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17/05/2021

Dépôts de particules dans la neige : quels impacts sur la durée d’enneigement ? Entretien avec Marie Dumont, coordinatrice du projet ANR EBONI

Prévoir l’évolution du manteau neigeux en contexte de changements climatiques est essentiel pour mieux gérer les risques naturels (avalanches, crues nivales) et l’évolution des ressources en eau. Or, de nombreuses incertitudes entourent les processus physiques en jeu, notamment l’impact des dépôts de particules sur la vitesse de fonte et la structure du manteau neigeux. Suite aux dépôts massifs de poussières sahariennes dans les Alpes et les Pyrénées, début février 2021, une campagne de sciences participatives a été lancée pour étudier ce phénomène. Eclairage avec Marie Dumont, chercheuse au Centre d’Études de la Neige (Météo-France & CNRS), coordinatrice du projet ANR EBONI.

Quelles impuretés 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 ?

M.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 avons également évalué ce modèle au Col du Lautaret durant deux hivers (2016-2017 et 2017-2018), et mesuré entre autres les quantités de poussière minérales et de carbone suie présentes dans la neige au cours de la saison. Les résultats montrent que la réduction de l’enneigement due à la présence de ces deux impuretés est respectivement de 10 ± 5 et 11 ± 1 jours (Tuzet et al., The Cryosphere 2020). 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.

Une campagne de sciences participatives a été lancée suite aux dépôts de poussières sahariennes début février 2021 en Europe, quels étaient les axes d’investigation ?

M.D. : Au regard du potentiel exceptionnel de l’événement de dépôt de poussières minérales du 5 au 7 février 2021 dans les Pyrénées et les Alpes, nous avons initié dès le 6 février une campagne collaborative de mesure. Ce dépôt, qui fut suivi par d’autres en mars et avril 2021, était facilement visible sur le manteau neigeux.

Ainsi, dans l’objectif de quantifier les masses déposées en différents endroits et de caractériser l’intensité de l’événement, nous avons sollicité les citoyens amateurs de montagne à prélever l’intégralité de la couche de neige orange qu’ils découvraient, à géolocaliser le prélèvement et à conserver le récipient avant de nous le transmettre.

Au total, cette campagne a permis de récolter 150 échantillons de la couche de neige sablée, dont 86 dans les Alpes françaises, 8 dans le massif du Jura, 32 dans les Alpes suisses, 23 dans les Pyrénées et 1 dans le massif central.

Les échantillons sont en cours d’analyses afin d’identifier la distribution de taille des poussières, connaître la masse sèche de poussières contenue, et analyser les concentrations élémentaires dans les poussières sèches.

 

A ce jour, 37 échantillons majoritairement prélevés dans les Alpes françaises ont été analysés. Les masses déposées se situent entre 0.2 et 30 g m-2 et la valeur médiane des dépôts mesurés est de 9.3 g m-2, soit légèrement plus élevée que pour l'événement de dépôts enregistrés dans le Caucase en mars 2018 (Dumont et al., JGR Earth Surface, 2020), un événement majeur. En utilisant cette valeur médiane comme référence, cela représente entre 300 à 400 milliers de tonnes de sable déposées sur les Alpes françaises durant l’épisode.

Des simulations numériques ont alors été effectuées avec le modèle Crocus, afin de quantifier l’impact d’un dépôt d’une telle ampleur sur l’évolution du manteau neigeux en fin de saison (le 1er août 2021), et ce en s’appuyant sur les données météorologiques des 30 dernières années. Les dépôts moyens de carbone suie des 10 dernières années ont également été inclus dans la simulation pour ne pas tenir compte de ces dépôts. Les résultats préliminaires montrent que l’impact de l’événement varie selon la localisation et l’altitude, et que l'événement a eu le potentiel d’entraîner un raccourcissement de la saison d’enneigement de plusieurs dizaines de jours pour les zones les plus touchées. Nous effectuerons au cours des prochains mois des simulations avec les conditions météorologiques observées pour l’ensemble de la saison, et avec l’intégralité de l’analyse des échantillons, en vue de mieux caractériser l’impact de ce dépôt sur l’enneigement de nos massifs.

Marie Dumont est chercheuse au Centre d’Études de la Neige qui est une équipe du Centre National de Recherches Météorologiques (Météo-France et CNRS), équipe associée à l’Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble – OSUG et à l’Université Grenoble Alpes.

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).

 

 

Quelques références :

Dumont, M., Tuzet, F., Gascoin, S., Picard, G., Kutuzov, S., Lafaysse, M., et al. (2020). Accelerated snow melt in the Russian Caucasus mountains after the Saharan dust outbreak in March 2018. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 125, e2020JF005641. https://doi.org/10.1029/2020JF005641

Tuzet, F., Dumont, M., Lafaysse, M., Picard, G., Arnaud, L., Voisin, D., Lejeune, Y., Charrois, L., Nabat, P., and Morin, S.: A multilayer physically based snowpack model simulating direct and indirect radiative impacts of light-absorbing impurities in snow, The Cryosphere, 11, 2633–2653, , 2017. https://doi.org/10.5194/tc-11-2633-2017

Tuzet, F., Dumont, M., Picard, G., Lamare, M., Voisin, D., Nabat, P., Lafaysse, M., Larue, F., Revuelto, J., and Arnaud, L.: Quantification of the radiative impact of light-absorbing particles during two contrasted snow seasons at Col du Lautaret (2058 m a.s.l., French Alps), The Cryosphere, 14, 4553–4579, 2020. https://doi.org/10.5194/tc-14-4553-2020

En savoir plus :

Marion Réveillet, François Tuzet, Marie Dumont, Simon Gascoin, Laurent Arnaud, et al.. Dépôts massifs de poussières sahariennes sur le manteau neigeux dans les Alpes et les Pyrénées du 5 au 7 février 2021 : Contexte, enjeux et résultats préliminaires Version du 3 mai 2021. [Rapport Technique] CNRM, Université de Toulouse, Météo-France, CNRS. 2021. ⟨hal-03216273

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