Mesure et modélisation des propriétés mécaniques de la neige

Titre : Mesure et modélisation des propriétés mécaniques de la neige

Laboratoire de rattachement : CNRM-GAME/Centre d’Études de la Neige, Domaine Universitaire - 1441 rue de la piscine - 38400 Saint Martin d’Hères

Encadrant :
Pascal Hagenmuller (IPEF) - Mèl à partir du 01/10/2014
Téléphone :
jusqu’au 30/09/2014 : 04 76 76 28 71 - à partir du 01/10/2014 : 04 76 63 79 07

Mots clés : neige, mécanique, microstructure, stratigraphie, MEPRA

Contexte et objectifs de la mission de stage :
Les propriétés mécaniques de la neige sont déterminantes pour comprendre le déclenchement des avalanches. Ces propriétés dépendent de l’arrangement spatial, la forme et la taille des grains de neige, i.e. de la microstructure de la neige. Sur le terrain, les nivologues caractérisent la microstructure de la neige par l’observation de la taille et de la forme de grains individualisés et la mesure de la masse volumique dans chaque strate de neige. Ces observations sont complétées par une mesure de la résistance à l’enfoncement du manteau neigeux à partir d’une sonde de battage ou d’un micro-pénétromètre. Dans la chaine de modélisation du manteau neigeux (SAFRAN-SURFEX/CROCUS-MEPRA) développée au CEN, des relations empiriques entre la microstructure prédite par CROCUS et les propriétés mécaniques (résistance à l’enfoncement et au cisaillement), nécessaire à l’évaluation du risque d’avalanche par MEPRA, ont été formulées. Ces relations permettent de rendre compte du large panel de types de neige mais elles sont sensibles à des effets de seuil et présentent de nombreuses variables d’ajustement.

Ce stage consistera à :
1) Réaliser des mesures des propriétés mécaniques du manteau neigeux avec trois outils différents : scissomètre, sonde de battage, snow micro-penetrometer (SMP, Johnson and Schneebeli, 1998). Mesurer les propriétés de la microstructure de la neige dans les strates correspondantes (taille des grains, type de neige, masse volumique). Ces mesures seront répétées à quelques mètres de distance pour évaluer la variabilité spatiale des propriétés à cette échelle.
2) Evaluer les relations empiriques existantes entre propriétés mécaniques et microstructurelles, à partir du jeu de données réalisé lors du stage et des données existantes.
3) Etudier plus en détails la relation entre les résistances à l’enfoncement obtenues par la sonde de battage et par le SMP, et la résistance au cisaillement. Cette étude pourra s’appuyer sur des simulations numériques par éléments discrets reproduisant ces différents types de sollicitation mécaniques (Hagenmuller, 2014).

Pré-requis :
Des connaissances en mécanique et traitement de données sont requises. Un gout prononcé pour les mesures de terrain en milieu enneigé est souhaité. Les mesures s’effectueront essentiellement sur des zones accessibles en voiture (ex. : col de Porte) et ne nécessitent donc pas une pratique experte de la montagne en hiver.

Intérêt scientifique :
Ce stage a pour but une meilleure compréhension de la relation entre microstructure de la neige et propriétés mécaniques, dans le cadre de modèles opérationnels de prévision du risque d’avalanche.