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Progrès récents dans l'étude des avalanches
PAR C, JACCARD Institut fédéral pour l' étude de la neige et des avalanches, Weissfluhjoch/Davos La tragédie de Mattmark a attiré l' attention du grand public sur les avalanches glaciaires; cependant, en dehors de rares cas spectaculaires ou catastrophiques, les avalanches en général sont d' un intérêt constant pour un grand nombre de chercheurs dans presque toutes les parties du monde.
On les trouve dans tous les pays alpins, aux Etats-Unis et au Canada, en Tchécoslovaquie, Pologne et URSS, et également au Japon, qui en fournit un fort contingent. Cet intérêt général a incité en 1963 la Commission pour la Neige et la Glace de l' Association Internationale d' Hydro Scientifique ( AIHS ) à tenir un Symposium sur les aspects scientifiques des avalanches de neige et de glace. L' organisation en fut confiée à M. M. de Quervain, directeur de l' Institut fédéral pour l' étude de la neige et des avalanches, et le symposium, qui eut lieu à Davos en avril 1965, a permis un échange d' expériences fructueux entre ses très nombreux participants.
Presque un siècle nous sépare des premières observations scientifiques faites par J. Coaz, qui fut le premier inspecteur fédéral des forêts; les progrès récents mis en lumière par le symposium nous invitent à faire le point sur l' état actuel des connaissances et des développements en cours. Cependant, nous devons renoncer délibérément à toucher à tous les aspects scientifiques des avalanches ( ce qui nécessiterait un livre plutôt qu' un article de quelques pages ), passant sous silence les côtés ayant trait par exemple à l' hydrologie, la glaciologie, l' économie forestière ou la médecine. Nous nous limiterons au mécanisme du déclenchement, pour conclure par quelques considérations sur la prévision et la classification.
Les causes premières des avalanches sont fort nombreuses, mais elles se ramènent en dernier ressort à un phénomène de nature purement statique: les tensions existant dans la couverture de neige dépassent la limite de résistance, ce qui provoque une rupture suivie de glissements et d' écou plus au moins spectaculaires. Il est ainsi de première importance d' avoir des renseignements sur Y état des tensions, qui est une grandeur bien connue dans la mécanique des solides élastiques, mais présente une certaine complexité. Le plus simple serait de mesurer sur place les éléments significatifs, mais cela n' est malheureusement pas encore possible aujourd'hui; d' une part, les pentes intéressantes sont en général inaccessibles pour des raisons de sécurité, et d' autre part, les dimensions des appareils de mesure actuels perturbent tellement la couverture de neige que les mesures sont inutilisables. On en est réduit à des calculs purement théoriques se fondant sur des propriétés établies en laboratoire avec des échantillons de petite dimension. Le rôle principal est joué par la plasticité de la neige, c'est-à-dire la propriété qu' elle a de se déformer sans se rompre. En cela, elle est analogue à une espèce de mélasse très visqueuse, qui coule très lentement dès qu' il y a une pente. Cet écoulement, appelé rampement, se manifeste surtout par les dégâts causes aux obstacles naturels ou artificiels places dans les pentes, ou aux jeunes arbres complètement enneigés: ceux-ci sont écrasés au sol par le tassement et en même temps arrachés vers le bas par le rampement. Mais ce phénomène n' a pas que des aspects négatifs, car c' est lui qui est responsable de l' égalisation des tensions dans la couverture de neige; il transforme en pressions les tractions qui sont inévitables dans une nouvelle couche de pente suffisamment grande. Comme c' est à la compression que la neige est la plus résistante, il s' ensuit une stabilisation et par conséquent une diminution du danger d' ava.
La résistance de la neige est relativement facile à mesurer en laboratoire ou même dans le terrain, que ce soit à la traction, à la compression ou au cisaillement. Elle varie cependant dans un intervalle très étendu, et entre les différentes composantes mentionnées ci-dessus il y a des interactions, très variables selon le genre de neige. A cause de tous ces facteurs, la neige est une substance qui est mécaniquement très complexe et difficile à caractériser numériquement. A cela s' ajoute l' insta inhérente à sa structure: dès leur formation dans l' atmosphère sous forme de plaque, d' étoile ou d' aiguille, et jusqu' à leur fonte ( ou leur transformation en glacier ), les cristaux de glace changent constamment de forme, plus ou moins vite selon la température; cette métamorphose entraîne une évolution de la texture de la neige et de ses caractéristiques mécaniques, qui n' a jusqu' à maintenant pas encore été analysée en détail. D' autre part, même dans une expérience de durée trop courte pour que la métamorphose puisse y jouer un rôle, la contrainte appliquée à la neige peut en changer complètement la nature; si l'on fait par exemple des essais de compression, une neige poudreuse fraîche se transforme rapidement en une neige tassée à grain fin et il devient impossible de mesurer ce qu' on voulait tout au début. Ces difficultés nécessitent des précautions spéciales ainsi qu' une connaissance approfondie des processus qui se déroulent aux jonctions entre les grains et ce n' est que récemment que des efforts suivis ont été entrepris dans cette direction.
Les mesures de résistance et les théories sur les tensions ne donnent que des renseignements de valeur locale; pour décrire les conditions de déclenchement des avalanches qui se rapportent à des volumes considérables, on fait encore une synthèse des éléments locaux dans une théorie sur la stabilité. Celle-ci peut se définir par exemple par le rapport de la résistance à la tension, dans la couche la plus faible. Quand elle s' abaisse pour devenir voisine de l' unité, le risque de rupture devient certain. On a cherché à le vérifier en mesurant le facteur de stabilité dans la couche critique à la périphérie d' avalanches déjà descendues. On observe généralement un déclenchement pour des valeurs comprises entre un et trois; l' imprécision des résultats est certainement due aux irrégularités de la couverture de neige et du terrain, mais aussi à la différence entre l' endroit de la naissance même de l' avalanche et l' endroit ( encore intact ) où on mesure. Il faudrait pouvoir mesurer sur l' avalanche même, juste avant qu' elle se déclenche, mais cela est impossible pour des raisons évidentes. Pour des plaques de neige, on peut encore différencier le concept de stabilité de la façon suivante. La stabilité est qualifiée de primaire si le facteur dépasse l' unité. Elle est en revanche appelée secondaire si, en plus de cette condition, elle est insensible à une perturbation locale, c'est-à-dire si une rupture de la couche critique peut exister sur une certaine surface sans se propager et causer le décrochage de toute la plaque. Ainsi, pour qu' une plaque de neige ne se déclenche pas, il ne suffit pas que sa stabilité soit primaire, mais elle doit être encore secondaire, de façon à éliminer l' influence des irrégularités du terrain ou du passage d' un skieur. Bien que cette distinction n' en soit pour l' instant qu' au stade théorique, son application pratique pourra à l' avenir améliorer les résultats des investigations mécaniques.
La stabilité de la neige très mouillée, avec plus de dix pour cent d' eau libre, a aussi été étudiée. L' eau produit deux effets défavorables: d' une part elle augmente le poids spécifique global, et d' autre part la poussée hydrostatique diminue la pression mutuelle des grains et par là, la résistance de la structure en glace. Il s' ensuit une très forte diminution de la stabilité, qui peut faire couler sur des pentes de quinze degrés des couches qui étaient stables à quarante-cinq degrés.
Parmi les instruments permettant d' obtenir rapidement une valeur approximative de la résistance de la neige en fonction de la profondeur, le plus connu est certainement la sonde de battage de Haefeli, qui est utilisée par toutes les organisations touristiques ou de recherche. Un nouvel instrument a toutefois été développé ces dernières années par Bradley, de l' Université d' Etat du Montana; appelé « résistographe », il permet des mesures plus fines que la sonde de battage et un enregistrement immédiat. Il se compose essentiellement d' une lame verticale, qui est enfoncée dans la neige jusqu' au sol, tournée d' un quart de tour autour de son support, puis retirée vers le haut à une vitesse constante; un ingénieux dispositif permet d' enregistrer directement la force nécessaire à la faire ressortir sur une bande de papier qui se déroule en fonction de la profondeur. Des expériences positives ont été faites avec cet appareil dans les Montagnes Rocheuses; son application générale aux conditions alpines ne peut pas se faire sans autre, car on observe souvent chez nous des couches de neige trop résistantes pour une rupture manuelle.
En plus des appareils mécaniques, il faut encore en citer certains, développés récemment, qui mesurent la valeur en eau de la couverture de neige; leur principe repose sur l' absorption des rayons gamma émis par une petite source de cobalt radioactif; les résultats peuvent être transmis continuellement par radio lorsque les emplacements intéressants sont d' accès difficile. Dans l' étude de la neige de printemps, on doit aussi connaître la quantité d' eau libre, c'est-à-dire, contenue dans la neige sous forme liquide. Elle se mesurait auparavant par des méthodes caloriques ou par centrifugation, mais un nouvel appareil, fondé sur les propriétés diélectriques du mélange glace-eau-air, permet maintenant une mesure rapide dans le terrain avec une plus grande précision. Quand à la profondeur de la couverture de neige, qui joue son rôle en toute saison, il faut mentionner la méthode photogrammétrique, qui a été essayée avec succès en 1956 déjà dans la région de la Parsenn: deux cartes topographiques à l' échelle 1:2000 sont établies par relevés aériens avant et après l' enneigement; la différence entre les courbes de niveau correspondantes permet de mesurer d' un coup la hauteur de la neige à vingt centimètres près sur une surface allant jusqu' à huit hectares. Cette méthode a suscité au Japon un grand intérêt, malgré les moyens financiers importants qu' elle requiert.
Jusqu' ici, il n' a été question que de l' aspect mécanique du déclenchement des avalanches, mais il est clair qu' il est conditionné par des facteurs d' une autre nature. Le terrain joue certainement un rôle primordial par son exposition, sa pente et les propriétés de sa surface, mais ces éléments sont essentiellement invariables. En revanche, les facteurs variables méritent un plus grand intérêt, et on peut affirmer que parmi eux, ce sont les facteurs météorologiques qui sont prépondérants: intensité et durée des chutes de neige, force et direction du vent, température de l' air et rayonnement solaire. Bien que i' expérience nous Fait enseigné depuis longtemps déjà de façon approximative, ce n' est que récemment que cet état de fait a été reconnu par des méthodes statistiques précises, et les résultats provenant de différents pays concordent généralement. Dans les Alpes par exemple, les neuf dixièmes des avalanches sont de caractère purement hivernal et se produisent entre décembre et mars; de celles-ci, quatre sur cinq coïncident avec une chute de neige ou un fort vent, les neuf dixièmes se déclenchant pendant la chute de neige ou au plus tard avec un délai inférieur à un jour. Ce sont ainsi les chutes de neige, presque toujours accompagnées de vent, qui sont responsables de la majorité des avalanches.
La température joue un rôle indirect: d' une part, les propriétés mécaniques de la neige en sont largement dépendantes, et, d' autre part, elle influence de façon sensible la métamorphose. Cette dernière constitue également un facteur d' avalanche, car elle favorise la formation de couches fragiles à l' intérieur de la couverture de neige, qui, suivant les circonstances, se transforment en véritables roulements à billes. Ces dernières années, des essais très intéressants ont été faits dans l' Utah en vue d' influencer favorablement la métamorphose. On a trouvé que certaines substances chimiques, dispersées sur le sol en très faible quantité, freinent de façon sensible par leurs vapeurs la transformation des cristaux de neige; sur ce point, les résultats sont positifs, mais des considérations de prix et de toxicité empêchent pour l' instant une application pratique à grande échelle. Les recherches continuent cependant dans cette direction et il est très probable qu' elles aboutiront à un procédé utilisable, qui dans certains cas remplacerait les constructions paravalanches.
Jusqu' ici, nous n' avons examiné que les conditions de formation des avalanches, mais il est clair que leur aspect dynamique, entre le déclenchement et l' arrêt, est aussi l' objet de nombreuses recherches. En plus de travaux théoriques toujours plus nombreux sur leur écoulement, il convient de mentionner la tendance moderne de mesurer les grandeurs intéressantes directement par de véritables expériences systématiques avec un grand nombre de paramètres contrôlables. Comme le phénomène ne se prête pas à des essais analogues à petite échelle en raison de sa complexité, on est oblige d' opérer en grand, avec tout le support financier et technique que cela exige. A l' Institut fédéral pour l' étude de la neige et des avalanches, il existe depuis quelques années une glissoire à neige, longue de vingt mètres et d' inclinaison variable entre trente et quarante-cinq degrés, au bas de laquelle on dispose différents obstacles, tels que des parois, des toits ou des poutres. Un volume de huit mètres cube de neige, accumulé dans le haut de la glissoire, est lâche sur les obstacles; on mesure électriquement les forces appliquées à ceux-ci, et une prise de vue cinématographique donne les vitesses et les formes d' écoulement. L' institut de recherche de Schiozawa, au Japon, serre la réalité de plus près encore: un versant entier de montagne, long de 475 mètres et incliné à trente-cinq degrés, est installé comme pente d' essai; les avalanches sont déclenchées par des explosifs lorsque la situation est favorable, et on y mesure aussi les forces exercées sur différents obstacles et les caractéristiques cinématiques de l' écoulement. Il semble que ce sont des essais entrepris dans cette direction qui peuvent aujourd'hui faire avancer l' état des connaissances, en les combinant peut-être avec des expériences purement numériques au moyen d' ordinateurs électroniques à grande capacité.
Tous les phénomènes influençant la formation des avalanches sont évidemment pris en considération pour leur prévision. Dans la situation actuelle, il ne faut pas entendre par là la prédiction exacte d' une avalanche quant à l' endroit et l' heure, mais seulement une indication sur le danger en général et sur la tendance probable. A ce point de vue, on peut distinguer deux types: les avalanches immédiates, et les avalanches évolutives. Les premières sont causées par l' action directe des facteurs dont il a été question plus haut, et l' effet suit la cause de très près. Le critère pour l' estimation du danger est fourni par les observations météorologiques. Les secondes sont en revanche le dénouement d' une situation qui empire lentement, mais sans cesse, et qui est due surtout à la métamorphose et certains autres phénomènes ayant leur siège à l' intérieur de la couverture de neige; l' étude intégrale de cette dernière, jusqu' au sol, fournit alors le critère principal. Un troisième critère possible consiste dans l' épreuve directe de la stabilité, sur des pentes témoins judicieusement choisies, où on cherche à provoquer des avalanches soit en piétinant la neige dans la partie supérieure, soit en y faisant sauter des charges explosives, lancées d' en haut à la main ou d' en bas par des mortiers ou des canons sans recul. Dans l' appréciation de la situation, on doit cependant toujours considérer tous les critères simultanément, car on n' a jamais un cas d' un type exclusif. Il s' agit de faire une synthèse des divers éléments, accordant plus d' importance à l' un ou à l' autre selon la saison, la région considérée et la situation météorologique. Une large part est ainsi laissée à l' intuition, et par conséquent à l' expérience propre de celui qui fait la prévision; celle-ci garde ainsi un caractère empirique qu' elle n' est probablement pas près d' abandonner.
Les avalanches ont été classées par différents chercheurs selon divers systèmes, le plus souvent avec succès. Cependant, il n' y a pas encore de classification internationale officielle. Lors de son congrès de 1957, l' Union Internationale de Géodésie et Géophysique a propose un système élaboré par de Quervain et Haefeli, qui en est resté au stade d' essai. La question a été reprise lors du symposium de 1965; les divergences de vue se manifestent surtout quant aux critères où doit se porter l' accent principal, chacun trouvant naturellement que son propre champ de travail est le plus intéressant. Certains invoquent uniquement le côté génétique en distinguant les causes météorologiques ( chute de neige, chasse-neige, chute de température ), les causes résidant dans la neige même ( neige coulante, métamorphose par pression ), et les éléments mixtes ( pluie, dégel par réchauffement de l' air, dégel par rayonnement, phénomènes printaniers ). D' autres ne considèrent que l' état de la neige: sèche ou humide; fraîche, chassée, ou ancienne. En général, on s' accorde à reconnaître qu' une classification doit par sa nomenclature permettre une identification des phénomènes sans équivoque, tout en laissant de côté les éléments mesurables, qui sont définis numériquement avec assez de précision. Il est ainsi nécessaire de considérer également d' autres critères, qui du reste sont en usage depuis longtemps. Pour le déclenchement, on peut distinguer entre une cause intérieure et une cause extérieure, celle-ci étant naturelle ou artificielle. La forme de la rupture peut être ponctuelle ( pour les avalanches de neige meuble ) ou linéaire ( pour les plaques de neige ). La surface de glissement est soit sur le sol, soit dans la couverture de neige elle-même, dans une ancienne ou dans une nouvelle couche. Quant au caractère de la coulée, on distingue des avalanches de versant et de couloir. Finalement, le type de mouvement est aussi important: soit un glissement ou une coulée au sol, soit une coulée d' aérosol ( poussière de neige dans l' air ). Il faut cependant noter que les divergences de vue ne portent que sur des questions secondaires: on peut ainsi s' attendre à l' adoption dans un avenir proche d' une classification officielle, qui sera assez complète pour être utilisée de chacun.
Cet aperçu des tendances actuelles permet de constater un intérêt général pour les avalanches et un développement systématique des recherches très prometteur. Autrefois limitée au domaine de la superstition, l' étude des avalanches devient une science véritable, capable d' expliquer, de prévoir et d' être appliquée efficacement.