Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1999. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2006. / Titre de l'écran-titre (visionné le 8 mai 2008). In ProQuest dissertations and theses. Publié aussi en version papier.

Résumé : Depuis les années 1990, environ 12 personnes par année sont tuées des suites d’une avalanche, ce qui en fait maintenant la principale cause de décès liés aux catastrophes hivernales au Canada (Stethem, 2003). Comme l'intérêt pour les activités de plein air telles que la randonnée, la motoneige et le ski de randonnée dans les régions éloignées augmente, l’amélioration de la prévision des avalanches à l'échelle régionale est nécessaire afin d’assurer la sécurité des usagers de l’arrière-pays. La logistique et les mesures de sécurité étant importantes lors de déplacements dans l’arrière-pays, les observations du couvert neigeux (observations d'avalanches, profils stratigraphiques et tests de stabilité) en terrain avalancheux ne sont pas toujours possibles pour les praticiens et prévisionnistes du milieu. Une alternative intéressante est d'analyser le manteau neigeux à distance en utilisant les sorties de modèles physiques de simulation du couvert neigeux. SNOWPACK, un modèle développé par l'Institut WSL sur la neige et les avalanches (SLF) en Suisse, est actuellement utilisé de manière opérationnelle pour la prévision d'avalanches et la recherche dans les Alpes suisses. Le projet vise à adapter SNOWPACK aux différentes conditions météorologiques dans les montagnes canadiennes (climat parfois côtier, transitionnel ou continental) et à l’utiliser dans le contexte de gestion de la prévention d’avalanches d’Avalanche Canada afin d’améliorer les prévisions à l’échelle régionale de la stabilité du couvert neigeux. Ce mémoire présente les traitements et analyses qui ont été menés pour évaluer le potentiel d'utilisation du modèle SNOWPACK forcé à la fois avec des données météorologiques in-situ et des données météorologiques de réanalyses. La validation des données de réanalyses avec les données in-situ pour les hivers de 2013-2014 et de 2014-2015 montre que le modèle météorologique GEM-LAM (Global Environmental Multiscale Limited Area Model) du Centre Météorologique Canadien (CMC) est le plus précis pour les trois contextes climatiques du projet. Un biais sur les données de précipitation proportionnel à l’intensité de celles-ci a toutefois également été identifié. Les sorties des simulations forcées avec GEM-LAM sont les plus proches des mesures observées sur le terrain en ce qui a trait aux indices de densité et de température relative moyenne, montrant des R² supérieurs et des valeurs de RMSE plus faibles. Finalement, l’analyse qualitative de la présence de couches faibles persistantes à l'aide de la plate-forme InfoEX d’Avalanche Canada montre un accord entre les dates de formation de croûte de regel et de givre de surface et les sorties du modèle SNOWPACK, confirmant son potentiel pour une adaptation canadienne. / Abstract : Since the 1990s, approximately 12 people per year are killed on average by avalanches, which are now the primary cause of death related to winter disasters in Canada (Stethem, 2003). As interest in outdoor activities, such as hiking, sledding and ski touring, in remote areas is increasing, there is a strong need for improved avalanche forecasting at the regional scale. Due to important logistical and safety matters, avalanche terrain measurements are not always possible for practitioners/forecasters (avalanche observations, snowpack profiles and stability tests). An interesting alternative is to analyze the snowpack without these challenges by using multilayered snow model outputs. SNOWPACK, a model developed by the WSL Institute for Snow and Avalanche Research (SLF) in Switzerland, is currently used operationally for avalanche prediction and research (Lehning, 1999) in the Swiss Alps. This projects aims to improve largescale predictions of snow stability and avalanches in a Canadian context using SNOWPACK. Thus, this documents presents the analyses that have been conducted to assess the potential of using SNOWPACK driven with both in-situ and forecasted meteorological data. A comparison of meteorological data from in-situ and predicted datasets for the winters of 2013-2014 and 2014-2015 shows that the GEM-LAM model is the most accurate for the three climatic contexts in this project, but also showed a precipitation bias proportional to its intensity/rate. Snow simulations forced with GEM-LAM are the closest to field measurements, showing a higher R² and lower RMSE values. Finally, predictions of persistent weak layers have also been validated using the InfoEx platform from Avalanche Canada. Crust and surface hoar formation dates simulated by SNOWPACK agree with the information reported in InfoEx highlighting the potential for a Canadian implementation.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2004. / Titre de l'écran-titre (visionné le 24 août 2006). Publié aussi en version papier.

Th. doct.--Physique--Grenoble 1, 1994. / Bibliogr. p. 191-200. Résumé en anglais et en français.

Th. doct.-ing.--Grenoble 1, 1978.

L'étude et la mesure des propriétés de la neige occupent les scientifiques depuis presque un siècle, et ce, pour de nombreuses raisons [1]. Entre autres, pour en savoir davantage sur le fonctionnement des avalanches [2], pour comprendre l'hydrologie de certaines régions [3], pour étudier les changements climatiques [4] ou encore pour étudier les populations de lemmings [5]. Le vent et des gradients de température présents dans le manteau neigeux influencent la structure et les propriétés physiques macroscopiques de la neige tout au long de l'hiver [6]. Actuellement, aucun appareil n'est capable de monitorer l'ensemble de ces changements. Cependant, quelques appareils optiques ont été conçus pour caractériser certains paramètres influençant le transfert radiatif : la surface spécifique SSA, le paramètres d'amplification de l'absorption B et le paramètre d'asymétrie g [7] [8] [9]. Ceux-ci sont limités à faire des mesures d'intensité pouvant déterminer un seul paramètre par géométrie. Les autres paramètres sont ensuite estimés, pouvant induire des erreurs de 10% à 15% sur les données obtenues [10] [11] [8]. Rendre ces appareils sensibles à la polarisation leurs permettraient de faire directement des mesures en intensité et en polarisation évitant ainsi de devoir recourir à des estimations. Pour cela, la polarisation doit varier différemment de l'intensité aux propriétés d'un manteau neigeux et ne pas dépendre de d'autres propriétés inconnues. De nombreux travaux de recherche ont tenté de trouver un lien entre la polarisation et les propriétés de la neige, mais aucun n'a réussi à déterminer d'équation analytique [12] [13] [14] [15] [16]. Ce travail de recherche permet d'investiguer si l'introduction de la polarisation dans un appareil optique pourrait permettre d'introduire un nouveau type de mesure aidant ainsi à la caractérisation des quatre paramètres ciblés. Pour cela, l'effet de chacun des paramètres SSA, ρ, g et B sur la polarisation est étudié. D'abord, l'effet de la forme des cristaux via la variation des paramètres B et g est étudié en concevant des tracés de rayons pour une particule unique. Il est déterminé que ces paramètres varient beaucoup avec la polarisation et que le transfert radiatif, pour une particule donnée, de la polarisation dépend de la forme polarisée de B et g. Ainsi, en généralisant pour un milieu poreux, le transfert radiatif des rayons polarisés dépendrait des formes polarisées de B et g. Par conséquent, la polarisation ne peut être utilisée lorsque la forme des cristaux de neige peut varier, à moins qu'un lien entre les formes non-polarisées et les formes polarisées de B et g existe. Ensuite, les paramètres ρ et SSA sont étudiés dans un milieu neigeux en concevant des tracés de rayons Monte-Carlo et dans un milieu diphasique. Les deux types de tracés de rayons convergent très bien lorsque le paramètre de taille x < 5000 et que la porosité φ < 0.5. L'intensité (I) et le degré de polarisation (DOP) sont étudiés sous plusieurs géométries en transmission et en réflexion. Pour des cristaux peu absorbants (µₐ ≪ µʹₛ), il est vu que le DOP varie en fonction de la SSA et ρ dans le domaine asymptotique de diffusion comme DOP(z) ∝ e [exposant SSA∗ρ∗z], où z est la distance entre la source et le détecteur. Cette relation semble s'avérer indépendante des géométries testées. L'effet de l'absorption est aussi étudié, mais aucune équation n'a permis de caractériser son effet. Cependant, il a été démontré que, pour un milieu peu absorbant (µₐ ≪ µʹₛ), le DOP est indépendant de µₐ et, par conséquent, de la variation de B à la polarisation. Des tests en laboratoire sur des volumes de billes de vitre sont faits pour confirmer la relation DOP(z) ∝ e [exposant SSA∗ρ∗z]. Il est démontré que pour les trois plus petites tailles de billes, l'effet de l'absorption est négligeable sur le DOP (µₐ ≪ µʹₛ). En utilisant les résultats de laboratoire, il est démontré qu'une mesure de polarisation et d'intensité permet de déterminer ρ et SSA d'un milieu poreux. Cette méthode est seulement valide dans l'approximation de l'optique géométrique (x ≪ 100), pour un milieu peu absorbant et pour une forme de particules connue.

La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique de la neige sont deux paramètres essentiels pour effectuer l'analyse numérique du comportement thermique de milieux poreux. Plusieurs mesures de ces paramètres ont été effectuées successivement sur des échantillons de neiges compactées recueillis à l'Université Laval. La mesure de la conductivité thermique a été effectuée selon la méthode du fil chaud. Pour la perméabilité intrinsèque, un perméamètre à air à double mur fût conçu pour des expériences en laboratoire. La perméabilité intrinsèque et la conductivité thermique variaient respectivement de 1.1 x 10-8 à 8.0 x 10-11 m2 et de 0.09 à 0.48 W/mK pour des échantillons de neige ayant des porosités s'étalant entre 0.32 et 0.75. Les résultats se comparent bien avec ceux trouvés dans la littérature. Des modèles de prédiction des propriétés ont été examinés pour chacune des propriétés avec la porosité et le diamètre des grains.

Les stations de ski du Nord-Est américain utilisent largement des systèmes de fabrication de neige afin d’être moins dépendantes des conditions atmosphériques. Les changements climatiques anticipés dans les années à venir risquent de rendre encore plus essentielle la présence de systèmes de fabrication de neige pour ces stations. La production de neige fabriquée génère toutefois des coûts supplémentaires substantiels, tant au niveau de l’achat d’équipement que de sa mise en marche. La station de ski Bromont, qui investit beaucoup dans le développement de son système de production de neige fabriquée, désire optimiser les performances de ce dernier. En collaboration avec l’Université de Sherbrooke, la station de ski Bromont a participé à une étude de son système de fabrication de neige et d’entretien de ses pistes. Divisée en deux volets, l’étude a consisté à évaluer l’efficacité des canons à neige en fonction de la température et du taux d’humidité de l’air. Le modèle numérique de neige 1D Crocus a ensuite été adapté et utilisé pour modéliser une section de piste et évaluer l’impact des approches de fabrication de neige et d’entretien des pistes sur l’épaisseur et l’état du couvert de neige (dureté et densité des couches de neige). Le modèle a également été utilisé pour évaluer l’impact des changements climatiques anticipés pour 2030 et 2050. En utilisant un système d’analyse multicritère des résultats, les modélisations ont permis de déterminer que l’utilisation de deux périodes de fabrication, une tôt en début de saison puis une à partir du mois de janvier, était optimale. Des paramètres idéaux de fabrication ont aussi été déterminés, soit des températures seuil de fabrication de -4 et -5°C avec des hauteurs seuil de neige de 0.5 et 0.7 m pour la 1re période de fabrication et une température seuil de -8°C avec une hauteur seuil de 1.2 m pour la 2e période. Le modèle « degré-heure totale (degHtot)» pour déterminer la date de début de fabrication au début de la saison a également été retenu. Pour ce qui est de l’impact des changements climatiques anticipés, celui-ci se traduit par un raccourcissement de la saison ainsi qu’une augmentation du temps de fabrication nécessaire pour l’enneigement des pistes. Par rapport aux années de références centrées autour de l’an 2010, lorsque la hauteur du couvert de neige à atteindre a été fixée à 1.2 m., une augmentation du temps d’enneigement de 32 à 39% a été évaluée pour l’horizon 2030 et de 28 à 38% pour l’horizon 2050. Considérant cette même hauteur du couvert de neige à atteindre, la durée possible de la saison diminuerait de 5 à 8%, soit en moyenne une diminution de 7 à 9 jours pour l’horizon 2030 et de 7 à 9% pour l’horizon 2050, soit une diminution moyenne de la saison variant entre 10 et 13 jours par rapport aux années de référence.

Le but de cette thèse est de mesurer le comportement rhélogique de la neige en écoulement et de comprendre les mécanismes physiques qui le contrôle. Pour répondre à cette double attente, deux approches complémentaires sont abordées : les écoulements expérimentaux de neige naturelle et les simulations numériques discrètes d'écoulements granulaires. La particularité des expériences est qu'elles se déroulent en haute montagne. Elles consistent à générer des écoulements de neige naturelle dans un canal à pente et débit contrôlés. Les mesures de profil de vitesse révèlent un comportement rhéologique atypique. Pour comprendre l'origine de ce comportement à l'échelle des grains de neige, nous avons simulé (méthode de dynamique moléculaire) des écoulements de grains cohésifs d'une part, et polydisperses d'autre part. Les géométries du cisaillement plan homogène et le plan incliné rugueux permettent d'identifier l'effet de la cohésion ou de la polydispersité sur le comportement rhéologique des grains, et de le comparer à celui de la neige.