Snowdrift: numerical modelling and experimental data
Profils de concentration de la neige soufflée : théorie, résolution numérique et validation expérimentale in situ
Résumé
Physical modeling of blowing snow in a wind-tunnel allows to simulate snowdrifts. But in fact, it is impossible to reproduce cornices or snowdrifts on steep slopes and it is difficult to estimate accurately the duration of a snowstorm. Therefore, we turned towards numerical modeling. The first step in numerical modeling consists in simplifying complex mechanisms using several hypotheses. But it is necessary to confirm these hypotheses for simple cases. The use of the solid mass concentration equation in the suspension layer with a simple model for the saltation layer gives a spatial distribution of the particles concentration very close to the experimental data obtained in a wind-tunnel. But in the case of the snow, the obtained relation between height and concentration seems to be called in question by Mellor and Fellers (using Dingle's experimental data) especially for low wind speeds. But it's advisable to take snowfalls into account. That's why we use numerical modeling and experimental data. That way, we establish the validity of the theory and we obtain the values of the Schmidt's number, the terminal velocity and the reference concentration. But unlike the spatial distribution of the particles concentration, we note differences concerning the transitionary phase leading to saturation. We can explain this fact by the modification of the "splash function" depending on the particle shape and cohesion and the distribution of the particles size.
Le transport de la neige par le vent entraîne la formation d'accumulations génératrices d'avalanches, d'où la nécessité de prévoir spatialement ces zones. Dans un contexte haute-montagne, la modélisation physique a montré ses limites et l'on s'oriente actuellement vers la modélisation numérique. La première étape de la modélisation numérique consiste en une simplification des mécanismes complexes par l'intermédiaire d'hypothèses qu'il convient toutefois de valider pour des configurations simples connues. L'équation de transport des particules couplée à un modèle de saltation simple permet d'obtenir des profils de concentration de particules à saturation qui ont été validés par des mesures en soufflerie. Cependant dans le cas de la neige, la relation puissance théorique obtenue entre concentration et hauteur est remise en question par Mellor et Fellers (à partir des données expérimentales de Dingle en Antarctique) dans le cas des faibles vitesses de vent. Il convient cependant de tenir compte des chutes de neige, ce qui est fait ici à partir du modèle numérique développé couplé à un retraitement des données de Dingle. Ceci nous permet de valider la théorie développée pour la neige et nous permet d'obtenir les valeurs de vitesse de chute, nombre de Schmidt et concentration de référence. Ces valeurs pourront être utilisées dans les développements ultérieurs du modèle numérique. Cependant si le modèle utilisé permet de reproduire correctement le profil de concentration de particules de neige à saturation, on note des différences importantes quant à la longueur de la zone nécessaire à l'obtention de la saturation. Ce dernier point peut s'expliquer par la modification de la fonction " splash " en fonction des paramètres de forme, de cohésion, de granulométrie, paramètres qui justement différencient la neige des particules sphériques idéales habituellement utilisées dans les modélisations.