Vers une simulation des situations avalancheuses de neige ventée

A ce jour, la prévision du risque d’avalanches s’appuie principalement sur des observations du manteau neigeux et sur les prévisions météorologiques. Cependant, des simulations numériques d’évolution du manteau neigeux sont aussi disponibles et peuvent aider les prévisionnistes à appréhender l’extension spatiale et l’évolution temporelle des risques (Morin et al., 2020). Pour les situations avalancheuses typiques de neige ventée, contribuant fréquemment aux déclenchements provoqués d’avalanche, la résolution des simulations opérationnelles est toutefois insuffisante pour représenter les processus d’érosion et de dépôt de neige et donc leur impact sur la stabilité du manteau neigeux. Cependant, le Centre d’Etudes de la Neige développe un nouveau système numérique à 250 mètres de résolution horizontale (Lafaysse, 2023) dans lequel le transport de neige par le vent est explicitement pris en compte (Baron et al., 2023). Les premières évaluations ont montré que l’ordre de grandeur des flux de neige transportée est réaliste et que la variabilité spatiale des hauteurs de neige simulées est plus proche des observations, bien que la localisation des processus à l’échelle du pixel reste incertaine. La plus-value de ces simulations (à haute résolution) pour l’identification et la caractérisation des situations avalancheuses typiques de neige ventée n’a toutefois jamais été étudiée à ce jour, alors qu’il s’agit d’un des principaux enjeux pour les prévisionnistes avalanches (Perla, 1970 ; Schweizer et al., 2003).

L’objectif du stage est d’étudier la plus-value de ces simulations à haute résolution pour l’identification et la caractérisation des situations avalancheuses typiques de neige ventée, et in fine proposer des diagnostics aux prévisionnistes.

Pour cela, le stagiaire analysera des simulations à 250 mètres de résolution sur un domaine de montagne situé entre les massifs des Grandes Rousses et du Galibier sous l’angle des principaux questionnements des prévisionnistes dans les situations avalancheuses typiques de neige ventée. Dans les étapes décrites ci-après, le stagiaire prendra l’angle des principaux questionnements des prévisionnistes en cherchant à mieux comprendre les situations avalancheuses typiques de neige ventée avec des outils novateurs :

• La première étape consistera d’abord à diagnostiquer la présence de neige ventée dans les simulations et la comparer aux observations du réseau nivo-météorologique, par exemple l’observation de chasse-neige. Cela permettra de confronter la modélisation aux observations sur le terrain à plus grande échelle qu’avec les évaluations déjà réalisées, et de tester un diagnostic pour les situations de neige ventée.

• Dans une deuxième étape, le diagnostic de neige ventée sera combiné avec d’autres indicateurs éprouvés, par exemple la présence de couches fragiles dans le manteau neigeux ou des estimations de la stabilité mécanique (Reuter et al., 2022 ; Viallon-Galinier et al., 2022). On recherchera si la variabilité des propriétés de ces couches fragiles ainsi que des propriétés des couches de surface potentiellement ventées permettent de discriminer les situations d’activité avalancheuse marquée en neige ventée. Ces situations seront identifiables par les observations du réseau nivo-météorologique, notamment le nombre et type d’avalanches – traduisant l’instabilité apparente. En étudiant séparément la variabilité de la couche fragile et de la plaque, on pourra tester un schéma conceptuel souvent utilisé par les prévisionnistes reliant l’intensité du transport de neige à l’éloignement des crêtes des instabilités.

• Enfin, on s’intéressera également à la variabilité des quantités de neige transportée pour estimer les volumes potentiels des avalanches, paramètre important de la description d’une situation de neige ventée. En raison du manque d’observations des quantités de neige transportée, les simulations à 250 mètres seront pour ce critère évaluées par rapport à des simulations à 30 mètres de résolution considérées comme référence.

L’originalité de ce stage provient de la complémentarité entre une équipe de recherche en modélisation numérique de la neige et les services opérationnels de Météo-France impliqués dans la prévision du risque d’avalanches, tous deux établis dans le même bâtiment. Le stagiaire contribuera à un projet structurant du Centre d’Etudes de la Neige en modélisation numérique et sera ainsi amené à interagir avec les autres chercheurs et étudiants de l’équipe sur des projets connexes. Il doit avoir goût et compétences pour la programmation (langage python), et un intérêt pour les sciences de la neige et la prévision opérationnelle. Une connaissance et une pratique de la montagne hivernale sera un atout pour bien appréhender la problématique.

References

Baron, M., Haddjeri, A., Lafaysse, M., Le Toumelin, L., Vionnet, V., and Fructus, M. : SnowPappus v1.0, a blowing-snow model for large-scale applications of Crocus snow scheme, Geosci. Model Dev. Discuss. [preprint], https://doi.org/10.5194/gmd-2023-43, in review, 2023.
Lafaysse, M. Modélisation numérique de la neige : la fin du déterminisme ? Habilitation à Diriger des Recherches de l’Université de Toulouse 3. https://hal.science/tel-04130109
Morin, S., S. Horton, F. Techel, M. Bavay, C. Coléou, C. Fierz, A. Gobiet, P. Hagenmuller, M. Lafaysse, M. Lizar, C. Mitterer, F. Monti, K. Müller, M. Olef, J. S. Snook, A. van Herwijnen and V. Vionnet, Application of physical snowpack models in support of operational avalanche hazard forecasting : a status report on current implementations and prospects for the future, Cold. Reg. Sci. Technol., 170, 102910 https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2019.102910, 2020
Perla 1970 : On the contributory factors in avalanche hazard evaluation. Canadian Geotechnical Journal, 7, 414.
Reuter, B., Viallon-Galinier, L., Horton, S., van Herwijnen, A., Mayer, S., Hagenmuller, P. et Morin, S. (2022). Characterizing snow instability with avalanche problem types derived from snow cover simulations. Cold Reg. Sci. Tech., 194:103462. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2021.103462.
Schweizer, J., Jamieson, J. et Schneebeli, M. (2003). Snow avalanche formation. Rev. Geophys., 41(4). https://doi.org/10.1029/2002RG000123
Viallon-Galinier, L., Hagenmuller, P., Reuter, B. and Eckert, N. Modelling snowpack stability from simulated snow stratigraphy : Summary and implementation examples. Cold Regions Science and Technology, 2022, 201, https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2022.103596