"NEIGE ET AVALANCHES" : LA REVUE DE L'ANENA
Observer
la neige pour comprendre les avalanches : difficultés et limites
Neige et Avalanches n° 79 - Septembre 97
Observer la neige pour comprendre les
avalanches : difficultés et limites
Manteau neigeux instable...
Quelles ont été les conditions nécessaires ?
Quelles auraient été les conditions suffisantes ?
La détermination des grains de neige mis en cause
dans une avalanche semble une étape indispensable pour comprendre, puis
prévoir le phénomène. L'idée est retenue depuis longtemps et elle a
donné lieu à une classification des avalanches en fonction de la neige en
mouvement : poudreuse, plaques dures, fonte. La réalité est-elle aussi
simple ? La caractérisation des couches de neige d'un manteau neigeux
est-elle suffisante pour estimer sa stabilité ?
Afin de répondre à cette question, nous avons
commencé (en 1994) une série de campagnes de mesures sur le terrain
(essentiellement à Valfréjus) (1). Elles étaient destinées à surveiller
l'évolution de la neige dans des pentes sensibles aux avalanches et à
documenter (2) le plus précisément possible les conditions de départ de
plaques de neige.
Au cours de cette étude, plusieurs problèmes de
méthode se sont posé. Comment qualifier une couche de neige ? Quelles sont
les couches à examiner ? Où faire les sondages qui devront décrire
l'avalanche ? ... Aussi, les progrès permis par l'observation n'ont pas
été aussi importants que ce que nous avions espéré.
Pourtant, certaines interrogations ont maintenant une
réponse. Notamment, nous avons une vision plus précise de deux types de
couches de neige impliquées dans les avalanches de plaques : les couches de
neige mises en mouvement qui constituent la plaque proprement dite et les
couches de neige au sein desquelles s'est produit le cisaillement, entre la
plaque en mouvement et la neige restée en place.
Observer les grains pour décrire
une couche de neige
L'une des manières de décrire une couche de neige
est de citer les grains qui la composent. C'est ainsi que l'avalanche de
poudreuse est souvent associée à la neige fraîche, l'avalanche de plaque
dure aux grains fins, l'avalanche de fonte aux grains ronds…
Pour identifier la forme des grains, les observateurs
ne disposent souvent que d'une loupe de poche et d'une plaquette sur
laquelle ils placent un peu de neige. Cette technique permet de reconnaître
divers types de neige fraîche, le givre de surface, les gobelets, les
grains ronds... Elle s'avère généralement insuffisante pour les grains
plus petits ou les formes moins typiques.
Depuis 1985, le Centre d'Etude de la Neige (3) met en
œuvre du matériel sophistiqué pour l'étude des échantillons de neige
(caméra numérique, disque optique...). Il permet à la fois une saisie
rapide des images et une éventuelle analyse automatique ultérieure. C'est
ce matériel que nous avons pu utiliser pour observer les 442 échantillons
de neige prélevés au cours de l'étude, sur trois saisons, à l'occasion
soit de mesures systématiques dans une pente, soit d'avalanches. Il nous a
permis de réaliser 17813 images de grains ou de cristaux, soit environ 40
images par échantillon.
Exploitation des images de
grains : deux méthodes possibles
Pour caractériser une couche de neige par le (ou les)
type(s) de grains qui la composent, deux méthodes peuvent être utilisées
:
- La démarche la plus naturelle semble être la reconnaissance experte (4)
des formes selon une classification appropriée. Cette approche est
satisfaisante puisque, après une phase d'apprentissage, il est
théoriquement facile de reconnaître les indices propres à chaque type
(fragments de dendrites des particules reconnaissables, angles typiques des
grains à faces planes...). Elle reste imparfaite si la subjectivité est
importante.
- L'autre démarche, dictée par la rigueur scientifique, vise à la
reconnaissance automatique des types de grains. Elle doit permettre de
comparer des échantillons sur des critères qui ne sont pas évalués par
des observateurs humains (dimensions, convexité des grains...).
Dans les deux cas, pourtant, l'analyse est réalisée sur un échantillon de
grains ou de cristaux choisis par l'observateur. La subjectivité n'est donc
jamais écartée. Les résultats présentés ici sont issus de l'analyse
experte.
Analyse experte et diversité des
formes de grains
Pour nommer des grains de neige en fonction de leur
forme, il faut d'abord choisir une classification. En 1990, une commission
internationale a proposé une classification morphologique des cristaux de
neige fraîche et des grains plus évolués ; elle comprend 9 types qui
englobent chacun 2 à 8 sous-types [Colbeck 90]. La classification proposée
par le CEN sur les imprimés de profils stratigraphiques reprend l'essentiel
des types proposés par la classification internationale (de 1=neige
fraîche à 8=givre de surface). C'est à elle que nous nous sommes
référés. Deux problèmes se sont alors posé : la dénomination d'un
grain d'une part, et la dénomination d'un ensemble de grains (c'est à dire
une couche) d'autre part.
- Identification des grains
Grâce à la loupe binoculaire, les cristaux et les grains de forme typique
sont parfaitement identifiables (Figure 1). On retrouve les rondeurs et la
petite taille des grains fins, les angles caractéristiques des grains à
faces planes, les stries et la taille importante des gobelets, le film d'eau
qui lie entre eux les grains ronds...
Toutefois, les grains observés ont souvent des formes qui ne sont pas
décrites par les classifications (Figure 2). Ceci est dû à l'intervention
successive ou simultanée de plusieurs mécanismes. Par exemple, un bouton
de manchette (association d'une colonne et de plaquettes) peut aussi être
givré (des gouttelettes d'eau surfondues se sont condensées à sa surface
au cours de sa chute), une particule reconnaissable peut être déjà
nettement affectée par une métamorphose de faible gradient
("particule arrondie") ou par une métamorphose de gradient moyen
ou fort ("particule anguleuse"), un grain peut avoir été
transformé successivement par plusieurs types de métamorphoses (grains
"particuliers)" (5)... Enfin, la notion d'agrégation n'est pas
prise en compte dans cette méthode.
- Identification d'une couche de neige
Nous l'avons vu, l'identification d'un grain de neige n'est pas toujours
aisée. Le problème de l'identification d'une couche de neige est encore
plus complexe. Un échantillon prélevé dans une couche de neige
d'apparence homogène comprend souvent des grains de formes variées. Ainsi,
on peut trouver en même temps des particules reconnaissables, des grains
fins et des grains à faces planes (Figure 3).
Afin de tenir compte de cette diversité, nous avons attribué plusieurs
qualificatifs à une même couche de neige et, surtout, nous avons conservé
plusieurs images de grains par échantillon. Ainsi, la pertinence de
l'analyse experte peut être vérifiée, et des critères morphologiques qui
n'avaient pas été pris en compte dans un premier temps peuvent être
utilisés ultérieurement.
Les couches de neige impliquées
Ceux qui ont observé maintes fois des coupes de
manteau neigeux savent combien la superposition des couches de neige peut
être complexe. Ceci est dû notamment aux phénomènes qui se produisent à
proximité de la surface. Il peut s'agir par exemple de la formation
localisée de gobelets, des couches associées à la formation d'une croûte
de radiation... Ces couches, surtout quand elles sont enfouies, sont
difficilement repérables. La description exacte de la situation réelle est
donc illusoire et le choix des couches décrites reste subjectif. Pourtant,
certaines couches discrètes sont susceptibles de jouer un rôle important
dans la stabilité (croûtes, couches fragiles minces).
Reprenant les hypothèses les plus récentes, nous
avons distingué les couches "mouvement", qui constituent la
plaque, des couches "cisaillement" et des couches "base"
(neige restée en place). La couche "cisaillement" a été
distinguée des deux autres car il y aurait nécessairement, aussi mince
soit-elle, une couche de neige au sein de laquelle se produit la rupture par
cisaillement (couche fragile). Elle serait le siège de l'amorce du
phénomène de déclenchement des plaques [Gubler 92].
Les couches "cisaillement" ont été
décrites en effectuant systématiquement des prélèvements à la base des
couches de neige mises en mouvement. En creusant dans le front de la rupture
par traction (6), nous avons obtenu des grains non transformés par
l'avalanche (Figure 4). Lorsque cette couche était suffisamment épaisse et
homogène, des mesures de caractéristiques physiques ont aussi été
réalisées (masse volumique, résistance au cisaillement...).
Dans certains cas, il a fallu distinguer plusieurs
couches "cisaillement" pour une même avalanche : des couches de
neige ont glissé les unes sur les autres, sans que l'on sache laquelle
s'est mise en mouvement la première (Figure 5).
Avalanche !... Où faire l'examen
du manteau neigeux ?
Une avalanche déclenchée sur le domaine skiable de
Valfréjus le 15 février 1996 permet d'illustrer les difficultés
rencontrées pour choisir l'endroit où l'observation des couches doit être
réalisée (Figure 6). L'accident s'est produit après une période de
précipitations accompagnées de vent. La neige était partout agréable à
skier, y compris dans les talwegs où elle était accumulée. L'avalanche
s'est déclenchée lorsque le skieur a plongé dans l'un de ces talwegs
(point C sur la figure) ; la rupture par traction s'est produite environ 50
mètres au-dessus de sa position (point A sur la figure).
Lors de l'enquête, nous nous sommes aperçus que les
conditions nivologiques étaient très différentes entre le point A
(rupture par traction la plus épaisse), le point B (extrémité de la
rupture par traction) et le point C (origine du déclenchement) : Quelle est
la structure de manteau neigeux qui a permis l'accident ? Quelles ont été
les conditions nécessaires ? Quelles auraient été les conditions
suffisantes ?
Personne, probablement, n'étant capable de répondre
avec certitude à ces questions, il semble encore indispensable de réaliser
plusieurs sondages pour décrire le manteau neigeux dans la zone de départ
d'une avalanche. En effet, l'implication fréquente du vent induit presque
toujours des diversités d'épaisseur et de qualité de neige qui doivent
être prises en compte.
Quelle neige pour les plaques ?
Bilan de trois campagnes d'observations
Au cours de trois hivers (1994 à 1997), 29 avalanches de plaques ont été
très précisément documentées dans le cadre de cette étude. Une base de
données conçue à cet effet a permis de saisir à la fois les images des
avalanches, les caractéristiques des couches de neige impliquées, les
conditions nivo-météorologiques actuelles et passées... Nous présentons
ici quelques observations effectuées sur 33 couches
"cisaillement" (il est arrivé que plusieurs ruptures par
cisaillement se produisent à l'occasion d'une seule avalanche) et sur 60
couches "mouvement" (plusieurs couches ont généralement été
distinguées pour une seule plaque). Toutes ces avalanches ont été
déclenchées par passage de skieur(s) ou de piéton(s) ; elles concernent
le plus souvent de la neige sèche (observations entre le 15 décembre et le
15 avril).
L'examen des principales formes de grains identifiées
dans chaque couche montre des résultats intéressants. Ici, une couche est
décrite par deux types de formes, F1 et F2, qui peuvent être différents
ou identiques.
- Dans les couches où s'est produit un cisaillement, les grains anguleux
(gobelets et grains à faces planes) apparaissent en majorité : ils sont
considérés comme grains principaux dans 60% des cas. Pourtant, la neige
récente - neige fraîche et particules reconnaissables de tous types -
domine dans 37% des cas (Figure 7). Ceci signifie que, même si elles
semblent souvent un facteur aggravant de l'instabilité, les couches
fragiles de grains anguleux ne peuvent être considérées comme un facteur
nécessaire au déclenchement d'avalanches de plaques.
- Les couches de neige mises en mouvement peuvent être soumises à la même
analyse. Cette fois, c'est la neige récente qui est représentée
majoritairement (71% des cas) Ses grains fins sont dominants dans 17% des
cas et les grains anguleux dans seulement 10% des cas (Figure 8). Ceci
confirme d'abord que la neige récente représente un danger
particulièrement marqué pour le skieur évoluant en dehors des zones
sécurisées. On voit ensuite que de nombreuses qualités de neige peuvent
faire partie de plaques instables. Il ne semble donc pas possible
(malheureusement !) de détecter toutes les plaques grâce à leur
consistance (7).
Avalanches de plaques : quelques
repères...
Des couches enfouies de gobelets ou de grains à faces
planes ont permis la rupture par cisaillement à la base de nombreuses
plaques. Pourtant, ce type de couche n'a pas toujours été retrouvé à
l'occasion de déclenchements. Elles ne constituent donc pas une condition
nécessaire. Leur présence est-elle suffisante pour permettre le
déclenchement ? On peut affirmer que non : des profils stratigraphiques,
réalisés dans des pentes raides fréquentées par les skieurs, ont souvent
montré la présence de couches fragiles enfouies (grains anguleux), sans
qu'elles induisent d'instabilité. Ce fut le cas, par exemple, en avril 1997
en Savoie (versants ombragés). Pendant cette grande période de très beau
temps, aucun accident d'avalanche ne fut déploré.
Ce constat, pressenti depuis plusieurs années, nous
avait conduit à observer précisément la constitution des plaques,
espérant y trouver une ou plusieurs conditions nécessaires au
déclenchement. La variété des grains, des niveaux de givrage, des
combinaisons de stratification, etc., nous amène à douter de cette
éventualité.
Deux points peuvent néanmoins être dégagés :
- La neige récente étant le constituant principal d'une majorité de
plaques, et les grains anguleux étant les constituants principaux d'une
majorité de couches où se produit un cisaillement, la superposition de ces
deux couches forme une structure particulièrement instable. Ce fait peut
être illustré par les situations de début d'hiver : la neige peu
évoluée posée sur une couche de gobelets ou de grains à faces planes a
provoqué de nombreux accidents dramatiques (cf. fins d'années 1994 et
1995).
- La proportion de cas, où des particules reconnaissables ont permis le
cisaillement, ne doit pas être négligée. Précisons un aspect : à chaque
fois, les plaques mises en mouvement étaient aussi constituées de
particules reconnaissables. Il est possible que ce phénomène ne se
produise que pendant et/ou peu après les épisodes de précipitations.
Cette distinction entre deux types de couches
sensibles aux ruptures par cisaillement avait été soulignée par B.
Jamieson, qui différencie les couches fragiles "persistantes"
(grains anguleux et givre de surface), des couches fragiles "non
persistantes" (neige fraîche et particules reconnaissables) [Jamieson
95].
Conclusions
L'avalanche est un phénomène rare : les périodes
sensibles au cours d'un hiver sont concentrées sur des épisodes
relativement brefs. L'avalanche est aussi un phénomène fréquent : pendant
une période sensible, le nombre d'avalanches déclenchées dépasse
largement les chiffres diffusés. Alors, seuls les autochtones savent que
tel pisteur s'est échappé in extremis, ou que tel fort skieur a
déclenché un monstre. Si des mesures sont réalisées pendant cette
période, le nombre d'événements documentés, qui ne dépend que de la
disponibilité et de la rapidité de l'observateur, influencera largement
les résultats d'une éventuelle analyse. C'est pourquoi les quelques
résultats présentés ici doivent encore être complétés.
En exposant au lecteur certaines des difficultés
rencontrées pour décrire les conditions initiales d'avalanches, nous avons
aussi montré que la description d'un événement dépend très largement de
paramètres choisis par l'observateur (lieu de sondage, couches décrites,
grains retenus...). Les méthodes d'observation doivent donc être encore
améliorées pour livrer au chercheur des données homogènes et complètes.
Une attention particulière a été accordée à
l'étude cristallographique car les techniques employées permettent de
travailler à une échelle relativement fine ; de l'ordre du dixième de
millimètre. Ceci est malheureusement impossible dans le cadre d'une
approche mécanique car des mesures précises de masse volumique ou de
résistance aux contraintes ne peuvent être réalisées que dans des
couches épaisses de plusieurs centimètres. Pourtant, malgré la précision
atteinte, les conditions nécessaires et suffisantes au déclenchement
provoqué des avalanches de plaques n'ont pas pu être dégagées clairement
:
- Certains points déjà soulignés par des études antérieures ont été
confirmés : les grains anguleux en profondeur et de la neige récente en
surface sont retrouvés dans une majorité de cas bien que ces conditions ne
sont toutefois ni nécessaires, ni suffisantes.
- La diversité des situations instables est maintenant évidente : le
cisaillement peut se produire au sein d'une couche de neige récente, et une
plaque peut être constituée de types de grains très variés (les
conditions suffisantes sont comprises dans une large gamme).
- Une ou plusieurs conditions nécessaires sont encore inconnues : on ne
sait pas expliquer pourquoi certaines pentes restent stables malgré la
présence de couches fragiles typiques enfouies.
Quels peuvent être ces facteurs nécessaires ? Les
conditions particulières de l'hiver passé dans les Alpes françaises ont
souligné la forte influence du temps écoulé et des facteurs
météorologiques sur l'activité avalancheuse (8). Les accidents mortels se
sont concentrés sur deux périodes distinctes (du 4 au 14 janvier en
Haute-Maurienne puis, du 16 au 28 février, sur l'ensemble des Alpes du Nord
(9). Ces périodes ont suivi les seuls épisodes de précipitations de
l'hiver sur les massifs concernés.
Cette dernière remarque est destinée à avertir le
pratiquant de la montagne hivernale : l'observation du manteau neigeux est
sans doute une étape nécessaire à l'établissement d'un diagnostic de
stabilité, mais son interprétation est délicate. L'observation des
conditions météorologiques livre des informations parfois difficiles à
extrapoler, mais peut constituer une mise en garde salvatrice.
Dans l'état actuel des connaissances et des
techniques d'observation, la référence à plusieurs sources d'information
reste nécessaire pour estimer la stabilité d'une pente de neige
(nivologie, météorologie, tests) et la seule observation des grains sur
une coupe verticale semble encore insuffisante pour établir un diagnostic
précis.
Alain DUCLOS
TRANSMONTAGNE
Du terrain à l'écran de
l'ordinateur : une technique d'observation de la neige développée par le
CEN [Brun 91]
- Prélèvement des échantillons
Pour qu'elle ne se transforme pas ultérieurement, la neige prélevée doit
être plongée immédiatement dans une substance ayant deux qualités : ne
pas être miscible à l'eau et rester liquide à une température
inférieure à 0°C. L'iso-octane satisfaisant ces conditions, on en remplit
des flacons à l'avance, on les refroidit, puis on y plonge les quelques cm3
de neige à analyser.
- Conservation des échantillons
Depuis le prélèvement jusqu'à l'observation, la neige prélevée doit
être maintenue à une température inférieure à 0°C. Les flacons sont
donc conservés au congélateur ou en chambre froide. Les transports se font
en glacière.
- Observation des grains et acquisition des images
L'observation des grains est réalisée en chambre froide, à une
température d'environ -5°C. La neige est d'abord séparée du liquide par
filtrage, puis les grains sont, autant que possible, séparés les uns des
autres au pinceau. Ils sont ensuite déposés sous une loupe binoculaire
équipée d'une caméra numérique. Les images jugées intéressantes sont
enregistrées sur un disque optique. Les grains sont parfois déposés sur
une mire (images des pages suivantes) ; la distance entre deux lignes de la
mire est alors de 0.2 mm.
Même en recourant aux techniques les plus modernes, la description d'une
couche de neige reste toujours incomplète car :
- les formes de grains sont extrêmement diversifiées,
- les classifications ne retiennent qu'un nombre limité de critères,
- les grains analysés sont choisis par l'observateur dans un ensemble
parfois très hétérogène.
Ce qu'il faut savoir sur les couches enfouies de gobelets ou de grain à
faces planes :
- elles sont mises en cause dans de nombreuses avalanches
- leur observation doit induire une grande méfiance,
- parfois, elles n'existent pas alors qu'une avalanche se produit
- leur absence ne constitue pas un gage de sécurité,
- parfois, elles sont présentes et aucune avalanche ne se produit
- les situations inexpliquées ne doivent pas conduire à ignorer leur rôle
potentiel !
Bibliographie
- [Brun 91] : Brun (E.) ; Pahaut (E.) ; 1991 ; An
efficient method for a delayed and accurate characterisation of snow grains
from natural snowpacks ; Journal of Glaciology ; n°37 (127) ; pp.420-422.
- [Colbeck 90] : Colbeck (S.) ; Akitawa (E.) ; & autres ; 1990 ; The
international classification for the seasonal snow on the ground ;
International commission for Snow and Ice ; 23 pages.
- [Gubler 92] : Gubler (H.) ; 1992 ; Measurements and modelling to improve
our understanding of avalanche formation ; Université européenne d'été ;
Cemagref Editions ; Chamonix 14-25 septembre 1992 ; pp.89-98. - [Jamieson
95] : Jamieson (B.) ; 1995 ; Avalanche prediction for persistent snow slabs
; Thèse ; 258 pages.
Notes
(1) Haute-Maurienne, Savoie, France.
(2) Le terme est utilisé ici dans un sens technique : une avalanche est
documentée quand on a réuni à son sujet de nombreuses informations.
(3) Centre d'études de la neige/Centre national de recherches
météorologiques/Météo France, Grenoble Saint-Martin-d'Hères, France.
(4) Identification après examen visuel par une personne expérimentée.
(5) Selon la classification internationale, les grains de cette dernière
catégorie pourraient parfois être rangés dans le sous-type "mixed
forms" du type "rounded grains" ou du type "faceted
crystals".
(6) Nous appelons "rupture par traction" celle qui se produit en
limite de la partie amont de la plaque ; elle est généralement
perpendiculaire à la surface du manteau neigeux et au plan de cisaillement.
(7) Une difficulté d'interprétation supplémentaire résulte de la
superposition de couches dans une même plaque. Dans l'état actuel des
connaissances, on ne peut affirmer que telle combinaison est plus instable
que telle autre : il nous est arrivé d'observer des couches plus fermes en
surface de la plaque qu'en profondeur, aussi bien que l'inverse.
(8) Nous illustrons ici l'activité avalancheuse par les avalanches
mortelles. Pendant les périodes citées, de nombreuses autres avalanches se
sont produites mais, n'ayant pas fait de victimes, elles n'entrent pas dans
les statistiques officielles.
(9) Dates d'accidents transmises par F. Sivardière, ANENA.
