Surveiller le manteau neigeux

of 5 /5
Tous les deux mois, ce cahier spécial vous permet de comprendre les enjeux de la recherche sur la prévision du temps et du climat. Il est réalisé avec le soutien des chercheurs de Météo-France. ENJEUX La neige doit être étudiée à toutes les échelles pour comprendre et prévoir les phénomènes qui lui sont associés. FOCUS Les chercheurs de Météo-France ont évalué l’impact du changement climatique sur l’enneigement en montagne. 6 - SURVEILLER LE MANTEAU NEIGEUX DE LA MéTéO AU CLIMAT DE LA MéTéO AU CLIMAT © Pascal Taburet/Météo-France Station automatique Le Joseray, Savoie.

Embed Size (px)

description

Les cahiers de la météo au climat N°6 - Décembre 2012

Transcript of Surveiller le manteau neigeux

  • Tous les deux mois, ce cahier spcial vous permet de comprendre les enjeux de la recherche sur la prvision du temps et du climat. Il est ralis avec le soutien des chercheurs de Mto-France.

    ENJEUXLa neige doit tre tudie toutes les chelles pour comprendre et prvoir les phnomnes qui lui sont associs.

    FOCUS

    Les chercheurs de Mto-France ont valu limpact du changement climatique sur lenneigement en montagne.

    6 - Surveiller le manteau neigeux

    de la mto au climat

    de la mto au climat

    Pas

    cal Tab

    uret/M

    to

    -Franc

    e

    Station automatique Le Joseray, Savoie.

  • M

    to

    -Franc

    e

    ATMOSPHRE

    Rayonnement solaire

    Rayonnement infrarouge

    Pluie NeigeVentTemprature / Humidit de lair

    neige frache

    particulesreconnaissables

    grains ronds

    gobelets

    faces planes

    grains ns

    accumulation

    ruissellement

    changes thermiques

    regeltassement

    percolation

    inltration

    ruissellement

    mtamorphose

    Modle dtaill, Crocus

    Nord

    Sud

    altitude

    Relief conceptuel, nombre de couches variable, jusqu 50 en gnral,

    prend en compte l'altitude, la pente et lexposition.

    Utilis pour :- la prvision du risque davalanche- les tudes dimpact du changement climatique sur lenneigement- les tudes hydrologiques en zones de relief

    accumulation

    ruissellement

    changes thermiques percolation

    regel

    tassement

    inltration

    Modle de complexit intermdiaireEn gnral 3 couches,

    rsolution 8 km

    Utilis pour :- la prvision et la recherche hydrologiques moyenne et grande chelles- les tudes dimpact du changement climatique sur lenneigement

    accumulation

    ruissellement

    inltration

    Modle monocoucheRsolution : quelques

    dizaines de km (climat)ou 2,5 km (prvision numrique du temps)

    Utilis pour :- la prvision numrique du temps- les simulations climatiques

    56 Les Dossiers De La recherche | DCEMBRE 2012 N 52

    la neige dans tous ses tatsMto-France tudie la neige sous toutes ses coutures, du flocon aux crues nivales. Les enjeux sont multiples : assurer la scurit en montagne, amliorer la prcision des bilans hydrologiques, affiner la prvision numrique du temps et les projections climatiques.

    Albertville, fvrier 1992. La neige est tombe et les mdailles pleuvent. En coulisse, de tout nouveaux outils pour la prvision du risque davalanche tournent pen-dant toute la dure des Jeux olympiques. Baptiss Safran, Crocus et Mepra, ces modles ont t mis au point par Mto-France afin de veiller la scurit des sites o se droulent les preuves. Vingt ans plus tard, les recherches en nivologie ont encore progress. Les trois logiciels ont t affins dans le but damliorer continuellement la prvision de ce risque. Ce sont les avalanches involontairement provoques par lhomme qui sont les plus meurtrires , rappelle Pierre Etchevers, res-ponsable du Centre dtudes de la neige (CEN), lune des quipes du CNRM-GAME*.Si les scientifiques narrivent pas prvoir leur dclenchement dans un couloir donn, ils peuvent en revanche valuer les conditions propices au phnomne. Ils surveillent donc en continu les variables du manteau neigeux (profils de temp-rature, types de grain et cohsion de la neige au sol, etc.) et celles de latmosphre (temprature,

    humidit, vent, prcipitations). Avec ces informa-tions et les prvisions mtorologiques, la structure du manteau neigeux peut tre modlise, et le risque davalanche valu. Pour cela, nous devons connatre les proprits physiques de la neige, de la manire la plus dtaille possible , souligne Samuel Morin, chercheur au CEN. Aussi les scientifiques travaillent-ils diffrentes chelles, commencer par la plus fine : le grain de neige. Une des difficults est destimer la taille de ces grains, explique Pierre Etchevers. Ils ont chacun des dimensions diffrentes ou des formes biscornues. Plusieurs mthodes de mesure ont t mises au point. Au CEN, nous avons t parmi les premiers faire des images en 3D de grains par tomographie X, grce la proximit du synchrotron* de Grenoble . l heure actuelle, la rsolution des images est de l ordre de 10 microns, mais plusieurs projets visent l augmenter dans les annes venir. Un dfi technique demeure : celui de conserver intact un chantillon de neige de la taille dun sucre dans des conditions froides, alors que le laboratoire du synchrotron est temprature ambiante.

    enjeux Surveiller le manteau neigeux

    de la mto au climat

    de la mto au climat

    22 Cest le nombre de victimes davalanches durant la saison 2011-2012 (source AnenA : Association nationale pour les tudes de la neige et des avalanches).

    CnRM-GAMeCentre national de recherches mtorologiques- Groupe dtudes de latmosphre mtorologique

    *

  • Des puits dans la neige. Sur le terrain, les chercheurs collectent depuis 1961 des donnes mtorologiques et nivologiques au site exp-rimental du col de Porte, 1 325 m daltitude, dans le massif de la Chartreuse. Sur ce site, ainsi qu dautres endroits dans les Alpes, nous creusons des puits afin dtudier in situ les proprits de la neige au niveau de chacune des couches du manteau neigeux , poursuit Pierre Etchevers. Ces mesures ont servi mettre au point le modle Crocus, qui simule lvolution des diffrentes couches de neige en fonction des conditions mtorologiques. En 2010, un projet a aussi t lanc afin de moderni-ser linstrumentation utilise pour lobservation de la neige (voir Trois questions page suivante).Car le manteau neigeux change continuelle-ment : leau quil contient passe sans cesse de lun lautre de ses trois tats : solide, liquide, gazeux. Les processus lis ces transformations ont t intgrs dans le modle Crocus. Plusieurs proprits importantes en sont dduites, parmi lesquelles lalbdo* et la conductivit thermique*. Les grains de neige se transforment en permanence selon le bilan nergtique la surface et le transfert interne dnergie, continue Samuel Morin. Une neige frache rflchit par exemple prs de 90 % de lnergie solaire visible car les cristaux, qui ont alors des formes plutt dendritiques, possdent un fort pou-

    voir diffusant. Quand ils voluent, ils sarrondissent et des impurets se dposent la surface de la neige, ce qui fait que lalbdo dune neige ancienne est plus faible. Au sein du manteau neigeux, la temp-rature varie suivant la verticale, ce qui influe sur les transformations morphologiques des grains et donc sur la cohsion des couches de neige. cela sajoute leffet de la pente. Pour comprendre le comportement mcanique du manteau neigeux, il faut imaginer que lon superpose du papier de verre, qui reprsente le sol, du sucre et de la farine, qui reprsen-tent des couches de neige de comportements mcaniques diffrents, compare Samuel Morin. On tasse puis on incline le tout, et on observe alors la faon dont les lments se comportent.

    Des bulletins pour 36 massifs. Aux si-mulations de Crocus sont intgres les prvisions mtorologiques fournies par le systme Safran. En complment, la stabilit mcanique de la neige par rapport une pente donne est value par le modle Mepra. Cette chane de systmes, baptise Safran-Crocus-Mepra, estime les risques dava-lanche dans les trois principaux ensembles mon-tagneux franais. Les modles divisent les Alpes, les Pyrnes et la Corse en zones dont le climat est considr comme homogne, explique Daniel Goetz, chercheur au CEN. Ce sont des rgions dune

    N 52 DCEMBRE 2012 | Les Dossiers De La recherche 57

    en route pour mieux prvoir la neige en plaineLa neige en hiver ne surprend pas les automobilistes qui vivent dans les massifs montagneux. Mais en plaine, lor blanc des sommets devient souvent une peste noire. Comment faire pour mieux prvoir les chutes de neige l o elles restent des vnements rares, mais o leur impact est plus grand ? En plaine, o les tempratures sont souvent proches de 0 C, une erreur de prvision de quelques diximes de degr peut tre suffisante pour gnrer une erreur sur la prvision de pluie ou de neige , explique Ludovic Bouilloud, chercheur la Direction de la prvision de Mto-France. Lorsque cette dernire arrive sur la chausse, les changes thermiques et hydriques entre la route et les cristaux vont tre importants pour dterminer si elle va fondre, tenir, se transformer en verglas, etc. Afin damliorer nos prvisions, nous avons dvelopp le modle Isba-Route-Crocus, poursuit Ludovic Bouilloud. Il modlise les transferts deau et dnergie entre la route et la neige et simule avec prcision le comportement de la neige sur la chausse. Il sera expriment au cours de lhiver 2012-2013.

    Prvoir la neige en plaine

    Pas

    cal Tab

    uret/M

    to

    -Franc

    e

    ALBDOQuantit dnergie provenant du Soleil rflchie par une surface.

    COnDuCTIvIT TheRMIQue Capacit plus ou moins grande dune substance transporter de la chaleur.

    *

    Prvision du temps ou du risque davalanche, tudes climatiques et hydrologiques : selon les cas, les

    chercheurs utilisent des modles de complexits diffrentes pour simuler

    lvolution du manteau neigeux.

    eSRFeuropean SynchrotronRadiation Facility

    *

  • jusqu 50 couches peuvent tre reprsentes dans le modle Crocus pour simuler finement un manteau neigeux pais dun ou deux mtres.

    58 Les Dossiers De La recherche | DCEMBRE 2012 N 52

    surface comprise entre 400 et 1 000 km. Les Alpes sont ainsi dcoupes en 23 massifs, les Pyrnes en 11, et la Corse en 2. Au sein de ces massifs, le risque davalanche est calcul par palier daltitude de 300 mtres et pour chaque exposition de pente. La phase oprationnelle au cours de laquelle sont mis les bulletins destimation du risque davalanche (BRA) dure de novembre mi-juin. Ce travail est fait en troite collaboration avec les centres montagne de Mto-France, responsables des prvisions oprationnelles du risque davalanche. Le CEN forme les prvisionnistes avalanche, coordonne leur travail quotidien et recueille leur exprience, ce qui contribue lamlioration des systmes de simulation et des connaissances sur ce phnomne.Un autre facteur est prendre en compte dans la prvision du risque davalanche : le transport de la neige par le vent. Il est lorigine de la formation de la majorit des plaques, ces mmes plaques dont le dclenchement accidentel est la cause de la plupart des victimes davalanche. En collaboration avec IRSTEA, le CNRM-GAME tudie ce phnomne au col du Lac blanc, non loin de lAlpe-dHuez. 2 720 m daltitude, des capteurs mesurent les hauteurs de neige qui diminuent ou augmentent de part et dautre de la station balaye par les vents. Les donnes nous servent mettre au point des modles qui calculent les quantits de neige transportes selon les conditions mtorologiques et la nature des grains en surface du manteau neigeux , dtaille Pierre Etchevers. Cette nouvelle approche a t int-gre Safran et Crocus, et est exprimente cet hiver sur quelques massifs en Isre.

    Quand la neige fond. En aval de ces tudes, les chercheurs tablissent le bilan deau correspondant la quantit de neige fondue. Cest notamment le travail dric Martin, du CNRM-GAME, Toulouse : Nous cherchons prvoir lapport deau li la fonte de la neige au printemps, mais aussi les crues nivales qui peuvent se produire durant cette priode. Pour simuler les bilans deau et dnergie de surface, un outil de modlisation a t dvelopp : la chane Safran-Isba-Modcou. Safran analyse les conditions mtorologiques lchelle de la France. Isba reprsente les changes entre latmosphre et la surface la rsolution de 8 km, en incluant le manteau neigeux via un modle de complexit intermdiaire (voir info-graphie p.56), le ruissellement de surface et le drainage profond. Ses donnes sont reprises par Modcou, qui calcule le dbit des rivires. Cest une modlisation dont les enjeux conomiques sont importants, souligne ric Martin. Lagriculture, lindustrie, les villes sont concernes par la dispo-nibilit de la ressource en eau. Nous continuons dvelopper les actions de recherche dans ce sens, la dernire en date tant Scampei. (voir focus)

    retenir Des tudes lchelle du grain sont ncessaires pour amliorer la comprhension des transformations de la neige.

    La chane de modles de Mto-France donne une estimation de plus en plus fine du risque davalanche dans les Alpes, les Pyrnes et en Corse.

    Les scientifiques tiennent compte de leffet de la neige et de sa fonte pour calculer les bilans hydrologiques.

    de la mto au climat

    de la mto au climat Quel type de donnes est important pour faire avancer les recherches

    sur les proprits physiques de la neige ?Il nous manque des mesures objectives sur la forme des cristaux et sur leur taille. nous avons voulu documenter ces variables et les intgrer dans une nouvelle version du modle dtaill Crocus dans le cadre du projet Quaspper* (Quantitative Assess-ment and modelling of the Snow Physical PropeRties), que nous avons commenc en 2010. Le modle dcrira alors de faon plus objective lvolution des proprits physiques des couches de neige sous leffet des conditions mtorologiques de surface.

    laide de quels instruments allez-vous faire les tudes de terrain ? en parallle avec les approches convention-nelles utilises de longue date au Cen, nous utilisons des outils issus de la recherche mene en amont sur les proprits optiques ou mcaniques de la neige, par exemple

    le SnowMicroPen (dvelopp au WSL-SLF, Davos, Suisse) et plusieurs instruments dve-lopps Grenoble, qui mesurent la rflec-tance de la neige dans le proche infrarouge jusqu un ou deux mtres de profondeur. Le travail de terrain est complmentaire dtudes en chambre froide pour lesquelles plus de variables peuvent tre contrles.

    Sur quelle autre expertise vous appuyez-vous ?nous collaborons troitement sur ces aspects avec la communaut de recherche locale (Observatoire des sciences de lunivers de Grenoble OSuG). Le LGGe (Laboratoire de glaciologie et gophysique de lenvironnement) a apport une contribu-tion importante ce projet en dveloppant un profileur de rayon optique des grains de neige.* Le projet a associ le CNRM-GAME/CEN et le LGGE, et a t financ par lInstitut national des sciences de lUnivers (INSU-LEFE).

    troiS QueStionS Samuel morin

    chercheur et responsable de lquipe manteau neigeux au Centre dtudes de la neige du Cnrm-game depuis 2009

    Thse au LGGe, Grenoble, universit Paris-est (2005-2008) Magistre de sciences de la Terre lenS Paris - universit Paris vI (2002-2005)

    Dcrire et modliser de faon plus objective lvolution des proprits physiques des couches de neige.

    BM

  • Les tempratures de latmosphre ont un impact important sur lenneigement, et vice versa.

    hAuTeuRS De neIGe SIMuLeS POuR LeS hIveRS De LA FIn Du xxIe SICLeSimulations effectues dans le cadre du projet Scampei.

    Le scnario A2 est associ aux concentrations de gaz effet de serre les plus leves.

    La question taraude les esprits lheure du changement clima-tique : y aura-t-il encore de la neige Nol (et pas seule-ment) en France dans les dcennies venir ? Pour y rpondre avec des perspectives chiffres, lAgence nationale de la recherche a financ le projet Scampei (Scnarios clima-tiques adapts aux zones de montagnes), lanc en 2009 et coordonn par le CNRM-GAME*. Lobjectif tait de faire des simulations des rsolutions beaucoup plus fines que celles des modles clima-tiques. Les tailles de maille actuelles, de lordre de la centaine de kilomtres, sont trop grandes pour donner des dtails sur les massifs monta-gneux cette chelle, les

    Alpes et les Pyrnes ne font figure que de collines sur les plateaux continentaux. Les chercheurs ont donc mis au point dans le cadre du projet Scampei plusieurs mthodes qui sappuient sur des scnarios de changement climatique grande chelle. En utilisant des techniques de descente dchelle (rgionalisation), ils ont obtenu des scnarios la rsolution trs fine de 8 kilomtres. La chane de modles Safran-Crocus-Mepra a apport sa contribu-tion en affinant ces informations en fonction de laltitude et de lexposition dans les Alpes franaises. Une tendance gnrale a t dgage : les projections indiquent quen dessous de 2 000 m daltitude lenneige-

    ment va diminuer significati-vement dici la fin du sicle. Nous ne pouvons pas encore quantifier prcisment limpact versant par versant, mais ces scnarios 8 km sont une relle avance car cest la premire fois que lensemble des massifs franais est tudi , commente ric Martin, du CNRM-GAME. Une diminution globale de lenneigement aurait des consquences lchelle de la plante, comme le rappelle Samuel Morin, du CEN : La neige est une des composantes du systme climatique, avec des effets rtroactifs sur latmosphre. En effet, la prsence de neige au sol modifie les changes dnergie entre latmosphre et la surface. Si la couverture neigeuse dimi-nuait en Amrique du Nord et en Eurasie, toutes autres compo-

    santes du systme climatique demeurant gales par ailleurs, nous naurions plus dhivers aussi froids. Les cartes tablies lors du projet Scampei sont disponibles sur le site www.cnrm.meteo.fr/scampei/ * Le projet a associ les chercheurs du Laboratoire de mtorologie dynamique (LMD), du Centre europen de recherche et de formation avance en calcul scientifique (Cerfacs), du Laboratoire de gographie phy-sique (LGP) et du Laboratoire de glaciologie et de gophysique de lenvironnement (LGGE).

    Des degrs en plus, de la neige en moins

    Comit ditorial : Directions de la Recherche et de la Communication de Mto-France Rdaction : Myriam Dtruy Conception graphique et ralisation : A noir,

    N 52 DCEMBRE 2012 | Les Dossiers De La recherche 59

    FOCuS enneigement et changement climatique M

    to

    -Franc

    e

    Modle Aladin scnario de gaz effet de serre A1B

    Modle Aladin scnario de gaz effet de serre A2