Améliorer la prévision du risque d'avalanche

Comment améliorer la prévision du risque d'avalanche ?

Cristal de neige - © Météo-FranceMétéo-France travaille à améliorer l'observation en temps réel du manteau neigeux et des conditions météorologiques en zone de montagne : amélioration de la qualité des mesures effectuées par son réseau d'observations nivo-météorologiques, exploitation de nouveaux types d'images satellitaires Des instruments de mesure innovants, utilisés pour la recherche, permettent parallèlement d'accéder à de nouveaux paramètres pour caractériser la neige.
Enfin, la chaîne de modélisation nivologique Safran-Crocus-Mepra fait régulièrement l'objet d'améliorations.

En pratique, les efforts portent sur les domaines suivants :

Resserrer le maillage spatial utilisé

Actuellement, la chaîne de simulation Safran-Crocus-Mepra permet d'estimer le risque d'avalanche au sein de zones de 400 à 2000 km², à l'intérieur desquelles les conditions météorologiques sont considérées comme homogènes. Les équipes de recherche travaillent  à mettre en place une grille spatiale comparable à celle utilisée dans  le modèle AROME, le modèle de prévision météorologique de Météo-France actuellement le plus fin, de l'ordre de quelques kilomètres.

Intégrer en temps réel dans la chaîne nivologique de nouvelles données relatives aux conditions météorologiques

Safran utilise, outre des données analysées issues de modèles météorologiques, des observations au sol des conditions météorologiques ainsi que des images satellitaires de la couverture nuageuse. Les images satellitaires permettent de mieux connaître l'état du manteau neigeux : limites d'altitude de l'enneigement, type de neige en surface, etc. L'assimilation d'autres données issues de satellites ainsi que de données radar de précipitations permettra d'affiner encore l'analyse. 

Mieux prendre en compte les effets du transport de la neige par le vent

Les effets du vent sur la neige et sur le risque d'avalanche qui en découle sont souvent déterminants en montagne : le vent est à l'origine de la formation de la majorité des plaques, qui provoquent les  avalanches les plus meurtrières. L'étude approfondie du phénomène de transport de la neige par le vent est donc indispensable pour bien en comprendre les mécanismes et les conséquences, afin de les intégrer dans les simulations numériques.
Depuis le début des années 1990, le CEN étudie les effets du vent sur la répartition et la stabilité du manteau neigeux au col du Lac-Blanc, un site très venté situé à 2720 m d'altitude dans le massif des Grandes Rousses. En collaboration avec l'Irstea (Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture), les équipes de recherche du CEN y effectuent de nombreuses mesures : hauteur de neige au sol sur les versants au vent et sous le vent, vitesse du vent à différentes hauteurs au-dessus du sol, quantités de neige transportée par le vent, caractéristiques de la neige avant et après un épisode de transport, etc. Ces données ont permis de mettre au point un modèle de transport de neige par le vent, qui sera  intégré, à terme, dans la chaîne Safran-Crocus-Mepra.
Parallèlement, des simulations des effets du vent sur le manteau neigeux à une échelle beaucoup plus fine que celle du massif vont être réalisées à l'aide du modèle de prévision numérique du temps à haute résolution de Météo-France Méso-NH.

Affiner la modélisation des processus et des propriétés physiques de la neige

La compréhension et la représentation sous forme d'équations des propriétés du manteau neigeux et des processus physiques qui gouvernent son évolution sont perfectibles.
Ainsi, les propriétés mécaniques et optiques (albédo3) de la neige sont encore imparfaitement représentées dans le modèle numérique Crocus. Il en est de même de la loi de tassement des couches de neige avec le temps, des phénomènes de rétention et de percolation de l'eau liquide dans le manteau neigeux, ainsi que la représentation du métamorphisme de la neige.
Les progrès passent par le déploiement sur le terrain de systèmes de mesures plus précis et la poursuite de l'étude en laboratoire des propriétés macroscopiques et microscopiques de la neige. Deux chambres froides, l'une à Saint-Martin-d'Hères, près de Grenoble, l'autre dans le laboratoire d'altitude du col de Porte, permettent d'étudier la neige.
Sur le terrain, les chercheurs utilisent des instruments de mesure innovants, développés en collaboration avec les laboratoires de l'OSUG (Observatoire des sciences de l'Univers de Grenoble), tels que le LGGE (Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement). Pour mesurer la conductivité thermique de chaque strate de neige, les chercheurs disposent désormais d'une sonde dite "à aiguille chauffée. Un autre instrument effectuant une mesure d'albédo dans l'infrarouge leur permet de mesurer la taille optique des grains de neige. Enfin, le SnowMicroPen (développé à l'Institut fédéral pour l'étude de la neige et des avalanches WSL-SLF de Davos en Suisse) fournit en quelques minutes un profil vertical extrêmement précis et détaillé de la résistance à l'enfoncement de la neige. Ces nouveaux types de mesures contribuent à améliorer la représentation des propriétés et lois physiques de la neige dans le modèle Crocus, en fournissant des moyens de comparer les résultats du modèle à des observations de terrain.
Les progrès passent également par une meilleure connaissance de la structure de la neige. Celle-ci est en effet un matériau granulaire en 3 dimensions. Il est donc nécessaire d'en connaître la structure spatiale, ce qui est impossible avec un simple microscope. Les chercheurs du CEN ont été parmi les premiers à réaliser des images tridimensionnelles de grains de neige, par tomographie aux rayons X à l'ESRF4, avec une résolution de 5 à 10 micromètres. Actuellement, ces images sont obtenues grâce au tomographe du laboratoire du CNRS 3SR5, qui permet de suivre l'évolution de la structure de l'échantillon de neige au fil du temps sous l'effet du métamorphisme.
Un modèle physique de simulation numérique de l'évolution de la structure tridimensionnelle de la neige (métamorphisme) est également en cours de développement au CEN.  Le but est de remplacer les lois expérimentales et empiriques de métamorphisme de la neige figurant actuellement dans Crocus par les résultats obtenus fourni par ce modèle physique. Les images tridimensionnelles de la neige acquises par tomographie permettront là encore de comparer les résultats du modèle aux observations.

Améliorer l'analyse de la stabilité du manteau neigeux faite par Mepra

Si les résultats de Mepra bénéficieront automatiquement de l'amélioration des modules Safran et Crocus, le modèle Mepra devrait lui aussi connaître d'autres améliorations : amélioration des connaissances sur le comportement mécanique de la neige, étude de l'effet de la variabilité spatiale du manteau neigeux sur la stabilité d'une pente, passage à une description mécanique tridimensionnelle du manteau neigeux.

 

3. albédo : rapport du rayonnement solaire réfléchi au rayonnement solaire incident
4. European Synchrotron Radiation Facility
5. Sols-Solides-Structures-Risques