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Séance de cours

Formation de neige: croissance cristalline et précipitations

Dans cours

ENV-525: Physics and hydrology of snow

This course covers principles of snow physics, snow hydrology, snow-atmosphere interaction, and snow modeling. It transmits detailed understanding of physical processes within the snow and at its interfaces with the atmosphere and the ground, and presents ...

Description

Cette séance de cours couvre la formation des cristaux de neige dans l'atmosphère, en commençant par les chutes de neige record dans divers endroits. Il se penche sur la composition de l'atmosphère, la pression de l'air, la pression de la vapeur et les propriétés de l'air et de la vapeur d'eau. Les mécanismes de transport de la vapeur, la formation des nuages et des précipitations, et la formation des cristaux de glace sont discutés, ainsi que les processus de croissance et d'agrégation des cristaux de glace. La séance de cours explore également les différents types de cristaux de neige et de glace, les effets de super-saturation sur les formes cristallines et les conditions atmosphériques influençant la croissance et la modification des cristaux.

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Enseignant·e·s (3)

Wolf Hendrik Huwald

Dr. Hendrik Huwald is a scientist at the Laboratory of Cryospheric Sciences (CRYOS) and a lecturer at the Environmental Sciences and Engineering Section (SSIE) of the Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne (EPFL). He completed his PhD in 2003 at the Swiss Federal Institute of Technology in Zürich (ETHZ), developing a numerical model for sea ice and studying energy transfer processes in the Arctic. Between 2005 and 2012 he was a post-doctoral fellow and scientist at the Laboratory of Environmental Fluid Mechanics and Hydrology (EFLUM) of EPFL working on Alpine snow-atmosphere interaction, and energy balance-related research mainly in mountain regions. During this time, he designed, led and participated in numerous large field experiments in different environments. In 2013 he joined the newly founded CRYOS laboratory where he conducted research in the domains of snow science, hydrology, boundary layer meteorology and environmental sensing. He has extensive experience with project management both on national and international level.

Johan Alexandre Philippe Gaume

I started my scientific career in 2008 at the Grenoble University in the IRSTEA laboratory where I did my master's thesis on the rheology of dense granular materials using the discrete element method. In the same lab, I followed with a PhD on the numerical modeling of the release depth of extreme avalanches using a combined mechanical-statistical approach and spatial extreme statistics. In 2013 I obtained a postdoc position at the WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF in Davos where I was in charge of developing and applying numerical models to improve the evaluation of avalanche release conditions and thus avalanche forecasting. While my PhD was mostly theoretical and numerical, my postdoc in Davos allowed me to gain a practical expertise by participating in laboratory and field experiments which helped to validate the models I develop. In 2016, I was awarded a SNF grant to work as a research and teaching associate in CRYOS at EPFL on the multiscale modeling of snow and avalanche processes. I developed discrete approaches to model snow micro-structure deformation and failure in order to evaluate constitutive snow models to be used at a larger scale in continuum models. I also developed numerical models for wind-driven snow transport. In 2017, I was a Visiting Scholar at UCLA to work on a Material Point Method (MPM) to simulate both the initiation and propagation of snow avalanches in a unified manner. The UCLA MPM model was initially developed for the Disney movie "Frozen" and has been modified and enriched based on Critical State Soil Mechanics to model the release and flow of slab avalanches. The results of this collaboration have been published in Nature Communications. In 2018, I was awarded the SNF Eccellenza Professorial Fellowship and became professor at EPFL and head of SLAB, the Snow and Avalanche Simulation Laboratory. At SLAB, we study micro-mechanical failure and fracture propagation of porous brittle solids, with applications in snow slab avalanche release. We also simulate avalanche dynamics and flow regime transitions over complex 3D terrain through the development of new models (depth-resolved and depth-averaged) based on MPM.In 2020, I obtained a SPARK grant to develop a new approach to simulate and better understand complex process chains in gravitational mass movements, including permafrost instabilities, rock, snow and ice avalanches and transitions to debris flows.

Source officielle

Proximité ontologique

Sciences de la Terre

Sciences de l'atmosphère: Météorologie

Concepts associés (32)

Vapeur d'eau

vignette|Évolution des teneurs connues de quelques gaz de l'atmosphère terrestre (autrefois plus riche en vapeur d'eau, et plus acide (en raison de l'acide carbonique formé avec le ). Pour rendre ces variations plus visibles, l'échelle temporelle n'est pas linéaire. La vapeur d'eau est l'état gazeux de l'eau. C'est un gaz inodore et incolore. À l'opposé, dans le langage commun, le terme vapeur d'eau peut servir à désigner le brouillard créé par la condensation d'eau à l'état gazeux sous forme de microgouttelettes.

Précipitations

Les précipitations désignent toutes les formes de l'eau à l'état liquide ou solide provenant de l'atmosphère. Ces hydrométéores (cristaux de glace ou gouttelettes d'eau), ayant été soumis à des processus de condensation et d'agrégation à l'intérieur des nuages, sont devenus trop lourds pour demeurer en suspension dans l'atmosphère et tombent au sol ou s'évaporent en virga avant de l'atteindre. Les précipitations se caractérisent par trois principaux paramètres : leur volume, leur intensité et leur fréquence qui varient selon les lieux et les périodes (jours, mois ou années).

Cristal de glace

vignette|Photo macroscopique d'un cristal de glace. Un cristal de glace est une forme spatialement plus ou moins fractalement organisée de molécules d'eau en glace, avec comme base la symétrie hexagonale. Il résulte de la cristallisation progressive de la vapeur d'eau contenue dans l'air sans passer par la phase liquide, sur un prisme hexagonal initial. La variabilité des formes hautement symétriques obtenues est conditionnée par la température et l'humidité de l'environnement : ce sont des colonnes, des aiguilles, des plaques et des dendrites.

Physique des nuages

La physique des nuages est l’étude des processus physiques et dynamiques de formation des nuages et des précipitations qui les accompagnent. Les nuages chauds sont formés de microscopiques gouttelettes et les froids de cristaux de glace ou parfois des deux types. Leur formation est contrôlée par la disponibilité de vapeur d'eau dans l’air et des mouvements verticaux dans celui-ci. Le mouvement vertical peut être induit par une ascendance à grande échelle, comme dans le cas des dépressions synoptiques, ou à méso-échelle comme dans le cas des orages.

Cristal

vignette|Cristaux. vignette|Cristaux de sel obtenus par cristallisation lente dans une saumure à température ambiante. Un cristal est un solide dont les constituants (atomes, molécules ou ions) sont assemblés de manière régulière, par opposition au solide amorphe. Par « régulier » on veut généralement dire qu'un même motif est répété à l'identique un grand nombre de fois selon un réseau régulier, la plus petite partie du réseau permettant de recomposer l'empilement étant appelée une « maille ».

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Séances de cours associées (43)

Interactions aérosol-nuage : perspectives de la Méditerranée orientale

Explore les interactions aérosol-nuage dans les nuages chauds et en phase mixte au mont Helmos, en Grèce, en mettant l'accent sur leurs implications pour la modélisation du climat et les processus de précipitation.

Films minces: Dépôt et croissance

Explore la préparation de films minces, les mécanismes de croissance, les considérations de film organique, et les techniques de dépôt dans l'électronique.

Diagrammes de phase vapeur-liquide: Applications d'ingénierie

Couvre les diagrammes de phase vapeur-liquide et leurs applications dans les processus de séparation moléculaire, en se concentrant sur l'équilibre, les méthodes graphiques et l'utilisation de tambours flash.

Catalyseur de synthèse II: Dépôt et précipitation

Explore la synthèse du catalyseur par dépôt et précipitation, couvrant les principes, les applications, la (co-)précipitation, les zéolites, les supports de carbone et les pérovskites.

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