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06/03/2019

Mieux prévoir l’évolution de la neige en présence d’impuretés : entretien avec Marie Dumont, lauréate des prix « Jeunes Chercheurs » de l’EGU et l’IUGG

La neige est un élément clé de notre système climatique grâce à sa capacité à réfléchir la lumière du soleil, et une ressource sociétale et économique cruciale qui génère également des risques naturels (avalanches, crues nivales). Prévoir l’évolution du manteau neigeux en contexte de changements climatiques est ainsi essentiel pour mieux gérer les risques et l’évolution des ressources en eau. Or, de nombreuses incertitudes entourent les processus physiques en jeu, notamment les interactions entre les impuretés absorbant la lumière dans la neige, et le manteau neigeux. Eclairage avec Marie Dumont, coordinatrice du projet ANR EBONI et lauréate des prix « Jeunes Chercheurs » 2019 de l’EGU et l’IUGG, deux organismes internationaux en Sciences de la Terre, pour ses travaux sur l’étude et la prévision de l’état de la neige par observation satellitaire, modélisation et assimilation de données.

Quelles impuretés absorbantes se déposent dans la neige et pourquoi étudiez-vous plus précisément leur devenir au sein du manteau neigeux ?

Marie Dumont : Des particules en suspension dans l’air, telles que le carbone suie ou des poussières minérales comme le sable saharien, peuvent se déposer dans le manteau neigeux lors de précipitations ou en raison des conditions atmosphériques (le vent par exemple), et ont la propriété d’absorber la lumière dans la neige. En altérant la couleur de la neige, elles modifient la quantité d’énergie qui est absorbée par le manteau neigeux et accélèrent son évolution et sa fonte. Nos travaux visent à mieux comprendre et modéliser ces interactions, afin de quantifier et prévoir l’impact des impuretés sur la fonte de la neige.

Nous étudions aussi les effets indirects de ces particules sur la structure interne du manteau et sur le risque d’avalanches. Afin d’analyser les interactions neige - impuretés en l’absence de rayonnements solaires, nous avons notamment observé l’évolution de la microstructure d’une neige contenant une quantité connue de poussières minérales, dans différentes conditions de températures contrôlées. Si aucune différence n’est notable pour les neiges isothermes, on observe un déplacement vers le bas des particules minérales en cas de gradient de température (caractéristique des neiges arctiques). Ce déplacement, qui est induit par les cycles de sublimation et de condensation de la glace, modifie le contenu en impuretés d’une couche de neige et donc leur potentiel effet radiatif. D’autres études sont aujourd’hui nécessaires pour mieux comprendre l’évolution de la structure de la glace en présence d’impuretés.

Quelles méthodes utilisez-vous pour estimer les quantités d’impuretés dans la neige ?

Couches de sable saharien, Col du Lautaret © BertrandM.D : Dans le cadre du projet ANR EBONI, nous avons mis en place un important dispositif de mesures sur le site du Col du Lautaret dans les Alpes. Nous analysons les concentrations en impuretés dans la neige tous les dix jours environ, pour obtenir des estimations indirectes des dépôts atmosphériques. Nous comparons ensuite ces résultats à des flux de dépôts en impuretés obtenus par des modèles atmosphériques de chimie-transport qui estiment les quantités déposées à partir des conditions météorologiques et d’atlas d’émission. Les méthodes de mesure actuelles reposent cependant sur des processus longs, coûteux et comportent des incertitudes. C’est pourquoi nous travaillons au développement d’une méthode basée sur la quantité de lumière disponible à l’intérieur du manteau neigeux. Celle-ci consiste à mesurer un profil vertical de lumière pour estimer, à l’aide de modèles, les quantités d’impuretés absorbantes présentes dans certaines couches du manteau. Ces données sont ensuite croisées avec les quantités d’impuretés mesurées chimiquement à partir des prélèvements de neige effectués sur le terrain.

Pouvez-vous quantifier l’impact de dépôts d’impuretés sur l’évolution du manteau ? 

M.D. : Nous avons introduit dans le modèle Crocus, qui est notamment utilisé pour la prévision du risque avalanche, une représentation des processus de dépôt et de devenir des impuretés, ainsi que leurs effets sur l’absorption du rayonnement solaire et le bilan d’énergie. Cette nouvelle version permet de quantifier et prévoir l’impact du dépôt d’impuretés sur l’évolution des propriétés physiques de chacune des couches du manteau neigeux. Le modèle, évalué au site expérimental du Col de Porte, a montré que les impuretés sont responsables d’une réduction d’environ 9 jours de la durée d’enneigement sur la saison 2013-2014. Nous évaluons actuellement ce modèle sur le site du Col du Lautaret. Ce travail constitue une première étape pour mieux évaluer l’impact des impuretés sur la fonte, mais aussi sur le ruissellement, le bilan de masse des glaciers Alpins ou le risque avalanche. Dans le cadre de nos recherches, nous souhaitons notamment investiguer plus en détail les effets des impuretés sur la variabilité interannuelle de la couverture neigeuse sur les massifs montagneux français, et l’impact de dépôts de sables sahariens sur l’activité avalancheuse.

Marie Dumont est chercheuse au Centre d’Études de la Neige qui est une équipe du Centre National de Recherches Météorologiques (Météo-France & CNRS), équipe associée à l’Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble – OSUG et à l’Université Grenoble Alpes. Elle a reçu en avril dernier le prix « Jeune Chercheur » Arne Richter lors de la conférence annuelle de l’European Geosciences Union, et recevra en juillet 2019 le prix « Jeune Chercheur » de l’Union Géodésique et Géophysique Internationale. Elle coordonne actuellement le projet ANR EBONI (2016-2020), financé par l’ANR dans le cadre de l’instrument « Jeunes Chercheuses, Jeunes chercheurs » de l’Appel à projets générique (AAPG). 

En savoir plus :

Le prix « Jeune Chercheur » Arne Richter, remis à Marie Dumont lors de la réunion de l’EGU 2019