Des scientifiques de l'EPFL et de l'Institut de recherche sur la neige et les avalanches du WSL SLF ont acquis des connaissances plus approfondies sur la formation des avalanches de plaques de neige, ouvrant la voie à des mesures d'évaluation des risques plus efficaces pour ces événements catastrophiques qui provoquent chaque année plus d'accidents et de décès par avalanche que d'autres types d'avalanches. avalanches.

L'équipe de scientifiques de l'EPFL et du SLF a fait une découverte qui représente un changement de paradigme qui pourrait influencer de manière significative leur créneau de recherche. En élargissant l'échelle des simulations d'avalanches de plaques de neige du mètre à la centaine de mètres, ils ont obtenu une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents à ces événements. Leur découverte illustre également les avantages que les progrès de la puissance de traitement informatique peuvent apporter aux méthodes utilisées pour observer des phénomènes physiques complexes. Les découvertes de l'équipe apparaissent dans Nature Physics .

Leurs travaux s'appuient sur une étude réalisée en 2018 par le professeur de l'EPFL Johan Gaume et des scientifiques de l'Université de Californie à Los Angeles. Cette étude initiale, publiée dans Nature Communications , décrit une méthode de simulation 3D que les chercheurs ont développée pour modéliser les avalanches de plaques de neige avec une précision inégalée. Aujourd'hui, Gaume est à la tête du Laboratoire de simulation de la neige et des avalanches (SLAB) de l'EPFL, au sein de la Faculté d'ingénierie architecturale, civile et environnementale (ENAC) de l'EPFL et est affilié à l'Institut SLF; lui et son doctorat. l'étudiant Bertil Trottet a poussé l'étude plus loin en l'appliquant à plus grande échelle et a fait une découverte surprenante. Ils ont constaté que la manière dont les fissures se propagent change au cours du processus de libération de l'avalanche de dalle. Par exemple, ils ont observé des vitesses de propagation des fissures supérieures à 100 mètres par seconde, ce qui est bien au-delà des vitesses d'environ 30 mètres par seconde généralement mesurées dans les expériences. Au début, les deux scientifiques pensaient qu'ils s'étaient trompés.

Propagation des fissures de super cisaillement

Les avalanches de plaques de neige se caractérisent par une ligne de fracture nette et large qui se produit au sommet de la masse de neige libérée. Une telle avalanche se forme lorsqu'une couche de neige dense (la dalle) repose sur une couche de neige faible avec peu de cohésion. Lorsqu'une avalanche est déclenchée, par exemple par un skieur, la couche fragile s'effondre et la dalle perd sa structure de support sous-jacente. La flexion subséquente de la dalle est l'un des principaux facteurs de propagation des fissures. C'était du moins le mécanisme suggéré par les expériences et les modèles numériques jusqu'à présent, basés sur des dalles testées et simulées mesurant moins de deux mètres de long.

Mais en modélisant des dalles mesurant environ 100 mètres, les scientifiques de l'EPFL et du SLF ont découvert qu'une fois que la propagation des fissures s'étend au-delà d'environ trois à cinq mètres, la tension de la dalle devient le seul moteur du processus de libération, provoquant la rupture de la couche fragile sous le cisaillement. Ce phénomène est similaire au mécanisme de rupture dit "supershear" observé dans les rares tremblements de terre de forte magnitude qui ont été signalés jusqu'à présent. "Nous sentions que nous étions sur quelque chose d'important, mais nous avions besoin de données expérimentales pour le confirmer", déclare Gaume.

Analyses vidéo

Puis une série de coïncidences donna à Trottet et Gaume l'occasion de confirmer leur découverte. Tout d'abord, Gaume a assisté à une conférence dans laquelle Ron Simenhois du Colorado Avalanche Information Center a décrit une méthode d'analyse vidéo de haute technologie sur laquelle il travaille. À peu près au même moment, Mathieu Schaer, ancien étudiant en génie de l'environnement à l'EPFL, maintenant snowboardeur professionnel et ingénieur à MétéoSuisse, a envoyé à Gaume une vidéo montrant comment il a échappé de justesse à une grosse avalanche de plaques de neige.

"L'avalanche s'est produite au Col du Cou dans les Alpes suisses", explique Gaume. "Nous avions des données de neige sur l'événement, et la vidéo de Schaer était d'excellente qualité car il tournait pour un film de snowboard. En analysant la vidéo et en examinant les différents paramètres, nous avons pu confirmer les résultats de notre modèle pour la première fois. " Au total, quatre avalanches réelles ont permis aux scientifiques de confirmer une transition d'un mode de propagation "anticrack" vers le mode "supershear" signalé lors de certains grands tremblements de terre. Sur la base de ces découvertes, l'Institut SLF développe actuellement des installations expérimentales à plus grande échelle à Davos afin de mieux comprendre le processus de déclenchement des avalanches de plaques de neige .

Vers une meilleure évaluation des risques

Leurs travaux aideront les chercheurs sur la neige à formuler de nouvelles hypothèses qui peuvent simplifier les modèles informatiques d'avalanches et raccourcir considérablement le temps de calcul requis, de plusieurs jours à quelques minutes seulement. Les modèles améliorés pourraient être utilisés pour déterminer la taille des avalanches, par exemple, qui est une information cruciale pour une prévision et une gestion efficaces des risques. + Explorer plus loin

Vers de meilleures prévisions des avalanches de plaque