ANALYSE DU MANTEAU NEIGEUX
Condensé rapide d'un profil de l'épaisseur de neige et de sa stabilité avec Test de bloc.
ELEMENTS DE NIVOLOGIE
FORMES ET DIAMETRE DES GRAINS
Pour chaque couche, les formes et les diamètres des grains sont déterminés visuellement à l’aide d’une loupe. Les couches fragiles typiques sont constituées de gros grains anguleux, car ceux-ci sont généralement mal liés les uns aux autres. Les grains anguleux ont moins de liaisons entre eux que les grains ronds ; les gros grains ont - par unité de volume - moins de liaisons que les petits.
Points faibles
Le test des points faibles offre la possibilité, sur la base de caractéristiques structurelles, d’identifier d’éventuelles couches fragiles également sans tests de stabilité. On évalue aussi bien les propriétés des couches que celles des interfaces. Les aspects suivants sont examinés pour chaque couche ou interface. Pour chaque caractéristique confirmée, on compte un point faible.Propriétés de la couche
Gros grains (≥ 1 mm)
Couche molle (dureté de la main : poing)
Grains anguleux
Caractéristiques des interfaces
Grande différence dans la taille des grains (≥ 1 mm)
Grande différence de la dureté manuelle (≥ 2 catégories)
Limite de la couche à moins d’un mètre sous la surface de la neige
Interprétation (nombre de points faibles dans une couche / sur une interface)
5 -6 points faibles : très probablement endroit fragile critique
3 -4 points faibles : éventuellement endroit fragile critique
0 -2 points faibles : pas de couches fragiles marquées, structure du manteau neigeux plutôt favorable
PROFIL STRATIGRAPHIQUE DU MANTEAU NEIGEUX
Températures
Plus le gradient de température (variation de la température par mètre) est élevé au sein du manteau neigeux, plus les couches de neige concernées subissent rapidement une métamorphose constructive à grains anguleux.L’eau ne peut pénétrer profondément dans le manteau neigeux que lorsque celui-ci se « réchauffe » à pratiquement 0 °C (isotherme 0 °C).
Dureté au battage (variation générale de la dureté)
Le profil de battage est réalisé à l’aide d’un appareil spécial appelé sonde de battage. Il s’agit d’une mesure objective des couches dures, mais qui ne peut pas détecter des couches fragiles minces. Il évalue la consolidation générale du manteau et aide également à estimer la quantité de neige qu’une avalanche peut entraîner sur sa trajectoire.
Dureté manuelle
La dureté des couches est en outre déterminée manuellement pour chaque couche. Pour établir la dureté manuelle, on utilise le poing, 4 doigts, 1 doigt, un crayon ou un couteau.
La main ou l’objet correspondant doit pouvoir être enfoncé dans la couche de neige en ne rencontrant qu’une résistance légère. Des niveaux intermédiaires sont également possibles. Cette mesure est moins objective que la dureté de battage, mais elle permet de détecter les couches minces de faible épaisseur.
Humidité
Très généralement, au cœur de l’hiver, le manteau neigeux est à température négative, et donc reste sec. Ce n’est qu’à l’interface avec le sol que la température peut atteindre 0 °C. L’échelle suivante est utilisée pour déterminer l’humidité :
Le gradient vertical de température dans la neige
La température influence la vitesse des changements de phase. Ainsi, plus la neige est à température proche de 0°C et plus la métamorphose, quel que soit son type, est rapide. En outre, la répartition de la température, ou les différences de températures qui peuvent être plus ou moins importantes dans une couche de neige, conditionnent le sens des échanges de glace entre les grains en passant par la phase vapeur d’eau. Les grains des zones les plus chaudes sont le siège d’émission de vapeur d’eau par sublimation de parties de glace. Les grains des zones les plus froides sont le siège de condensation solide de la vapeur d’eau ainsi disponible. La répartition des températures dans une couche de neige est mise en évidence par le calcul du gradient vertical de température
L’effet de rayon de courbure est contrarié par le déséquilibre de température (gradient). Chaque grain est à la fois le siège de sublimation et de condensation solide. Chaque grain se sublime en partie. Cette vapeur d’eau libérée se condense sur le grain supérieur plus froid. En même temps il capte la vapeur d’eau libérée par le grain du dessous. Les échanges de glace se font, par le biais de la phase vapeur, de grain à grain et du bas vers le haut (figure 9). Les grains résultants montrent de nombreuses facettes, dont les angles sont le plus souvent de 120°. Ils sont appelés grains à faces planes (symbole : ). Leur diamètre est de l’ordre de 0,3 à 0,6 mm. Pour une telle métamorphose, il faut que les transferts de glace entre les grains par la phase vapeur puissent se faire. A l’origine, les neiges doivent donc avoir une masse volumique inférieure à 300-350 kg/m3. Seules les neiges de type +, /, . pourront donc subir cette métamorphose. Par ailleurs, cette métamorphose s’accompagne d’un tassement de la neige (surtout s'il s'agit de + ou / ), et surtout d’une perte de cohésion importante. L’état de grains à faces planes n’est pas irréversible. En effet, soumis à un faible gradient, ils se transforment en grains fins.
Le manteau neigeux renvoie vers l’atmosphère une grande partie de ce rayonnement et absorbe l’autre partie, qui contribue à son échauffement.
Les différentes métamorphoses de la neige sèche sont conditionnées par la valeur du gradient de température auquel est soumise une couche ou strate de neige. Il existe trois types de métamorphoses, dépendant de trois gammes de valeurs du gradient de température (GT).
La métamorphose de faible gradient (0°C/cm < GT < 0,05°C/cm)
Dans ce cas, la différence de température d’un point à un autre de la couche de neige est très petite et seul l’effet de rayon de courbure agit. Les parties convexes des grains se subliment tandis que les parties concaves sont le siège de condensation solide de la vapeur d’eau disponible. Les grains s’arrondissent progressivement et voient leurs tailles s’uniformiser. On obtient alors des grains fins (symbole .) dont le diamètre est de l’ordre de 0,2 à 0,4 mm. Par ailleurs, les points de contact entre ces grains constituent des concavités. Celles-ci sont alors le siège de condensation solide de la vapeur d’eau disponible. Des ponts de glace se forment et il y a frittage progressif entre les grains (figure 4 et 7). Cette évolution provoque le tassement de la couche de neige et sa prise de cohésion, et se traduit par une augmentation de sa masse volumique.
La métamorphose de gradient moyen (0,05°C/cm < GT < 0,2°C/cm)
Dans ce cas, chaque grain de neige est à une température faiblement supérieure à celle du grain situé immédiatement au-dessus de lui
L’effet de rayon de courbure est contrarié par le déséquilibre de température (gradient). Chaque grain est à la fois le siège de sublimation et de condensation solide. Chaque grain se sublime en partie. Cette vapeur d’eau libérée se condense sur le grain supérieur plus froid. En même temps il capte la vapeur d’eau libérée par le grain du dessous. Les échanges de glace se font, par le biais de la phase vapeur, de grain à grain et du bas vers le haut (figure 9). Les grains résultants montrent de nombreuses facettes, dont les angles sont le plus souvent de 120°. Ils sont appelés grains à faces planes (symbole : ). Leur diamètre est de l’ordre de 0,3 à 0,6 mm. Pour une telle métamorphose, il faut que les transferts de glace entre les grains par la phase vapeur puissent se faire. A l’origine, les neiges doivent donc avoir une masse volumique inférieure à 300-350 kg/m3. Seules les neiges de type +, /, . pourront donc subir cette métamorphose. Par ailleurs, cette métamorphose s’accompagne d’un tassement de la neige (surtout s'il s'agit de + ou / ), et surtout d’une perte de cohésion importante. L’état de grains à faces planes n’est pas irréversible. En effet, soumis à un faible gradient, ils se transforment en grains fins.
La métamorphose de fort gradient (GT > 0,2°C/cm)
Dans ce cas, la différence de température verticale entre chaque grain est importante et les phénomènes sont plus intenses que pour le moyen gradient. Les échanges de glace entre 2 grains par la phase vapeur sont plus importants et plus rapides. Chaque grain voit sa partie supérieure se sublimer et s’émousser tandis que sa base est le siège de la condensation solide de la vapeur d’eau libérée par le grain du dessous. Celle-ci se fait de manière rapide, en raison du fort gradient, et se traduit par la formation de marches, ou échelons, de glace successives à la base du cristal (figure 10). Les stries ainsi formées sont caractéristiques de ce type de grains. Les grains prennent alors une structure de pyramide creuse et sont appelé gobelets ou givre de profondeur (symbole ∧). Ces grains sont généralement de grande dimension, de 0,5 mm pour les plus petits à près de 4 mm pour les plus gros. Ils sont sans cohésion entre eux et se comportent comme du gros sel. Véritables “roulements à billes”, ils présentent eux aussi un grand danger pour la stabilité des strates supérieures. Seule la présence d’eau liquide peut les faire évoluer. Les neiges qui peuvent être l’objet d’une telle métamorphose doivent aussi avoir une masse volumique inférieure à 300-350 kg/m3 (+, /, . ).
La métamorphose de la neige humide
Une neige humide est une neige qui contient de l’eau liquide (teneur en eau liquide ou T.E.L. > %). Sa température est donc toujours de 0°C (0°C = température d’équilibre du mélange eau/glace). La neige peut s’humidifier avec la pluie, ou par la fusion d’une partie de ses grains sous l’effet du rayonnement solaire ou d’une température de l’air positive. Cette eau liquide, sous forme d’un film capillaire, entoure les grains et comble les parties concaves. Les parties les plus convexes des grains ainsi que les plus petits grains fondent en priorité et participent à l’arrondissement et au grossissement progressif des plus gros grains (figure 11). On obtient alors des grains ronds (symbole o) dont le diamètre varie généralement entre 0,3-0,4 mm pour les neiges fraîches humidifiées et 1-2 mm pour les vieilles neiges (névés). La vitesse de grossissement des grains est proportionnelle à la quantité d’eau liquide présente. Cette métamorphose conduit à un fort tassement et à une augmentation important de la masse volumique de la neige. C’est la seule métamorphose qui est capable de faire disparaître la neige roulée citée au paragraphe 1.2.2. ainsi que les gobelets. La cohésion entre les grains, assurée par la présence de l’eau liquide, est dite capillaire. Elle est bonne tant que la T.E.L. est faible (cf. deux plaques de verre mouillées et accolées) mais devient mauvaise lorsque la T.E.L. est importante (avalanches de printemps sur les pentes raides et ensoleillées). S'il survient un regel, l’eau liquide qui assurait les liaisons entre les grains se solidifie et l'on obtient une cohésion de regel. Elle est souvent très bonne, mais sa qualité dépend en fait de la quantité d’au liquide présente avant le regel. Elle peut ainsi être excellente (croûte de regel parfois épaisse).
Propriétés mécaniques de la neige
La cohésion de la neige
La cohésion de la neige dépend de la qualité des liaisons entre les grains. On en distingue quatre types :
• La cohésion de FEUTRAGE
Cohésion fragile des cristaux de neige fraîche ou des particules reconnaissables. Elle est due à l’imbrication de leurs nombreuses aspérités et dendrites. Elle est fragile et disparaît vite dès qu’il y a métamorphose
• La cohésion de FRITTAGE
Elle concerne essentiellement les grains fins et particules reconnaissables et se caractérise par la présence de soudures (ou ponts de glace) entre les grains. Elles sont le fruit de la condensation solide de vapeur d’eau aux points de contact entre les grains. Elle est assez bonne mais propice à la propagation des cassures
• La cohésion CAPILLAIRE
C’est une cohésion résultant de la présence d’une pellicule d’eau qui entoure les grains et assure la liaison entre ces derniers. Sa qualité dépend de la T.E.L. : pour de faibles valeurs elle est assez bonne, mais elle diminue rapidement si la T.E.L. augmente. Elle peut concerner tous les types de neige, mais elle est typique des grains ronds
• La cohésion de REGEL
Lorsqu’il y a gel de l’eau liquide présente dans la neige, les grains se soudent entre eux. Cette cohésion de regel (figure 17) est excellente si la TEL était auparavant importante. Dans ce cas, la métamorphose de fonte avait pu fortement transformer les grains en grains ronds, et l'on a alors une croûte (de regel) de grains ronds. Avec une T.E.L. faible à l’origine, la cohésion de regel est plus fragile et peut concerner des grains peu arrondis et qui ont gardé en grande partie leur forme initiale.
Interaction de la lumière sur la neige
Le manteau neigeux renvoie vers l’atmosphère une grande partie de ce rayonnement et absorbe l’autre partie, qui contribue à son échauffement.
La capacité de la neige à réfléchir le rayonnement s’appelle l’albédo, rapport entre le rayonnement réfléchi et le rayonnement incident (figure 21). Sa valeur varie entre 0,9 et 0,5 et dépend essentiellement de la neige de surface (type de grains et degré de pollution. La neige fraîche contenant peu d’impuretés absorbe moins de rayonnement solaire (10 à 20 %) qu’une neige évoluée et sale de type grain rond (40 à 50 %).
L’inclinaison de la pente par rapport aux rayons du soleil joue en outre un rôle important dans la quantité d’énergie solaire absorbée.
L’énergie solaire incidente est beaucoup plus importante par unité de surface lorsque le rayonnement est perpendiculaire à cette surface. Cela explique l’échauffement rapide de la neige des pentes raides d‘orientation sud-est, le matin, malgré un soleil bas.
Résumé Transformation de la neige
COUCHES FRAGILES
Quoi?
Caractéristiques
Cette situation est liée à la présence d'une ou plusieurs couches fragiles persistantes dans le manteau neigeux. Il s’agit typiquement de couches enfouies constituées de givre de surface, de faces planes et/ou de gobelets (givre de profondeur).
Type d’avalanches et de déclenchements
Où?
Distribution spatiale
Cette situation avalancheuse peut être isolée ou généralisée. Elle peut se trouver en toutes orientations, mais le plus souvent sur les versants ombragés et à l’abri du vent.
Position de la couche fragile dans le manteau neigeux
Dans la neige ancienne, souvent en profondeur. Le déclenchement est d’autant plus difficile que la couche fragile est enfouie profondément ; les avalanches peuvent alors être grandes.
Pourquoi?
Modes de déclenchement
L'avalanche se déclenche quand la charge excède localement la résistance de la couche fragile et que les propriétés de la plaque permettent la propagation de rupture dans la couche fragile.
Quand?
Durée
La couche fragile peut exister pendant plusieurs semaines ou mois, parfois pendant toute la saison.
Comment appréhender le risque?
Indices de terrain
Les couches fragiles persistantes sont particulièrement difficiles à détecter. Les signes d’instabilités tels que les whoumpfs sont possibles mais pas toujours présents. Les tests de stabilité peuvent être utiles pour détecter ce type de couche fragile. La connaissance de l'évolution du manteau neigeux est nécessaire et les informations des bulletins sont particulièrement importantes dans ce cas.
Conseils de comportement
Déplacements prudents et éviter les terrains (par exemple, les grandes pentes raides) où les conséquences d'une avalanche sont graves (par exemple, un ensevelissement profond). Tenir compte de l’historique des conditions nivo-météorologiques. Faire particulièrement attention dans les zones avec des manteaux neigeux peu épais et notamment les zones de transition avec un manteau neigeux plus épais. Ces situations sont une cause majeure de décès accidentels par avalanche.
AIDE A LA DECISION
TEST BLOC GLISSANT
Bloc glissant et ECT
Le test du bloc glissant (RB) est le test de stabilité le plus fiable. Les observateurs du SLF effectuent généralement un test de bloc glissant sur les profils de pente, et parfois un ou deux tests de colonne étendue (ECT) complémentaires. Pour ce faire, ils suivent les instructions ci-dessous. Un test du bloc glissant ou un ECT fournit des informations sur la facilité de déclencher une rupture (sur le lieu du profil) et sur la propagation de celle-ci. Les résultats des tests servent de base à la classification des profils nivologiques.
Source SLF.ch
