Caractérisation du manteau neigeux par pénétrométrie

M2 ECE : Fiche de stage
Référence du M2 ou Ecole
- Intitulé : Master 2 Sciences de la Terre et de l’Environnement, spécialité Recherche Eau, Climat,
Environnement.
- Acronyme :M2 STE
- Université de rattachement : Université Joseph Fourier
Titre du stage :
Caractérisation du manteau neigeux par pénétrométrie
Nom et statut du (des) responsable (s) de stage :
Pascal HAGENMULLER, CNRM-GAME/CEN/MANTO, IPEF
Coordonnées (téléphone et email) du (des) responsable (s) de stage :
4.76.63.79.1
[email protected]
Sujet du stage :
Les propriétés mécaniques des différentes strates de neige et leur agencement spatial sont des éléments clés
pour estimer la stabilité du manteau neigeux. La résistance à l’enfoncement est un bon indicateur de ces
propriétés mécaniques et se mesure assez facilement sur le terrain en enfonçant une tige, le pénétromètre,
dans le manteau neigeux. Actuellement, les observateurs du réseau nivo-météorologique de Météo-France
effectuent ces mesures avec une sonde de battage. C’est un instrument robuste mais trop peu sensible pour
détecter la présence de structures de plaque / couche fragile, critiques pour estimer la stabilité. La sonde
digitale SP2 à la fois facile d’utilisation, d’un prix abordable et dotée d’un capteur de force électronique
sensible, a été récemment développée par la société Avatech et apparait comme un outil prometteur. Une
évaluation préliminaire de la première version de l’outil (SP1) sur un jeu de données limité montre que ce
pénétromètre permet de discriminer les différentes strates de neige même peu cohésives mais que le capteur
de profondeur est très peu précis (Pilloix et Hagenmuller, 2015). Pour réduire ces erreurs, un algorithme qui
combine différentes mesures du SP1 a été développé (Hagenmuller et Pilloix, in prep.).
Ce stage a pour but d’apporter des éléments de réponse aux questions suivantes :
1) Combien de mesures par SP2 faut-il combiner pour obtenir un profil de résistance à l’enfoncement
avec une précision acceptable pour caractériser le risque d’avalanche ? Cette question fait appel à
plusieurs notions : l’épaisseur minimale d’une couche fragile détectable par l’instrument, l’influence
de l’épaisseur (réelle ou mesurée avec erreur) de la plaque et de son hétérogénéité spatiale sur un
indice de stabilité calculé (de type MEPRA 1 ou Reuter et. al, 2015).
2) Quel est le lien entre résistance à l’enfoncement et propriétés géométriques de la neige (densité, type
de neige, etc.) et comment la taille de la pointe du pénétromètre influe-t-elle sur ce lien ? L’étude de
ce lien permettra d’évaluer les paramétrisations existantes dans MEPRA et d’inclure les
pénétromètres « nouvelle génération » comme outils d’évaluation de la chaine S2M2.
Pour répondre à ces questions, un important travail de terrain sera mené durant le stage (col de Porte,
Chamrousse, etc.). Le manteau neigeux sera caractérisé par différents pénétromètres, une stratigraphie
complète incluant un profil détaillé de densité et des tests de stabilité, sur différentes situations nivologiques.
L’analyse de données se fera à l’aide d’outils statistiques, d’algorithmes précédemment développés et d’une
interprétation physique s’appuyant sur une modélisation numérique par éléments finis ou discrets.
Références :
- Hagenmuller, P. and Pilloix, T., Matching of snow hardness profiles, In prep.
- Pilloix, T. and Hagenmuller, P.: Comparaisons préliminaires de profils de résistance à l’enfoncement obtenus
par différentes sondes (sonde de battage, SMP, Avatech SP1), Rev. Neige Avalanches. In press, 2015.
- Reuter, B., Schweizer, J., and van Herwijnen, A.: A process-based approach to estimate point snow instability,
Cryos., 9, 837–847, 2015.
- Vionnet, V., Brun, E., Morin, S., Boone, A., Faroux, S., Le Moigne, P., Martin, E., and Willemet, J.-M.: Model
Development The detailed snowpack scheme Crocus and its implementation in SURFEX v7 . 2, Geosci.
Model Dev., 5, 773–791, 2012.
1
MEPRA : modèle expert de prévision du risque d’avalanche.
2
S2M : chaîne de prévision numérique du risque d’avalanche : SAFRAN (module météo), SURFEX/Crocus (modèle
d’évolution du manteau neigeux), MEPRA (analyse mécanique et experte de la stabilité). Vionnet et al, 2012.