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Le départ d’une avalanche en un point donné dépend avant tout de la structure du manteau neigeux. Nous étudions les caractéristiques de la neige et les processus de genèse d’une avalanche et contribuons ainsi à améliorer leur prédictibilité.
Dans les montagnes enneigées, les avalanches sont un danger naturel important, et c’est donc le cas dans les espaces alpins densément peuplés. Elles peuvent menacer les localités, les voies de communication et les personnes qui parcourent la montagne en hiver.
Quand et comment va se former une avalanche ? Cela dépend essentiellement de la structure du manteau neigeux. Est-il constitué de nombreuses couches différentes ? Sont-elles épaisses ou plutôt minces ? Étendues sur de grandes surfaces ou interrompues ? Solides ou fragiles ? Il existe donc de nombreux facteurs d’influence, et certains d’entre eux sont difficiles à mesurer. Pour améliorer les prévisions d’avalanches et pour aider les amatrices et amateurs de sports de neige à évaluer eux-mêmes le danger d’avalanches, nous étudions la façon exacte dont les avalanches se produisent.
Genèse des avalanches
Les avalanches de neige meuble partent d’un point déterminé et se produisent lorsque la neige ne présente pas de cohésion. Lorsque quelques particules de neige perdent leur équilibre dans une pente très raide, s’écoulent vers le bas et entraînent progressivement de plus en plus de particules, il se forme une avalanche en forme de v renversé, devenant de plus en plus grosse à partir d’un point de déclenchement. Les avalanches de neige meuble, qui emportent en général moins de neige et qui sont plus lentes que les avalanches de plaque, sont donc aussi moins dangereuses.
Pour les avalanches de plaque, c’est tout un panneau de neige qui se met à glisser d’un seul coup. Les avalanches de plaque sont en général plus importantes (l’avalanche typique déclenchée par un skieur est en moyenne large de 50 m, longue de 150 à 200 m et épaisse de 50 cm) et atteignent des vitesses de 50 à 100 km/h.
Les avalanches de plaque ne peuvent se former que lorsque le manteau neigeux est constitué de différentes couches. Nous parlons d’une couche fragile quand les cristaux de glace d’une couche ne sont maintenus que par des liaisons faibles et peu nombreuses. En partant d’un endroit particulièrement fragile dans la couche, et sous l’effet d’une surcharge (par exemple pendant une chute de neige), quelques liaisons peuvent se rompre, et se multiplier ensuite localement. Lorsque la zone endommagée est suffisamment importante, la rupture commence à se propager subitement et très rapidement au sein de la couche fragile, parallèlement au versant, de manière similaire à un jeu de cartes qui s’écroule en partant d’un point précis. Lorsque la pente est supérieure à 30 °, la plaque de neige glisse de plus en plus vite sur la couche fragile brisée : une avalanche de plaque se met en mouvement.
Les avalanches de neige mouillée se déclenchent en général spontanément et surtout en cas de réchauffement important. L’eau de fonte, ou exceptionnellement de pluie qui pénètre dans le manteau neigeux fragilise les liaisons entre les cristaux de neige et déstabilise ainsi les couches dans lesquelles l’eau s’accumule. Ce sont aussi bien des avalanches de neige meuble que des avalanches de plaque qui peuvent être constituées de neige mouillée.
Expériences et modèles
Nos recherches visent à mieux comprendre les processus s’exerçant avant, pendant et après le déclenchement de l’avalanche. Pour ceci, nous effectuons des mesures de terrain, des expériences en laboratoire et mettons en œuvre des modèles numériques.
Lors des expériences de terrain, nous mesurons les caractéristiques du manteau neigeux naturel, par exemple :
- en filmant la rupture en cours de propagation dans une couche fragile avec des caméras haute vitesse,
- en déterminant le contenu en eau du manteau neigeux depuis le sol avec des systèmes de radars dirigés vers le haut,
- en mesurant la stratification et la variabilité des différentes couches du manteau neigeux avec le SnowMicroPen, une sonde à neige à haute définition.
En laboratoire réfrigéré, nous travaillons dans des conditions contrôlées, en effectuant par exemple des essais de charge sur des couches fragiles que nous avons créées nous-mêmes.
Les résultats des mesures et expériences nous servent entre autres de données d’entrées pour des simulations numériques, qui à leur tour nous aident à mieux comprendre les processus physiques. Ou encore à optimiser le modèle de manteau neigeux SNOWPACK, qui assiste dans plusieurs pays les services de prévision pour évaluer le danger d’avalanches.