Si l’on veut comprendre comment les propriétés de la neige influencent la formation des avalanches, on doit s’intéresser à la structure microscopique de la neige. Même de petites variations dans la structure microscopique de la neige ont une grande influence sur le comportement du manteau neigeux et la formation des avalanches. Etant donné que la neige est généralement très proche de son point de fusion, les grains de neige se métamorphosent en permanence. La modification de la structure microscopique est appelée métamorphose de la neige. Les conditions de température à l’intérieur du manteau neigeux jouent à cet égard un rôle décisif, car elles déterminent comment la neige se métamorphose. A température plus ou moins constante, la neige acquiert une structure compacte à grains plutôt ronds. Des différences de température au niveau vertical sont toutefois nettement plus fréquentes dans le manteau neigeux. Sous ces conditions se constituent de grands cristaux anguleux dont la forme extrême est dénommée givre de profondeur (photo 1). Comme les liaisons sont peu nombreuses entre ces grains anguleux, leur structure est plus fragile. Les couches composées de grains anguleux constituent souvent des couches fragiles donnant lieu à des avalanches. Ces liaisons peuvent rompre en cas de surcharge soudaine du manteau neigeux, par exemple en présence d’un skieur.

Parallèlement à sa métamorphose, la neige se tasse – ces deux processus s’opérant simultanément et s’influençant réciproquement. Des observations dans la nature ont montré que différents types de neige agissent sur son tassement: le givre de profondeur se tasse plus lentement que la neige à grains ronds. Mareike Wiese, doctorante faisant partie du Groupe de recherche Physique de la neige, s’est fixé comme objectif d’examiner pourquoi les différents types de neige se tassent plus ou moins vite.

Des expériences en laboratoire révèlent les changements de structure à l’intérieur du manteau neigeux

Grâce à un nouvel appareil développé par le SLF, le Snowbreeder 5 (photo 2), la chercheuse a soumis des échantillons de neige à différentes conditions de température en laboratoire, tandis qu’un poids appliqué sur l’échantillon entraînait le tassement de la neige. Ce tassement était mesuré à l’aide d’un appareil à laser. Parallèlement, Mareike Wiese a scanné à intervalles réguliers l’échantillon de neige en l’exposant à des rayons X dans le tomographe informatisé. Cette opération a permis d’obtenir des images 3D révélant le changement de structure de la neige.

Les résultats montrent que des différences de température verticales à l’intérieur de l’échantillon de neige ralentissent de 50% le tassement de la neige en comparaison avec une température constante. Les images 3D montrent la formation de structures verticales pendant la métamorphose de la neige (photo 3). Ces structures sont comparables à des piliers de bâtiments et réduisent le tassement et le compactage de la neige. Même si les structures verticales supportent le poids de la neige proprement dit, ces liaisons peuvent aussi se briser facilement lorsqu’elles sont soumises latéralement à des forces de cisaillement. En revanche, à une température constante, il n’y a pas de formation de structures verticales marquées, de sorte que la neige se tasse plus rapidement. Etant donné qu’il y a davantage de liaisons dans une neige dense, les structures de ce type sont plus solides.