Répartition et évolution de la neige sur un site d'avalanches (RENSA) :
développement et mise au point d'un ensemble de capteurs de mesure de l'épaisseur de neige par ultrasons (suite)

[ rapport pdf ]

1995

Montrer la faisabilité d’un système de mesures automatiques d’un profil d’enneigement sur un site soumis aux effets du vent grâce à un dispositif spécialement conçu à cet effet, développé par le CEN, afin d’étudier finement la répartition temporelle et en 2D de la neige le long d’une pente.

Instrumentation et acquisition des données :
Aménagement d’une pente avec un ensemble de 7 capteurs ultrasons montés sur deux câbles tendus entre deux pylônes. Ce système fournit des informations toutes les 15 minutes. Les données sont enregistrées sur une station d’acquisition placée dans un abri sur le mât. Le réseau téléphonique permet d’interroger la station et de récupérer les données les plus récentes. Parallèlement, un suivi automatique des conditions nivo-météorologiques est assuré à proximité (col du Lac Blanc – 2720m).

Le principe de mesure repose sur le décompte du temps de parcours d’un train d’ondes ultrasonores émises par un transducteur fixé à une hauteur de 6m au-dessus du sol nu et réfléchies par la surface du manteau neigeux. Le capteur fonctionne successivement comme un émetteur, puis comme un récepteur. Un microprocesseur calcule ensuite l’épaisseur du manteau neigeux avec une précision de +/- 1 cm, en prenant en compte 3 paramètres : la durée du parcours, l’élévation du capteur au-dessus du sol et la vitesse de transmission des ondes (qui dépend de la température de l’air).

Quelques adaptations matérielles et logicielles furent nécessaires pour aménager le profileur (7 capteurs). Un système de multiplexage a été développé pour assurer le suivi de tous les capteurs, les uns après les autres.

Traitement des données :
Principaux problèmes à résoudre : les vents forts (moyenne horaire > 25 m/s) secouant les câbles et pouvant dévier les ondes ultrasonores, les chutes de neige intenses pouvant induire des échos parasites faussant les mesures, et le givrage pouvant surcharger l’ensemble de la structure, obturer les ouvertures des capteurs et être à l’origine de vibrations.

Application d’un traitement statistique différé pouvant restituer les données manquantes dans certaines conditions pour éliminer les valeurs aberrantes. L’épaisseur de la neige est représentée par les mesures des 7 capteurs le long d’un profil horizontal de la pente. Le traitement statistique est constitué de 4 étapes : lissage des valeurs extrêmes, vérification de la présence des données d’au moins 4 capteurs sur 7, remplacement des valeurs absentes en utilisant une méthode de moyenne glissante et lissage final pour l’ensemble de la période considérée.

Analyse complémentaire de quelques paramètres statistiques. Par exemple, il est intéressant de comparer chaque donnée d’un capteur avec la moyenne lissée pour mettre en évidence son comportement particulier. Par ailleurs, le calcul de l’écart-type des valeurs du profil de neige à chaque pas de temps fait apparaître le comportement différent des capteurs. Lors d’un épisode de transport, la surface du manteau neigeux ne subit pas les mêmes modifications tout au long du profil horizontal.

Les développements en laboratoire, puis les essais sur site, dans des conditions parfois difficiles, ont permis de faire fonctionner le dispositif de manière satisfaisante.

Les graphiques obtenus permettent de suivre les paramètres météorologiques (notamment la vitesse et la direction du vent) en relation avec le transport, et de distinguer les périodes d’accumulation du manteau neigeux dues à des chutes de neige et les périodes d’érosion dues au transport de neige par le vent. On peut ainsi calculer un taux d’érosion moyen au cours d’un épisode de transport (exemple : 2,8 cm/h par un vent moyen de 10 m/s, pour éroder 50 cm de neige en 17,5 h

Cependant, les premières observations permettent de faire quelques remarques préliminaires :

- après 3 saisons estivales de fonctionnement, le dispositif semble fonctionner régulièrement même lorsque les conditions météorologiques sont difficiles (givrage, vents forts…),

- cet équipement devrait permettre de suivre finement l’évolution temporelle d’un profil de neige soumis aux effets du vent,

- malheureusement, les hivers passés n’ont pas été très riches en épisodes de transport de neige ou de chutes de neige ventées, mais ce dispositif est un complément important des autres mesures liées au transport de neige faites sur le site au col du Lac Blanc,

- les principales difficultés sont liées aux problèmes de maintenance lorsque des capteurs tombent en panne par exemple.