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Le canal du Col du Lac Blanc : un toboggan à avalanche à 2800 m d’altitude

Entre des grains de sable et des grains de neige bien des différences apparaissent, d’où la nécessité d’utiliser de la véritable neige, y compris sur des modèles réduits. Mais il est plus facile de déplacer un laboratoire et des chercheurs que des montagnes. Aussi le "toboggan à avalanches" de Irstea trône-t-il désormais à 2800 mètres d’altitude.

Objectifs scientifiques

Une meilleure connaissance des lois de comportement de la neige sèche en écoulement est devenue indispensable pour pouvoir caler les paramètres des programmes modélisant les avalanches de type "neige coulante sèche". Le but recherché est donc de relier entre elles les grandeurs caractéristiques de l’écoulement (hauteur, densité, vitesse, gradient de vitesse et contraintes au sol).

© IRSTEA

Dispositif expérimental

Au col du Lac Blanc sur le domaine skiable de l’Alpe d’Huez, l’UR ETNA a installé un canal de 10 m de long et 20 cm de large et d’inclinaison modulable (entre 25° et 45°). Ce canal est alimenté en neige par un système de trémie et vis extractrice assurant un débit constant, modulable et limité à 220 m3/heure. La capacité de la trémie (environ 5 m3) est suffisante pour assurer un écoulement d’une durée de l’ordre de la minute, temps nécessaire à l’obtention d’un régime permanent. Ce dispositif permet ainsi de générer à volonté et sous contrôle total des écoulements de neige faiblement cohésive et d’en mesurer tous les paramètres que sont le débit, la hauteur, les profils de vitesse à la paroi et les contraintes par les méthodes suivantes :

  • La hauteur : grâce à un capteur optique positionné au-dessus du canal et mesurant la distance le séparant de la surface de l’écoulement.
  • Les contraintes : au moyen de deux capteurs piézo-électriques bi-composantes reliés entre eux par une plaque.
  • Les vitesses : par inter-corrélation de deux signaux issus de deux phototransistors séparés de quelques millimètres le long de l’écoulement. Chacun de ces signaux étant obtenu par réflexion d’un signal lumineux sur l’écoulement, ils sont caractéristiques d’un agglomérat de quelques grains de neige. L’inter-corrélation permet d’obtenir le temps mis par l’agglomérat pour aller du capteur amont au capteur aval.

La neige ne joue malheureusement pas facilement le rôle de cobaye : lorsqu’elle présente une certaine cohésion, des blocs de différentes tailles apparaissent et l’écoulement se déplace en blocs. Les expériences sont donc réalisées de nuit, pour éviter que les rayons du soleil ne viennent créer une pellicule d’eau à la surface des grains et générer de la cohésion.
a été installé sur un site déjà instrumenté pour le transport de neige par le vent (col du lac blanc, Alpe d’Huez, altitude : 2800 m).
Ces écoulements sont simulés par un code de "dynamique moléculaire" (développé au Laboratoire central des Ponts et Chaussées) calculant la trajectoire de chaque grain au cours du temps et permettant de générer des écoulements dans différentes géométries (cisaillement plan, plan incliné)© IRSTEA

Collaborations

  • CNRM, Game (Centre d’études de la neige / Meteo France) (France)
  • LGGE(Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l’Environnement, UMR 5183)
  • University of Nagoya (Japon)
  • BOKU, Institute of Mountain Risk Engineering, Department of Civil Engineering and Natural Hazards (Autriche)
  • SATA, Alpe d’Huez (France)

Publications

[1] Bouchet, A. – 2003. Etude expérimentale des avalanches de neige sèche. Thèse de l’Université Joseph Fourier, 132 p.

[2] Bouchet, A., Naaim, M., Ousset, F., Bellot, H., Cauvard, D. - 2003. Experimental determination of constitutive equations for dense and dry avalanches: presentation of the set-up and first results. Surveys in geophysics, 24, p. 525 – 541.

[3] Bouchet, A., Naaim, M., Bellot, H., Ousset, F., - 2004. Experimental study of dense snow avalanches : velocity profiles in steady and fully developed flows. Annals of Glaciology, 38, p. 30 – 34.

[4] Rastello, M., Bouchet, A., - 2007. Surface oscillations in channeled snow flows. Cold Regions Science and Technology, 49(2), p. 134-144.

[5] Rognon, P., - 2006. Rhéologie des matériaux granulaires cohésifs. Application aux avalanches de neige denses. Thèse de l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées. 185 p.

[6] Rognon, P., Chevoir, F., Bellot, H., Ousset, F., Naaim, M., Coussot, P., - 2008. Rheology of dense snow flows : Inferences from steady-state chute-flow experiments. Journal of Rheology, 52(3), p. 729-148.

[7] Rognon, P., Roux, J.-N., Naaim, M., Chevoir, F., - 2007. Dense flows of bidisperse assemblies of disks down an inclined plane. Physics of Fluids, 19 (5), 4 p.

[8] Rognon, P., Roux, J.-N., Naaim, M., Chevoir, F., - 2008. Rheology of dense snow flows : Inferences from steady-state chute-flow experiments. Journal of Fluids Mechanics, 596, p. 21-47.

[9] Rognon, P., Roux, J.-N., Wolf, D., Naaim, M., Chevoir, F., - 2008. Rheophysics of cohesive granular materials, Europhysics Letters, 74(4), 644-650.

Contact

Naaim Mohamed (HDR)
mohamed.naaim@irstea.fr
Tèl : +33 4 76 76 27 22 - Fax : 04 76 51 38 03
2 rue de la papeterie BP 76 38402 Saint Martin d'Hères Cedex
Spécialités : mécanique des fluides, mathématiques appliqués