Les avalanches de plaques ressemblent à des tremblements de terre décrochants

Des chercheurs suisses et américains ont glané de nouvelles informations sur la manière dont les avalanches de plaques se déclenchent sur les flancs enneigés des montagnes, réconciliant les prédictions de deux théories concurrentes. Dirigé par Johan Gaume à l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), l'équipe a utilisé des calculs, des simulations informatiques et des observations d'avalanches de plaques réelles pour montrer que les fissures responsables des chutes de neige sont formées par des mécanismes similaires à ceux trouvés dans les séismes de décrochement. Le résultat pourrait permettre de prévoir plus facilement quand et où les avalanches se formeront.

Les avalanches peuvent être déclenchées par divers mécanismes possibles, dont beaucoup dépendent de conditions spécifiques telles que de la neige poudreuse, mouillée ou à faible cohésion. Dans les avalanches de plaques, la défaillance mécanique commence dans des couches de neige fragiles et très poreuses qui sont enfouies sous des couches fraîches et plus cohésives.

Sur les pentes abruptes des montagnes, le poids de cette neige plus récente peut vaincre la friction entre les deux couches. Lorsque cela se produit, de larges fractures se forment dans la couche supérieure et se propagent le long du flanc de la montagne à des vitesses supérieures à 150 m/s, provoquant le glissement et la rupture de plaques de neige cohésive.

Théories et mécanismes concurrents

Les scientifiques ont développé deux théories concurrentes sur la nature de ce mécanisme de libération. La première suggère que la faible couche de neige se brise sous la contrainte de cisaillement imposée par la couche supérieure. Le second soutient que l’effondrement de la structure poreuse de la couche inférieure en est le principal responsable.

Bien que des expériences à petite échelle semblent valider le premier mécanisme, les fissures apparues dans ces premières études se sont propagées beaucoup plus lentement que ce n'était le cas dans les avalanches de plaques réelles. Sur la base de ces preuves, l’équipe de Gaume suggère qu’aucun des deux mécanismes n’est seul responsable : les couches de neige en mouvement subissent plutôt une transition d’un mécanisme à l’autre.

Pour tester leur théorie, les chercheurs ont construit une simulation à grande échelle des deux couches et modélisé la propagation des fissures dans la couche supérieure lors d'une transition entre les deux mécanismes. Ils ont ensuite comparé leurs vitesses de propagation mesurées avec celles observées dans des enregistrements vidéo d'avalanches de plaques réelles.

Dans leurs simulations les plus précises, l’équipe a découvert que des fissures commençaient à se former lorsque la couche inférieure poreuse était écrasée sous le poids de la neige plus récente, comme le suggère la deuxième théorie. Cependant, lorsque cela s’est produit, l’influence de la force de cisaillement entre les couches a pris le dessus, déclenchant la formation de fissures via le mécanisme préféré de la première théorie.

Ces fissures induites par le cisaillement se sont ensuite propagées le long des fractures déjà formées par le deuxième mécanisme, leur permettant de se propager beaucoup plus rapidement que si elles se propageaient dans une neige structurellement intacte. Dans les simulations de l’équipe, ces propagations imitent fidèlement celles observées dans des avalanches réelles.

Gaume et ses collègues affirment que les conclusions de leur étude, publiée dans Nature, pourrait contribuer à améliorer la précision des systèmes de prévision des avalanches, permettant ainsi aux communautés de montagne et aux stations de ski de mieux évaluer les risques qu'elles représentent. Les mécanismes qu’ils ont découverts présentent également des similitudes frappantes avec les tremblements de terre par décrochement, ce qui signifie que des recherches plus approfondies pourraient fournir des informations tout aussi importantes pour les sismologues.