Les caractéristiques de la neige influencent la façon dont les avalanches évoluent

Les avalanches de neige menacent de nombreuses régions de montagne habitées dans le monde entier. Même des avalanches d’assez petite taille peuvent couper des voies de communication, endommager des biens ou encore mettre en péril des personnes. Elles peuvent prendre des formes très différentes, depuis l’avalanche de poudreuse jusqu’à l’avalanche de neige mouillée. Le régime d’écoulement qui se met en place dépend en grande partie des caractéristiques de la neige dans la zone de départ et le long du parcours de l’avalanche – une hypothèse qui n’avait pratiquement pas été validée scientifiquement jusqu’ici.

La température de la neige influence la vitesse

Cette thèse de doctorat, menée dans le cadre du projet STRADA, a pour objectif d’établir des corrélations entre les caractéristiques de la neige et la structure interne granulaire – et donc la dynamique – des avalanches. Dans un premier temps, nous avons déterminé les paramètres du manteau neigeux responsables de l’extension et de la vitesse de l’avalanche. Pour ceci, nous avons choisi dans la banque de données du site expérimental de la Vallée de la Sionne cinq avalanches de masse et topographie similaires au départ, mais présentant des dynamiques différentes d’écoulement. Pour chacune d’entre elles, nous avons reconstruit les caractéristiques de la neige grâce au modèle de processus de surface tridimensionnel Alpine3D et au modèle de manteau neigeux SNOWPACK. Les données des avalanches étudiées montrent que leur masse finale dépend principalement de la masse emportée le long du parcours, et que c’est cette dernière qui influence l’extension du phénomène en aval. Cependant, elle n’a pas d’impact sur la vitesse du front d’avalanche. Le facteur essentiel pour la vitesse du front ainsi que pour les structures de dépôt de l’avalanche se révèle être la température de la neige, qui détermine également si un nuage de poudreuse va se développer. Nous avons identifié un seuil critique de -2 °C pour des modifications notables du comportement d’écoulement.

Pour déterminer plus précisément la température de la neige en mouvement et évaluer d’où provient l’énergie thermique au sein d’une avalanche, nous avons effectué dans un deuxième temps des expériences de terrain sur des avalanches que nous avons déclenchées. Sur la base de profils le long de l’avalanche et dans la zone de dépôt, nous avons déterminé la température des couches de neige érodées sur le parcours. La thermographie infrarouge (IRT) nous a permis en outre de mesurer la température de surface de la neige avant, pendant et après la descente de l’avalanche avec une haute résolution spatiale. En s’appuyant sur cette base de données, il a été possible de déterminer le bilan thermique depuis la zone de départ jusqu’à celle de dépôt. Nous avons alors constaté que les avalanches sèches étudiées se réchauffaient, en raison du frottement, d’environ 0,5 °C tous les 100 mètres de dénivelée. La deuxième source importante d’apport de chaleur s’est révélée être la neige emportée en cours de route. Ce type de réchauffement était très variable pour les différentes avalanches, en fonction de la température de la neige le long du parcours et de la profondeur d’arrachement. Le réchauffement variait entre une valeur pratiquement négligeable et 1 °C, avec les températures les plus élevées constatées dans la zone de dépôt de la partie en mouvement de l’avalanche.

C’est surtout lorsque la température de la neige qui s’écoule est proche du point de fonte que le matériau va adopter des structures granulaires bien différentes. Pour déterminer la dépendance entre température et structure, nous avons effectué une série d’expériences en introduisant de la neige à températures et contenus en eau variables dans une bétonnière du marché, à vitesse de rotation constante. Ces expériences ont montré que des structures granulaires se formaient uniquement lorsque la température de la neige dépassait -1 °C.