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Explorer les dessous des avalanches : la dynamique d’écoulement de la neige

Modélisation numérique de l'avalanche de Taconnaz © M. Naaim/Irstea

Face à ce phénomène naturel complexe et évolutif que sont les avalanches, les connaissances scientifiques sont sans cesse améliorées. Comprendre les mécanismes physiques d’écoulement de la neige et les modéliser permet de déterminer les caractéristiques des avalanches. Des données indispensables pour la gestion du risque sur le territoire.

Comprendre comment les avalanches s’écoulent est fondamental pour s’en protéger. À Irstea, des chercheurs étudient la dynamique des avalanches – soit les mécanismes d’écoulement de la neige – de leur point de départ à leur point d’arrêt.

2 grands types d’avalanches présentent un risque pour les zones urbanisées et aménagées : les avalanches de neige dense (froide et sèche) et les avalanches en aérosol. Des avalanches qui se caractérisent en effet par de grandes distances de propagation et de fortes pressions exercées sur tout obstacle qu’elles rencontrent.

 

 

Bon à savoir

  • L’avalanche de neige dense s’écoule en se tassant au fur et à mesure de sa descente ; sa masse par unité de volume peut évoluer de 200 kg/m3 à son point de départ à 300 ou 400 kg/m3 à son point d’arrêt.
  • L’avalanche en aérosol se forme au dessus d’une avalanche dense dont la vitesse est telle, que des particules de neige sont mises en suspension et forment un nuage d’air et de neige qui peut atteindre 50 mètres de hauteur ; sa masse par unité de volume est de l’ordre de 20 kg/m3.

Des lois physiques aux modèles de simulation des avalanches

Les scientifiques visent à déterminer spécifiquement les mécanismes de ces 2 modes d’écoulements de la neige. « Pour établir les lois physiques de ces écoulements et pouvoir in fine prédire leurs caractéristiques telles que leur emprise (étendue) et la pression exercée, nous cherchons à comprendre les relations qui existent entre la hauteur et la vitesse de l’avalanche et la pente », explique Mohamed Naaim, chercheur de l’unité Erosion torrentielle neige et avalanche.

Un bloc de volume et de masse constante pour modéliser une avalanche dense © Graphies
Une demi-ellipsoide qui incorpore de l'air pour modéliser une avalanche aérosol © Graphies

Pour cela, des mesures de terrain sont effectuées notamment sur le site expérimental du col du Lautaret. En combinant ces mesures in situ et les résultats d’études menées en laboratoire sur des modèles réduits, les scientifiques développent des modèles numériques capables de reproduire chaque type d’avalanches. Ces travaux ont permis de montrer que l’écoulement des avalanches denses est régi par le frottement entre l’avalanche et le manteau neigeux, tandis que celui des avalanches aérosol est dominé par la turbulence1 ; ce qui explique par exemple qu’une avalanche dense s’arrête sur une pente non nulle, alors qu’une avalanche aérosol se comporte comme de l’eau et poursuit sa route.

En permettant de définir l’emprise et la pression des avalanches et ainsi les niveaux de risque des zones exposées sur le territoire, ces modèles constituent de précieux outils pour les acteurs de l’ingénierie de la prévention des risques (bureaux d’études, services publics de restauration des terrains en montagne…) chargés de mettre en œuvre le plan de prévention des risques (PPR).

Un nouveau type d’avalanches à risque : les avalanches humides

Récemment, le perfectionnement des modèles, notamment grâce à l’intégration des informations issues des bases de données d’observations historiques (sites de départ et d’arrêt des avalanches, état du manteau neigeux…), a permis de révéler un nouveau type d’avalanche à risque.

« Nous avons démontré que la quantité d’eau liquide présente dans la neige influe sur le frottement et donc la distance parcourue par l’avalanche. Quand une avalanche contient plus de 30 kg d’eau par m3 – on parle d’avalanche humide –, le frottement devient faible, ce qui lui permet de se déplacer plus loin », explique le chercheur. Ces avalanches humides s’avèrent capables de parcourir des distances équivalentes, voire supérieures, aux avalanches denses d’ordinaire formées de neige froide et sèche. De plus, plus lourdes, elles peuvent exercer des pressions plus élevées.

Désormais, chercheurs et acteurs de la prévention et de la protection du risque devront donc prendre en compte ce nouveau type d’avalanches dans les stratégies de gestion du risque. D’autant plus que des études statistiques récentes montrent que leur proportion tend à augmenter en raison du réchauffement climatique...

1 Ecoulement d’un fluide caractérisé par un mouvement tourbillonnaire.
 
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