ANENA
l'ANENA Tout savoir Jurisque avalanche Métiers et formation
infos		 --
-- Des avalanches en modèle réduit
--
--
par Robert Bolognesi, Météorisk
Article paru dans la revue de l'ANENA "Neige et Avalanches" N° 100 - décembre 2002

(fig.1) Modèle réduit modulable conçu pour observer l'influence du terrain sur la localisation des ruptures de plaques tendres. Les éléments du décor, fixés par petites bandes Velcro, peuvent être déplacés à volonté.

On sait que l'instabilité du manteau neigeux dépend de deux types de paramètres :
les conditions nivologiques d'une part, et les conditions topographiques d'autre part.
En effet, pour qu'une avalanche se déclenche, il faut non seulement que le manteau neigeux soit fragile mais encore que le terrain soit favorable à la rupture puis à l'écoulement de la neige. L'observation du relief étant beaucoup plus aisée que celle du manteau neigeux, il est très utile, pour réduire la probabilité de se faire surprendre par une avalanche, de bien connaître le rôle de la topographie dans la localisation des ruptures. On présente ici une petite expérience sur modèle réduit pouvant aider à caractériser les zones les plus propices au déclenchement des avalanches de plaques friables.

  Mise en scène

Pour répondre aux multiples questions que l'on peut se poser sur l'influence de la topographie sur la stabilité de la neige, il faudrait pouvoir observer la rupture d'un même manteau neigeux sur divers reliefs. Ceci est évidemment impossible dans la nature... mais devient presque possible sur un modèle réduit.
-- Le décor
  De la moquette en guise de pelouse alpine, des pommes de pins en guise de conifères, des graviers en guise de blocs rocheux et quelques heures de bricolage : le modèle réduit est prêt (figure 1). Celui-ci peut être transformé à volonté : les graviers, fixés sur la moquette par de petites bandes Velcro, peuvent facilement être déplacés pour figurer diverses dispositions d'ancrages.
L'échelle de cette maquette est de l'ordre du 1:50. Ainsi les pommes de pin figurent des arbustes de 2 m de hauteur environ et les graviers représentent des blocs d'un volume voisin de 1 m3, comme on en trouve dans les éboulis grossiers. A noter que l'échelle de la maquette peut être facilement amenée à 1:100 si besoin.
-- Les acteurs
  Le manteau neigeux est simulé par une couche de farine saupoudrée sur une couche de sucre fin jouant parfaitement le rôle d'une strate fragile de gobelets. Si elle est légèrement tassée après avoir été déposée, la couche de farine acquiert une certaine cohésion qui lui donne un comportement proche de celui d'une plaque de neige. Cette structure s'apparente alors à une couche de neige tendre " liée " reposant sur une couche fragile de gobelets : c'est exactement la situation observée dans les Alpes de Nord à la fin décembre 2001, situation à l'origine de nombreux accidents dont certains furent mortels.
-- Le genre
 

Fiction ou reality-show ?
Une simulation sur modèle réduit (que l'on nomme aussi " modélisation physique ") se situe toujours entre ces deux extrêmes, selon le degré d'analogie existant entre la nature et le modèle réduit. Cette analogie n'est jamais parfaite et toute simulation, qu'elle soit physique ou numérique, qu'elle concerne la rupture ou l'écoulement de la neige, souffre de ce défaut.
Le constat s'impose : les modèles, même les plus autorisés, ne sont que des représentations plus ou moins déformées du monde réel. Cela étant, il importe de bien cerner les dissemblances entre le réel et les modèles afin d'utiliser ceux-ci raisonnablement. Moyennant quoi, tous ces modèles sont, en dépit de leurs imperfections, des outils de recherche ou d'ingénierie dignes d'intérêt (figure 2).
Les dissemblances géométriques entre la réalité et le modèle réduit dont il est ici question ont été estimées à l'aide d'observations macro et microscopiques (figure 3).

(fig.2) Exemple de modélisation physique : simulation d'une avalanche de neige poudreuse en bassin. (travaux de P. Beghin, CEMAGREF).

(fig.3) Étude de la morphologie et de la géométrie des poudres utilisées - farine et sucre - pour la simulation des avalanches sur le modèle réduit.
  Les observations au microscope ont montré que le modèle présente une bonne cohérence géométrique :
• Le diamètre des particules élémentaires de farine est de 10 microns. Ces particules peuvent former des agglomérats dont la taille moyenne est de l'ordre de 50 microns. Compte tenu de l'échelle de la maquette, ces particules correspondent à des grains de neige de 0,5 mm pouvant former des assemblages de 2,5 mm : c'est à peu près la taille des grains qui constituent habituellement les plaques friables que l'on cherche à simuler ici. Par ailleurs, les images délivrées par le microscope montrent une forte ressemblance morphologique entre les particules de farine et les grains de neige évoluant vers les grains fins (particules aux formes arrondies pouvant s'agréger).
• La taille moyenne des cristaux de sucre est voisine de 100 microns. Ces cristaux figurent donc des grains de neige dont la taille moyenne est de 5 mm, ce qui correspond assez bien à la taille des gobelets que l'on peut observer sur le terrain. On note également que la similitude morphologique entre le sucre et les gobelets est frappante (grains aux formes anguleuses, non agrégés).
Les observations macroscopiques révèlent une analogie étonnante, entre le modèle et le réel, en ce qui concerne l'aspect des ruptures et celui des dépôts qui comportent des boules se formant durant l'écoulement.
Ces diverses constatations laissent penser que, si ce modèle réduit ne reproduit sans doute pas exactement les mécanismes de rupture du manteau neigeux et simplifie beaucoup la réalité, il est probable qu'il en conserve néanmoins certains aspects déterminant la localisation des ruptures des plaques friables. Si l'on admet cette hypothèse (éprouvée avec succès sur des cas simples), on peut se livrer à quelques expériences susceptibles d'apporter certaines informations qualitatives sur le rôle de la topographie dans la délimitation des ruptures.
-- Scénarios
 

Les scénarios choisis, pour ces premières expériences exploratoires, correspondent à des situations topographiques couramment rencontrées en montagne : versant avec pelouse, versant avec gros éboulis, versant avec pente convexe, vallon, couloir étroit, etc.
Pour certains de ces cas, les observations effectuées sur le modèle réduit sont rapportées en image et brièvement commentées.

-- Cas simulé : versant régulier
-- Cas simulé : vallon
-- Cas simulé : versant avec gros éboulis
-- Cas simulé : versant avec pente convexe
-- Cas simulé : couloir étroit
  En conclusion
 

Ces expériences permettent de mettre en évidence les zones qui, par leur topographie, sont les plus propices à une rupture du manteau neigeux lorsque les conditions nivologiques sont analogues à celles que simule le modèle réduit.
Ces conditions (plaque tendre sur couche fragile) se retrouvent assez souvent en hiver, pendant ou juste après une chute de neige peu ventée survenant après une période de beau temps froid.
Attention ! Si le paramètre " topographie " a été ici isolé, c'est pour être plus facilement étudié ; il ne faudrait surtout pas en conclure que l'on se propose de prévoir les avalanches en s'appuyant sur ce seul paramètre. Pour déterminer les zones susceptibles de connaître un déclenchement d'avalanche, il faudra bien entendu analyser également les conditions nivologiques locales et prendre en compte l'ensemble des facteurs – topographiques et nivologiques – d'instabilité.

Ces expériences ne prétendent pas quantifier les phénomènes étudiés ni en expliquer la physique : ce modèle réduit n'est qu'un outil pédagogique. Cependant le réalisme de certaines simulations est troublant et interpelle. La modélisation physique des mécanismes de déclenchement des avalanches mériterait peut-être que l'on s'y intéresse de plus près...


Remerciements à P. Furrer et A. Gleason.
Notes
Ces travaux ont été présentés pour la première fois dans la revue “ Montagnes Magazine ”, Grenoble, mars 2002.

----
aide-- hautaccueilretour © ANENA