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Le mécanisme du déclenchement des avalanches
Avec 2 croquis et 6 photos ( 66-71Par André Roch
L' observation des avalanches date des premiers habitants des Alpes. Ils ont distingué les avalanches de fond et celles de poudreuse. Les touristes ( Lunn, Kurz, Zdarsky ) et les forestiers ( Coaz, Fankhauser et plus récemment Mougin, Hess ) ont défini les avalanches suivant le genre de la neige qui se met en mouvement. Puis les géologues ( Paulcke ), les géographes ( Allix ), les naturalistes ( Seligman ) ont cherché les causes de leurs déclenchements. Enfin les ingénieurs ( Htefeli, Bucher, Fuchs, Croce, Bowden ) ont étudié les bases mécaniques des ruptures, les frottements, le jeu des tensions et des résistances. En 1949 j' ai eu la chance d' être appelé comme expert en avalanche aux USA ( voir Les Alpes 1950, p. 41-47 ). Dans les endroits de l' ouest où ce danger sévit, je devais conseiller les intéressés sur les mesures à prendre. On me demanda comment nous faisons dans les Alpes pour évaluer le danger et si on ne pouvait mesurer les tensions et les résistances et calculer le moment du déclenchement. De retour, je me mis immédiatement au travail et lançai une théorie qui s' avéra si non fausse du moins incomplète. Peu à peu les différents genres de déclenchements se sont distingués les uns des autres et les causes ont pu être expliquées. C' est une partie des résultats de ces recherches que j' expose ici. J' ajoute qu' il n' y a rien de nouveau, mais que je crois avoir amené un peu d' ordre dans les possibilités de ruptures de la neige.
I. Notions de mécanique Pour comprendre le mécanisme du déclenchement des avalanches il est indispensable de se familiariser avec certaines notions de mécanique, ainsi qu' avec certaines transformations de la neige. Nous allons donc définir quelques-unes de ces notions et expliquer comment se comporte la neige suivant ses caractéristiques.
1. La friction interne de mouvement ou friction cinétique Un ingénieur français, Coulomb ( 1736-1806 ), a trouvé que l' angle de friction interne de mouvement d' un matériau pulvérulent sans cohésion est le même que l' inclinaison du talus naturel de ce matériau. Du sable sec, par exemple, reste en équilibre suivant une inclinaison dont l' angle avec l' horizontale donne le coefficient de friction interne de mouvement. Siest l' angle de l' inclinaison du talus naturel, p = tg cp est le coefficient de la friction cinétique.
Il en est de même pour la neige sans cohésion. Le talus naturel dépend principalement de la forme des grains et de leur mélange. Sans cohésion, la neige sèche se maintiendra en équilibre suivant des inclinaisons en rapport avec la forme des cristaux. Des grains iso-métriques ( sphériques ) ont un talus naturel de 22 à 23°. C' est l' angle donné par le professeur Paulcke comme l' inclinaison la plus faible, selon laquelle on peut encore craindre des déclenchements d' avalanches. La neige coulante en gobelets a un talus naturel variant de 32° à 37°. La neige fraîche fait exception à cette règle parce que les étoiles à fines branches, dont les aiguilles s' entrelacent les unes dans les autres lors de leur dépôt, forment un feutrage qui lui permet de se maintenir jusqu' à la verticale. En revanche, dès que la cohésion due au feutrage est brisée, cette neige fraîche constitue le meilleur lubrifiant, car elle n' a qu' un angle de friction interne de 17°, le plus faible connu pour de la neige sèche. Dès que la neige fraîche se met en mouvement, les minuscules branches des étoiles se plient et se brisent en une poudre extrêmement fine. C' est pourquoi les avalanches glissant sur de la neige fraîche seront les plus rapides.
Connaissant les angles de friction cinétique des différentes neiges, on peut énoncer une première règle pour le déclenchement des avalanches: c' est qu' elles ne pourront se déclencher sur une pente inférieure à l' angle de cette friction cinétique interne. Suivant les cas, la pente doit être même passablement plus raide que cet angle.
2. La cohésion Si les cristaux de neige sont collés entre eux, la neige acquiert une certaine cohésion qui dépend du nombre et de l' intimité des contacts. La température a une grande influence sur la cohésion. Pour une surface de contact égale, la cohésion est plus forte à basse température. Comme nous l' avons vu, le feutrage de la neige fraîche constitue une cohésion; de même une certaine humidité retient les grains entre eux. Cette cohésion est due à la capillarité.
3. La résistance au cisaillement Elle se compose de la cohésion et d' une friction de départ ( friction statique ou adhérence ) plus grande que la friction interne de mouvement. Si l' épaisseur d' une couche de neige augmente, le poids de cette couche augmente également, proportionnellement en faisant croître la friction statique et la friction cinétique. Ces frictions sont donc proportionnelles à la pression normale au plan de cisaillement. La résistance au cisaillement est donc la somme de la friction statique et de la cohésion qui est pratiquement indépendante de la pression normale au plan de cisaillement.
II. Les possibilités de ruptures de l' avalanche Connaissant ces caractéristiques, nous pouvons nous lancer dans l' analyse du déclenchement de l' avalanche: Sur une pente, la couverture de neige est attirée vers le bas par son propre poids, selon une composante parallèle à la pente, nommée la tension de cisaillement ou la contrainte de cisaillement. Elle est retenue par la résistance au cisaillement de la strate la plus fragile ou par l' adhérence de l' ensemble des couches sur le fond. Mais comme les pentes ne sont pas infiniment longues et larges, la neige peut être ancrée en haut, amarrée latéralement ou soutenue d' en bas. Pour qu' une avalanche se déclenche, il faut donc que cinq ruptures se produisent: une de traction en haut, deux de cisaillement latéral, une en bas de compression et une de cisaillement sur le fond. Il semble impossible que la neige puisse rompre toutes ses amarres; mais ces ruptures se font généralement les unes après les autres de sorte qu' il suffit souvent d' une seule cassure nommée rupture primaire pour provoquer les autres dites secondaires et déclencher toute une masse de neige. Si les résistances sont assez fortes pour supporter le choc de la rupture primaire, l' avalanche ne se produit pas. Il faut donc qu' après la première cassure le mouvement se propage. Pour cela, la masse initiale mise en mouvement doit être assez grande pour briser les amarres des masses successives. Le déclenchement peut se faire de toutes sortes de manières: soit à la suite d' un accident extérieur qui provoque l' une des cinq ruptures mentionnées, dont la première est la rupture primaire, soit à la suite de l' une de ces ruptures qui se produisent spontanément et provoquent les autres qui sont les cassures secondaires.
Dans le but de mettre un peu d' ordre dans les possibilités de ruptures, nous allons départager les déclenchements en deux genres qui se différencient l' un de l' autre par la cohésion plus ou moins forte des couches qui se mettent en mouvement. Ce sont les simples ruptures d' équilibre de neige de faible cohésion et les déclenchements d' avalanches de neige cohérente.
A. Simple rupture d' équilibre de neige de faible cohésion Supposons tout d' abord que la neige n' a aucune cohésion, comme du sable sec par exemple. Au fur et à mesure de son accumulation sur les Alpes, elle glisserait au bas des LE MÉCANISME DU DÉCLENCHEMENT DES AVALANCHES versants plus raides que son talus naturel et s' amasserait au pied des montagnes. Mais, la cohésion, si petite soit-elle, permet à la neige de se maintenir sur des pentes plus raides que son talus naturel sans cohésion. Grâce à son feutrage, la neige fraîche s' accroche même à des parois verticales. Une fois cette petite cohésion brisée, si la pente est suffisamment plus raide que l' angle de friction cinétique, pour que la masse initiale mise en mouvement brise la cohésion des masses successives, le glissement a lieu.
Examinons le cas où les couches susceptibles de glisser ont une cohésion relativement faible. Si la pente est longue et large par rapport à l' épaisseur de cette couche, ce qui est généralement le cas dans la nature, les ancrages supérieurs, latéraux et inférieurs n' ont que peu d' influence pour retenir la neige et sont négligeables. Un premier cas de déclenchement a lieu dès que la contrainte de cisaillement égale la résistance. Cette rupture primaire est nommée une simple rupture d' équilibre. Dans ce cas il n' y a pas de rupture secondaire. Trois raisons principales peuvent en être la cause: 1° une augmentation de la tension de cisaillement provoquée par une surcharge ( chute de neige, passage d' un skieur, etc. ), 2° une diminution de la cohésion et aussi de la friction interne de mouvement due à la métamorphose destructive et 3 ° une diminution de la cohésion à la suite d' un réchauffement.
Figure 1 Explication analytique d' une simple rupture d' équilibre de neige de faible cohésion.
G = poids d' un parallélépipède de neige d' unité de base, situé au-dessus de la couche la plus fragile.
a = composante normale à la pente du poids G.
T = composante parallèle à la pente du poids G.
S = résistance au cisaillement composée de la cohésion et de la friction statique proportionnelle à a.
Portons sur un diagramme a en abcisses et t en ordonnées. A chaque a correspond un r donné par la pente du terrain. La rupture d' équilibre se fait quand r = S soit que S diminue en SI ( r = S, ) à la suite de la métamorphose ou d' un réchauffement, soit que r augmente en t^CtS ) à la suite de la surcharge, d' une nouvelle chute de neige.
1. Simple rupture d' équilibre provoquée par une surcharge Le cas le plus classique est une surcharge provoquée par une nouvelle chute de neige. Pendant les chutes de neige, la contrainte croît plus rapidement que la cohésion qui, par basse température, met de deux à trois jours avant d' augmenter sérieusement sous l' effet Felsblock-Schutz — Bloc de rocher protecteur Keilmauer — Tour en coin Ebenhöch — Toit-terrain Keilmauer am Turm der St.Placiduskirche, Disentis Tour en coin protégeant le clocher de Véglise St-Placide à Disentis Galerien der Schöllenenbahn Galeries sur la ligne des Schallenen 55I56IS7ISSP9 - photos M. Oe.
Schutz von Gebäuden durch Felsblöcke, Keile, Ebenhöch und Pultdachbauweise ( Galerie ) Protection des bâtiments par des blocs de rocher, des tours en coin, des toits-terrain et des galeries Stützverbau Kirchberg Andermatt — Ouvrages de retenue au Kirchberg Schneebrücken =z Râteliers à traverses parallèles aux courbes de niveau Schneerechen /ZZ ?" Râtelier à traverses perpendiculaires aux courbes de niveau SchneewändeParavents MauerterrassenTerrasses murées ( Werke aus Eisenbahnschienen, Schwellen und RundholzRâtelier de rails, de traverses de chemin de fer et de rondins Werke aus Leichtmetall, Drahtgitter und Drahtseilnetzen — Ouvrages de retenue en métal léger, treillis et filets 60I61I62I63I64I65 - photos K. Oe.
de cette surcharge. Si donc la pente est plus raide que l' angle de friction cinétique, dès que la contrainte sera suffisante pour vaincre la résistance au cisaillement composée de la cohésion ( feutrage ) et de la friction de départ, le glissement a lieu. Ces avalanches ont leur temps précis de déclenchement. Elles glissent d' abord sur les pentes les plus raides puis sur les versants de moins en moins inclinés au fur et à mesure du dépôt de la neige. Une fois la masse en mouvement, la petite cohésion est éliminée et la friction de départ ( statique ) est remplacée par la friction de mouvement ( cinétique ) plus petite, ce qui facilite le glissement. Ce genre de déclenchement a lieu entre autres lors des énormes chutes de neige de plus d' un mètre d' épaisseur qui provoquent les catastrophes. Dans ces conditions les pentes raides sont généralement moins dangereuses que les pentes moins inclinées. Les versants raides 40 à 45° se déchargent, en effet, au fur et mesure de la neige qu' ils reçoivent tandis qu' il faut une épaisse couche pour qu' elle se mette en mouvement sur une pente voisine de 30°. La rupture de cisaillement se propage comme l' éclair, car toute la pente est instable. De plus, la masse se désagrège comme un échaufaudage fragile qui culbute, les cristaux de neige en mouvement se mélangent à l' air et forment une masse comparable à un gaz lourd qui prend une accélération dévastatrice. Les grandes vitesses atteintes par de telles avalanches proviennent de la résistance très faible que rencontre l' écoulement d' un gaz et du fait que la pente se déclenche simultanément sur une grande longueur. Les masses supérieures glissent dans le sillon des masses antérieures, elles-mêmes en mouvement et qui, non seulement n' offrent pas de résistance, mais tendent à aspirer le gaz lourd qui les suit et qui les rattrape. Les vitesses atteintes sont de l' ordre de 300 à 350 km/heure.
Quand les chutes de neige s' accumulent en quantité sur une pente relativement peu inclinée, souvent le feutrage ou la cohésion due au tassement ne permet pas la rupture d' équi, mais il suffit pourtant d' un petit accident comme la chute d' un paquet de neige ou d' une corniche ou une rupture d' équilibre d' une pente adjacente plus raide pour mettre tout le versant en mouvement. On explique de cette manière pourquoi, lors des situations catastrophiques, des avalanches se déclenchent à des endroits où on n' en n' avait jamais vu auparavant, alors même qu' il ne se passe rien dans des couloirs connus pour leurs fréquents glissements.
Un autre fait, paraissant paradoxal, est qu' un fondement compact sur lequel s' amassent d' importantes chutes de neige peut être plus néfaste qu' un fond instable. Sur un fond solide, la neige fraîche s' accumule jusqu' à ce qu' elle glisse sur elle-même, tandis que des couches sous-jacentes fragiles se seraient probablement brisées plus tôt et l' avalanche n' aurait pas eu autant d' ampleur ( cas d' Airolo en février 1951 ).
2. Simple rupture d' équilibre due à la métamorphose destructive La neige se cristallise dans l' atmosphère sous forme d' étoiles, d' aiguilles, de plaques, de colonnes ou de combinaisons de ces formes. La neige au sol a donc des propriétés physiques et mécaniques provenant principalement du genre de ces cristaux. Ainsi par exemple, les étoiles et les aiguilles s' entrelacent et se feutrent. Au début de leur transformation, les étoiles tendent à perdre leurs formes dentritiques, ce qui supprime plus ou moins le feutrage de la neige fraîche. C' est ce qu' on appelle la métamorphose destructive. Les grains s' arrondissent progressivement et, par grand froid, ils ne peuvent se regeler les uns aux autres. Nous avons vu que le talus naturel de la neige sans cohésion dépend principalement de la forme des cristaux ( I, 1 ). Or, plus les grains deviennent sphériques, plus aussi diminue l' inclinaison de la pente sur laquelle ils peuvent demeurer en équilibre. Des coulées se formeront donc sur toutes les pentes plus raides que le talus naturel, au fur et mesure que ce dernier dimi- Die Alpen - 1955 - Les Alpes8 nuera. Mais comme il peut y avoir tout de même une infime cohésion, on verra des coulées partout où des accidents extérieurs les mettront en mouvement: chute de paquets de neige des arbres ou de rochers, chute de pierres, passage d' un skieur, etc. La quantité initiale de neige mise en mouvement a son importance. On remarque soi-même qu' en poussant avec les skis un peu de neige vers le bas d' une pente raide, rien ne se déclenche, le glissement ne se propage pas. En poussant un plus gros paquet de neige, le glissement se produit, ramassant toujours plus de neige sur son passage et glissant de plus en plus vite si la pente est uniforme. Le rayonnement du soleil active la métamorphose destructive. Dès son apparition, une quantité de petites coulées se déclenchent d' abord sur les pentes les plus raides. Elles peuvent glisser spontanément parce qu' un grain est tombé sur son voisin et ainsi de suite, provoquant une rupture qui se propage en chaîne vers le bas, donnant une forme de poire aux coulées.
Par grands froids, sur les versants ne recevant pas de soleil, la métamorphose est beaucoup plus lente. Une quinzaine de jours peuvent s' écouler avant que la neige, restée poudreuse, ne se mette en mouvement. Les glissements se font tout d' abord sur les pentes raides, puis sur des plans de moins en moins inclinés au fur et mesure de la disparition du feutrage et de l' arrondissement des grains.
Une fois en mouvement, la neige toute fraîche a le plus petit angle de friction cinétique ( 17° ). Mais elle est plus ou moins feutrée, de sorte qu' un petit glissement sera freiné dans son mouvement par la rupture de la cohésion de la neige se trouvant sur son chemin et qu' elle doit mettre en mouvement. C' est pourquoi une mince couche ne se déclenche pas. En revanche, pour une grosse masse cette résistance est infime et l' avalanche pourra atteindre une grande vitesse.
Le début de la métamorphose détruit les fins embranchements des étoiles. Les grains résultants sont plus ou moins allongés. L' angle de friction cinétique qui était de 17° a passé à 40°. Mais les cristaux continuent à s' arrondir en sorte que cet angle diminue progressivement jusqu' à 23 ° pour les grains sphériques.
En haute montagne en hiver, les cristaux tombant lors des chutes de neige sont principalement des petites plaques qui sont roulées par le vent au bas des pentes on elles s' accu en couches extrêmement compactes. Au-dessus de 3200 m, dans les Alpes, il y a de ce fait peu d' avalanches en hiver. Elles ne se déclenchent qu' aux endroits on le vent entasse la neige en grandes quantités. Elles seront plus fréquentes au début de l' été quand la neige moins sèche s' accumule sur les pentes raides.
En conclusion, la neige la plus sûre est de la neige fraîche non tassée en couche relativement mince ( jusqu' à 20 cm ) dont le talus naturel est vertical et dont une rupture éventuelle ne peut se propager. Etant très compressible, cette neige absorbe les chocs. Une masse importante mise en mouvement peut cependant changer cet angle du talus naturel élevé en une faible friction interne de mouvement, en sorte qu' une couche de neige, légèrement métamorphosée, ayant une petite cohésion, est encore plus sûre, parce que l' angle de friction de mouvement est grand.
3. Simple rupture d' équilibre due à un réchauffement Un réchauffement diminue la cohésion et active la métamorphose, deux influences propices au déclenchement des glissements. La chaleur pénètre lentement dans la couverture de neige, en sorte que son influence doit être jugée avec circonspection. Quand la température de l' air s' élève au-dessus de 0° C, l' ensemble des couches se réchauffe jusqu' à ce que l' humidité s' infiltre dans la neige qui perd complètement la cohésion des contacts, mais acquiert une sorte de cohésion due à la capillarité, plus forte si les grains sont fins que si la neige est fraîche ou les grains grossiers.
Quand la température s' élève immédiatement après une chute de neige, on distingue trois zones dans lesquelles le danger varie suivant l' altitude: en bas, la neige glisse immédiatement ou se tasse et n' offre pas de danger. A une certaine altitude elle s' humidifie légèrement et conserve une certaine cohésion qui lui permet de se maintenir dans un équilibre précaire. Elle est très glissante et dangereuse. A l' altitude où la température reste en dessous de 0° le danger diminue parce que la neige reste légère.
Un réchauffement subit et important, succédant à une grosse chute de neige, ne laisse pas le temps à cette neige de se tasser. On voit des boules de neige se former spontanément et rouler en bas des pentes et des glissements se déclencher partout.
B. Déclenchements d' avalanches de neige cohérente Dès que la neige acquiert une certaine cohésion et forme ce qu' on nomme une plaque de neige, le mécanisme du déclenchement se complique parce que les ancrages latéraux, supérieurs et inférieurs de la plaque entrent en jeu. Il n' est pas nécessaire que la strate compacte ( plaque de neige ) soit à la surface, il suffit que sous une couche d' une certaine cohésion se trouve une strate plus fragile, ou bien même que l' adhésion de l' ensemble des couches sur le fond soit plus faible que la cohésion du revêtement de neige. L' intérêt du mécanisme qui provoque le décrochement d' une plaque de neige réside dans le fait que cette plaque peut éventuellement rester accrochée à la montagne par ses ancrages supérieurs, inférieurs ou latéraux, même quand la tension de cisaillement sur le fond est plus grande que la résistance au cisaillement, mais qu' elle peut aussi se déclencher quand la résistance au cisaillement de la couche la plus fragile est jusqu' à deux à trois fois plus grande que la contrainte de cisaillement. Nous avons vu que cinq ruptures sont nécessaires pour qu' une plaque de neige se déclenche. Suivant la succession de ces ruptures, nous distinguons deux genres principaux: 1° Une rupture primaire de cisaillement sur le fond, qui provoque éventuellement la rupture des ancrages, et 2° une rupture primaire aux limites longitudinales ou latérales de la plaque qui provoque éventuellement la rupture de cisaillement de la couche sous-jacente la plus fragile ou de la plaque sur son fond.
1. Rupture primaire de cisaillement sur le fond Comme dans le cas de neige de faible cohésion, une simple rupture d' équilibre peut avoir lieu dès que la contrainte de cisaillement égale la résistance au cisaillement de la couche sous-jacente la plus fragile. Mais si une strate est compacte, il n' est pas certain que l' avalanche se déclenche dès que la contrainte de cisaillement égale la résistance au cisaillement, car la plaque peut rester amarrée latéralement, soutenue d' en bas ou suspendue d' en haut. C' est le cas si la plaque est suffisamment petite et sa cohésion suffisamment grande.
Une rupture sur le fond n' entraînant pas le déclenchement de la plaque est un cas spécial. Sur une petite plaque, les ancrages latéraux empêcheront généralement la rupture sur le fond de se produire, ce seront plutôt ces ancrages qui se briseront en premier, et nous tombons dans le cas n° 2.
La neige étant plastique et compressible, tant que la couverture de neige ne glisse pas sur le sol, les effets des ancrages ne sont actifs que sur une distance égale à 3 ou 4 fois l' épaisseur de la couche de neige. Si donc la plaque est longue et large par rapport à son épaisseur, ce qui est généralement le cas, ces ancrages sont négligeables et le cas revient à une simple rupture de cisaillement sur le fond qui entraîne les cassures latérales. Cette rupture a lieu soit sous l' effet d' une surcharge, soit à la suite d' une diminution de la cohésion de la strate interne la plus faible.
Si par contre la couverture de neige rampe sur le sol, les ancrages aux limites prennent d' autant plus d' importance que cette vitesse de rampement est grande et que les couches de neige sont compactes et peu compressibles. Dans ces conditions les ruptures qui provoqueront l' avalanche seront celles des limites longitudinales ou latérales.
Cette rupture sur le fond se fait aussi sous forme d' un tassement, quand la composante normale à la pente du poids de la neige est plus grande que la composante parallèle à la pente, c'est-à-dire pour des pentes moins raides que 45 °. Ce tassement est souvent accompagné d' un craquement sonore bien connu des skieurs. Au moment où la plaque se tasse, la cohésion de la strate qui s' est brisée est éliminée. Si la pente est suffisamment plus raide que l' angle de friction interne cinétique de cette strate pour permettre la propagation du mouvement, la plaque glissera, si non, elle restera comme collée au fond.
2. Ruptures primaires aux limites supérieures, inférieures ou latérales de la plaque Les ruptures primaires aux limites de la plaque de neige n' ont d' effet que si le choc de ces ruptures réussit à rompre la résistance au cisaillement sur le fond et si le mouvement de cette plaque initiale se propage. Cette résistance sera rompue d' autant plus facilement qu' elle sera de peu plus grande que la contrainte. Des mesures dans la nature montrent que des avalanches peuvent se déclencher quand la résistance est en tous cas jusqu' à trois fois plus grande que la contrainte. Cette résistance se compose de la cohésion, plus une friction statique. Supposons qu' un événement produisant un choc intervienne, qui additionne à la contrainte de cisaillement une force momentanée suffisante pour que ces deux poussées ensemble égalent la résistance au cisaillement. A ce moment, cette résistance cède et la cohésion est éliminée. Dès que la plaque se met en mouvement, la friction statique ( de départ ) devient une friction cinétique ( de mouvement ) plus petite. Il ne reste donc, pour retenir la plaque, que la friction cinétique. Si la pente est suffisamment plus raide que l' angle de cette friction cinétique pour que la plaque brise ses amarres et que la masse initiale mise en mouvement déclenche les plaques suivantes sur son passage, l' avalanche aura lieu, si non il n' y aura qu' une rupture sans conséquence. Il existe donc une relation d' une part entre le poids et la cohésion de la plaque et d' autre part entre le poids de la plaque et la résistance au cisaillement de la couche fragile qui la soutient.
Les ruptures primaires aux limites sont causées par des tensions provenant de la plasticité de la neige. En effet, la neige rampe vers le bas des pentes à une vitesse qui dépend de sa plasticité, de l' inclinaison de la pente et des obstacles qui entravent cet écoulement. Une température élevée rend la neige plus plastique. Toutes différences de vitesse de rampement provoquent des tensions dans la couche de neige. Une accélération longitudinale étire la neige, un freinage du rampement la comprime, un changement latéral de vitesse provoque des cisaillements. Des épaisseurs différentes de neige créent également des tensions. Dès que ces contraintes égalent les résistances correspondantes, la rupture se produit. Pour que l' ava se déclenche, il faut que le choc de cette rupture primaire brise les autres résistances et, comme nous l' avons vu, principalement celle de cisaillement sur le fond.
Les ruptures aux limites peuvent être de compressions au bas des pentes. Elles sont rares. Elles peuvent être des cisaillements nommés « fermetures éclair » par analogie parce que la neige se fend en zigzag. Les plus fréquentes sont les cassures de traction aux parties convexes des pentes. Il arrive souvent que la neige se fende un peu partout sans que les avalanches ne LE MÉCANISME DU DÉCLENCHEMENT DES AVALANCHES se déclenchent. Dans ce cas, l' ébranlement de la rupture de traction ou autre n' a pas été suffisant pour briser la cohésion de la couche sous-jacente la plus fragile ou l' adhérence sur le fond de l' ensemble des couches. Si la plaque de neige est épaisse et très compacte, il faut une énorme tension pour la briser. Le choc de cette rupture en sera d' autant plus fort et brise la cohésion de la strate sous-jacente sur une grande surface. Une grande plaque a plus de chances de propager son mouvement qu' une petite plaque. Le déclenchement des avalanches dû aux ruptures primaires de tractions et autres se fait à un moment précis, quand la tension égale la résistance. A résistance égale, les couches lourdes glisseront plus tôt et à poids égal les couches résistantes plus tard. Les strates des pentes les plus convexes seront les premières à se rompre. Ces faits expliquent que parfois des touristes traversent une pente sans que rien ne se déclenche. Plus tard toute la couche de cette pente se rompt et aurait certainement enseveli ces skieurs quelques heures auparavant.
Figure 2 Explication analytique du déclenchement d' avalanche de neige cohérente.
S = résistance au cisaillement de la couche la plus fragile.
T = composante parallèle à la pente du poids d' un parallélépipède de neige d' unité de base.
Dans l' exemple donné ici la résistance au cisaillement S est 2,1 fois plus grande que la contrainte de cisaillement t et il semble impossible que l' avalanche ne se déclenche. Portons sur un diagramme a en abcisse et r en ordonnée. A la suite d' un choc ( voir texte ), supposons qu' une plaque de cette neige très cohérente se mette à glisser. A ce moment, la cohésion, soit ED, et la différence entre la friction statique et la friction cinétique, soit DB, sont éliminées de la résistance au cisaillement. Il ne reste que la friction cinétique, soit AB, pour retenir le bloc. Dès qu' il y a mouvement, la contrainte t, soit AC, est plus grande que la résistance, soit AB. Mais pour que la plaque initiale déclenche la plaque suivante en brisant sa résistance au cisaillement, soit AE, tout comme l' accident initial, il faut que la première plaque soit suffisamment grande sans quoi le mouvement ne peut se propager.
III. La propagation du mouvement Cette question a été plusieurs fois abordée dans cet article. Elle est plus ou moins importante suivant le degré de stabilité des couches. Si le déclenchement est une simple rupture d' équilibre, alors que les ancrages aux limites ne jouent pas de rôle, la propagation du mouvement se fait naturellement parce que l' équilibre est labil, c'est-à-dire que la contrainte de cisaillement est presque égale à la résistance au cisaillement de la couche sous-jacente la plus fragile, de sorte que le plus petit événement met la masse en mouvement. Il en est de même si un grain tombe spontanément sur son voisin. L' équilibre peut être si précaire que le mouvement se propage sans résistance. Mais, dès que la cohésion prend de l' importance et que la résistance au cisaillement sur le fond est plus grande que la tension, la propagation du mouvement initial prend de l' importance et devient même une condition du glissement. Comme nous l' avons vu, la masse initiale de neige de faible cohésion ou la plaque initiale mise en mouvement doit être assez grande pour briser la cohésion des masses successives situées à l' aval et les mettre en mouvement. La friction cinétique varie en fonction de la vitesse du glissement. Au départ, cette friction ( friction statique ou de départ ) doit vaincre une certaine adhésion qui la rend plus grande que la friction de mouvement. Elle diminue avec l' augmentation de la vitesse pour atteindre assez rapidement un minimum, puis elle croît de nouveau tout au moins pour de la neige restant sèche. Si la neige s' humidifie, cette humidité peut fonctionner comme un lubrifiant ou comme un freinage sous forme de succion. On peut parfois observer qu' une avalanche a glissé sur une très courte distance sans avoir pu continuer son chemin tandis que dans son voisinage un autre glissement s' est décroché apparemment dans les mêmes conditions et a dévalé toute la pente. Dans le premier cas, la vitesse est restée trop petite et la friction trop grande pour permettre la propagation du mouvement. La nature du choc de la masse initiale mise en mouvement sur les masses suivantes joue aussi un rôle. Une plaque de neige compacte et peu compressible pousse les plaques suivantes sur une grande distance de sorte que l' avalanche est immédiatement bloquée ou bien, le mouvement se propage. Le mouvement d' une plaque de neige relativement molle et compressible se propagera moins facilement, car les chocs seront amortis.
En conclusion on peut dire que la propagation du mouvement se fera d' autant mieux: 1 ° que le rapport de la résistance au cisaillement sur la contrainte au cisaillement se rapproche de 1; 2 U que la plaque est compacte, lourde et grande et qu' elle est mal amarrée latéralement et longitudinalement; 3° que l' inclinaison de la pente est plus grande que l' angle de friction cinétique de la couche lubrifiante.
IV. Les événements extérieurs qui provoquent le déclenchement des avalanches Des paquets de neige tombant des arbres, des rochers ou du dessous des corniches, des chutes de pierres, le passage d' un animal ou d' un skieur, etc. peuvent provoquer des avalanches. Ces événements ajoutent éventuellement, à la contrainte de cisaillement ce qui lui manque pour provoquer la rupture, ou bien ils ébranlent une strate sous tension et provoquent son déclenchement. Une coulée elle-même peut déclencher une plaque de neige. Dans les Alpes, en hiver, les ruptures de corniches sont rares et ne se font qu' au printemps quand la neige s' humidifie. Cependant, à Alta ( Utah USA ), par exemple, où les chutes de neige sont bien plus abondantes que chez nous, les corniches croissent pendant le dépôt de la neige jusqu' à leur rupture. Elles s' effondrent, déclenchant éventuellement une avalanche puis elles recommencent à croître tant que la tempête n' est pas terminée. Il en est certainement de même dans les Alpes lors des énormes chutes de neige qui provoquent les catastrophes.
Un skieur traversant une pente produit deux actions sur la neige. Son poids peut provoquer une rupture, et l' entaille de ses skis réduisant la section d' une plaque de neige sous tension peut amener sa rupture.
L' effet du tir est également le plus efficace aux parties convexes des pentes. On remarque, parfois, que l' avalanche ne part pas à l' endroit de l' éclatement de la mine, mais que l' ébranlé ment de l' explosion déclenche l' avalanche sur une pente voisine sous tension. Il est aussi arrive que des pétards lancés dans la pente n' ont rien déclenché, tandis qu' un skieur sautant à la partie convexe mettait toute la masse en mouvement. A l' endroit de l' explosion, la résistance au cisaillement de la plaque est brisée sur un certain périmètre, insuffisant pour que l' ébranlement se propage tandis que la plaque sous tension libérée est assez grande pour que le mouvement se continue. Des couches absorbant les chocs sont par conséquent plus difficiles à mettre en mouvement que des strates compactes sensibles aux ébranlements.
V. Conclusions pour le touriste Etant donne la complexité du mécanisme du déclenchement des avalanches, il est évident que le touriste s' expose parfois sans s' en rendre compte. Son expérience, combinée avec l' ob de la nature, peuvent le renseigner assez bien sur la situation. La nature nous montre en effet presque tout, mais, pour l' observer judicieusement, il faut être perspicace et posséder quelques notions et quelque expérience.
Feu Maurice Crettex, le célèbre guide de Champex, qui ne manquait pas de fantaisie, expliquait à ses voyageurs comment il détectait le danger d' avalanche. Il enfonçait le manche de son piolet entièrement dans la couverture de neige, plaçait son oreille sur la panne et disait qu' il entendait s' il y avait danger ou non. Pour mon compte, je ne crois pas que le danger faisait beaucoup de bruit. Mais, le seul fait d' enfoncer son piolet lui révélait la cohésion des différentes couches.
Les caractéristiques qui permettent de prévoir le danger sont: 1° La stratification de la couverture de neige et la cohésion des différentes couches; 2° le rapport entre la résistance au cisaillement de la plus faible strate et la contrainte de cisaillement provoquée par les couches situées au-dessus de cette strate. Ce rapport donne un degré de stabilité. Combiné avec la stratification et la cohésion, on en peut déduire à quel genre de déclenchement on doit s' attendre. En effet, si la neige est de faible cohésion, les ruptures des ancrages latéraux, supérieurs et inférieurs ne peuvent provoquer le décrochement quand le rapport de stabilité est plus grand que 1, c'est-à-dire quand la résistance de cisaillement est plus grande que la contrainte. Plus les couches sont compactes, plus des avalanches peuvent se déclencher pour un grand rapport de stabilité, jusqu' à 3, c'est-à-dire pour une résistance trois fois plus grande que la contrainte; 3° l' observation des récentes avalanches donne une idée du danger momentané; 4° les conditions météorologiques et leur développement déterminent le danger pour une grande part: chute de neige, vent, réchauffement; 5° le touriste doit encore observer les possibilités des différents accidents ou événements qui peuvent intervenir et provoquer des glissements. Des pentes exposées à la chute de paquets de neige ou de pierres peuvent être dangereuses. Un terrain coupé donne lieu à des tensions de traction et de cisaillement dans les couches.
VI. Les situations d' avalanche L' analyse des différentes situations d' avalanches aide à former l' expérience. Certaines causes sont généralement prédominantes pour provoquer une série d' avalanches. Ces causes se combinent plus ou moins entre elles et il est souvent difficile d' estimer quelles en sont les principales. Cette combinaison est souvent subjective. Les quatre principales causes sont: 1 ° une chute de neige; 2° le vent; 3° l' existence de couches lubrifiantes internes et 4° un réchauffement.
1. Chutes de neige C' est une des principales causes d' avalanches. Jusqu' à 30 cm d' épaisseur, le danger ne menace que le touriste, au-dessus de 50 cm, il menace les voies de communications et au-dessus de 1 m il devient catastrophique et menace les villages. Ce danger est facile à détecter. On pourra tout au plus se tromper quant à l' estimation de son importance. Il est menaçant pendant et immédiatement après les chutes de neige d' une certaine importance. Par grand froid, il persiste pendant un certain temps. Plus la chute est importante, plus le danger est grand, mais aussi plus vite il est passé car, ou bien les avalanches se déclenchent, ou bien la neige se tasse.
2. Le vent II influence le dépôt de neige lors des chutes. Il l' accumule ou la chasse. Il forme des plaques, des congères, des corniches. Il localise le danger sur certains versants. Il peut même créer un danger simplement en déplaçant la neige déjà déposée sur le sol. Lorsqu' il souffle très fort, le vent peut complètement éliminer le danger en altitude, en chassant la neige qui s' accumule plus bas. Le danger créé par un vent violent est très localisé. Il peut être facilement reconnaissable par le touriste, spécialement au début de l' hiver et au printemps. Mais le danger provoqué par un vent moyen est beaucoup plus subtil à détecter.
3. Les couches lubrifiantes internes Lors d' importantes chutes de neige, les avalanches glissent généralement sur une strate de cette neige fraîche, la plus friable, déposée lors d' une acalmie du vent. Cependant, ce nouveau dépôt de neige peut aussi glisser sur une strate interne ancienne et restée fragile. Ces strates internes constituent un danger latent qui persiste parfois longtemps, jusqu' à ce que les avalanches soient descendues, qu' un réchauffement ou qu' un tassement les élimine. Ces couches lubrifiantes internes sont généralement formées par un dépôt de givre à la surface ou par une mince chute de neige qui reste quelques temps à l' air. Celle-ci se métamorphose sans se tasser et perd de sa plasticité. Une fois recouverte, elle résiste à la pression des nouvelles couches. Ayant perdu de sa plasticité elle ne se tasse pas et reste fragile et dangereuse. Ce danger menaçant principalement le touriste est un des plus difficiles à détecter même pour le spécialiste car il rend les avalanches imprévisibles. Elles s' espacent sur toute la période pendant laquelle ces strates restent fragiles. Elles se déclenchent généralement à la suite d' une rupture de traction, sous l' effet de la surcharge d' un dépôt de neige ou aux endroits où le vent a accumulé la neige. Il est aussi très difficile de savoir quand ces couches lubrifiantes internes ne sont plus à craindre. Ce danger peut être éliminé par une grosse chute de neige qui déclenche les avalanches ou tasse finalement cette strate dangereuse ou encore par l' effet d' un réchauffement important.
4. Le réchauffement Le réchauffement amoindrit la cohésion et rend plus plastique la neige qui rampe plus vite, augmentant les tensions de traction et de cisaillement latéral. Si un réchauffement augmente le danger, il l' élimine aussi rapidement, soit en provoquant partout des avalanches, soit en tassant les couches qui acquièrent ainsi une cohésion les mettant à l' abri des ruptures.
Il résulte de cet exposé que dans certains cas, le glissement des avalanches est aisé à prévoir, mais que, dans d' autres cas, le danger est difficile à détecter. En conséquence, les accidents de touristes ne peuvent être éliminés complètement.
Schnee und Schneebrettlawine — Neige et avalanche de plaque de neige Neuschnee mit 60 bis 61° natürlicher Böschungsneigung, gesiebt bei 4 mm Siebmaschenweite. Talus naturel de 60 à 61° d' une neige fraîche tamisée à 4 nun de mailles Altscknee mit 40 bis 41 ° natürlicher Böschungsneigung, sehr feinkörnig, ungesiebt. Talus naturel de 40 41° d' une vieille neige très fine non tamisée Altschnee mit 32 bis 35° natürlicher Bö-schtmgsneigung, gesiebt bei 2 mm Siebmaschenweite. Talus naturel de 32 à 35° d' une vietile neige de gros grains tamisés à 2 mm de mailles Ô6/67I68 - photos Institut, neige et avalanches 69 - photo Fröhlich, Davos-Dorf Durch Explosion einer Minenwerfergranate künstlich ausgelöstes Schneebrett. Das erstausgelöste Schneebrett löste beim Abgleiten weitere Schneebretter aus. Plague de neige en mouvement, déclenchée par l' explosion d' une grenade de lance-mine. On remarque que la plaque initiale déclenche les plagues suivantes au fur et à mesure de son glissement. ( La résistance au cisaillement de la strate fragile sous-jacente est grande par rapport à ta contrainte de cisaillement ) 70 - photo Caspar, Davos-Platz Durch Skifahrer ausgelöstes Schneebrett, das als ganzes steh löste und beim Abgleiten zerfiel. Plaque de neige en mouvement au Derbyschuss du Parsenn. Toute la pente s' est déclenchée d' un coup. Au lieu de se pousser, les blocs se séparent les uns des autres. La situation est plus instable que sur la photo précédente. ( La résistance au cisaillement de la strate fragile sous-jacente est légèrement supérieure à ta contrainte de cisaillement ) Schneebrettlawine im Dorftäli Davos — Avalanche de plaque de neige au Dorftäli sur Davos71 - photo A. Roch in verwehtem, kompaktem, schwerem Schnee, die auf relativ fester Altschlieegrundlage abgeglitten ist. Die Lawine zerfiel in zum Teil große Block-tafeln und entwickelte sich weder in die Breite noch in die Länge stark. La plaque de neige soufflée, très compacte et très lourde a glissé sur une strate sous-iacentc relativement peu fragile. En effet le glissement d' énormes blocs ne s' est développé, ni en largeur, ni en longueur