LA NIVOLOGIE Quelles sont les applications de cette nouvelle science? Florian DEFRENEIX Sylvain FAUNIERES Julien GAILHARD Marc GORRY POLLET
La nivologie : quelles sont les applications de cette nouvelle science? Plan : Introduction I. Le sondage par battage II. Profils stratigraphiques III. Prévoir les avalanches Conclusion
Introduction : La neige fraîche peut se présenter sous différentes formes, suivant les conditions qui ont régné au moment de sa formation et au moment de sa chute. Chaque chute de neige se dépose en couche ou en strate, l ensemble de couches formées par les différentes chutes successives constituant le manteau neigeux. Ces couches restent bien distinctes à l intérieur du manteau et évoluent dés leur dépôt au sol en fonction des conditions météorologiques et du site : altitude, exposition au soleil ou au vent. La surveillance régulière de l évolution de ces couches est nécessaire à l estimation du risque d avalanche. Elle se fait au moyen du sondage pas battage et du profil stratigraphique : C est la nivologie.
I - Le sondage par battage. Le sondage par battage se fait grâce à la coopération de deux personnes, l une qui réalise les mesures et l autre qui note les données. Pour réaliser cette expérience, il est nécessaire d avoir principalement : la sonde de battage, la pelle, un thermomètre et des appareils de mesures. 1) Description de la sonde de battage : La sonde est un ensemble de tubes mesurant tous un mètre, pesant un kilogramme chacun, le premier étant terminé d une pointe d'un angle de 60. On peut superposer ces tubes suivant l épaisseur de couche du manteau neigeux. Un poids d'un kilogramme coulissant sur une tige est amovible et se met sur la partie supérieure du tube. Ce poids sert à enfoncer la sonde dans la neige grâce à des petits coups successifs. Certaines sondes peuvent mesurer soixante centimètres pour faciliter le transport. 2) Déroulement du sondage : Les mesures se font sur un terrain représentatif de l enneigement moyen du site, il ne faut ni crêtes exposées au vent ni creux avec des sur épaisseurs de neige. Cet endroit doit être vierge de toute activités antérieure ou du moins récente : aucune piste de ski, ni passage d engins à chenilles. Ensuite, on peut mesurer l épaisseur du manteau neigeux en enfonçant verticalement le tube jusqu à ce que son extrémité entre en contact avec le sol. Cela permet de connaître l épaisseur actuelle du manteau et la résistance de la neige.
Après avoir enfoncé la sonde jusqu au sol, on la laisse tomber verticalement dans la neige. Deux cas se présentent alors : -Si le tube s enfonce : on repère la graduation la plus proche du niveau de la neige, on l arrondit et on note la valeur dans la colonne «e»à la première ligne. -Si le tube ne s enfonce pas : on marque la valeur 0 dans la colonne «e», toujours à la première ligne. Après la deuxième opération, on passe a la troisième. On maintient le tube en position verticale sur la neige vierge ; on place le poids de un kilo sur sa partie supérieure et on le lâche. Deux cas se présentent alors : -Si le tube lesté s enfonce : on repère la graduation la plus proche du niveau de la neige, on l arrondit et on note la valeur dans la colonne «e» à la deuxième ligne.
-Si le tube ne s enfonce pas : on note la même valeur que dans la première ligne, toujours à la colonne «e». On reprend le poids, on le monte jusqu'à la graduation 10cm et on le relâche puis on note la valeur dans la troisième ligne de la colonne «e». Le principe du sondage par battage est d obtenir un enfoncement régulier d environ 1 cm par coup. Dans le cas où les enfoncements sont réguliers, on procède à des séries de 5 à 10 coups successifs, d une même hauteur de chute. Une des mains du sondeur assure la verticalité de la sonde mais ne doit, en aucun cas, freiner la progression de la neige.
Si, par exemple, au cours d une série de coups dont la hauteur de chute est de 10 cm, on obtient pour les 3 premiers coups un enfoncement total de 3 cm (3 * 1 cm) et seulement 0.5 cm au quatrième, on arrondit au cm mais on passe à une hauteur de chute supérieure, soit 20 cm. Si la sonde s enfonce de 1 cm environ, continuer la série avec la même hauteur de chute (20 cm). Si cette hauteur est insuffisante, on passe à une hauteur de chute supérieure (30 cm)
II - Profil Stratigraphique La sonde est laissée en place et à proximité de celle-ci, on commence à creuser un trou de 50cm de profondeur environ affin d effectuer immédiatement les mesures de température dans les premières couches du manteau neigeux. Cette opération étant réalisée, on continue de creuser par tranche de 50 cm d épaisseur jusqu au sol. Le trou est fait de telle sorte que la paroi située du coté de la sonde soit à l ombre. 1) Mesure des températures : Comme signalé précédemment, les mesures de température dans la neige sont effectuées très rapidement au fur et à mesure que le trou est creusé par tranches de 50 cm environ pour éviter que la température de l air ait le temps d influencer celle de la neige. Le premier thermomètre est planté en face de la graduation de la sonde multiple de 10 cm. La température est lue environ 3mn après la mise en place du thermomètre en ayant soin de laisser le réservoir en contact avec la neige. Si l on dispose d un thermomètre électronique, la lecture peut se faire 20 à 30 secondes après la mise en place. cm. On peut observer différents niveaux de mesures : -Quand la couche de neige est inférieure à 150 cm : les températures sont prises tous les 10 -Quand la couche de neige est supérieure à 150 cm : la température est prise de 10 en 10 cm sur une épaisseur de 100 cm, puis de 20 en 20 cm et ce jusqu au sol.
2) Les différentes couches : On observe plusieurs couches de neige que l on peut repérer facilement. L opération consiste à dénombrer les strates et à inscrire les différentes hauteurs sur la feuille «profil stratigraphique», sans chercher à indiquer la nature des grains. Ce repérage étant fait, chaque strate est examinée en détail, en descendant de la surface vers le sol. Si la neige évolue rapidement, ne pas hésiter à «rafraîchir» la coupe à l aide d un coup de pelle. Les cristaux sont recueillis sur la plaquette d observation en grattant avec celle-ci la paroi verticale de la couche à caractériser. L identification des cristaux et l estimation de leur diamètre se font à l aide de la loupe. L estimation de la taille des grains se fait par comparaison avec les mires figurant sur la plaquette. 3) Les différentes formes de cristaux : Il existe plusieurs sorte de cristaux de neige : -Quand la neige est fraîche, on observe des cristaux intacts, très facilement identifiables. Les plus fréquents dans ce type de neige sont les étoiles, les plaquettes, les aiguilles ou colonnes et la neige dite roulée. Parfois, on observe plusieurs types de cristaux coexistant dans la même couche.
-Les grains fins, qui sont de petits grains plus ou moins arrondis inférieurs à 0.5 mm. Leur forme initiale n est pas identifiable. Ils se forment à l aide de neige roulée et de particules de cristaux. -Les grains à faces planes sont de petits grains présentant des angles vifs et caractérisés par la présence de quelques facettes. L ordre de grandeur et lui aussi de 0.5 mm. Ils se forment à l aide de grains fins et de particule de cristaux. -Les gobelets sont des cristaux assez gros, de plusieurs mm. Ils sont caractérisés par des angles vifs et des facettes striées. Ils ont la particularité ne n avoir aucune cohésion entre eux, et sont de ce fait, l une des principales causes des avalanches. -Les grains ronds ont la surface émoussée. Leur forme est très arrondie. Leur diamètre se situe entre 05. mm et 2 cm. Ces grains sont caractéristiques des couches dites vielles. Ils sont les résultats de la fonte de la couche. Ils se forment à partir de tous les types de cristaux.
La neige est en constante évolution, ce qui rend fréquent le passage d'un type de grains à un autre. On rencontre donc souvent deux types de grains dans une couche. Lorsque nous reporterons ces données sur le profil stratigraphique, il faudra mettre le symbole des deux types de cristaux. Il existe aussi deux types de formation de couche, qui peuvent être dangereux pour l homme : -Le givre de surface, qui s observe après une nuit froide, claire et avec peu de vent. -La croûte de regel, neige durcie par le gel après avoir été humidifié. L eau liquide présente dans la neige s est transformée en glace et vient souder touts les grains entre eux. Dans le cas des neiges récentes, des dimensions différentes ne permettront pas toujours de donner un diamètre moyen. Pour les formes granuleuses, cette estimation est plus facile à réaliser. Si les grains se présentent sous forme d agglomérats, on prendra soin de bien apprécier le diamètre des grains constituant la grappe et non la dimension de la grappe. Si on observe plusieurs grains dans une couche, on note le diamètre du prédominant. 4) La dureté : La dureté de la neige est elle estimée de façon plus empirique, en fonction de la possibilité d enfoncer facilement ou non : le poing, 4 doigts, 1 crayon, une lame de couteau. La dureté de la neige sera chiffrée comme ceci : 5) L'humidité : On doit aussi mesurer l humidité de la neige : La neige sera systématiquement déclarée sèche si la température de la strate est inférieure ou égale à 1.0 c
Si la température de la neige est comprise entre 1 et 0, l humidité sera appréciée de façon très simple en essayant de faire très facilement une boule de neige. En fonction du résultat, on chiffrera les résultats de cette façon : 6) La masse volumique: Le principe de la mesure de la masse volumique est de peser un échantillon de neige dont on connaît le volume. La mesure s effectue à l aide d un carottier et d un peson. La mesure sera faite dans toutes les strates dont l épaisseur dépasse 10 cm, et dans celle de plus de 30 cm, on fera deux mesures. neige. 7) La teneur en eau liquide (TEL) : Ensuite, on cherche à mesurer la teneur en eau liquide présente dans un certain volume de On se sert du rapport : volume de l eau liquide/volume total de l échantillon (neige+eau). La mesure, basée sur les propriétés diélectriques de l eau et de la glace, met en jeu des fréquences comprises entre 15 et 20 MHZ. Dans cette gamme de fréquence, la constante diélectrique ne dépend plus que de la TEL et de la masse volumique. L appareil se compose d un condensateur cylindrique de volume connu et utilisé comme un carottier. 0 c. Les mesures ne seront faites que dans les couches ou la température de la neige est égale à Une coupe verticale est effectuée dans la strate analysée sur une largeur de 30cm. 8) La résistance au cisaillement : On va pour finir mesurer la résistance au cisaillement, qui consiste à enfoncer une couronne à ailette pour en déduire la résistance au cisaillement. On se sert alors d un scissomètre. Il existe 3 tailles de couronnes, que l on utilise en fonction de la cohésion de la neige : -une petite couronne pour la neige à forte cohésion. -une moyenne pour la neige de tout type de cohésion, c est la plus utilisée. -un grande pour la neige à très faible cohésion. Une fois toutes ces mesures réalisées, il faut les mettre en évidence sur le profil stratigraphique. Le dépouillement des mesures consiste à élaborer un graphique représentatif des valeurs observées. Le graphique comportera un profil de résistance, de température et une représentation des strates.
9) Dépouillement des mesures : Le dépouillement des mesures consiste à élaborer le graphique des valeurs observées et mesurées précédemment. Ce graphique comporte un profil de résistance, de température et une représentation des strates avec leur caractéristiques. Les colonnes q, p, n, h, et e ont été remplies sur le terrain au cours des mesures. On remplit ensuite les colonnes d et H pour remplir R. Dans la colonne «d» figurent les enfoncements obtenus, Ces valeurs correspondent à l'épaisseur d'une strate. Pour chaque ligne on obtient la valeur de la colonne d par la différence de la colonne e de cette ligne et celle de la précédente. Dans la colonne H figurent les hauteurs, au dessus du sol, du sommet de chaque strate d'épaisseur d. On commence par la dernière ligne du relevé. Elle sera égale à la somme du H de la ligne du dessus avec la valeur du d de la ligne considérée. Une fois ces deux valeurs trouvées, les résistances R sont calculées avec cette formule : R = n x h + q + P d Afin de visualiser les mesures faites sur le terrain, on utilise un imprimé sur lequel sont tracés les profils de résistance et de température ainsi que les limites de chaque strate avec leurs caractéristiques. Les services Météo France disposent de logiciels spécialisés pour tracer ces profils avec une plus grande précision. Dans le profil stratigraphique, on trouve deux profils différents. Le profil de résistance, qui se trace sur la partie millimétrée de l'imprimé. En ordonnée sont portées les hauteurs de neige, la colonne H et, en abscisse, les résistances calculées, la colonne R. Le profil de température, qui se trace sur le même graphique. En ordonnée sont portées les hauteur de neige comme pour l'autre profil et, en abscisse, les valeurs de température.
III - Prévoir les avalanches Suite à ces sondages par battages, les nivologues en déduisent la dureté, la température, l'humidité et la masse volumique des différentes couches de neige. Ils peuvent mettre en place un profil stratigraphique qu'ils envoient à Météo-France qui diffuse ensuite dans la station une estimation du risque d'avalanche. Si le drapeau est jaune, ce qui correspond au niveau 1-2, cela signifie que les conditions sont sûres, sans danger digne de ce nom. Le drapeau à damiers, correspond au risque de niveau 3-4, et représente un risque d'avalanche existant et un avis défavorable à la pratique des sports de glisse et de randonnée. Finalement, le drapeau noir correspond au niveau de risque 5, le plus fort risque d'avalanche pour lequel il est très fortement déconseillé de pratiquer toute activité à cet endroit là. Suite aux sondages par battages, les nivologues connaissent les endroits à risque d'avalanches. Les risques les plus importants sont les endroits où les différentes couches de neige dans le manteau ont des cohésions et des masses volumiques très différentes. De plus, des gobelets peuvent constituer une de ces couches et cette couche représente la principale cause d'avalanches car la cohésion entre les grains de neige est très faible.
Tout cela à permis d'élaborer dès 1970 la cartographie de localisation probable des avalanches. Le principal risque non naturel est le hors piste des skieurs. Les meilleurs skieurs savent lire les profils stratigraphiques, qui sont d'ailleurs obligatoires en bas des remontées mécaniques, ce qui leur permet de savoir où ils peuvent skier. Voici un exemple de profil stratigraphique dangereux: Le P.I.D.A ( Plan d'intervention de Déclenchement des Avalanches ) est un arrêté municipal définissant où, par qui et comment sont menées les opérations de déclenchement artificiel d'avalanche. Il constitue un élément de sécurité du public. Il comporte des éléments cartographiques qui permettent de définir où effectuer les tirs artificiels nécessaire au déclenchement d'avalanche. Ce plan précise pour chaque tir, le matériel nécessaire, le nombre d'artificiers, le personnel pour le contrôle de la sécurité, le matériel, les méthodes employées, les moyens de transport... Pour limiter les dégâts des avalanches, l'implantation de claies ( barrières de bois, de métal ou simples filets de protection) sur la zone propice à un déclenchement est nécessaire afin de fixer la neige.
Les forêts et la végétation constituent des pare-avalanches naturels qui peuvent être sollicités à tous moments. Ces moyens de prévention peuvent gêner les départs d'avalanches, mais pas les arrêter. Des constructions sont faites près des stations pour diminuer la puissance de l'avalanche. Ces constructions sont une succession de bâtis en béton de forme triangulaire et servent à diviser l'avalanche. Les pisteurs ont parfois besoin de déclencher eux mêmes les avalanches pour provoquer la coulée. Cela se fait au moment où ses conséquences seront les plus faibles, en dehors des heures d'ouverture pour éviter que des skieurs soient en aval. Pour les déclencher, ils ont recours au catex et au gazex. Le catex ci-dessus est un dispositif de pylônes reliés entre eux par des câbles. Ces câbles permettent d'acheminer des charges explosives au milieu des pentes sans que le pisteur risque sa vie. Le Gazex ci-dessus est un réservoir dans la montagne qui contient un mélange de gaz explosif pouvant être libéré en cas de besoin.
Conclusion Tous au long de ce TPE nous vous avons présenté et décrit cette nouvelle science qu'est la nivologie et ses applications. Nous vous avons montré qu'elle est nécessaire, pour prévoir de dangereuses avalanches, et donc pour le bon fonctionnement des stations. Durant notre voyage scolaire qui nous a amené dans les Alpes, nous avons pu assister à la pratique d'un sondage par battage et à la réalisation d'un profil stratigraphique. Nous remercions par ailleurs Thierry JEANDON, un des nivologues des 2 Alpes, qui nous a grandement aidé dans la réalisation de ce projet.