EPFL/MétéoSuisse: les flocons de neige sous la loupe de chercheurs
(Keystone-ATS) À l’aide d’un instrument composé de plusieurs appareils photo, des chercheurs de l’EPFL, de MétéoSuisse et de l’Institut SLF ont affiné les connaissances sur l’anatomie des flocons de neige. Leur but: améliorer la mesure des chutes de neige et les prévisions météo.
Pour cette étude, des milliers de flocons de neige ont été pris en photo sous trois angles différents par un instrument situé à 2500 mètres d’altitude. Ensuite, quatre chercheurs ont entraîné manuellement un algorithme à reconnaître six familles de flocons de neige parmi 3500 de ces images.
Enfin, cet algorithme a classé les millions d’images restantes dans ces six catégories à un rythme effréné. La méthode, décrite dans la revue Atmospheric Measurement Techniques, a été inventée par l’équipe d’Alexis Berne au Laboratoire de télédétection environnementale de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).
“La communauté scientifique s’évertue depuis plus de 50 ans à améliorer la mesure et la prévision des précipitations pluvieuses et neigeuses. Dans ce domaine, nous commençons à avoir une bonne compréhension des processus impliqués dans la pluie”, explique Alexis Berne, cité jeudi dans un communiqué de la haute école.
“Pour la neige, c’est beaucoup plus compliqué: la forme, la géométrie et les propriétés électromagnétiques des flocons, tout ce qui, en gros, va conditionner la manière dont les cristaux renvoient un signal vers les radars météo, complexifie beaucoup notre tâche. Et la teneur en eau des flocons de neige reste encore assez mal connue”, note le chercheur.
Six familles
Les scientifiques ont utilisé une MASC (Multi-Angle Snowflake Camera). Cet instrument, composé de trois appareils photo synchronisés, est capable de prendre simultanément trois photos de flocons de neige à très haute résolution (jusqu’à 35 microns) lorsque ceux-ci passent à travers son anneau métallique.
En collaboration avec l’Office fédéral de météorologie et climatologie (MétéoSuisse) et l’Institut pour l’étude de la neige et des avalanches (SLF), ils ont placé cet appareil à 2500 mètres d’altitude durant un hiver à Davos et durant un été austral en Antarctique et ainsi récolté des millions d’images.
Ils ont ensuite effectué une classification automatique des flocons en six familles déjà connue des scientifiques: les cristaux planaires, les cristaux colonnaires, la neige roulée, les agrégats, les combinaisons de cristaux planaires et colonnaires et les petites particules.
Indice de givrage
Les photos prises par le MASC ont également permis de déterminer le degré de givrage de chaque flocon, en tirant de l’information de la texture des images. En traversant l’atmosphère et les nuages, les flocons de neige changent de morphologie, certains s’enveloppent de couches de givre et deviennent plus ou moins de la neige roulée. D’autres en revanche restent très purs et possèdent donc un indice de givrage très bas.
Résultat: en mettant côte à côte les résultats obtenus avec le même instrument dans les Alpes grisonnes et sur la côte Antarctique, en Terre Adélie, l’étude a permis de distinguer la récurrence des différentes familles de flocons de neige.
A Davos, la majorité des flocons observés correspond à des agrégats (49%), suivis des petites particules et de la neige roulée. En Antarctique, les petites particules viennent en tête (54%), derrière les agrégats et la neige roulée.
Explication: les vents violents de l’Antarctique érodent continuellement le manteau neigeux et favorisent la présence de petites particules de neige. En outre, le degré de givrage y est plus faible à cause de la moindre humidité de l’atmosphère.
Approche multi-instrumentale
Ces résultats prendront davantage de valeur en les croisant avec les données récoltées par d’autres appareils tels que des radars météorologiques, par exemple. À Davos, MétéoSuisse a placé un pluviomètre aux côtés du MASC, dans le cadre du projet international SPICE (Solid Precipitation InterComparison Experiment).
Ces données doivent encore être traitées, mais la comparaison entre l’équivalent en eau liquide et le type de flocons observés par le MASC au même instant permettra aux chercheurs de tester des hypothèses sur la teneur en eau des flocons de neige, un point encore mystérieux des sciences atmosphériques.
En outre, les chercheurs ont renvoyé le MASC en Antarctique pour y récolter de nouvelles données. Ils l’installeront ensuite dans les montagnes coréennes, en 2018, pendant les Jeux olympiques d’hiver de Pyeongchang. “Plus nous récolterons de données, plus nos statistiques seront robustes”, conclut le chercheur.
