Constitution et propriétés du manteau neigeux en relation avec la formation des avalanches

En montagne, la couverture de neige hivernale représente non seulement une appréciable réserve d' eau, mais protège aussi la végétation et constitue la base même du tourisme de cette saison, en même temps, d' ailleurs, qu' un danger. En effet, la neige accumulée au gré des précipitations successives se caractérise par une stratification typique, déterminante dans le processus de formation des avalanches. D' autre part, ce dépôt est soumis à d' amples variations spatiales et temporelles. Stratification et variabilité sont donc les deux propriétés essentielles du manteau neigeux.

La neige et son accumulation Formation de la neige L' aspect des cristaux de neige dans l' atmosphère libre dépend de la température et de l' humidité de l' air, en particulier de son degré de sursaturation en vapeur d' eau. La diversité naturelle de la forme de ces cristaux, qui comptent le plus souvent six branches, est extraordinairement étendue.

III. la Epaisseur de neige fraîche cumulée 31. Dez. 1994-3. Jan. 1995 ( 4 jours ) 111.1a et 1b Distribution typique des épaisseurs de neige fraîche après une période de chutes de neige: barrage du nord ( à gauche ), barrage du sud ( à droite ) La neige se forme lorsqu' une masse d' air assez chaude et humide se refroidit, en principe par soulèvement. Au cours de ce processus, l' air se détend en raison de la baisse de la pression atmosphérique et sa température diminue. L' air froid ne pouvant pas contenir autant d' humidité que l' air chaud, la vapeur d' eau excédentaire se condense puis, par température négative et en présence de noyaux de congélation, passe à l' état solide. La limite des chutes de neige peut se situer jusqu' à 300 mètres au-dessous de l' isotherme de zéro degré, selon l' intensité des précipitations ( au maximum environ 10 cm par heure ), laquelle est d' importance primordiale pour la formation des avalanches. En règle générale, le danger d' avalanche croît rapidement en fonction de l' intensité des précipitations.

Variabilité spatiale à grande échelle du manteau neigeux due à des situations météorologiques typiques Cette variabilité à grande échelle ( 10 à 100 km ) dépend fortement du climat ou, plus précisément, de divers scénarios météorologiques typiques ( cf. ill. 1 a et 1 b ). Pour les Alpes suisses, ce sont les situations de barrage du nord ( courant de nord-ouest à nord en altitude ) et du sud ( courant de sud à sud-ouest ) qui engendrent les précipitations les plus généreuses. Les premières chaînes des Préalpes et des Alpes, celles de Glaris par exemple, reçoivent de la neige en abondance, tandis que les régions alpines internes, tels l' Engadine et le sud du Valais, sont des régions comparativement pauvres en neige.

111.1b Epaisseur de neige fraîche cumulée 6. Jan. 1994- 1O. Jan. 1994 I5jour:

:':...* III.2 Effet évident du transport de la neige par le vent: côté au vent et côté abrité du vent Photo: Jùrg Schweizer Variabilité spatiale à petite échelle du manteau neigeux due à des conditions météorologiques et topographiques locales Cette variabilité ( 10 à 100 m ) est fonction du vent et des formes du terrain. En effet, l' épaisseur de la neige peut varier considérablement sur de courtes distances, en raison d' accumu pendant et après les précipitations. Quant à l' exposition ( rayonnement solaire ), elle joue un rôle de premier plan dans le processus d' abla de la couche de neige.

Variabilité à long terme Cette variation temporelle ( à l' échelle de l' année ) du manteau neigeux, déterminée par le caractère aléatoire du temps et du climat, peut conduire à des séries d' hivers ou de débuts d' hiver très riches ou très pauvres en neige ( cf. ill.2 ). Les épaisseurs de neige varient fortement, souvent de plus ou moins 50% de la moyenne pluriannuelle, pour une période de l' hiver et un endroit donnés.

Conditions de formation d' un manteau neigeux propice aux avalanches Entre autres critères, les conditions météorologiques régnant au cours des chutes de neige, en particulier la température et la force du vent, sont déterminantes pour la formation des avalanches. Une couche de neige fraîchement tombée est constituée à 90% d' air ( densité typique: 100 kg/ m3 ). Si elle est épaisse et froide, elle est très souvent instable et glisse facilement d' elle pendant ou juste après la fin d' une assez longue période de précipitations ( avalanches spontanées ). Avec le temps, la neige se tasse par son propre poids, par la pression de nouvelles chutes de neige et par la modification de sa structure. Lorsque le vent brise les fragiles cristaux de neige, pendant leur chute ou durant leur dépôt, ceux-ci s' aggluti de manière compacte et la couche de neige qui en résulte forme des plaques. Ces dernières ne présentent pas encore de danger par elles-mêmes. Mais ce qui est déterminant, c' est leur liaison avec les couches sous-jacentes, et/ou la présence éventuelle, dans ces couches de vieille neige, d' une couche de moindre résis- III.3 Epaisseur moyenne de la neige, calculée sur ces 50 dernières années, au Weissfluhjoch ( 2540 m ) au début de décembre. La moyenne mobile n' affiche aucune tendance particulière.

40 0 45 tance. En règle générale, plus les différences de dureté sont marquées entre les diverses couches, plus le manteau neigeux dans son ensemble sera propice aux avalanches. A cet égard, la superposition d' une couche tendre sur une couche dure crée une situation particulièrement défavorable.

Danger du givre de surface Le givre de surface est une forme particulière de la glace ( cf. ill.4a—c ). Lorsque la couche d' air en contact avec le sol se refroidit suffisamment 200 E l 160 9t .S1 120 v c S 80

T " décembre i

/

" moyen ylisüanl

I t

55 65 75 85 95 Année III.4 Epaisseur moyenne, minimum et maximum de la neige au cours de l' année au Weissfluhjoch ( 2540 m ) 01.10 01.12 31.01 02.04 02.06 02.083O.09 Pour l' alpiniste, le skieur et le randonneur givre de surface température de la neige lll.5a-c Givre de surface: à gauche, formation par nuit claire; au milieu, pas de formation par ciel couvert; à droite, gros cristaux de givre pour qu' il s' y produise une sursaturation de vapeur d' eau, l' humidité excédentaire se dépose sur la neige sous forme de cristaux en paillettes, aisément reconnaissables. Cela arrive surtout au cours de nuits claires, lorsque le rayonnement thermique refroidit fortement la surface du manteau neigeux. Si de la neige fraîche recouvre ces cristaux, ils constituent alors une couche particulièrement fragile et peu cohérente, idéale pour l' appari du danger d' avalanches ( cf. ill. 5 ). La formation du givre de surface dépend de données micro-météorolo-giques ( vent, en particulier ), ce qui explique sa forte variabilité spatiale. Il peut très bien disparaître rapidement par la suite, sous l' influence du vent ou du rayonnement solaire. C' est pourquoi la répartition spatiale des couches de givre est très variable.

rayonnement, de chaleur latente ( fonte, congélation ), de chaleur sensible et de précipitations ( cf. ill. 6 ). Dans ce contexte, les caractéristiques propres à la neige sont: un albédo élevé ( 70 à 90% du rayonnement solaire incident est réfléchi à la surface de la neige ), un fort rayonnement thermique et une faible conductibilité thermique. Cette dernière qualité lui permet de protéger efficacement le sol et la végétation des rigueurs de l' hiver.

Au-dessus de 2500 m d' altitude environ, le sol est habituellement gelé en permanence ( permafrost, ou pergélisol ), surtout dans les zones situées à l' ombre. Sa température est donc légèrement négative. Toutefois, au plan de l' appréciation du danger d' avalanches, cette caractéristique n' exerce qu' une minime influence sur la structure du manteau neigeux et, au début et pendant le gros de l' hiver, sur le type de métamorphose prévalant.

En règle générale, les transferts de chaleur s' effectuent lentement à l' intérieur du manteau neigeux. Les variations de la température de l' air ne se transmettent qu' affaiblies et avec un certain retard dans le manteau neigeux et n' ont, par conséquent, qu' une faible influence sur le danger d' avalanches, en plein hiver surtout. En revanche, l' action du rayonnement solaire incident est rapide, mais se limite aux premiers Bilan énergétique du manteau neigeux Des échanges d' énergie se produisent en permanence entre l' atmosphère, le manteau neigeux et le sol, ainsi qu' à l' intérieur même du manteau neigeux. C' est entre l' air et le manteau neigeux que l' échange de chaleur est le plus intense, surtout sous forme de 10 à 20 cm du manteau neigeux. Il est cependant incontestable que rayonnement et température de l' air influent sur le danger d' avalanches. Mais on n' a pas encore trouvé une explication entièrement satisfaisante de leur rôle.

Métamorphose de la neige Causes et conséquences La métamorphose de la neige est le résultat direct des échanges constants d' énergie intervenant dans le système atmosphère - manteau neigeux - sol. Dans le manteau neigeux, les différences de température et de taille des cristaux sont à l' ori des variations de l' humidité de l' air intersticiel, gouvernant ainsi la métamorphose, soit le processus de transformation de la neige. Cette évolution permanente de la neige est de première importance pour la formation des avalanches. En effet, après une chute de neige, des couches faibles peuvent se développer dans le manteau neigeux, en particulier immédiatement au-dessous de la surface ou sous des strates croûtées. Avec le temps, la métamorphose conduit également à des modifications de la résistance de certaines couches. Comme nous l' avons déjà 111.6 Flux d' énergie et de masse liés au manteau neigeux r { rayonnementsolaire \ KVrayonnementi thermique / s.. ,.L* échangeSI pluie ou neige air/neige réfléch

H '

3' SvT

absorbé »ii..

manteau neigeux fonte/regel.

-.(.: t flux thermique de sol III.7 Le vent travaille la neige et y laisse ses traces

\ l«,\ v *

mentionné, ce sont les conditions météorologiques ( température, vent, rayonnement, précipitations etc. ) qui influencent la distribution des températures dans le manteau neigeux. Certains de ces paramètres étant liés à l' exposition ( le rayonnement, par exemple ), la transformation de la neige, ainsi que la structure du manteau lui-même, sont très dépendantes du site.

Pour la neige sèche, on distingue entre métamorphose destructive et métamorphose constructive; quant à la neige mouillée, on parle à son propos de métamorphose de fusion.

III.8 Profil de rupture d' une avalanche de plaque déclenchée par une skieuse au Totalphorn Nord: la couche de glissement est constituée d' un givre de surface recouvert de neige.

Métamorphoses constructive et destructive de la neige sèche Dans une couche de neige sèche, l' intensité de la métamorphose, c'est-à-dire la rapidité de croissance des cristaux de neige, est directement proportionnelle à la température et au gradient thermique ( différence de température par unité de longueur ), et inversement proportionnelle à la densité de la neige. C' est ainsi qu' une strate peu épaisse de neige meuble va fortement évoluer par température basse et persistante ( sur un ubac, par temps beau et froid au début de l' hiver, par exemple ). Plus précisément, les choses se passent comme dans l' atmosphère, où le taux de sursaturation en vapeur d' eau ( égal ou inférieur à 5% ) et la température déterminent l' aspect des cristaux.

Au-dessus d' un seuil critique de sursaturation ( 1 à 2 % ), des formes anguleuses hexagonales apparaissent; au-dessous de cette limite, des cris- Pour l' alpiniste, le skieur et le randonneur température de la neige 15105 Tab.1 Aspects et métamorphoses de la neige:

origine et propriétés ( valeurs typiques ) Neige Neige fraîche feutrée Petits grains arrondis Grains Gobelets Grains < anguleuxfusion Symt Dimension caractéristique en mm Métamorphose Gradient thermique en °C/m Cohésion ou « résistance » 0,5... 2 10,. " " .25... 0,5 destructive

Critères d' apparition de couches faibles Dans le manteau neigeux, les strates croûtées constituent des bar- rages à la vapeur d' eau. Par gradient thermique prononcé, ce phénomène favorise souvent la formation, au-des-sous de la croûte, de gros cristaux donnant naissance à une couche susceptible de glisser. On rencontre parfois des gradients thermiques très élevés au voisinage de la surface de la neige, lorsque celle-ci se refroidit fortement ( cf. ill. 4a—c ). Par nuit très claire, ils peuvent même atteindre jusqu' à 100 °C/m dans les premiers centimètres du manteau neigeux, où se forment de grands cristaux anguleux. C' est là une autre possibilité, très fréquemment observée, de formation d' une couche faible. En règle générale, les couches faibles issues de la métamorphose constructive montrent une grande extension spatiale.

Les dangers de la neige coulante La neige coulante ( couche meuble constituée de cristaux en gobelets ) apparaît de préférence au début de l' hiver, par temps froid et sec. Elle n' est pas dangereuse en elle-même, mais la situation peut devenir critique si, après une belle période préhivernale pauvre en neige, cette couche ill. 10 c gradient de température -15°C/m5°C/m 2...

de fusion sol 111.12 Les différences de température déclenchent la métamorphose de la couche de neige: ( a ) donnant de petits grains arrondis par faible gradient thermiqueb ) donnant des grains anguleux par fort gradient thermique Pc ) donnant des grains en forme de gobelets par très fort gradient thermique ( a ) faible, gradient de température: métamorphose destructive moyen gradient de température: métamorphose constructive fort gradient de température: métamorphose très constructiv métamorphose de la neige humide 111.11 Représentation schématique de la métamorphose de la neige, avec les six principales formes de grains ( voir tab. 1 ) est recouverte d' un dépôt assez épais ( 20 à 50 cm ) de neige fraîche. Les conditions sont alors idéales pour le déclenchement d' une avalanche de plaques de neige par un skieur. Une faible épaisseur de neige ne signifie donc pas que le danger d' avalanche de plaques est faible, bien au contraire!

Si la strate de neige coulante est recouverte d' épaisses couches compactes ( plus d' un mètre ), elle n' est en règle générale plus particulièrement dangereuse. Ce n' est qu' au printemps, lorsque ces importantes accumulations de neige verront leur cohésion interne diminuer en raison du réchauffement que, sous certaines circonstances, la masse de neige tout entière pourra se fissurer et se mettre à glisser, donnant naissance aux grosses avalanches de fond printanières.

Métamorphose de fusion De manière générale, des formes de fusion ( ill. 8 c ) apparaissent dans la neige mouillée, processus favorisé par la pénétration de l' eau de pluie.

Pour l' alpiniste, le skieur et le randonneur 01 a L' alternance du gel et du dégel arrondit les grains de neige, qui se soudent entre eux. Une couche de neige rapidement détrempée perd en général de sa cohésion, et l'on observe fréquemment de nombreuses avalanches de neige mouillée après le premier épisode prolongé de redoux. Contrairement à celle des plaques de neige sèche, la prévision des avalanches de neige mouillée est très ardue, car nos connaissances sur le processus d' humidification du manteau neigeux et de la perte de cohésion qui en résulte sont encore très lacunaires. Toutefois, le manteau neigeux conserve une résistance suffisante tant que sa surface regèle pendant la nuit, en formant une croûte épaisse. Cette neige de printemps, avec formation de « gros sel » vers midi, est idéale pour les randonnées à skis, mais il faut porter une attention toute particulière au danger d' ava lanches de neige mouillée l' après, ainsi que par ciel nuageux ou voilé, lorsque la neige ne regèle pas en surface.

Le manteau neigeux est vivant!

La variabilité constante des conditions météorologiques et les divers processus de métamorphose modifient en permanence le manteau neigeux, dès les premières chutes de neige jusqu' à sa fonte complète. Pour mieux connaître cette vie intérieure du manteau neigeux, il n' y a rien de mieux à faire que de saisir une pelle à avalanche et de creuser vaillamment. L' examen des couches de neige, combiné avec des tests de stabilité, livre toujours de précieuses informations et, fréquemment, des indices pertinents pour l' appréciation locale du danger d' avalanches.

Jürg Schweizer, ENA, Weissfluh-joch/Davos ( trad. Un beau manteau neigeux, mais... mieux vaut glisser sur sa surface que faire connaissance avec ses profondeurs!