Quel est l’impact des avalanches sur les pylônes et autres infrastructures sensibles ? Michael Kohler, chercheur au SLF, montre dans des simulations détaillées que la compactibilité de la neige réduit dans un premier temps la pression de l’avalanche, mais que ce tampon n’agit plus à grande vitesse.
Pylônes de lignes électriques ou de téléphérique : les avalanches rencontrent toutes sortes d’obstacles sur leur parcours vers la vallée. Dans les régions reculées notamment, elles se heurtent souvent à des infrastructures sensibles sous forme d’objets élancés. Michael Kohler, chercheur au SLF, étudie ce qui se passe lorsque la neige en mouvement rencontre un tel obstacle : « Évidemment, on essaie d’éviter de placer des infrastructures critiques dans les couloirs d’avalanches, mais parfois, c’est inévitable. » Les ingénieures et ingénieurs doivent savoir quelle pression une avalanche exerce sur des objets tels que des pylônes de remontées mécaniques afin de les renforcer en conséquence.
À l’avenir, ce pourrait être fait avec plus de réalisme et de précision. Jusqu’à présent, les chercheurs considèrent souvent la neige d’avalanche comme incompressible dans leurs modèles de calcul. Cela signifie que les masses de neige ne peuvent pas être comprimées et heurtent l’obstacle de plein fouet. « Il s’agit là manifestement d’une simplification. Car quiconque a déjà formé une boule de neige sait à quel point la neige froide et sèche peut être comprimée », explique M. Kohler.
C’est précisément cette neige froide et sèche qui est à l’origine des avalanches de poudreuse très rapides et donc dangereuses. Lorsque cette neige rencontre un obstacle à vitesse modérée, sa compressibilité agit comme la zone de déformation d’une voiture. « Le compactage de la neige devant l’obstacle peut réduire considérablement la force de l’avalanche », précise Michael Kohler. Les dégâts maximums sont alors en réalité moins importants que ce que les modèles de calcul avaient supposé jusqu’à présent.
Un coup venu de nulle part
Mais si l’avalanche atteint une grande vitesse, tout change. « À partir d’une certaine vitesse, nos simulations montrent une augmentation surprenante de la pression en cas de neige meuble et faiblement liée », ajoute M. Kohler. Il explique ce phénomène par la manière dont les forces et les perturbations se propagent dans les milieux fluides.
Michael Kohler compare cela à un bateau sur un lac calme. S’il avance lentement, il pousse une vague devant lui et l’eau « sent » que quelque chose arrive. Une puce d’eau devant la proue serait avertie par les vagues devant le bateau et pourrait se sauver à temps. Mais si le bateau avance plus vite que les vagues, la surface de l’eau devant la proue reste lisse – la puce ne remarque rien et est surprise.
Il en va de même pour les avalanches très rapides. La matière très meuble ne peut pas transmettre assez rapidement l’information concernant l’impact imminent et heurte l’obstacle de plein fouet au lieu de s’écouler autour de celui-ci en amortissant le choc. « Au début, cela me semblait paradoxal », explique M. Kohler. Il s’attendait en effet à ce que la pression diminue. Mais ses résultats montrent qu’à grande vitesse, les avalanches ne forment pas de zone de déformation efficace et transmettent toute leur énergie cinétique à l’obstacle. « C’est comme un coup de poing venu de nulle part », compare M. Kohler.
Laboratoire numérique
Afin d’étudier systématiquement ces phénomènes, le scientifique a bricolé un laboratoire sur son ordinateur. Il décrit ce modèle informatique comme un « laboratoire numérique » : « Dans un vrai laboratoire, on ne peut pas simplement augmenter de 30 % le frottement interne d’un matériau ou modifier d’autres paramètres, mais sur un ordinateur, c’est possible. » Il y lâche des masses de neige virtuelles sur des pylônes virtuels de remontées mécaniques et de lignes électriques. Avantage par rapport à des expériences coûteuses : lorsque M. Kohler modifie une valeur, toutes les autres restent constantes. Il découvre ainsi les conséquences des propriétés mécaniques de la neige sur la pression des avalanches, par exemple le frottement interne de la neige.
L’ordinateur calcule parfois plusieurs heures pour une seule simulation. Il simule en effet le comportement de jusqu’à cinq millions de petits agglomérats virtuels de neige. « Les avalanches en comptent nettement plus, mais cela suffit pour étudier les effets locaux sur les obstacles », ajoute M. Kohler.