Les Jeux olympiques d'hiver évoquent des images de chaînes de montagnes enneigées, de patinoires gelées et d'athlètes en tenue d'hiver. Et pour une bonne raison. Les sites olympiques d'hiver se trouvent souvent dans des endroits qui reçoivent une chute de neige moyenne de 300 pouces par an ou plus.

Cependant, à moins de conditions météorologiques extrêmement anormales, les montagnes entourant les épreuves de neige pour les Jeux olympiques d'hiver de Pékin seront dans des tons de brun et de vert et presque dépourvues de neige. La région ne reçoit généralement que quelques centimètres de neige chaque mois d'hiver. Cela signifie que pratiquement toute la neige sur laquelle les athlètes concourront sera artificielle.

Je suis un scientifique de l'atmosphère spécialisé dans la météo et la neige en montagne. Je suis également le fondateur d'une startup d'enneigement et un skieur passionné. Il existe des différences distinctes entre la neige naturelle et la neige artificielle, et il sera intéressant de voir si ces différences ont un effet sur la concurrence.

Comment faire de la fausse neige

Bien que la neige artificielle et la neige naturelle soient toutes deux de l'eau gelée, la plupart des skieurs et snowboarders sont capables de reconnaître immédiatement que les deux sont très différentes.

L'enneigement traditionnel utilise de l'eau à haute pression, de l'air comprimé et des buses spécialisées pour souffler de minuscules gouttelettes de liquide dans l'air qui gèlent ensuite lorsqu'elles tombent au sol. Mais faire de la neige n'est pas aussi simple que de s'assurer que l'air est suffisamment froid.

L'eau pure ne gèle pas tant qu'elle n'est pas refroidie à près de -40 F (-40 C). C'est seulement la présence de particules microscopiques en suspension dans l'eau qui lui permet de geler à la température familière de 32 F (0 C). Ces particules, appelées noyaux de glace, agissent comme une sorte d'échafaudage pour aider à la formation de cristaux de glace.

Sans ces particules, l'eau peine à se transformer en glace. Différentes particules peuvent élever ou abaisser les températures de congélation en fonction de leur configuration moléculaire spécifique.

Deux des meilleurs noyaux de glace sont l'iodure d'argent et une protéine produite par la bactérie Pseudomonas syringae . La plupart des systèmes d'enneigement artificiel ajoutent une forme commerciale de la protéine bactérienne à l'eau pour s'assurer que la plupart des minuscules gouttelettes gèlent avant de toucher le sol.

Glisser sur de la neige artificielle

La neige naturelle commence par un minuscule cristal de glace sur un noyau de glace dans un nuage. Au fur et à mesure que le cristal tombe dans les airs, il se transforme lentement en un flocon de neige classique à six faces.

En comparaison, la neige artificielle gèle rapidement à partir d'une seule goutte d'eau. La neige qui en résulte est constituée de milliards de minuscules boules de glace sphériques. Cela peut ressembler à de la neige naturelle à l'œil nu sur une piste de ski, mais la neige naturelle et artificielle "se sent" très différente.

En raison du fait que les minuscules boules de glace se tassent assez densément - et que certaines d'entre elles n'ont peut-être pas gelé jusqu'à ce qu'elles touchent le sol - la neige artificielle semble souvent dure et glacée. La neige "poudreuse" naturelle fraîche, d'autre part, offre aux skieurs et snowboarders une sensation presque d'apesanteur lorsqu'ils dévalent la montagne. C'est en grande partie parce que les cristaux de neige naturels s'empilent très lâchement - une nouvelle couche de poudreuse contient jusqu'à 95% ou plus d'air.

Alors que la poudreuse fraîche est ce dont rêvent la plupart des skieurs amateurs, les skieurs olympiques ont des goûts différents. Les coureurs veulent pouvoir glisser aussi vite que possible et utiliser leurs arêtes vives pour effectuer des virages puissants et serrés. Les conditions denses et glacées de la neige artificielle sont en fait meilleures à cet égard. En fait, les organisateurs de courses ajoutent souvent de l'eau liquide aux parcours de course en neige naturelle qui gèlera et assurera une surface durable et constante pour les coureurs.

Une autre considération est le fait que les tempêtes de neige naturelles produisent un éclairage terne et plat et une faible visibilité - des conditions difficiles pour courir ou sauter. De fortes chutes de neige naturelles annuleront souvent les courses de ski, comme cela s'est produit lors des Jeux enneigés de Nagano en 1998. Pour les coureurs, le ciel clair et la neige artificielle offrent également un avantage là-bas.

Mais la neige artificielle dure a ses inconvénients. Les skieurs et planchistes acrobatiques qui sautent ou glissent sur des rails au-dessus du sol semblent préférer la surface plus douce de la neige naturelle pour des raisons de sécurité. C'est également le cas des skieurs nordiques, qui ont récemment signalé les dangers de la neige artificielle en cas d'accident, car les surfaces glacées et dures peuvent entraîner davantage de blessures.

Imiter la nature

Alors que les athlètes olympiques ont des besoins mitigés pour leur neige, pour la grande majorité des skieurs récréatifs, la neige naturelle est bien meilleure. Grâce aux cristaux remplis d'air, il est beaucoup plus doux et plus agréable à skier ou à faire du snowboard.

Les scientifiques tentent depuis des décennies de créer plus de neige naturelle à la demande. La première façon dont les gens ont essayé de faire de la "vraie" neige a été d'ensemencer des nuages ​​naturels avec de l'iodure d'argent. L'objectif était de faciliter la transformation de l'humidité dans les nuages ​​en cristaux de neige qui tombent. Si vous pouviez faire en sorte que ce processus, appelé processus Wegener-Bergeron-Findeisen, se produise plus facilement, cela augmenterait théoriquement le taux de chute de neige.

Dans la pratique, il a toujours été difficile de prouver l'efficacité de l'ensemencement. Cependant, des travaux récents utilisant de grands ensembles d'instruments atmosphériques méticuleusement déployés ont montré que, pour une fraction des tempêtes dans les conditions appropriées, l'ensemencement des nuages ​​​​avec de l'iodure d'argent entraîne en effet de modestes augmentations de la quantité totale de chutes de neige.

Une autre option, qui ne nécessite pas l'ensemencement des nuages ​​​​d'orage, consiste à créer des machines à fabriquer de la neige capables de produire des cristaux de neige naturels duveteux. Les scientifiques cultivent des flocons de neige dans les laboratoires depuis de nombreuses décennies, mais le processus est délicat et les chercheurs ne produisent généralement que quelques flocons à la fois. Étant donné que les cristaux de glace se développent généralement lentement, il a été difficile pour les chercheurs d'étendre le processus aux nombreux ordres de grandeur nécessaires pour produire suffisamment de neige pour le ski. Mais dans une quête pour produire de la poudre pelucheuse pour les skieurs et les snowboarders, mon collègue Trey Alvey et moi avons développé un procédé qui peut produire des flocons de neige en plus grande quantité en utilisant une technique qui imite le processus de formation de cristaux naturels. Nous le commercialisons par le biais de notre société appelée Quantum Snow.

Les montagnes sèches et arides qui abritent les sites olympiques d'hiver de 2022 ne sont pas exactement une destination de ski. Mais grâce à la science de l'enneigement, les athlètes auront des pistes fiables, bien que glacées, pour concourir. Et les amateurs de sport peuvent tous être reconnaissants de la technologie qui leur permet de profiter du spectacle à grande vitesse offert par les âmes courageuses qui participent aux épreuves de ski et de planche à neige.