La neige, comment ça marche ?

28 déc. 2022
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La neige, comment ça marche ?

La neige est un matériau vivant qui évolue dans le temps et dans l’espace.

De sa chute à sa disparition au moment de la fonte, le cristal de neige se transforme au sein du manteau neigeux en fonction des conditions météo et de phénomènes thermodynamiques, avec cet article sans prétention nous souhaitons répondre à quelques questions que tout le monde se pose au sujet de la neige. 

Comment se forment les cristaux de neige ? 

Il faut imaginer une masse d’air qui monte dans l’atmosphère, par exemple un nuage au-dessus de très haute montagne.
À partir d’un certain moment, la vapeur d’eau en excédent, va se condenser en de fines gouttelettes, ces nuages contiennent de l’eau à l'état liquide même si la température est inférieure à 0°c !
C’est lorsque le refroidissement continu (environ -12 °C) que vont venir s'agglomérer ces particules d’eau sur d’autres particules contenues dans le nuage : du sable, de la poussière, pollution, cendre, etc. À ce moment-là, les cristaux de neige naissent.
Ces cristaux vont grossir et finir par être si lourd qu’ils se mettent à tomber sous la forme de flocons, si la température jusqu’au sol est négative les flocons atterrissent sous forme de neige, s'il la température est positive la neige se transforme en pluie avant de toucher le sol.
Il existe plusieurs centaines de types de cristaux et de toutes les tailles, la neige peut avoir des apparences différentes en fonction des conditions rencontrées lors de sa chute jusqu’au sol (vent, humidité, température) même si tous les cristaux ont une structure hexagonale, cela reste très joli à observer, et c'est après que les choses deviennent plus complexes en ce qui concerne les avalanches.
Lorsque les cristaux arrivent au sol il faut imaginer les branches des étoiles se casser( enfin une partie).
Ces branches appelées aussi dendrites  peuvent aussi casser sous l’effet du poids des couches successives ou du vent qui fait virevolter les flocons avant leur atterrissage au sol , ou même au sol, la neige subit sa première métamorphose.
C’est cette neige là qu’on appelle la poudreuse, c’est une neige sèche légère, avec une faible cohésion, elle est très recherchée par nous les skieurs !

Les différents types de cristaux et de grains de neige.

Voici les différents types de cristaux de neige avec leurs symboles d’identification :

Lorsqu’on étudie la structure du manteau neigeux, on identifie chaque cristal de neige et de givre sur l’ensemble de la hauteur.
Chaque cristal possède des caractéristiques résultant de sa métamorphose, en gros le cristal est une chenille qui devient papillon ! Cela va dépendre de la météo, du vent, de la pluie…etc le rayonnement.
Leur aspect est différent et c’est à ça qu’on peut les reconnaître avec une loupe.
Certains sont arrondis, d’autres en étoiles, bâtonnets etc…
Ils possèdent une cohésion différente, par exemple la neige fraîche , elle est non métamorphosée, bien identifiable grâce à ses formes d’étoile en général, mais elle peut aussi être en colonne ou plaquettes, sa cohésion est faible ( feutrage) , elle est sèche ou humide en fonction de la T°c lors des précipitations.
La masse volumique est aussi variable, par exemple la neige fraîche peut peser de 20 à 180 kg/m3 , alors que les grains de fontes pèsent de 280 à 550 kg/m3.
Les diamètres de cristaux vont de 0,1mm pour les grains fins à 50mm pour les gros givre de surface.

 

A cela il faut aussi bien garder en mémoire que la neige possède de nombreuses propriétés mécaniques et thermiques qui vont venir compliquer l’étude du manteau neigeux, c’est là que l’on parle des cohésions ! 

Et voici les différents types de cohésion qui existent entre eux :

  • Cohésion de feutrage : les dendrites (extrémités des cristaux de neige fraiche), s’enchevêtrent les unes aux autres. La cohésion est fragile. On trouve cette cohésion dans la neige fraîche.
  • Cohésion de frittage : des ponts de glace se créent entre les grains. La cohésion est bonne (ex. boule de neige, corniches).
  • Cohésion de regel : Le manteau neigeux a subit une humidification (augmentation de température, pluie) puis un refroidissement. L’eau liquide contenue dans le manteau gèle, la cohésion est bonne.

 Il se peut qu’il n’y ait aucune cohésion entre les grains (gobelets, faces planes). Cette couche, au sein du manteau neigeux, constitue une couche fragile propice au déclenchement d’avalanche, la cohésion n’est donc pas synonyme de stabilité !

Ce qu’il faut retenir, c’est que la cohésion est meilleure lorsque les grains de neiges sont ronds (grains fins et grains ronds) par rapport aux grains de neige anguleux (faces planes et gobelets) qui contiennent beaucoup d’air.

Ce sont ces différentes cohésions et métamorphoses qui vont stratifier le manteau neigeux et qui, associées avec des paramètres complémentaires, pourront faire naître des couches fragiles plus ou moins persistantes , la cohésion de regel étant la seule favorisant la stabilisation d’un manteau neigeux.

 

 

Les différents types de métamorphoses de la neige

Avant toute chose, il faut garder à l’esprit que la neige est composée de molécules d’eau.

L’eau se présente sous 3 états, solide (glace), liquide et gazeux (vapeur d’eau).

 

Ce sont les changements d’état qui font que le grain de neige se métamorphose tout au long de sa vie.
Elle va subir des transformations jusqu'à destruction pour devenir de l’eau, de la vapeur d’eau ou de la glace.

Mais pourquoi la neige se transforme lorsqu’il n’y a pas présence d’eau ? ( En gros quand ça fond pas) 

En plein cœur de l’hiver et même par grand froid la neige se transforme, se métamorphose, on appelle ça les métamorphoses par gradient de température.
Il en existe 2 types : la métamorphose de faible gradient , elle se produit lorsque la température au sein d’une couche varie peu.
La métamorphose de moyen à fort  gradient, c’est lorsque la température entre la base et le sommet du manteau neigeux est d’au moins 0,05 degré/cm.

Et quand il y de l’eau ? 

Tout simplement la métamorphose de fonte, lorsqu’il pleut sur le manteau neigeux, ou au printemps lorsqu’elle fond, ou lors d’un redoux, en général c’est la dernière phase de la vie du cristal.

Pour conclure et faire simple : On distingue les métamorphoses constructives, des métamorphoses destructives  et la fonte qui vont donner différents types de grain. 

Ces grains auront plus ou moins de cohésion entre eux, ce qui influencera la stabilité du manteau neigeux. 

Quel est l’impact du vent sur la métamorphose?

On en a parlé plus haut, mais le vent joue un rôle majeur, le vent va casser les cristaux de neige et donc lors d’une chute de neige il est le premier à faire subir à la neige sa première métamorphose, il dépose aussi la neige sous forme d’accumulation de neige ventée et la déplace même lorsqu’elle est au sol, là encore les cristaux vont se transformer.

Quel est le rôle de la température ?
 

Le froid, l’air chaud et le rayonnement solaire participent à la transformation de la neige.
La chaleur fait fondre la neige et favorise la présence d’eau liquide dans le manteau neigeux qui s' humidifie en fonction de l’intensité.
Le regel nocturne aura tendance à favoriser la formation de pont de glace ( eau régelé) entre les cristaux.
La pluie va aussi faire fondre le manteau neigeux et influencer sa structure.
 

C’est quoi une couche fragile ? 

Une couche fragile est une couche de neige typique constituée de grains anguleux et relativement gros.
Elle contient beaucoup de cavités ( Air) et peu de points de contact ( ponts de frittage) entre les grains.
Le givre de surface peut aussi constituer une couche fragile lorsqu’il est recouvert.
Ces deux types de couches fragiles peuvent rester critiques pendant plusieurs semaines, on dit même “ couche fragile persistante” .

La neige fraîche forme également une couche fragile mais l’instabilité n’est que de quelques heures , ou une journée.

Comment et pourquoi observer la neige ?

Les observations de surface

Aujourd’hui personne ne peut prétendre prévoir un départ d’avalanche à une simple observation de surface du manteau neigeux, par contre on peut observer l’activité avalancheuse en général, voir si des départs ont déjà eu lieu par exemple.

Cependant, si vos sens sont en éveil, il y a déjà beaucoup à dire juste en observant autour de vous, la neige est-elle récente ? Quel bruit fait-elle lorsque je fais la trace ? Y a-t-il des “wouf” ces bruits sourds indiquant des ruptures de couche ou d’affaissement sous mes pieds ? On peut aussi enfoncer le bâton dans la neige pour tester la dureté, et quasiment sentir l’empilement des couches successives plus ou moins dur à traverser, ou encore mesurer l’inclinaison d’une pente.

On peut aussi voir si la neige est soufflée ou croûtée, voir dans quel sens le vent à souffler juste en observant les reliefs formés par celui-ci à la surface…

Toutes ces observations de surface sont complémentaires aux observations de profondeur et aident à prendre des décisions.

Les observations en profondeur

Le manteau neigeux sur toute son épaisseur est un historique météorologique et nivologique, il est le fidèle reflet de la situation et il peut en dire beaucoup sur le danger d’avalanche.

C’est là que les sondages et profil du manteau neigeux interviennent.

En général, l’observation des cristaux de neige sert essentiellement à l’analyse stratigraphique qui est la première étape : quelle hauteur de neige a-t-on ? Comment sont structurées les couches de manteau neigeux et avec quel type de grains ? Quelle dureté ?

En général, les observateurs consignent ces données sous forme de graphiques qu’on appelle profil stratigraphique.

La deuxième étape consiste à tester l’instabilité du manteau neigeux en simulant soit des ruptures, soit des propagations ou les deux.

L'idée est de créer une surcharge sur le coin de neige ou colonne et de solliciter les couches fragiles en profondeur.

Quelle que soit la nature du test, les nivologues ou observateurs météo utilisent une méthode normée commune à tous les pays normé par l’EAWS, ces standards définissent la méthodologie à appliquer afin d’obtenir des résultats fiables qui seront exploités pour la prévision du danger d’avalanche dans chaque massif.
Il faut noter qu’apprendre à observer le manteau neigeux peut vous aider à prendre les bonnes décisions en fonction du danger local, il est donc nécessaire de se former à ces méthodes d'observations et d’entretenir vos connaissances sur le sujet.

Meteo France évalue le danger d’avalanche. Prenez le temps de regarder la vidéo :

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Nous vons proposons également une formation nivologie et avalanche .

Photos et illustrations : Avec l'aimable autorisation de notre partenaire  ORTOVOX
Rédaction: Franck Sportiello et Jérémy Janody