Samedi 24 mars 2012 à 8:29

Sciences et techniques

Le printemps arrive et la neige va bientôt se mettre en sommeil.
            Alors il faut peut être que je me dépêche de faire le résumé d'une conférence passionnante que j'ai entendue en janvier, sur la neige la formation et le danger des avalanches et les moyens de s'en protéger, démonstration pragmatique d'un expert, matériels et photos à l'appui, faite par un ingénieur du ministère de la Défense, Philippe Connille, membre éminent du Club Alpin, qui organise et encadre souvent des randonnées à ski dans les Alpes enneigées.
 
            Mon premier article sera consacré à la neige, et à la formation des avalanches. Dans un second article je parlerai des accidents, de la prévention et des secours.

La neige est un matériau vivant :
 
La neige est formée de cristaux mais c'est en fait un matériau complexe, visqueux et plastique, qui évolue dans le temps en fonction de son environnement.
Les cristaux sont à l'origine, souvent ramifiés avec des pointes (des dendrites), et la neige fraîche est légère, bien que son poids soit variable en fonction de la température et du vent qui influent sur la croissance et l'agglutination des cristaux : moins de 100 kg par m3, par temps froid.
La neige tombée sur le sol évolue en permanence, en fonction de son propre poids qui la tasse, des différences de température jour - nuit (et du soleil) et du gradient de température interne, qui peut atteindre 5 à 20 d°C par mètre d'épaisseur de la couche, la température en surface étant plus basse. En effet la neige blanche réfléchit plus les rayonnements (albedo entre 0,6 et 0,85) et absorbe moins d'énergie que le sol (albédo moyen 0,3)
La couche contient de l'eau et même de la vapeur d'eau et les phénomènes de gel et de condensation modifient l'ensemble.
Sur une pente, le haut de la couche, lors du tassement, glisse plus facilement que la surface inférieure, et d'autre part des forces de cohésion existent en son sein, de telle sorte que, sur un toit on voit souvent la neige glisser et pendre sans tomber au bout du toit.
Selon la courbure de la surface sous-jacente, la neige est soumise à des compressions qu'elle supporte en se tassant (surface concave), ou à des tractions (surfaces convexes) qu'elle supporte mal (rupture de la couche).
On appelle "métamorphoses" les transformations dans le temps de la couche de neige
          - métamorphose destructive : lorsque le gradient de température au sein de la couche est faible (<5d°/m), des sublimations et des condensations se produisent, formant des ponts de glace, et les dendrites disparaissent peu à peu, les cristaux s'arrondissant formant de petites boules : il y a compression la couche gagnant en cohésion et en densité.
Cette transformation a une durée variable, qui peut être longue, par faible température.
          - métamorphose constructive : quand au contraire le gradient est fort, on constate aussi des phénomènes de sublimation congélation, mais avec un gradient du bas vers le haut.
Les cristaux se transforment en grains à faces planes qui forment des strates instables pouvant glisser les unes sur les autres.
Quand le gradient est très fort (> 20d°/m), les cristaux se transforment en "gobelets" de glace, pouvant atteindre plusieurs mm qui forment comme un tapis posé sur roulement à billes.
          - la métamorphose de fonte : la chute de pluie, le redoux font pénétrer l'eau de fonte dans le manteau neigeux. La lubrification entre sol et neige qui en résulte, donne une couche très instable.
La neige surtout quand elle est fraîche contient de l'air et est isolante et donc la température sous le manteau neigeux ne descend guère au dessous de -5 d°.
Lors des tassements l'air est expulsé et la neige peut contenir de l'eau et la densité augmente, pouvant atteindre 500 kg/m3. Celle de la glace est de l'ordre de 900kg /m3.
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              Cristal de neige à dendrites                                                     Gobelet                                                   Grain à face plane  


Le manteau peut être instable, entraînant des avalanches.
 
Une avalanche se déclenche quand la composante du poids de la neige (plus éventuellement ce qui passe dessus, hommes, animaux, nouvelles chutes de neige…), est plus forte que les frottements.
Si l'aspect gravité est simple (à condition de connaître l'état de tassement de la neige), le problème des frottements est complexe puisqu'il dépend de la transformation de la structure neigeuse que l'on a explicitée ci-dessus. Les cas de fort gradient de température interne ou de redoux rendent très instable le manteau neigeux.
Une avalanche ne se produit que sur des pentes supérieures à 23 degrés et a une faible probabilité au dessous de 30 degrés. Une avalanche qui s’est déclenchée peut cependant continuer en ralentissant sur des pentes inférieures. Elle est plus probable sur surfaces convexes (cols notamment).
L'orientation (soleil, température) et l'exposition au vent interviennent.
La rugosité du sol et la végétation rase (pâturée), augmentent frottement et retenue.
Le relief influe évidemment sur le trajet de l'avalanche (couloirs).
L'épaisseur de neige fraîche augmente le danger (> 20 cm) et le rend très sérieux (> 30 cm) L'appréciation du risque demande donc une bonne connaissance de la pente et des conditions nivométéorologiques qui ont régné auparavant.
Une avalanche peut être caractérisée par la forme de la rupture à son origine qui peut être ponctuelle, (avalanche de poudreuse), ou au contraire linéaire entraînant un départ de plaques de grandes épaisseurs.
La neige pulvérulente a une très faible cohésion et peut "couler et glisser" ou former un nuage d'aérosols, qui est très dangereux (effet de souffle et risque de noyade par absorption de l’aérosol). La neige au soleil peut déclencher des "avalanches de fonte" de forte densité, notamment dans les couloirs.

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http://lancien.cowblog.fr/images/Sciences/poudreuse.jpghttp://lancien.cowblog.fr/images/Sciences/lignerupture.jpg

          Avalanche de poudreuse, avec aérosols                      
                                                                                                                               Epaisseur de la zone de rupture d'une plaque

            

Par Jean Allouard le Mardi 27 août 2019 à 20:02
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