La formation de la neige

Les chutes de neige qui se produisent au cours de l'hiver se déposent les unes sur les autres et se transforment sous les seuls effets des conditions météorologiques. Chaque couche peut avoir en effet des propriétés et un comportement différents : leur empilement constitue un assemblage hétérogène, appelé manteau neigeux. Sa structure et son épaisseur dépendent de facteurs météorologiques induits pour la plupart par des éléments de la topographie du terrain comme par exemple l'altitude, le taux d’humidité de l’air, la durée d'ensoleillement, l'angle de la pente, l’exposition au vent, et des particularités thermiques comme le gradient de température, qui est le rapport entre la différence de température entre le sommet et la base de la couche de neige. Ainsi, entre la formation des cristaux de glaces, leur chute et leur fonte, ceux-ci ne cessent de changer de forme sous l'action de processus thermodynamiques et mécaniques, processus qui constituent les propriétés du manteau neigeux. On distingue trois grands types de propriétés de la neige :

1. Propriétés mécaniques de la neige :
   1. Elle résiste mieux à la compression qu'à la traction. La compression, rapproche les cristaux entre eux, favorisant ainsi la création de liens solides entre eux (les dendrites par exemple s'entremêlent, et des ponds de glace se forment aux points de contact entre les grains). A l'inverse la traction étire la couche de neige, la solidité des liens diminue.
   2. La neige présente plusieurs formes de cohésions. La première est la cohésion de feutrage. Elle permet à la neige au moment de la chute, d'adhérer sur des pentes très raides. La deuxième, est la cohésion de frittage ; elle est due à des ponts de glace, qui se forment au niveau des points de contact des grains, soudant les cristaux les uns avec les autres. La troisième est la cohésion capillaire : lorsque la neige est humide, elle peut rester en équilibre sur une pente grâce à une mince pellicule d'eau liant les grains entre eux. Enfin la neige présente une cohésion de regel. Elle consiste en la soudure des grains par des ponts de glace, généralement pendant la nuit car le manteau neigeux gèle.
2. Propriété thermique de la neige :
   1. La neige est un très bon isolant thermique par le fait qu'elle contient de l'air, du à la disposition en tétraèdres des molécules à l’état solide. Si le manteau neigeux est épais, au moins 50cm, la température près du sol reste voisine de 0°C. Ceci est lié aux flux géothermiques qui réchauffent en permanence la base du manteau neigeux par rediffusion d'une chaleur emmagasinée tout au long de la saison d'une part, et d'autre part, par diffusion de la chaleur émise par le noyau terrestre.
3. Autres propriétés notables de la neige
   1. Par rapport au rayonnement solaire : la neige bénéficie le jour d'un rayonnement solaire contenant des rayons UV visibles ainsi que des rayons infrarouges. Le manteau neigeux renvoie le majeur parti de ces rayons, et plus particulièrement les rayons UV (80 à 95%), alors que les rayons infrarouges ne sont renvoyés qu’entre 20 et 40%. Ces valeurs sont connues grâce au rapport albédo : albédo= rayonnement réfléchi / rayonnement incident. Cet albédo varie entre 0.90 et 0.45 suivant que la neige est fraîche ou vieille alors que celui du sol est de 0.16 et celui de l'océan de 0.07.
   2. Le rayonnement thermique : en effet, comme tout corps, la neige émet de jour comme de nuit, un rayonnement infrarouge appelé rayonnement thermique. Cette émission s'accompagne d'une perte d'énergie de la neige, et donc d’une baisse de température parfois importante de sa surface. Sans le rayonnement solaire qui la réchauffe, la température de surface de la neige serait beaucoup plus froide. De plus, la pluie peut elle aussi réchauffer la neige, en apportant des calories sans provoquer de fusion : ainsi, une pluie de 10mm à 5°C ne fait fondre que 1cm de neige à 0°C. Ainsi, une fois déposée au sol, la neige ne cesse de se transformer, et cette transformation continue est appelée métamorphose. On distingue plusieurs sortes de métamorphoses :
      1. La métamorphose constructive : cette métamorphose est plus souvent appelée métamorphose de faible gradient (entre 0°C/cm et 0,05°C/cm). Cette métamorphose ne s’explique que par des principes mécaniques. En effet le principal facteur entraînant cette métamorphose est le poids des couches de neige qui se superposent au fil du temps. Cependant, certains types de cristaux favorisent cette métamorphose, les étoiles par exemple sont sensibles à cette évolution de la neige. Sous le poids de la neige, les cristaux sont compactés, et ainsi, cette métamorphose est marquée par la création de nombreux ponts de glaces, d’où un manteau neigeux relativement résistant.
         
         Métamorphose constructive
      2. La métamorphose destructrice, ou aussi appelée métamorphose de fort gradient (sa valeur est supérieure à 0,2°C/cm) : cette métamorphose ne s’établit que lorsque le ciel est dégagé, et ne avoir lieu que sur des couches de neige très fraîches. En hiver, la température du manteau neigeux est beaucoup plus faible que celle du sol. Par conséquent, la pression y est plus importante et ainsi la vapeur d’eau migre des couches inférieures vers le haut où la pression est plus faible mais aussi où il fait plus froid. En se refroidissant, la vapeur d’eau se condense sur les grains supérieurs pour former des facettes sur les grains. Ceux-ci n’étant pas liés, la neige présente peu de cohésion, elle est instable, si bien qu’en cas de surcharge, elle s’effondre comme du sucre en poudre : c’est l’avalanche. Une telle situation se produit en particulier lorsqu’une grande période sépare deux chutes de neige, ce métamorphisme étant assez lent. Le vent également joue un rôle prépondérant dans cette métamorphose, il peut en effet agir avant et pendant la chute de neige, provoquant des enneigements irréguliers en dégarnissant un endroit et en accumulant de la neige à un autre. De plus, il érode les surfaces, transporte les cristaux, et les brises en les réduisant à l’état de grains de quelques millimètres.
      3. La métamorphose de fonte : elle intervient lorsqu’il pleut, ou sous l’action d’un bon ensoleillement. Il se produit alors un film d’eau, les cristaux s’arrondissent, grossissent, et perdre leurs cavités car ils se remplissent d’eau, l’eau jouant un rôle de lubrifiant ; on parle alors de métamorphose de neige humide. Une telle neige ne présente donc quasiment aucune cohésion et risque de s’effondrer produisant une avalanche.
         
         Métamorphose de fonte La neige est donc une matière particulière, qui ne se forme que dans des conditions spécifiques. Elle est présente dans différentes régions du globe grâce à différents mécanismes qu’on a pu voir, notamment la circulation atmosphérique. Pour se déplacer sur cette neige en perpétuelle transformation,, l’Homme s’est adapté et c’est ainsi que sont apparus les skis.