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AVALANCHES

Une avalanche est le mouvement qui, à partir d’un point, se communique à tout ou partie de la neige déposée sur une pente de montagne. On appelle aussi avalanche le mouvement qui suit le départ en bloc d’une masse de neige déposée sur la même pente.

Les avalanches se produisent dans toutes les régions où les conditions de pente et d’enneigement sont réunies. Cependant, les régions les plus touchées sont celles où la densité de la population et l’intensité de l’activité humaine sont les plus fortes. Ainsi, en France, 400 communes sont menacées et on a compté 350 victimes de 1980 à 1990; la plupart ont été emportées dans le cadre d’activités touristiques et sportives, et les dégâts matériels ont été importants. D’autres massifs sont également touchés, comme les Andes (extraction minière), l’Himalaya (exercices militaires et alpinisme) et les montagnes Rocheuses des États-Unis et du Canada (tourisme hivernal). Sont affectées à un degré moindre des régions comme la Scandinavie (Islande, Suède, Norvège, presqu’île de Kola), la Nouvelle-Zélande ou le Japon.

1. Classification et formation

On distingue fondamentalement deux types d’avalanche: les avalanches poudreuses et les avalanches denses. Chacune de ces catégories se subdivise en plusieurs sous-catégories.

De nombreux contresens dans le classement des avalanches sont liés à l’utilisation exclusive de critères physiques de la neige qui se met en mouvement. Une avalanche est avant tout un écoulement fluide, dont la forme est aussi déterminée par la physique de la neige déposée sur toute la zone parcourue et par la topographie, parfois fort complexe, de la zone à l’intérieur de laquelle elle s’écoule.

Avalanches poudreuses

Une avalanche poudreuse est un mélange d’air et de neige dont la dynamique dépend essentiellement de son interaction avec la neige se trouvant à l’avant de l’écoulement, mais aussi de la topographie. On distingue la bouffée de densité, de masse constante, qui ne reprend pas ou plus de neige, et le courant de gravité dont la masse croît par incorporation de neige à l’avant. Dans chaque cas, on établit une distinction entre l’écoulement canalisé (bidimensionnel) et non canalisé (tridimensionnel).

Connaissant la topographie et la densité de la neige en place, on peut calculer approximativement la vitesse et la dimension de l’avalanche poudreuse en un point de sa trajectoire. On est cependant obligé de faire des hypothèses sur l’interaction écoulement-neige en place pour déterminer si cette neige sera ou non reprise par l’avalanche. Selon le choix effectué, l’écoulement se présentera de façon très différente. Le courant de gravité canalisé est le plus destructeur; à l’inverse, la bouffée non canalisée se diffuse dans l’air ambiant sans provoquer de dégâts importants.

Une avalanche poudreuse est freinée non par la surface sur laquelle elle s’écoule, mais par l’air, qui lui oppose une résistance. Cela explique plusieurs de ses propriétés caractéristiques: sa vitesse élevée (jusqu’à 100 m/s, soit 360 km/h), sa densité faible (elle atteint, par mélange, la densité de l’air ambiant dans le cas des bouffées de densité), ses proportions importantes (jusqu’à plusieurs centaines de mètres de hauteur) et une mise en vitesse de l’air à l’avant, souvent décrite à tort comme une onde de choc.

Ces facteurs expliquent pourquoi l’avalanche poudreuse est redoutée. Elle l’est moins, en fait, par la valeur absolue des efforts exercés (quelques dizaines de kilonewtons par mètre carré en équivalent statique) que par l’imprévisibilité de sa trajectoire (elle est peu guidée par le relief), la direction des efforts exercés (effets d’aspiration et de soulèvement) et les effets dynamiques (fréquences propres de l’ordre du hertz). La mise en vitesse de l’air ambiant conduit à des effets de pression d’arrêt qui, s’ils ne sont pas très destructeurs, impressionnent beaucoup les habitants (vitres cassées sur le versant opposé, parfois à plusieurs kilomètres de la zone d’arrêt de la neige).

Avalanches denses

Les avalanches denses sont beaucoup plus proches d’un écoulement hydraulique de type torrentiel, du moins dans leur zone canalisée. On distingue, comme dans le cas d’un torrent, une zone d’accumulation, une zone canalisée (chenal d’écoulement) et une zone d’arrêt (zone de dépôt).

Dans la zone d’accumulation, il y a mise en mouvement progressive de la neige. Le mouvement peut s’arrêter avant la zone canalisée si l’énergie n’est pas suffisante pour provoquer la décohésion et/ou la rupture au cisaillement de la neige en place.

Si l’écoulement arrive avec une énergie suffisante à l’entrée de la zone canalisée, l’avalanche va atteindre un régime relativement stable. Sa vitesse de front et sa hauteur varient peu si la pente et le profil en travers restent constants et si des singularités de relief ne perturbent pas l’écoulement, auquel cas on pourrait passer au régime d’avalanche poudreuse. Dans la zone canalisée, les ordres de grandeur sont les suivants: vitesse de front, de 10 à 50 m/s (environ de 40 à 200 km/h); hauteur de front, de 1 à 10 m; masse spécifique, de 100 à 300 kg/m³.

La sortie de la zone canalisée coïncide généralement, pour des raisons géomorphologiques, avec une réduction importante de la pente. L’avalanche subit alors une réduction de sa vitesse de front, un étalement avec une séparation de sous-écoulements («doigts de gant»). L’analogie hydraulique n’est pas valable dans cette phase où le fluide n’est pas newtonien, mais probablement binghamien, c’est-à-dire que son comportement est intermédiaire entre celui d’un fluide comme l’eau et celui d’un solide.

Les effets dynamiques d’une avalanche dense sont beaucoup plus faciles à comprendre que ceux d’une avalanche poudreuse; ce sont d’abord des effets de choc provoqués par un écoulement en masse. Cependant, surtout si l’on se trouve à proximité de la sortie de la zone canalisée, on note, dans les efforts enregistrés, une grande dispersion spatiale et temporelle, qui est liée à des phénomènes de turbulence.

Avalanches en plaques

Le terme d’avalanche en plaques est souvent utilisé improprement pour caractériser tous les écoulements découlant de la rupture d’une plaque, c’est-à-dire d’une couche de neige cohérente. On doit le réserver aux glissements en masse à qui la topographie et l’état physique du manteau neigeux en surface ne permettent pas d’atteindre une vitesse suffisante pour se développer sous la forme d’une avalanche proprement dite.

Modélisation

Les avalanches peuvent être «reproduites» sur des modèles physiques à échelle réduite. Ce travail sur maquette est bien adapté à l’étude des avalanches poudreuses. Il est à noter que le fluide ambiant est simulé non par de l’air, mais par de l’eau, qui donne des résultats beaucoup plus réalistes. Les avalanches denses se prêtent plutôt à une modélisation de type numérique, c’est-à-dire à un calcul par résolution d’équations. Dans les deux cas, il est indispensable de procéder à des mesures sur le terrain pour vérifier la valeur des modèles mis au point.

2. Facteurs nivo-météorologiques et topographiques de déclenchement des avalanches

Le départ d’une avalanche et le type auquel elle appartient sont expliqués par des facteurs nivo-météorologiques et topographiques complexes.

Les facteurs météorologiques les plus importants sont, dans l’ordre, la précipitation abondante, le vent violent et, au printemps, tout ce qui contribue à un réchauffement du manteau neigeux. Les facteurs topographiques dominants sont la pente moyenne et les accidents du relief de la zone de départ (barres rocheuses, formes concaves ou accroissement brutal de la pente par exemple), et l’état du sol (végétation, rochers lisses ou pierrier).

Chaque avalanche est provoquée par une combinaison de ces facteurs. L’ensemble des conditions qu’elle va rencontrer lors de son trajet détermine sa dynamique. Dans l’état actuel de nos connaissances, on ne sait pas prédire avec précision la forme d’une avalanche en fonction d’un ensemble de données météorologiques et topographiques, mais on peut indiquer quelques scénarios typiques.

Premier scénario: forte chute de neige, température basse

Une forte chute de neige avec une température de l’air fortement négative est à l’origine de la plupart des avalanches poudreuses. C’est à ce cas que correspond la règle suisse des 30-60-90 cm, seuils de danger respectifs pour l’alpinisme, les routes et les habitations. Ce danger persiste quelques jours après la fin de la chute, et ce d’autant plus longtemps que la température est plus basse (de 3 à 10 jours).

Le départ et la propagation de ces avalanches s’expliquent assez aisément à partir d’un modèle de matériau sans cohésion (exemple: le sable sec). La pente de la zone de départ joue un rôle important dans l’ampleur du phénomène, car elle détermine quelle hauteur de neige récente va pouvoir être accumulée avant l’apparition de l’instabilité. Lorsque cette pente est de l’ordre de 60 p. 100 (30⁰), on est à la limite de l’angle de frottement du matériau et il peut y avoir accumulation d’une énorme quantité de neige avant le départ naturel d’une avalanche. Ce type est très rare, mais son ampleur est alors considérable. À l’inverse, à partir de pentes de l’ordre de 100 p. 100 (45⁰), la neige ne peut s’accumuler qu’en petite quantité et on aura des avalanches denses qui s’arrêteront rapidement.

Deuxième scénario: faibles chutes de neige, température très basse

Une faible épaisseur de manteau neigeux (moins de 1 m), avec une température de l’air très basse (moins de 漣 15 ⁰C), conduit à une métamorphose de gradient ^{[cf. NEIGE]} qui aboutit à l’apparition de strates peu résistantes au cisaillement. Par surcharge naturelle ou artificielle, cette formation peut donner lieu à une avalanche poudreuse ou à une avalanche dense, voire à une avalanche en plaques. Les facteurs favorisant l’apparition d’une avalanche poudreuse sont une forte masse de neige au départ, une forte pente de la zone d’écoulement, la présence d’accidents de relief (barres rocheuses ou virage brusque), une neige de faible cohésion dans la zone d’écoulement et la zone d’arrivée.

Troisième scénario: vent violent après une chute de neige modérée à forte, température de basse à très basse

Les conditions de ce troisième scénario sont d’abord favorables à un transport important de neige sous l’action du vent. Une conséquence visible de ce transport est l’apparition de corniches qui ce construisent sur la pente «sous le vent». Pendant la chute et immédiatement après, on aura un scénario de type 1, l’effet du vent se limitant à augmenter localement l’épaisseur du manteau neigeux, donc la surcharge de la pente. L’effet du vent se manifeste surtout après la chute de neige, par transport près de la surface de grandes quantités de neige qui vont se déposer dans des zones abritées sous la forme de plaques à vent. Celles-ci peuvent se fracturer après plusieurs semaines, sous l’action d’un agent externe ou en raison des variations de pente et de l’état du sol. Par exemple, elle s’adaptent mal à une augmentation brutale de la pente, puisque, peu plastiques, elles sont soumises à une forte tension.

Les avalanches produites sont parfois des avalanches de plaques, mais peuvent aussi bien être des avalanches poudreuses ou des avalanches denses, selon la température de la plaque, sa cohésion et le relief de la zone d’écoulement.

Quatrième scénario: fort réchauffement du manteau neigeux

Le quatrième scénario est un type de situation météorologique caractéristique du printemps et se produit aussi en moyenne altitude, certains hivers exceptionnels. Il peut conduire à des écoulements très différents selon la vitesse du réchauffement subi par la neige.

Un cas extrême est une avalanche dense, très visqueuse et très lente, s’écoulant éventuellement sur le sol en place. Cet écoulement, appelé avalanche de fond, a un pouvoir érosif très important. À l’opposé, si la topographie est particulière (présence de barres rocheuses) et si le manteau neigeux a vraiment perdu toute cohésion sous l’action de la chaleur, on peut avoir formation d’une avalanche poudreuse.

3. Protection contre les avalanches

La meilleure façon de se protéger contre les avalanches est de les localiser avec la meilleure précision possible et de s’abstenir de construire dans leur zone d’action. Pour les habitations se pose toutefois le problème des phénomènes exceptionnels, souvent assez difficile à définir. Pour éviter tout risque d’accident, on fait appel à des méthodes entrant dans la catégorie du génie paravalanche. En outre, certains équipements ne sont pas menacés matériellement par l’avalanche (routes, pistes de ski), seuls les usagers de ces équipements courant un risque. Dans ce cas, on emploie la technique du déclenchement artificiel par explosif, qui est devenue une méthode extrêmement répandue de génie paravalanche.

La localisation du risque d’avalanche

Dans de nombreux pays, on s’est d’abord préoccupé de mettre en fiche les couloirs d’avalanche particulièrement menaçants et d’enregistrer les avalanches au fur et à mesure qu’elles se produisaient. Plus récemment, on s’est posé le problème de la cartographie des risques; au fur et à mesure des diverses tentatives nationales, il s’est avéré qu’il existait deux niveaux de cartographie. Le premier, à moyenne échelle (de 1/10 000 à 1/100 000), identifie l’avalanche sans indiquer les limites de la zone de danger avec une grande précision. Ces documents ne sont pas applicables à des opérations d’urbanisme. Le second niveau de cartographie est à grande échelle (de 1/1 000 à 1/5 000). On s’efforce de définir avec précision les limites de toute avalanche qui pénètre dans le domaine de la vie quotidienne et qui menace des vies humaines et des équipements lourds. La façon dont ces documents sont utilisés pour réglementer l’urbanisation de la montagne dépend du contexte socio-politique de chaque pays.

Le génie paravalanche

Le génie paravalanche est un ensemble de techniques, plus ou moins anciennes, plus ou moins coûteuses, qui ont pour but de protéger les équipements fréquentés par l’homme. On distingue de façon traditionnelle les méthodes actives et les méthodes passives.

Les méthodes actives consistent à empêcher tout déclenchement d’avalanche. Leurs premières applications à grande échelle datent du XIX^e siècle. On construisait alors des ouvrages en bois ou en maçonnerie destinés à retenir la neige sur les pentes. Maintenant, ces ouvrages ont changé d’aspect: ils sont ajourés et souvent métalliques, quoique le bois reste employé.

Les méthodes passives ne s’opposent pas au déclenchement de l’avalanche, mais se contentent de protéger un objectif bien précis, par exemple un chalet, un pylône, une gare de remontée mécanique. Les méthodes les plus anciennes sont les méthodes de déviation. Certaines sont aussi anciennes que les populations de montagne, par exemple celle qui consiste à abriter un chalet d’alpage derrière un rocher. D’autres sont plus modernes, comme les galeries de protection de route ou de voie ferrée. Plus récentes et plus sophistiquées sont les méthodes de freinage, qui consistent à dissiper l’énergie de l’avalanche à l’aide d’ouvrages qui ont une certaine ressemblance avec les ouvrages de dissipation de crue des barrages hydrauliques.

Il est à noter que la mesure de génie paravalanche la plus ancienne est en fait la forêt, dont le rôle de stabilisateur du manteau neigeux a été compris depuis longtemps. Dans de nombreux pays où la présence de noyaux de population en haute altitude est ancienne, la forêt est protégée par la coutume et confirmée par des lois plus modernes quand la pression touristique se fait sentir. Un point très controversé est celui de l’évolution des alpages liée au recul de l’agriculture. En effet, l’apparition d’herbes hautes non fauchées est une cause d’avalanche; le problème est d’assurer une transition vers la colonisation par la forêt, si l’agriculture n’est plus économiquement envisageable.

Le déclenchement artificiel

Le déclenchement artificiel des avalanches est une mesure de génie paravalanche qu’on appelle parfois temporaire pour compléter la classification déjà présentée. Il mérite une place particulière dans la mesure où son emploi se développe beaucoup sur deux types d’équipement: les routes et les pistes de ski. Le moyen a été employé avec une grande efficacité meurtrière dès la Première Guerre mondiale. On a essayé de transposer les méthodes militaires en utilisant les canons pour déclencher les avalanches à des fins civiles. Depuis lors sont apparus des moyens assez différents, dont le meilleur exemple est le câble transporteur d’explosif, qui consiste à faire circuler, à l’aide d’un petit téléski, une charge qui permet d’obtenir une explosion au-dessus de la surface de la neige, ce qui est beaucoup plus efficace. Les limitations apportées par certains pays à l’utilisation des explosifs, en raison de problèmes de sécurité publique, conduisent à imaginer des systèmes de déclenchement artificiel où l’énergie ne serait pas apportée par un explosif mais par un autre système, qui reste à définir.