Interaction entre le transport de la neige et l’écoulement turbulent

La façon dont la saltation de la neige réagit au forçage d’un écoulement instable est encore mal comprise. Dans notre soufflerie réfrigérée, nous étudions la dynamique de la neige soufflée, ainsi que ses interactions avec l’écoulement turbulent de la couche-limite.

Parmi les différents processus résultant de l’interaction neige-atmosphère, celui de la neige soufflée est fondamental pour le transport de la neige dans les régions alpines et polaires. Il a également un impact important sur la formation des avalanches. Par ailleurs, le transport de sable est un facteur sérieux d’érosion et de désertification dans les régions arides. La modélisation de l’érosion éolienne est donc d’un grand intérêt dans des domaines allant des sciences cryosphériques à la recherche géomorphologique et éolienne. Parmi les processus éoliens qui sculptent la surface de la Terre (transports de sable ou de neige), la neige soufflée est la moins connue et la moins étudiée, principalement en raison de la difficulté pour mener les expériences.

Pourquoi étudier la neige soufflée?

La plupart des modèles numériques de saltation de la neige sont pourtant basés sur des résultats et paramétrisations déterminés à partir d’expérimentations, mais souvent conduites sur le transport de sable. Cependant, les propriétés aérodynamiques, mécaniques et thermodynamiques des particules de sable et de neige sont totalement différentes. Les cristaux de neige sont plus influencés par les conditions météorologiques (température et humidité par exemple affectent la cohésion) et par la saltation elle-même (la dimension des cristaux est réduite lors des impacts répétés avec le manteau neigeux) que les grains de sable. Ceci a un impact significatif sur la dynamique de la saltation, et explique la différence marquée entre la physique des deux processus éoliens. L’observation du transport de cristaux naturels de neige dans des conditions contrôlées est un avantage certain pour mieux caractériser le processus et sa relation avec la force du vent et les propriétés du manteau neigeux.

Les développements des techniques d’imagerie, largement appliquées dans les recherches récentes en soufflerie, destinées à surveiller la neige soufflée et les évolutions du manteau neigeux nous donnent une belle occasion d’observer sous un jour nouveau la physique de ces processus, et ont le potentiel d’amener la soufflerie expérimentale du SLF à un rôle de leader dans de domaine.

Interactions entre la neige soufflée et la couche limite turbulente

Les modèles théoriques de transport du sable et de la neige considèrent souvent la saltation comme un phénomène stationnaire, et représentent le processus par une relation liant son intensité avec la force du vent, en considérant que ce dernier est stationnaire et en équilibre. Ces dernières années, la démonstration a été faite que la saltation du sable n’est pas stable et présente une rétroaction différée au forçage de l’écoulement instable. Cela signifie qu’elle n’atteint jamais un état d’équilibre. Les caractéristiques d’instabilité du transport de neige ont été démontrées au cours des dernières années par les chercheurs du laboratoire. L’étape actuelle se penche sur la caractérisation de la dynamique spatiale et temporelle de la neige soufflée, et de ses interactions avec l’écoulement turbulent en couche limite. Nous étudions actuellement les échelles de la saltation de la neige et de l’écoulement turbulent, ainsi que le couplage entre les deux systèmes.