Séance de cours

Dynamique de fonte des neiges: phases, équilibre énergétique et mouvement de l'eau

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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 les phases de la fonte des neiges, y compris les phases de réchauffement, de maturation et de sortie, expliquant le bilan énergétique requis pour chaque phase. Il traite de la dynamique du mouvement de l'eau liquide dans la neige, de l'influence de la densité du manteau neigeux et des complexités du transport de l'eau par la neige. La séance de cours explore également les concepts de la teneur en froid, des exemples de fosse à neige, de la densité du manteau neigeux et du rôle des forces capillaires dans la rétention de l'eau de fonte. En outre, il se penche sur les processus de percolation de l'eau, la formation de ruissellement, et la mesure et la modélisation de l'écoulement de l'eau liquide dans la neige.

Enseignant·e·s (3)

Michael Lehning

Enseignement et PhD Doctorant·es actuel·les Jimmy Gasser, Rainette Engbers, Anja Mödl, Patricia Asemann, Brandon Van Schaik, Albin Manuel Cintas, Elizaveta Sharaborova, Ueli Schilt, Francesca Carletti, Yael Frischholz, Tim Marco Giger, Henrik Jentgens, Valentin Marcel Philippe A dirigé les thèses EPFL de Benjamin Andreas Walter, Christine Dorothea Groot Zwaaftink, Thomas Grünewald, Walter Steinkogler, Nander Wever, Aurélien Gallice, Francesco Comola, Quirien Eibhilín Krol, Tristan Jonas Brauchli, Christia

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

Concepts associés (32)

Neige

La neige () est une forme de précipitations atmosphériques constituée de particules de glace ramifiées, de structure et d'aspect très variables qui sont la plupart du temps cristallisées et agglomérées en flocons contenant de l'air. Mais cette glace peut aussi être sous forme de grains (neige en grains, neige roulée) ou mouillée. Lorsqu'il y a suffisamment de froid et d'humidité dans l'atmosphère, la neige se forme naturellement par condensation solide de la vapeur d'eau à saturation autour des noyaux de congélation.

Cycle de l'eau

Le cycle de l'eau, ou cycle hydrologique correspond à l'ensemble des transferts d'eau (liquide, solide ou gazeuse) entre les réservoirs d'eau sur Terre (les océans, l'atmosphère, les lacs, les cours d'eau, les nappes d'eau souterraine et les glaciers). Le « moteur » de ce cycle est l'énergie solaire qui, en favorisant l'évaporation de l'eau, entraîne tous les autres échanges. La science qui étudie le cycle de l’eau est l’hydrologie.

Fonte des neiges

La fonte des neiges, également appelée fonte nivale, est un phénomène climatique saisonnier des régions tempérées qui réside dans la transformation en eau de ruissellement de la neige et de la glace qui se sont accumulées durant la saison froide. Ceci se produit sous l'effet de la chaleur du début de la saison chaude alors que la température passe au-dessus de . Dans les zones où le climat est doux, cette accumulation de neige a essentiellement lieu sur les sommets.

Liquide

vignette|L'eau est une substance abondante sur la surface terrestre, se manifestant notamment sous forme de liquide. vignette|Diagramme montrant comment sont configurés les molécules et les atomes pour les différents états de la matière.

Dynamique moléculaire

La dynamique moléculaire est une technique de simulation numérique permettant de modéliser l'évolution d'un système de particules au cours du temps. Elle est particulièrement utilisée en sciences des matériaux et pour l'étude des molécules organiques, des protéines, de la matière molle et des macromolécules. En pratique, la dynamique moléculaire consiste à simuler le mouvement d'un ensemble de quelques dizaines à quelques milliers de particules dans un certain environnement (température, pression, champ électromagnétique, conditions aux limites.

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Modélisation de classe : Vesta Software Visualisation

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Explore le modèle SNOWPACK pour les applications de physique de la neige et d'hydrologie, y compris le transport de vapeur, l'hydrologie et le changement climatique.

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