S'appuyant sur le fait que la neige d'une avalanche peut se comporter à la fois comme un solide et comme un fluide, un jeune chercheur de l'EPFL et du SLF a réussi à simuler une avalanche de plaque de neige avec une précision inégalée.

Une avalanche est un événement extrêmement complexe, avec d'innombrables paramètres et variables physiques entrant en jeu depuis le déclenchement de l'avalanche jusqu'à sa fin. Johan Gaumé, chercheur au Laboratoire des Sciences Cryosphères (CRYOS) et au SLF, a créé une simulation numérique très précise d'une avalanche basée sur ces paramètres. Son travail, qui offre un aperçu sans précédent du fonctionnement des avalanches, pourrait être utilisé pour améliorer la gestion des risques en montagne. Il a été publié aujourd'hui dans Communication Nature .

Le jeune expert en avalanche a passé plusieurs mois l'année dernière à l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) à travailler avec des experts en modélisation 3D, dont certains avaient travaillé avec les ingénieurs de Disney pour simuler la neige dans le film Frozen.

Allier le savoir-faire de ces mathématiciens à l'expertise scientifique de Gaume s'est avéré être une formule gagnante. Les mathématiciens ont pu augmenter la précision de leur simulation de neige grâce aux connaissances approfondies de Gaume et aux données et observations de terrain collectées et analysées par Alec Van Herwijnen, Collègue du SLF de Gaume et co-auteur de l'étude.

Adopter une toute nouvelle approche, les chercheurs suisses et américains ont créé le premier réaliste, simulation complète et scientifiquement rigoureuse d'une avalanche de plaque de neige - un type d'avalanche qui se produit lorsqu'une fissure linéaire très claire apparaît au sommet du manteau neigeux. Cela se produit généralement lorsque, sur une grande surface, il y a une couche de neige faible – et donc peu cohésive – sous la couche supérieure dense de neige, connu sous le nom de dalle. Les avalanches de plaques de neige sont difficiles à prévoir et souvent déclenchées par les skieurs ou les marcheurs, ce qui en fait le type d'avalanche le plus dangereux et le plus meurtrier.

Agent double

"Ce qui a rendu notre approche si originale, c'est que nous avons pris en compte le fait que la neige dans ce type d'avalanche se comporte à la fois comme un solide et comme un fluide, " explique Gaume.

Une avalanche de plaque de neige est généralement déclenchée lorsqu'il y a une charge supplémentaire - comme un skieur traversant - sur la neige, ou lorsque le manteau neigeux est déstabilisé d'une autre manière, par exemple par une explosion. Cela provoque l'apparition d'une fissure dans la couche inférieure de neige, qui peut se propager rapidement. À ce point, la neige se comporte selon les principes de la mécanique des solides. Au fur et à mesure que la fissure s'étend, la structure poreuse de la couche faible la fait s'effondrer sous le poids de la dalle de surface. En raison de sa masse et de la pente, la dalle est alors libérée et commence à glisser sur la couche la plus faible. Les collisions, les frottements et les fractures que la neige solide subit lorsque la couche supérieure glisse vers le bas et se brise conduisent à un comportement collectif caractéristique d'un fluide.

Les chercheurs ont pu simuler l'effondrement de la couche inférieure poreuse pour la première fois à grande échelle en utilisant une approche de continuum. En outre, le modèle n'intègre que les paramètres clés relativement peu nombreux qui dictent le comportement de la neige aux différentes étapes du processus; ceux-ci incluent la dynamique de la fracture, friction, et le niveau de compactage en fonction du type de neige.

Les chercheurs ont emprunté une technique connue sous le nom de méthode du point matériel, qui est utilisé pour analyser le comportement des matériaux en mouvement, mais n'avait jamais été appliqué auparavant dans l'étude du déclenchement d'avalanches. Il a étayé l'approche novatrice des chercheurs pour prédire les avalanches – et donc les prévenir plus efficacement également. « En plus d'approfondir nos connaissances sur le comportement de la neige, ce projet pourrait permettre d'évaluer la taille potentielle d'une avalanche, la distance de sortie et la pression sur les obstacles sur le chemin de l'avalanche avec plus de précision, " dit Gaume.

Les simulations du chercheur pourraient également être appliquées dans les arts – et en particulier dans les films d'animation.