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Manteau neigeux en montagne, depuis l'Alpe d'Huez.
Creusement de trous dans le manteau neigeux sur le glacier Taku en Alaska, pour mesurer sa profondeur, sa densité.

Le manteau neigeux ou manteau nival[1] ou couverture neigeuse[2] est le dépôt des précipitations neigeuses sur le sol ou sur une étendue avant le sol (toit)[3]. Constitué de l'accumulation stratifiée de neige, c'est donc toujours un mélange de cristaux de glace et d'air[4],[5], avec souvent, si sa température est proche de °C ou après une pluie, de l'eau liquide.

À l'échelle de temps de l'année, selon l'altitude, la latitude et le climat du lieu, le manteau neigeux est temporaire ou permanent[6]. Il disparait soit par la fonte des neiges, soit par sublimation, soit par sa transformation en névé puis en glacier.

Le stock de neige hivernale, puis sa fonte printanière jouent un rôle majeur pour le cycle de l'eau[7]. Le réchauffement climatique diminue la masse de neige, et paradoxalement pourrait rendre plus précoce, mais aussi plus lent le phénomène de fonte printanière, en favorisant l'évaporation de l'eau au détriment de l'alimentation des bassin-versants et des écosystèmes dépendant de cette eau[7].

Sommaire

Constitution du manteau neigeuxModifier

Au cours de chaque hiver, la répétition des chutes de neige, souvent de qualités et d'intensité différentes, provoque l'apparition de strates distinctes dans le manteau neigeux. Avec la variabilité des conditions météorologiques (température, ensoleillement, ventetc.), celui-ci n'est donc jamais exactement identique d'un hiver à l'autre au même endroit.

Évolution du manteau neigeuxModifier

 
Corniche de neige.

Selon le profil de température que doit parcourir le flocon entre sa formation et son arrivée au sol, on aura un ou des types de cristaux favorisés. Lorsque le profil est assez chaud et humide, on aura formation de gros flocons qui emprisonnent peu d'air et donne de la neige très dense. Le rapport entre le nombre de centimètres accumulés dans ce cas et l'eau qu'ils contiennent est très faible, de l'ordre de 4 à 8 mm de neige pour 1 mm d'eau[8]. Par température froide, l'inverse se produit et on peut facilement obtenir un coefficient de 25:1 pour la neige poudreuse[8]. La moyenne climatologique est de 10:1, soit 1 cm de neige pour 1 millimètre d'eau contenue[8].

La neige fraîchement tombée est sujette à l'action du vent, surtout si elle est très légère. Ceci donne la poudrerie au Canada, appelée ailleurs chasse-neige élevée, et dans un cas extrême le blizzard. Elle peut se concentrer en dunes nommées bancs de neige (Canada) ou congères (Europe). Ce n'est pas le cas de la neige de printemps, compacte et riche en eau, amenée à fondre sur place. En montagne, le vent est à l'origine de corniches qui peuvent piéger les randonneurs.

La neige n'est pas un matériau inerte. Elle est au contraire en constante évolution et ne cesse de se transformer, soumise à l'action de son propre poids qui la tasse, ainsi qu'aux différences de températures entre le jour et la nuit. Si la pente est raide, le manteau peut devenir instable et générer des avalanches.

La métamorphose d'isothermieModifier

Elle se déroule lorsque le gradient thermique au sein de la couche est faible, inférieur à °C par mètre. À cause des déséquilibres de vapeur saturante, les dendrites se détruisent au profit du centre du cristal. Les cristaux s'arrondissent et leur taille se calibre. On les appelle grains fins. Les contacts ainsi créés entre eux correspondent à la formation de ponts de glace qui soudent les cristaux les uns aux autres. C'est le phénomène de frittage. La couche de neige gagne en cohésion et en densité.

La métamorphose de gradient moyenModifier

Elle apparaît quand le gradient thermique au sein de la couche est compris entre 5 et 20 °C par mètre. On observe également un transfert de matière par sublimation / congélation mais la direction privilégiée est la verticale, du bas vers le haut. Les cristaux se transforment en grains à face planes.

La métamorphose de gradient fortModifier

Lorsque le gradient thermique est supérieur à 20 °C par mètre, le flux de vapeur au sein de la couche de neige devient très fort. Après une dizaine de jours, il y a apparition de gobelets, ou givre de profondeur, qui peuvent atteindre plusieurs millimètres de diamètre. Le manteau devient alors très instable, se trouvant sur un véritable roulement à billes.

La métamorphose de fonteModifier

Elle se traduit par l'apparition d'eau liquide au cœur du manteau neigeux. Elle est provoquée par une chute de pluie ou un redoux prolongé. Il se forme des agglomérats dits grains ronds (« gros sel ») qui rendent le manteau neigeux très instable.

Le fait d'hydrater la neige ne provoque pas nécessairement sa fonte immédiate, on obtient ce que l'on appelle de la neige mouillée.

Modélisation numériqueModifier

La modélisation numérique du manteau neigeux est réalisée pour étudier la stabilité de la neige, la prévision des avalanches, la gestion des ressources en eau. Elle est aussi utilisée parfois pour des études climatologiques. Elle s'effectue soit par des méthodes simples, statistiques telles que degré jour unifié, ou complexes, telles que bilan d'énergie, basées sur la physique (modèle CROCUS).

Moindre enneigement, fonte des neiges ralentie et cycle de l'eau menacéModifier

En zone tempérée (mais aussi dans certaines zones tropicales en aval de hautes chaines ou massifs montagneux) la fonte de neige et de glace joue un rôle majeur pour l'entretien et la temporalité du cycle de l'eau sur les continents. C'est le cas en Amérique du Nord[9] et dans une grande partie de l'Europe.

Les mesures de hauteur de neige faites dans ces régions montrent que le réchauffement climatique a déjà significativement diminué l'enneigement en montagne[10] mais il affecte[11] aussi le phénomène le processus de fonte des neiges[12] ainsi que sa temporalité[9] et donc la recharge en eau des nappes phréatiques[13], au risque d’interrompre le cycle de l’eau.

Une étude publiée début 2017 dans Nature Climate Change[7] conclut qu'un réchauffement du climat en montagne peut (contre-intuitivement) dans certaines régions ralentir la fonte de neige : « moins de neige accumulée sur le sol » fondra plus tôt en saison, mais aussi plus lentement (au lieu de perdurer jusqu'en été et libérer une grande quantité d’eau en fondant rapidement). En effet, l'inertie thermique de la masse de neige sera moindre, et plus tôt en saison les températures nocturnes sont plus basses alors que de jour le soleil est plus bas et chauffe moins. Or une fusion précoce et ralentie de la neige favorise l'évaporation, au détriment des hauts débits normalement générés par la fonte tardive d'une grosse couche de neige qui alimentent les ruisseaux puis les nappes et les cours d'eau (jusqu'à des centaines ou milliers de kilomètres loin en aval).

Les cours d'eau de grandes régions comme l'Ouest des États-Unis dépendent presque entièrement de la fonte du manteau neigeux[14]. S'ils manquent d'eau, le stress hydrique induit sur les écosystèmes qu'ils alimentaient peut conduire à diminuer la capacité de puits de carbone des sols, forestiers[15] et à dégrader les sols ainsi que les zones humides et leur capacité à absorber ou retenir l’eau, en augmentant donc le risque de feux de forêt[16],[17] et en affectant les débits[18] et donc l’écologie des cours d’eau[19].

C'est un nouvel élément à prendre en compte dans l'adaptation au changement climatique.

Articles connexesModifier

Notes et référencesModifier

  1. Organisation météorologique mondiale, « Manteau nival », sur Eumetcal (consulté le 28 novembre 2014).
  2. André Musy et Christophe Higy, Hydrologie 1 : Une science de la nature, Lausanne, Presses polytechniques et universitaires romandes, coll. « Gérer l'environnement », , 13e éd., 313 p. (ISBN 2880745462), p. 197.
  3. Collectif, Règles NV 65 modifiées 99 et N 84 modifiées 95 : Règles définissant les effets de la neige et du vent sur les constructions, Paris, Eyrolles, , 13e éd. (ISBN 2212145802).
  4. Jean Charles Thilorier, Système universel : De l'univers et de ses phénomènes, t. III, Paris, , 442 p., p. 159.
  5. Benoît Ildefonse, Catherine Allain et Philippe Coussot, Des grands écoulements naturels à la dynamique du tas de sable : Introduction aux suspensions en géologie et en physique, , 255 p. (ISBN 2853624854), p. 90.
  6. René Frécaut, Éléments d'hydrologie continentale, Centre de Documentation Universitaire, , 231 p., p. 30.
  7. a, b et c Keith N. Musselman, Martyn P. Clark, Changhai Liu, Kyoko Ikeda & Roy Rasmussen (2017) Slower snowmelt in a warmer world ; Nature Climate Change 7, 214–219 ; doi:10.1038/nclimate3225 ; 27 February 2017
  8. a, b et c Ivan Dubé (Service météorologique du Canada - Région du Québec), « De mm à cm… Étude des rapports neige/eau liquide au Québec », Note technique, UCAR, (consulté le 7 mars 2009).
  9. a et b Stewart, I. T., Cayan, D. R. & Dettinger, M. D. (2004), Changes in snowmelt runoff timing in western North America under a business as usual climate change scenario. Climatic Change 62, 217–23 (PDF, 16 p).
  10. Mote, P. W., Hamlet, A. F., Clark, M. P. & Lettenmaier, D. (2005), Declining mountain snowpack in western North America. Bull. Am. Meteorol. Soc. 86, 39–49
  11. Wahl, K. L.: (1992) ‘Evaluation of Trends in Runoff in the Western United States’, AWRA, Managing Water Resources during Global Change, 701–710
  12. Barnett, T. P., Adam, J. C. & Lettenmaier, D. P. (2005), Potential impacts of a warming climate on water availability in snow-dominated regions. Nature 438, 303–309.
  13. Barnett, T. P., Adam, J. C. & Lettenmaier, D. P. (2005), Potential impacts of a warming climate on water availability in snow-dominated regions. Nature 438, 303–309
  14. [ http://www.sciencemag.org/news/sifter/how-global-warming-leads-slower-snowmelt-and-why-s-problem How global warming leads to slower snowmelt—and why that’s a problem], 27 février 2017
  15. Winchell, T.S., Barnard, D.M., Monson, R.K., Burns, S.P & Molotch, N.P (2016), Earlier snowmelt reduces atmospheric carbon uptake in midlatitude subalpine forests. Geophys. Res. Lett. 43, 8160–8168.
  16. Westerling, A. L., Hidalgo, H. G., Cayan, D. R. & Swetnam, T. W. (2006), Warming and earlier spring increase western US forest wildfire activity. Science 313, 940–943 .
  17. Westerling, A. L. Increasing western US forest wildfire activity: sensitivity to changes in the timing of spring. Phil. Trans. R. Soc. B 371, 20150178 (2016).
  18. Barnhart, T. B. et al. Snowmelt rate dictates streamflow. Geophys. Res. Lett. 43, 8006–8016 (2016).
  19. [ https://www.newscientist.com/article/2122647-snow-will-melt-more-slowly-in-a-warmer-world-heres-why/ Snow will melt more slowly in a warmer world – here’s why], 27 February 2017