Etude de la dynamique des avalanches de neige en aerosol
Abstract
Powder snow avalanches are highly turbulent, dilute suspensions clouds moving down steep slopes due to their buoyancy. The motivation for the present research was, on the one hand, to improve our knowledge of the effect of snow entrainment, by the avalanche, from the snow layer and, on the other hand, to develop an improved theoretical model of avalanche dynamics. The theoretical model presented in this thesis includes large density difference effects and demonstrates the importance of snow entrainment on the avalanche velocity. The model is in good agreement with recent measurements of the front velocity of an avalanche. The parameters in the model, such as the shape and spatial growth rate of the clouds, were determined from laboratory experiments, conducted with saline and suspension clouds, in a flow regime close to that of avalanches. A theoretical extrapolation of these parameters (obtained in the Boussinesq limit) to large density difference clouds (avalanches) is proposed. Laboratory experiments with sediment entraining clouds indicate the trend sediment entrainment has on the avalanche velocity. A presentation in terms of dimensionless variables of avalanche velocities and that of laboratory clouds shows clearly the similarities and differences between the two.
Les avalanches de neige en aérosol sont des bouffées de suspensions diluées de particules, très turbulentes qui descendent, de par leur poids, sur des pentes fortement inclinées. La motivation de la présente recherche était d'une part, d'améliorer notre connaissance de l'entraînement de neige du manteau neigeux par l'avalanche et d'autre part de développer un modèle théorique amélioré de la dynamique des avalanches. Le modèle théorique présenté dans cette thèse prend en compte les effets dus à la forte différence de densité entre l'avalanche et l'extérieur et démontre l'importance de l'entraînement de neige sur la vitesse de l'avalanche. Le modèle est en accord avec des mesures récentes de la vitesse de front d'une avalanche. Les paramètres du modèle (forme et croissance des bouffées) ont été déterminés à partir des expériences d'écoulements de laboratoire (d'eau salée ou de suspensions) dans un régime proche de celui des avalanches. Une extrapolation théorique de ces paramètres (obtenus en régime de Boussinesq) aux bouffées de forte densité (avalanches) est proposée. Les expériences de laboratoire avec des bouffées entraînant des particules indiquent l'influence que l'entraînement de particules a sur la vitesse de l'avalanche. Une représentation en variables adimensionnelles des vitesses des avalanches et des bouffées de laboratoire montre clairement les ressemblances et différences entre les deux types d'écoulements.