Extension de la fissure sommitale et déclenchement de l'avalanche

Conformément au critère de Griffith, si l'effort au sommet de la partie libre de la plaque est suffisant pour ouvrir une amorce de fissure sommitale, il le sera en principe d'autant plus pour la propager. La fissure sommitale croît alors très rapidement, libérant la plaque et déclenchant l'avalanche. Dans la plupart des cas donc, l'amorce de la fissure sommitale est presque immédiatement suivie du déclenchement. Cependant, comme pour la couche fragile, le seuil de rupture de la plaque peut varier d'un endroit à l'autre. Une fissure sommitale peut s'ouvrir à un endroit favorable, mais arrêter de se propager lorsqu'elle rencontre une zone plus résistante. Dans ce cas, la rupture de la couche fragile n'étant plus arrêtée par le départ de l'avalanche, elle continue sa progression sous la plaque, en particulier vers le haut (voir «2. Déclenchement en mode B »).

1. Déclenchement en mode A :
Il se produit lors de l'extension progressive de la zone de rupture due à l'action du skieur. La zone de départ est alors limitée à la zone endommagée par le skieur, qui se trouvera donc probablement en bordure de zone lors du déclenchement. Ce scénario est favorisé par une faible cohésion de la plaque. L'entaille faite par les skis dans une plaque tendre peut aussi favoriser la rupture de la plaque le long du trajet du skieur. En revanche, dans le cas de plaques plus résistantes, il se peut que le seuil de rupture ne soit pas atteint. Dans ce cas, soit le skieur sort de la zone dangereuse sans avoir déclenché l'avalanche, soit la rupture de la couche fragile évolue brutalement en mode B (spontané) (voir ci-dessous).

2. Déclenchement en mode B :
Considérons maintenant une plaque beaucoup plus résistante, et (ou) une plaque plus lourde. La zone de rupture peut alors atteindre la taille critique pour le mode B avant qu'une fissure sommitale n'ait le temps de s'ouvrir. A partir de ce stade, elle se propage à une vitesse beaucoup plus rapide. La fissure sommitale s'ouvre peu après, souvent à une grande distance du skieur, lorsque le poids de la partie libre de la plaque est devenu suffisamment grand pour venir à bout de la résistance de la plaque. La zone de départ est bien plus étendue que dans le premier cas, et le skieur se trouve pris au milieu de cette zone. Dans certaines conditions, cette ouverture de fissure sommitale peut s'accompagner d'un « bang » impressionnant, dont nous avons été l'un et l'autre plusieurs fois témoins. Un calcul simple montre que ce mode de déclenchement est favorisé pour des pentes voisines d'un angle universel de 35,3°.

Les différents cas possibles de déclenchement dépendent de la variabilité des propriétés de la neige, qui peut intervenir au cours des quatre étapes du processus.

Par exemple, d'après le scénario ci-dessus, un épais manteau neigeux peut favoriser l'expansion d'une rupture de la couche fragile. Mais l'amorce de la rupture de la couche fragile par un skieur s'avère impossible si la plaque concernée est trop épaisse. C'est sans doute pourquoi :

> des déclenchements accidentels sont plus fréquents en début d'hiver (plaques minces sur couches fragiles) ;
> des skieurs peuvent traverser sans problème une combe lourdement chargée, et ne déclencher l'avalanche qu'à l'instant même où ils en sortent, là où l'épaisseur de neige recouvrant la couche fragile est plus faible ;
> des randonneurs déclenchent parfois la plaque juste après avoir déchaussé leurs skis (la pression exercée est alors plus forte, pour une même épaisseur de neige).

Le type d'effondrement que le skieur laisse sur son passage peut varier, par exemple du cas de la figure 3a à celui de la figure 3b, ou pire, de la figure 3c. Ceci sera le cas par exemple s'il passe d'une zone de neige peu cohésive à une neige plus cohésive. Un autre exemple est celui d'une croissance progressive (mode A) de la zone de rupture sous une plaque peu épaisse (figure 3b), qui peut rapidement évoluer en expansion spontanée rapide (mode B) (figure 3c) si la plaque devient plus épaisse dans le voisinage immédiat (figure 7). Ce dernier cas est particulièrement redoutable pour les montagnards expérimentés, qui sont attentifs à la qualité de la neige sous leurs skis, mais peuvent négliger le danger dû à sa variabilité dans le voisinage : une pente qui paraît sûre peut être soudainement balayée par une avalanche de grande ampleur.

On observe fréquemment que des fissures sommitales s'ouvrent (étape 3) sur un affleurement rocheux, un arbre, une trace de ski ou de surf. Ces hétérogénéités sont des points faibles dans la plaque, qui favorisent l'amorce. Un phénomène similaire peut se produire sur des convexités. Ces points faibles peuvent jouer un double rôle
> ils facilitent le déclenchement grâce à l'ouverture de la fissure sommitale.
> mais ils empêchent la propagation à grande échelle de la zone de rupture, qui aurait conduit à la déstabilisation de très grandes plaques.
En d'autres termes, de grandes zones de départ sont attendues sur des pentes vastes et sans points faibles (hétérogénéités de terrain, arbres, rochers épars ou affleurements).

Des skieurs entraînés arrivent parfois à déclencher des avalanches de plaque sans s'y faire prendre. « Couper les pentes » était une technique courante pour les pisteurs avant l'usage généralisé du déclenchement préventif par explosifs. Dans la plupart des cas, il s'agit d'un déclenchement de taille limitée (mode A) : l'effort de traction résultant de l'effondrement de la couche fragile sur une surface restreinte est suffisant dans ce cas pour ouvrir une fissure sommitale juste au dessus. L'avalanche est déclenchée, mais le skieur peut s'échapper s'il est capable de contrôler sa trajectoire. C'est ce qui se passe dans le cas de plaques peu cohésives et peu épaisses.
Pourtant, sur une même pente, il peut arriver qu'une avalanche dépasse largement la taille « habituelle ». Il s'agit alors d'un déclenchement en mode B, et dont les conséquences sont habituellement fatales. Ce scénario est plus probable dans le cas de neige lourde et cohésive (cette propriété pouvant résulter de la superpositions de plusieurs couches aux qualités variées).
Il est intéressant pour les pratiquants d'être au courant de l'existence de ces deux modes de déclenchement. Ils doivent savoir qu'il est très difficile et risqué de prédire lequel de ces deux modes est susceptible de se produire, même si le mode B est favorisé par une couche fragile continue, recouverte par une neige lourde, épaisse et résistante, sur des pentes proches de 35°.

Si le concept de déséquilibre par surcharge peut s'appliquer à certains cas d'avalanches spontanées, ce n'est pas le cas pour les avalanches accidentelles, car cela supposerait que la plupart des pentes neigeuses sont tellement près du point de rupture qu'il suffirait de la goutte d'eau que constitue le poids du skieur pour tout faire basculer.

Malgré la grande variété des phénomènes avalancheux observés, la compréhension de chaque cas particulier peut entrer dans le cadre d'un modèle unique en quatre étapes successives, basé sur des notions de dynamique de la rupture plutôt que d'équilibre statique. Toutes ces étapes doivent se réaliser l'une après l'autre pour permettre le déclenchement. Si une seule d'entre elles manque, l'avalanche ne se déclenche pas. Ce scénario part d'un endommagement local de la couche fragile, suivi ou non de son extension, et qui peut conduire à la rupture sommitale de la plaque. La distinction, essentielle, entre les modes A et B qui en découle permet d'expliquer la grande variété de types et de tailles d'avalanches obtenues dans des conditions apparemment semblables.

Cependant, cette approche ne permet de rendre compte de ces phénomènes qu'après qu'ils se soient produits. Cela rappelle le problème bien connu de l'aile de papillon : bien que les lois de mécanique de la rupture régissant le déclenchement soient désormais connues, le manteau neigeux est un système tellement complexe, qu'une prédiction déterministe du lieu et du moment exacts de déclenchement d'une avalanche est impossible, puisqu'elle demanderait une connaissance parfaite et continue des propriétés de la neige.

Est-ce à dire qu'íl ne sert à rien de connaître puisque de toutes façons on ne peut prévoir ? Une avancée notable a été effectuée dans ce domaine par la mise en évidence d'une loi statistique générale régissant les tailles des zones de départ, et sa modélisation théorique par automate cellulaire par MM. Faillettaz, Louchet et Grasso (2004). L'application de ces simulations à des topographies particulières devrait permettre d'affiner les prévisions.

En attendant, nous pensons que les concepts développés dans cet article pourront fournir une aide à la prise de décision des professionnels et des usagers de la montagne enneigée, à travers une meilleure compréhension des mécanismes sous jacents.

Si de futurs développements de cette approche en termes de prévision doivent voir le jour, ils le devront en grande partie à l'approche statistique et aux simulations développées par Jérôme Faillettaz au cours de sa thèse. Il en est sincèrement remercié. Les auteurs sont aussi reconnaissants envers Bruce Jamieson qui leur a permis de reproduire une de ses figures. Ils seront heureux si les lecteurs de cet article acceptaient de partager leurs expériences, de façon à pouvoir tester et affiner leur approche.

Bibliographie

Liste disponible sur simple demande à l'ANENA.