Observation and numerical modeling of snow on the ground: use of existing tools and contribution to ongoing developments
Observation et modélisation numérique de la neige au sol : utilisation des outils existants et contribution aux développements actuels
Morin, Samuel
Le manteau neigeux est un milieu d'importance capitale à la surface de la Terre. Depuis longtemps, la communauté scientifique s'efforce de décrypter son fonctionnement et son rôle dans le système climatique régional et mondial. En outre, le manteau neigeux joue un rôle clef pour de nombreux enjeux concernant les sociétés humaines (ressources en eau et en énergie, avalanches de neige, industrie touristique etc.). Des modèles numériques de complexité variable ont été développés en intégrant les connaissances existantes et permettent ainsi de prédire le comportement global du manteau neigeux à partir des conditions météorologiques et de l'interaction croisée de multiples processus internes ou ayant lieu à ses interfaces. En outre, des outils d'observations, des plus simples au plus avancés, ont été imaginés pour sonder les propriétés physiques de la neige et contribuent ainsi à mieux appréhender l'état physique du manteau neigeux et son évolution.
Le présent document synthétise ma propre contribution à l'utilisation et au développement de plusieurs outils utilisés pour observer ou modéliser l'évolution de la neige au sol. En l'occurrence, une attention spéciale est apportée à la modélisation détaillée du manteau neigeux à l'aide du modèle multi-couches Crocus, qui sert d'intégrateur de connaissance' et permet de projeter dans des domaines scientifiques plus ou moins connexes une représentation adéquate des processus physiques du manteau neigeux. Ceci concerne non seulement la prévision numérique du temps, l'étude du système climatique ou des avalanches, mais aussi l'écologie de montagne, l'hydrologie nivale, la glaciologie et même les aspects socio-économiques de l'industrie des sports d'hiver.<br>Mon apport direct aux développements au sein de Crocus a porté essentiellement sur la façon de représenter la microstructure de la neige et son évolution dans le temps en fonction des conditions thermiques à l'échelle macroscopique (métamorphisme de la neige), au travers de la reformulation des lois d'évolution de la surface spécifique de la neige de manière pronostique. En parallèle, des recherches plus fondamentales ont été menées avec pour objectif de moyen terme d'améliorer les paramétrisations employées pour représenter certaines propriétés physiques de la neige dans Crocus, telles que la conductivité thermique effective ou la perméabilité intrinsèque. Cependant, ces actions ne constituent pas des avancées fondamentales pour l'évolution de la structure du modèle. Néanmoins, dans bien des cas, le comportement actuel du modèle est déjà satisfaisant et permet des applications dans des domaines plus ou moins exotiques. Ceci concerne, par exemple, l'étude de l'impact des propriétés thermiques du manteau neigeux sur le régime thermique du sol sous-jacent, ou, plus éloigné des considérations purement géophysiques, des avancées récentes sur la compréhension et la modélisation de la façon dont la neige est travaillée dans les stations de sports d'hiver en relation avec des contraintes environnementales, sociétales et techniques.<br>De nombreuses perspectives sont ouvertes dans les domaines liés à la physique de la neige, grâce aux avancées offertes par l'augmentation des capacités de calcul, mais surtout grâce à l'amélioration et à la meilleure intégration des techniques et outils d'observation et de simulation de l'évolution des conditions météorologiques, associés à une prise en compte solide de la neige au sol et des processus physiques associés.
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