons entre les cristaux de glace dans le manteau neigeux se brisent. Si la zone concernée est suffisamment grande, la rupture se répand très rapidement le long de la couche fragile – jusqu’à ce qu’une plaque de neige se décroche entièrement sous forme d’avalanche.

Dans le cas d’avalanches spontanées, on ne connaît pas encore la manière et le moment de la rupture. A l’aide d’échantillons de neige avec des couches fragiles générées artificiellement, le SLF mène actuellement des expériences de charge en laboratoire réfrigéré. Un appareil de cisaillement construit spécialement à cet effet par le SLF permet d’augmenter en continu la force exercée sur l’échantillon jusqu’à ce que la couche fragile se brise. Au cours de cette opération, les chercheurs examinent au moyen de caméras vidéo la déformation du manteau neigeux avant la rupture. Ils enregistrent en outre les bruits générés par la fracture des liaisons entre les grains de neige. Ces émissions sonores permettent de déduire des conclusions concernant les processus de rupture à l’intérieur du manteau neigeux.

Fig. 1: Principe de fonctionnement de l’appareil de mesure du cisaillement. (Illustration: Raffinerie)

Détails du projet

Durée du projet

2014 - 2017

 
Geräusche im Ultraschallbereich
Fig. 2: Avant que les avalanches de plaque ne se déclenchent, de petites fissures et des frictions entre les grains de neige produisent des bruits dans la gamme des ultrasons que des capteurs sonores peuvent détecter.
Présentation schématique
Fig. 3: Présentation schématique (à gauche) et photographique (à droite) de la couche fragile produite artificiellement. Un échantillon avec au centre une mince couche de faible densité (ρ) est réalisé par tamisage de neige naturelle. Le gradient de température appliqué a pour effet de transformer cette couche en une couche fragile à grains grossiers.
 
Charge (force) et niveau énergétique des émissions sonores avant la rupture
Fig. 4: Charge (force) et niveau énergétique des émissions sonores avant la rupture.

Les premiers résultats montrent qu’avant la rupture, la couche fragile dans l’échantillon de neige se déforme fortement. Les signaux sonores indiquent également que la rupture ne se produit pas subitement, mais qu’elle est le résultat d’un processus de dégradation progressive. Dès que l’échantillon est soumis à une charge, de très petites fissures se produisent et l’on peut mesurer les premiers signaux. Le nombre et l’énergie des signaux augmentent sans cesse jusqu’à la rupture. Cela indique que le processus de dégradation s’accélère avant la rupture et donne lieu à des fissures de plus en plus grandes. La fracture brutale imminente de tout l’échantillon s’annonce dès lors de manière acoustique. Des études plus approfondies indiqueront s’il est possible de reporter également ces résultats sur une pente avalancheuse et de prévoir les avalanches spontanées imminentes sur la base de signaux sonores. A cet égard, la forte atténuation des signaux sonores dans la neige et qui en conséquence ne peuvent être perçus que sur de courtes distances représente une difficulté importante.