Évolution de la neige en période de fonte : modélisation et observation au Col du Lautaret

stage de 7 mois de févirer à août 2025

Évolution de la neige en période de fonte : modélisation et observation au Col du Lautaret

Contexte : La présence d’eau liquide est un paramètre clef de l’évolution du manteau neigeux. L’infiltration de l’eau liquide modifie sa stratigraphie (soit la succession verticale de couches de neige aux propriétés distinctes), sa microstructure (soit la forme, la taille et l’organisation interne des grains de neige et des liaisons de glace qui les relient), et sa stabilité (Colbeck, 1997). Les prévisions d’avalanche, par exemple, dépendent ainsi d’une détermination précise de l’évolution temporelle de la teneur volumique en eau liquide et de la profondeur de percolation (Eckert et al., 2024)

Enjeu : La relation entre la microstructure de la neige et les mouvements de l’eau dans le manteau neigeux est complexe, notamment en raison de rétroactions mutuelles à l’œuvre (McDowell et al., 2023). La microstructure de la neige contrôle la percolation de l’eau à travers le manteau neigeux tout en étant continuellement modifiée par les processus d’écoulement de l’eau. La variabilité de la microstructure dans la colonne de neige est également à l’origine d’hétérogénéités dans la répartition de l’eau liquide qui induisent à leur tour une évolution hétérogène de la neige. Les modèles physiques de la neige cherchent à décrire ces processus pour représenter de manière précise les trajectoires et la profondeur d’infiltration de l’eau, mais nécessitent des observations détaillées de la neige pour évaluer et développer les schémas de percolation (Wever et al., 2015). Un développement récent du modèle de neige détaillé du Centre d’Études de la Neige (CEN, Grenoble) concerne l’introduction du formalisme de Richards (Richards, 1931) comme alternative à l’approche de type « bucket » pour décrire la percolation de l’eau dans la neige (D’Amboise et al., 2017).

Objectifs : L’objectif principal de ce stage est d’évaluer la performance d’un modèle de neige détaillé à partir d’un jeu de données inédit qui sera collecté au cours de l’hiver 2025 au Col du Lautaret (site FluxAlp ; 45°02′28.7′′ N, 6°24′38.0′′ E) à environ 2100 m d’altitude dans les Alpes Françaises. Le jeu de données inclura des mesures automatiques (variables météorologiques, hauteur de neige et albédo spectral) ainsi que des mesures manuelles (hauteur de neige, albédo spectral et profils verticaux de taille de grain, teneur en eau liquide, densité, température et type de neige) réalisées à l’aide d’une gamme d’instruments de référence développés et utilisés au CEN et à l’Institut des Géosciences de l’Environnement. Le.la candidat.e participera à la campagne de mesures au Col du Lautaret, préparera les fichiers de forçage à partir des données météorologiques nécessaires aux simulations, et réalisera un ensemble de simulations ainsi qu’une analyse de la sensibilité du modèle au choix du pas de temps et des paramétrisations de la percolation et de la densification. Une attention particulière sera portée à la représentation de l’apparition et de l’infiltration de l’eau liquide, à sa distribution verticale et à son impact sur la microstructure de la neige.

Compétences requises : connaissances en sciences du climat et/ou modélisation numérique, manipulation de fichiers netcdf, programmation python, nco, cdo

Pour postuler : contact par mail aux deux encadrants (voir haut de page)

Références :
Colbeck, S. (1997), A review of sintering in seasonal snow, CRREL Rep. 97-10, US Army Cold Reg. Res. and Eng. Lab., Hanover, N. H.
D’Amboise, C. J. L., Müller, K., Oxarango, L., Morin, S., and Schuler, T. V. : Implementation of a physically based water percolation routine in the Crocus/SURFEX (V7.3) snowpack model, Geosci. Model Dev., 10, 3547–3566, https://doi.org/10.5194/gmd-10-3547-2017, 2017.
Eckert, N., Corona, C., Giacona, F. et al. Climate change impacts on snow avalanche activity and related risks. Nat Rev Earth Environ 5, 369–389 (2024). https://doi.org/10.1038/s43017-024-00540-2
McDowell, I. E., Keegan, K. M., Wever, N., Osterberg, E. C., Hawley, R. L., & Marshall, H.-P. (2023). Firn core evidence of two-way feedback mechanisms between meltwater infiltration and firn microstructure from the western percolation zone of the Greenland Ice Sheet. Journal of Geophysical Research : Earth Surface, 128, e2022JF006752. https://doi.org/10.1029/2022JF006752
Richards, L. : Capillary conduction of liquids through porous mediums, J. Appl. Phys., 1, 318-333, doi:10.1063/1.1745010, 1931.
Wever, N., Schmid, L., Heilig, A., Eisen, O., Fierz, C., and Lehning, M. : Verification of the multi-layer SNOWPACK model with different water transport schemes, The Cryosphere, 9, 2271–2293, https://doi.org/10.5194/tc-9-2271-2015, 2015.