Neige et Avalanche : la théorie pour limiter les risques à ski

Vous voulez vous attaquer au ski de randonnée ? La première étape, c’est d’être au taquet niveau sécurité ! Pour cela, je vous propose un petit récap’ théorique ! Installez-vous confortablement et mettez-vous en mode concentration maximale. Au programme de cet article : conditions de neige, caractéristiques et théorie de l’avalanche. 

Je vous en parlait dans un précédent article, ça y est, j’ai pu participé à la conférence Neige et Avalanche organisée par la Fédération Française de la Montagne et de l’Escalade ! Par un dimanche matin pluvieux, direction Lentilly, au nord-ouest de Lyon, pour en apprendre un peu plus sur la sécurité en terrain enneigé. La conférence est animée par deux intervenants, un accompagnateur et un guide de haute montagne. Tous ce qui est expliqué ci-dessous est tiré des échanges avec les intervenants, je n’ai rien inventé : vous pouvez d’ailleurs télécharger les supports de présentation utilisés lors de la conférence. Je suis moi-même novice avec toutes ces notions : les informations ci-dessous ne sont donc pas exhaustives ! Si vous êtes intéressés, je vous conseille de participer vous-même à une prochaine session de formation.

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Neige

Pour parler d’avalanche, il faut avant tout des chutes de neige ! Alors tout d’abord, comment se forme la neige ? Lorsque des conditions spécifiques sont réunies dans le nuage, l’eau liquide se condense autour d’un noyau et créé un cristal. En tombant, ce cristal se transforme en un flocon, qui va ensuite devenir un grain lorsqu’il est au sol. Les grains s’entremêlent et forment ainsi des couches, qui, mises les unes sur les autres, constituent le manteau neigeux. Jusque-là, ça va ?

Ensuite, il faut connaître, ou du moins comprendre, les différents types de grains de neige. En gros, ce qu’on appelle communément la poudreuse, c’est en fait de la “neige fraîche” pour les spécialistes. En général, les grains de neige fraîche ont la forme d’une belle étoile à six branches, ce qui permet aux différents grains de s’enchevêtrer les uns avec les autres. La couche a ainsi une certaine cohésion, fragile tout de même et surtout de courte durée, et peut tenir sur des pentes raides. Une autre de ses caractéristiques, c’est qu’il y a énormément d’air entre les grains. L’air étant un très bon isolant, la neige fraîche a un pouvoir isolant fort. C’est un point important, mais j’y reviendrai un peu plus tard ! Les particules reconnaissables sont un autre type de grain, constitué d’étoiles qui ont perdu plusieurs branches et qui ont donc une cohésion moins importante. Les grains fins sont des grains arrondis, des ponts se forment entre les différents grains et la cohésion est bonne. Une couche de grains fins contient moins d’air, elle est donc aussi moins isolante. On passe aux grains à face plane : dans ce cas, les grains sont anguleux et la cohésion est très faible voire inexistante. C’est du sucre en poudre, tout comme les gobelets qui ont des caractéristiques similaires. Enfin, les gros grains, contrairement aux autres types, sont caractéristiques d’une neige mouillée. Ils sont sphériques et épais, et, en fonction de la quantité d’eau contenue, peuvent soit donné lieu à une neige très dure (la croûte de regel), soit à une neige pâteuse, qui a perdu toute sa cohésion : la fameuse “soupe”.

Si vous êtes arrivés jusque là, vous devez vous demander ce que vient foutre un cours de physique sur un blog de montagne. Je vous rassure, je ne suis pas experte en cristaux de neige ! L’intérêt de ce petit récap’, c’est tout simplement de comprendre le fonctionnement des différentes couches et la stabilité (ou non) du manteau neigeux en fonction du type de grain. Par exemple, si vous avez lu attentivement, vous devez savoir qu’une couche de “gobelets”, avec sa faible cohésion, facilitera le glissement des couches supérieures, qui n’adhéreront pas. Et paf, ça peut donner une avalanche !

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Processus de transformation

Au fur et à mesure que les couches de neige s’empilent, le type de grain va évoluer en fonction de deux types d’actions :

• des actions mécaniques, aussi bien lors de la chute des flocons que lorsque les grains sont au sol. Par exemple, le vent qui détruit les branches des cristaux, ou encore la gravité qui tasse la couche et écrase les grains du dessous.

• des actions thermodynamiques, qui entraînent la métamorphose des grains : en gros, ces processus de métamorphose sont dus soit à la présence d’eau dans le manteau, soit à l’écart de température des différentes couches de neige.

L’impact de la température du manteau :

Dans le manteau neigeux, les couches n’ont pas toutes la même température. Une couche de neige peut être caractérisée par la température de la neige au sommet, par celle à la base de la couche et par son épaisseur. Parce qu’il est plus proche du noyau de la terre, le premier centimètre de neige est en général à 0 °C. A l’inverse, la partie supérieure du manteau prend la température de l’air, la neige peut donc être bien plus froide. Et nous avons vu précédemment qu’en fonction du type de grain, l’isolation est plus ou moins importante et la température est donc différente.

Le gradient thermique est le rapport entre la différence de température entre le sommet et la base de la couche, et l’épaisseur de cette même couche de neige. Un faible gradient correspond à une faible variation de température entre le haut et la base de la couche, alors qu’un fort gradient correspond à une variation importante. Par définition, le gradient dépend également de l’épaisseur de la couche : si elle est épaisse, il faudra une grande différence de température entre sa base et son sommet pour avoir un fort gradient. Mais il elle est fine, une petite différence de température suffira à avoir le même gradient fort.

Je vous donne trois exemples pour mieux comprendre : 

Exemple 1 : la température du haut de la couche (T1) est de -10 °C, celle du bas de la couche (T0) est de -4 °C. La couche fait 40 cm d’épaisseur (e). 
Le gradient thermique sera alors égal à : (T0 – T1)/e = 6/0,40 = 15 °C/m

Exemple 2 : le haut de la couche (T1) est toujours à -10 °C, et le bas (T0) à -4 °C. La couche fait 1,20 m d’épaisseur (e). 
Le gradient thermique sera égal à : 6/1,20 = 5 °C/m
On remarque que, la couche étant plus épaisse, le gradient est plus faible si on garde les mêmes températures. 

Exemple 3 : cette fois, la température du haut de la couche (T1) est de -4 °C, celle du bas de la couche (T0) est de -2 °C. La couche fait 40 cm d’épaisseur (e), comme dans le premier exemple. 
Le gradient thermique sera égal à : 2/0,40 = 5 °C/m
Le faible écart de température entre le haut et le bas de la couche entraîne un fort gradient par rapport au premier exemple. 

Les conséquences en fonction du gradient :

Lorsque le gradient est faible (inférieur à 5 °C/m), les grains s’arrondissent et des ponts de glace se forment entre eux, augmentant ainsi la cohésion. A l’inverse, avec un gradient moyen à fort (entre 5 et 20 °C/m), il y a condensation : l’air chaud monte, on observe des transferts de vapeur d’eau entre les grains les plus chauds et les grains les plus froids. Cela forme des grains anguleux : faces planes puis gobelets, et diminue donc la cohésion (et ainsi la stabilité du manteau !).

Mais Estelle, ça sert à quoi toutes ces infos ? Eh bin c’est simple (non ?! 😆) : un fort gradient entraînera un risque d’avalanche plus important.

Un fort gradient peut être dû à plusieurs choses. D’abord, une température de l’air très froide, qui va donc refroidir la couche de neige, peut entraîner un fort gradient, d’autant plus si la couche de neige est fine. Cependant (et je remercie Nicolas pour ces précisions sur lesquelles je n’avais pas mis l’accent !), on peut aussi avoir un gradient très fort avec des températures douces. Comment ? Dans les faces non exposées au soleil, un phénomène de rayonnement entraîne une perte de chaleur du manteau neigeux, principalement la nuit. Lorsque le temps est couvert, il y a un “effet de serre” qui retient cette chaleur. Mais par temps clair, cette chaleur n’est pas retenue, la température de surface de la neige peut donc être bien plus froide que celle de l’air, et on observe donc un gradient fort voire très fort ! C’est ce qui se passe avec la formation du givre de surface, cette petite croûte tellement agréable à skier : lorsque ce phénomène est couplé avec un air humide, la vapeur d’eau contenue dans cet air va se condenser sur les grains au contact de la température très froide du manteau. Il y a formation de pétales de glace, qui forment le givre de surface !

Vous avez compris le principal : des phénomènes de métamorphose ont lieu en permanence à l’intérieur du manteau neigeux, ils transforment les grains et conditionnent la stabilité du terrain.

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Avalanche

Le manteau neigeux, c’est comme un espèce de mille feuilles, comme on nous l’a si bien expliqué lors de la formation ! Il y a deux notions qui apparaissent dans le déclenchement d’une avalanche : la solidité (qui provient de la cohésion des grains) et le poids (dû à l’épaisseur du manteau et à l’humidité qu’il contient). Le poids créé une action de traction vers le bas ; action qui est compensée par la résistance (solidité du manteau). Si cet équilibre est rompu, il y a avalanche, c’est-à-dire que l’une des deux forces prend le dessus et entraîne le déplacement rapide d’une masse plus ou moins importante de neige. Il existe différentes causes susceptibles de rompre cet équilibre.

Augmentation de la traction à cause :

• du poids du skieur
• de la pluie ou d’une couche de neige récente (neige fraîche ou transportée par le vent), qui alourdie la neige
• d’un changement de pente. Les plus gros risques d’avalanche se situent dans les pentes entre 30 et 45 °. Attention cependant, on peut se trouver dans une pente inférieure mais être surplombé par une pente à 30° ou plus et qui risque de se détacher (merci Laurent pour la précision !).

Diminution de la résistance à cause :

• du frottement d’une couche sur une autre
• de la mauvaise cohésion entre les grains. L’humidification du manteau peut conduire à la fonte des ponts de glace entre les grains, et donc entraîner la réduction de la cohésion. L’humidification peut être due à la pluie, ou alors au rayonnement solaire qui fait fondre la neige.

Différents types d’avalanche :

• L’avalanche de neige poudreuse : le départ est localisé, il s’agit de neige fraîche, sèche et qui n’a pas encore été transformée sous l’effet du soleil. Elle est très impressionnante, rapide et se propage à la façon d’un aérosol.

• L’avalanche de neige humide : le départ est également localisé, la descente est beaucoup plus lente car la neige est lourde. Elle est extrêmement destructrice. Les risques sont plus importants dans les pentes les plus chaudes : exposées au sud et à l’ouest, et au sud-est au printemps.

• L’avalanche de plaque : pas de départ localisé, mais une cassure linéaire dans toute la pente. 9 fois sur 10, elle est causée par le passage d’un skieur sur une couche fragile (une couche située plus bas dans le manteau, dont la cohésion n’est pas bonne et qui va pouvoir s’affaisser). Elle est à l’origine de la majorité des accidents, car il est très difficile de détecter une couche fragile. Elle a surtout lieu dans les versants nord et est d’autant plus probable lorsque le manteau est peu épais, car la couche fragile est plus facilement sollicitée. Essayez de détecter les signes qui pourraient indiquer des déplacements de neige dus au vent : des vagues sur la neige, une zone d’accumulation, la formation de corniches, etc. En effet, les déplacements de la neige peuvent entraîner la formation de microfissures de la couche fragile, qui s’affaissera alors facilement. On peut aussi s’aider de l’historique du manteau s’il est connu, ou encore faire une coupe dans la neige pour étudier la potentielle présence d’une couche fragile.

Pour plus d’infos sur les types d’avalanche, je vous invite à télécharger le guide de Météo France ❄.

Déclenchement à distance :

On peut parler de déclenchement à distance lorsque la rupture se produit loin de l’endroit qui a subit la contrainte. Il semblerait que ce phénomène soit dû à la propagation d’un effondrement dans une couche fragile homogène, ce qui est impossible à prévoir. Le déclenchement peut être observé aussi bien en amont qu’en aval du skieur, et il n’est pas rare ! Prudence donc, notamment lorsque le BRA (Bulletin des Risques d’Avalanche) indique un risque supérieur ou égal à 3. Par risque 2, il faut également prendre ses précautions et considérer une bande de 10 mètres de large autour de la trace pour se protéger d’une avalanche due à un déclenchement à distance.

Pour ceux qui sont arrivés jusque-là, vous devez vous dire que c’est un vrai casse-tête ces histoires d’avalanches… J’avoue que c’est un peu mon avis aussi ! Mais je suis sûre qu’avec un peu de pratique, les notions rentreront et nous paraîtront ensuite un peu plus évidentes ! Nous verrons par la suite quelques outils d’aide à la décision, qui regroupent les notions évoquées et simplifient l’évaluation du risque. En attendant, disons qu’il faut se méfier des pentes entre 25 et 45 °C, de l’humidification du manteau (pluie, redoux), des accumulations de neige, du vent, des couches fragiles… Et c’est déjà pas mal !

Je vous propose de digérer toutes ces infos, et quand ce sera chose faite, à consulter le deuxième volet de mon article Neige & Avalanche ! L’objectif : découvrir des outils pratiques qui vous permettront de simplifier la prise de décision ! J’ai hâte d’avoir vos retours !

Belle fin d’année 2018, et revenez en forme après les fêtes !

Estelle