Étude numérique des propriétés de transport de la neige humide

Description du stage
Recouvrant une grande partie de sa surface en hiver, la neige est une composante
essentielle du système terrestre et touche à des enjeux sociétaux et environnementaux importants,
tels que la prévision du risque d’avalanche ou les études climatiques. Pour répondre à de tels
enjeux, l’utilisation de modèles numériques de manteau neigeux, permettant la simulation des
propriétés macroscopiques de la neige à l’échelle d’une couche, est indispensable. Un des
challenges actuels est l’amélioration de la description des propriétés macroscopiques de la neige
humide dans ces modèles. La neige est dite humide lorsqu’elle présente de l’eau liquide, donnant
alors lieu à un matériau constitué de trois phases : glace, air (incluant de la vapeur d’eau) et eau
liquide. Cette dernière provient de la fonte lorsque la température de la neige atteint 0°C ou de
l’infiltration d’eau de pluie. La présence d’eau liquide au sein de la microstructure de neige modifie
significativement son comportement physique et mécanique. Une description appropriée des
propriétés de la neige humide est donc cruciale mais demeure néanmoins source d’incertitudes
dans les modèles de manteau neigeux et il existe peu d’études dédiées.

Objectifs du stage
Dans ce contexte, le stage vise à étudier les propriétés macroscopiques de la neige humide. On se
concentrera ici sur les propriétés régissant le transport de chaleur et de masse (conductivité
thermique, perméabilité, et coefficient de diffusion de vapeur d’eau), processus prédominants du
manteau neigeux. Ces propriétés seront estimées par simulations numériques avec le logiciel
GeoDict sur des microstructures 3D de neige humide. L’imagerie 3D de volumes de neige n’étant
aujourd’hui réalisable que pour la neige sèche, un travail numérique sera nécessaire pour créer
des microstructures artificielles de neige humide. Elles pourront être obtenues à partir d’images 3D
de neige sèche auxquelles de l’eau liquide sera ajoutée de manière numérique. L’impact de l’ajout
de l’eau liquide sur les propriétés de transport sera analysé pour différents degrés de saturation et
pour différentes microstructures de neige. Les résultats obtenus seront comparés aux données et
estimations de la littérature.

Pour postuler
Envoyer CV et lettre de motivation par email aux encadrants.

Références bibliographiques
– Colbeck, S. C. (1982). An overview of seasonal snow metamorphism. Reviews of Geophysics,
20(1), 45-61.
– Calonne, N., F. Flin, S. Morin, B. Lesaffre, S. Rolland du Roscoat, and C. Geindreau (2011).
Numerical and experimental investigations of the effective thermal conductivity of snow.
Geophysical Research Letters, 38(23).