Travail d'initiative personnelle encadré (TIPE) : Caractérisation de la stabilité des couches de neige

Résumé du document

Le manteau neigeux est un empilement de strates de neige composées de cristaux. En un point donné, les chutes de neige se déposent les unes sur les autres et se transforment sous l'effet des conditions météorologiques locales liées aux facteurs topographiques : altitude, exposition, angle de pente, zone d'exposition au vent etc. Selon les caractéristiques de ces couches et la façon dont elles sont empilées, le manteau neigeux peut devenir stable ou instable. S'il devient instable il peut alors entraîner spontanément des avalanches ou faciliter leur déclenchement en cas de surcharge extérieure (skieur par exemple).
En un lieu et à un instant donné, la réalisation puis l'analyse d'un sondage de battage et d'un profil stratigraphique permettent de déterminer la structure du manteau neigeux et de repérer la présence des couches instables qui sont des plans de glissement inter-strates fragiles. Les cristaux de neige dans ces plans se sont transformés en petites pyramides creuses et striées, appelées " gobelets". Ces gobelets n'ont aucune cohésion entre eux et jouent le rôle d'un véritable roulement à bille pour les couches supérieures.

Justification du modèle choisi
On s'intéresse aux avalanches de plaques. On va donc privilégier les grains fins et les grains de type gobelet. J'ai choisi alors deux constituants qui permettent de modéliser deux types différents de couches de neige : la farine pour modéliser les grains fins qui sont présents dans les couches stables supérieures du manteau et le sucre pour modéliser les gobelets présents dans les couches instables du manteau neigeux (...)

Extraits

[...] Cependant cette étude montre quelques limites du sondage par battage pour caractériser la stabilité du manteau neigeux. Ainsi le sondage par battage ne doit pas être utilisé seul mais complété d'autres informations sur la neige, notamment des informations sur la teneur en eau de la neige et sur la température au sein des différentes couches. Ces informations permettent alors de faire à court terme des prévisions sur les transformations des cristaux au sein d'une couche de neige et surtout l'apparition de gobelets qui sont la cause majeure des avalanches de plaque Annexes : Formule de la résistance au battage La sonde de masse M est à l'équilibre par rapport au sol On lâche un mouton de masse m d'une hauteur h La sonde s'enfonce d'une profondeur d On note Q le poids de la sonde = On note P le poids du mouton = La variation d'énergie potentielle du système {sonde + mouton} ΔEp M*Vsonde0+ m*Vmouton0=M*Vsonde1+m*Vmouton1 (conservation de la quantité de mouvement) Or Vsonde1 = Vmouton1=V1 car après le choc le mouton est solidaire de la sonde Et Vsonde0=0 Donc V1 m *Vmouton0 1 Ec0 n * * m * Vmouton0 Ec1 n * * M * m*m * Vmouton0^ 2 Ec1 n * * 2 Le Principe Fondamental de la dynamique donne par approximation : Vmouton0 2 * g * h Alors Ec1 n * P * h * m et Ec0 n * P * h Le Théorème de l'énergie mécanique donne alors pour n moutons lâchés sur la sonde (EC1-EC0) + ΔEp = Wrésistant m Q * d P * * h Wrésistant n Q * d P * d Wrésistant On pose alors Wrésistant=R*d avec R résistance au battage Ainsi P P * d 16 Les différents types de neige NEIGE FRAICHE Cristaux intacts, facilement identifiables (dépôt non venté). [...]

[...] Caractérisation de la stabilité des couches de neige Par Quentin DEVILLECHABROLLE Lycée Saint Louis PSI*1 TIPE 2009/2010 Il vaut mieux prévenir que guérir. Le tour du chat en 365 jours (2006) Citations de Philippe Geluck 1 I. Introduction 1. généralité sur la structure du manteau neigeux 2. justification du modèle choisi 3. manipulation : justification de la différence farine-sucre II. Méthode du sondage par battage 1. modèle théorique 2. cadre général des expériences 3. [...]

[...] Nous allons maintenant nous intéresser à la méthode du sondage par battage qui nous permet de caractériser la cohésion des cristaux au sein de la couche de neige II. Battage 1. Modèle théorique La méthode du sondage par battage consiste à enfoncer un tube (la sonde) d'une profondeur d en laissant glisser le long d'une tige solidaire au tube un poids que l'on appelle mouton d'une hauteur h. Mouton Tube de la sonde Tête conique On se place en général sur un terrain plat et on fait tomber le mouton d'une hauteur h de sorte que l'enfoncement d reste à peu près constant. [...]

[...] La profondeur de la farine est choisie de manière à avoir le nombre de tubes q=1. La préparation de la manipulation se fait en trois temps : 1ère étape : La sonde est placée seule ; on mesure son enfoncement sans mouton, ce qui donne une idée de la cohésion de la surface. 2ème étape : On ajoute le mouton en essayant de ne pas faire de choc. On mesure l'enfoncement de la sonde. 3ème étape : On fixe la hauteur h et on essaie d'avoir un enfoncement constant à chaque coup afin de pouvoir détecter facilement l'entrée dans une structure différente Les expériences J'ai d'abord cherché à modéliser un sondage par battage avec de la farine dans le rôle de la neige 1ère manipulation : On prend une couche de farine qu'on considère homogène. [...]

[...] Au contact de l'air plus froid des couches supérieures, elle se recondense en glace. De ce fait, tandis que le sommet de certains grains retrécit, la base de ceux qui sont immédiatement au-dessus s'élargit. Résultat : l'ensemble des grains se transforment en quelques jours en petites pyramides creuses et striées, appelée " gobelets". Ces gobelets n'ont aucune cohésion entre eux et sont aussi instables qu'un tas de billes : la couche de neige devient alors aussi dangereuse qu'un tapis roulant. [...]