[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le CEN / CNRM Météo-France

Titre du projet

Suivi de l'enneigement d'un site de montagne par traitement de photos numériques

[ rapport pdf ]

Type d'aléa
Glace, neige et avalanches   
Année

2002

Mots-clés
Transport de neige par le vent - Accumulation - Erosion - Modélisation numérique - Suivi photographique - Albédo - Réflectivité
Champs disciplinaires
Nivologie, géomatique, traitement d’image


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Météo France CEN
Organisme(s) associé(s)
 
Coordonnateur
Gilbert GUYOMARC'H 
Participants
Delphine CHARLIEU, Yves DURAND, Dominique LECORPS, Laurent MERINDOL, Philippe PUGLIESE, Javier G CORRIPIO


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
Suivi photographique du site expérimental du Col du Lac Blanc (massif des Grandes Rousses, ~2700m d’altitude)
Contexte de l'étude

L’amélioration sensible de la prise en compte du risque accidentel de déclenchement d’avalanches dans la prévision opérationnelle nécessite une meilleure connaissance des effets du vent sur la répartition du manteau neigeux et sur sa stabilité. De plus, la nécessité de pouvoir disposer d’outils d’aide à la décision en matière d’aménagement et de gestion ponctuelle du risque amène à développer une approche numérique du transport de neige par le vent. La disponibilité d’un outil opérationnel permettant de suivre et de prévoir l’accumulation de la neige dans des zones soumises au transport de neige se heurte à notre connaissance limitée sur la répartition du vent à échelle fine. Les développements récents en matière de modèles météorologiques à échelle fine et de simulation numérique du manteau neigeux, ont conduit à étudier une simulation du transport de neige par le vent et de la répartition du manteau neigeux à échelle fine sur un site instrumenté.

La modélisation numérique de la répartition de la neige sur un site de haute montagne soumis aux effets du vent nécessite une validation spécifique qui couvre une grande surface horizontale, et une instrumentation adaptée. Sur le site expérimental du Col du Lac Blanc dédié à l’étude du phénomène de transport de neige dû au vent, des profils de perche à neige et des capteurs spécifiques ont été installés grâce à des financements précédents de la région Rhône-Alpes et du Conseil Général de l’Isère (cf. projet 2000 de G. Guyomarc’h). Ces projets de recherche ont permis de faire progresser la connaissance sur les mécanismes de transport, les seuils de vent en fonction du type de neige à la surface du manteau neigeux ; des modèles ont été développés et sont maintenant opérationnels. Les développements menés au CEN durant les trois années précédentes portaient sur l’intégration de ces nouvelles connaissances dans la modélisation numérique du manteau neigeux et de sa répartition.

Programme plus vaste
Poursuite des projets antérieurs financés par des Contrats de plan Etat - Région Rhône-Alpes
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
4 k€
Part du CG38 - PGRN
17%
(Co)-Financements
Coût total du projet : 23,75 k€
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Achat de matériel (boîtier numérique pour les prises de vue)


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
Utiliser, en complément des observations régulières du phénomène de transport de neige dû au vent,  une méthode simple pour déterminer sur un domaine limité de haute montagne, les zones d’érosion et d’accumulation de neige grâce à un suivi photographique et au traitement de ces images numériques, afin de vérifier les résultats de la modélisation.
Méthodologie

1 - Suivi photographique de l’évolution du manteau neigeux sur le terrain :
- Prises de vue avec un appareil numérique (6 méga-pixels) depuis 6 points permettant une vision au-dessus du site d’étude.

- Vérification de points de contrôle par GPS afin de corriger les erreurs et incertitudes sur la position de l’appareil photo et de la cible visée (point central de l’image).

2 - Géoréférencement des photos :
- Création une image virtuelle d’un MNT (résolution 45m) qui est ensuite mise à l’échelle de la photographie afin d’établir une fonction de transfert entre les pixels de la photo et les points de grille du MNT (chacun des points de la grille correspond alors à un système de coordonnées dont l’origine se trouve à la position de la prise de vue).

- Transformation de l’ensemble des points 3D réalisée dans l’axe de la prise de vue, en fonction de la focale utilisée.

- Projection de cette transformation en 2D, représentant la surface enregistrée par l’appareil photo.

Ce procédé permet une comparaison directe de l’image et de la projection en perspective du MNT.

3 - Albédo déduit des photographies :
Principe : reconnaissance des variations optiques de réfléctivité de la neige dues uniquement à la variation de l’albédo de surface, à partir du calcul des paramètres dont dépend l’éclairage (position du soleil, transmissivité de l’atmosphère et rayonnements réfléchis par les pentes environnantes).

- Essais d’estimation de l’albédo à partir des variations relatives de réflectivité de chaque pixel, après correction des différences de lumière incidente (et estimation de la sensibilité du capteur de l’appareil photo). Pour estimer l’albédo relatif, la carte des réflectivités géoréférencées est normalisée en fonction du flux de rayonnement incident en utilisant notamment la constante de rayonnement solaire, les paramètres de l’orbite terrestre, la fonction de transmissivité de l’atmosphère, etc.

- Réalisation de quelques essais de prise de vue en utilisant un filtre infra-rouge (les différences d’albédo pour la neige étant plus sensibles dans le proche IR que dans le visible). Estimation de l’erreur de calcul de l’albédo en utilisant un modèle de transfert radiatif pour calculer l’énergie par bande spectrale du rayonnement solaire incident, prenant en compte les incertitudes sur la courbe de réponse de l’appareil photo dans cette gamme de longueur d’onde.

4 - Albédo déduit de la modélisation :
Utilisation des sorties du modèle Sytron 2 pour la validation : fichiers de valeur de variation d’épaisseur de neige, de caractéristiques morphologiques des grains de neige (dendricité et sphéricité) et de taille des grains de neige, calculées à chaque point de grille du MNT. L’albédo est alors estimé à l’aide d’une fonction de la « taille optique » des grains de neige, en prenant également en compte l’âge de la neige.

Résultats

Cette nouvelle technique pour apprécier les effets du vent sur le manteau neigeux a permis de progresser dans la validation spatiale des résultats des modèles 2D.

La comparaison entre l’albédo déduit des photos et les résultats de la modélisation montre une corrélation relativement bonne.

De même, les zones d’érosion et d’accumulations de l’image photographiée dans le proche infra-rouge et celles des sorties du modèle coïncident assez bien.

A terme, la modélisation numérique du phénomène de snowdrift peut donc améliorer la prise en compte du risque de déclenchement accidentel d’avalanches à l’échelle locale.


4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels

Chercheurs CEN

Utilisateurs potentiels : prévisionnistes utilisant les outils opérationnels de Prévision du Risque d’Avalanche

Production scientifique
- Méthodologie innovante
- Production de connaissances théoriques
Produits délivrables
 
Partenariats
*
Retombées du projet

Validation pour intégrer les effets du vent dans la modélisation Safran-Crocus-Mepra

Meilleure localisation du risque de départ d’avalanche


5) Valorisation du projet

Publications et communications

Durand, Y., Guyomarc'h, G., Mérindol, L. and Corripio, J. G.: 2003, 2D numerical modelling of surface wind velocity and associated snow drift effects over complex mountainous oragraphy, Annals of Glaciology, 38, 59-70.

Corripio, J. G., Durand, Y., Guyomarc'h, G., Mérindol, L., Lecorps, D. and Puglièse, P: 2004, Modelling and monitoring snow redistribution by wind, Cold Region Science and Technology 39, 93-104.

Durand, Y., Guyomarc'h, G., Mérindol, L. and Corripio, J. G., 2005: Improvement of a numerical snow drift model and field valaidation. Cold Region Science and Technology 43, 93-103.

Pages Web
 

 

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