TRAVAUX ANTERIEURS SUR LA NEIGE COLLANTE

TRAVAUX ANTERIEURS SUR LA NEIGE COLLANTE

Observation dans la nature

Les observations d’accumulation de neige collante sont rares et souvent propres à des régions, et se réalisent généralement, après des heures ou des jours, après une tempête de neige. Pour ces raisons, les accumulations de neige collante restent difficiles à étudier. Par rapport à d’autres types de givrage, il est plus difficile d’observer l’accumulation naturelle de neige collante, car la neige pourrait se jeter dans un laps de temps relativement court ou subir des changements rapides dans sa LWC.

Pendant l’accumulation

Selon Wakahama et al. (1977), Shôda fut le premier à étudier en détail, au début des années 1950, le processus d’accroissement et les mécanismes d’une augmentation de neige sur des câbles. Shôda a observé des accretions de neige collante à des températures variant entre -1 °C et +1.5 °C, et des vitesses de vents inférieures à 3 m/s.Cependant, la neige observée fut de faible densité (0.2 g/cm3). Sakamoto (2000) rapporte que les accretions de neige sèche sont facilement soufflées des câbles à des vitesses de vent excédant 2 m/s, et celles-ci excèdent rarement une densité de 0.1 g/cm3. Concernant cette gamme de températures et de vitesses de vent, il s’avérerait que Shôda décrivait un mélange d’accumulations de neige sèche et humide semblable au genre d’accumulations qui se produit parfois en France. Dans un programme français sur la neige collante de 1983 à 1990, Admirât et al. (1990) rapportaient qu’une succession de flocons de neige collante et sèche était souvent observée à des températures près des 0 °C avec des densités comprises entre 0.10 et 0.22 g/cm3 pour des vitesses de vent variant entre 0 et 5 m/s. Les efforts de recherche faits par le Japon et la France montrent que ces pays sont vulnérables aux accumulations de neige humide sur des câbles et structures aériens. Sakamoto (2000) rapporte seulement 14 incidents dus à la neige collante au Japon, de 1962 à 1985. Les chutes de neige humides ne se produisent pas souvent au Japon : seulement une ou deux fois par an (Sakamoto 2005). Pendant les 50 dernières années, les données japonaises ne montrent pas la répétition d’incidents graves de neige humide (Sakamoto et al. 2005).En France (figure 11), les chutes de neige collante se produisent en moyenne deux à trois fois par an. Il y a eu plusieurs hivers sans de tels événements, et plusieurs autres où les événements allaient jusqu’à sept précipitations de neige humide (données recueillies par Strauss (1986) sur 30 ans).

Pendant le délestage

II y a très peu de littérature commentant le délestage dans des conditions naturelles. Comme il a déjà été mentionné, ces observations sont très difGciles. Cependant, la perte de neige se produit avec une augmentation de la teneur en eau liquide, selon l’équilibre thermique. Mais malgré ceci, il demeure difficile de prévoir la chute de neige exactement, puisqu’elle dépend de nombreux facteurs externes et de sa densité. Selon Sakamoto et Admirât (1988), la chute de neige se produit lorsque la teneur en eau liquide dépasse les 40 % par masse. Généralement, dans les quelques pays où il y a eu des observations d’accumulation, les douilles cylindriques se jettent partiellement et aléatoirement de la portée, sur des longueurs allant jusqu’à plusieurs mètres. Le délestage total par des chutes partielles peut avoir lieu en quelques minutes. Pendant des événements de neige collante, on a observé des cycles successifs d’accumulation et de perte (cycles en dents de scie de chargement) sur les câbles aériens (Roberge, 2006). Il est possible d’augmenter la fréquence de ces cycles en employant un chauffage par effet de Joule afin d’augmenter la LWC des douilles de neige humide, ce qui favorise la perte. Il a été observé que la perte de neige se produit d’une façon
aléatoire et partielle sur des conducteurs de phase. Chaque chute de neige partielle produit une certaine vibration qui va accentuer la chute de neige des morceaux adjacents, et ainsi de suite (figure 12).Poots (1996) a suggéré qu’un manteau de neige mouillée peut aussi se délester du câble, subitement et entièrement, sur toute la longueur. Cependant, aucune observation n’est mentionnée et il est très improbable que toute la neige puisse se jeter au même instant. Cependant, Roberge (2006) précise qu’un ingénieur d’Hydro Québec a fait quelques
observations sur des lignes expérimentales à Varennes en mars 2001. Comme la plus part des auteurs, il observa un délestage de façon partielle et au hasard sur les conducteurs. Certains câbles se délestaient morceau par morceau sur toute la longueur entière, et provoquant de grandes oscillations. Par conséquent, le délestage des douilles de neige collante se fait naturellement en quelques heures après leur accumulation. Les effets thermiques tels que la convection forcée, la radiation solaire et l’effet de Joule contribuent à l’augmentation de la teneur en eau liquide des accretions de neige: lors de valeurs élevées de la teneur en eau liquide, les douilles de neige perdent leur cohésion et tombent sous l’effet de la gravité et de la force du vent (Admirât et al. (1988) ; Poots (1996) ; Sakamoto (2000)).

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Table des matières

INTRODUCTION
1.1) Description générale des types de précipitations
1.2) La problématique
1.3) Objectifs
1.4) L’originalité de cette recherche
1.5) Méthodologie
TRAVAUX ANTERIEURS SUR LA NEIGE COLLANTE
2.1) L’accrétion de neige
2.1.1) Les types d’accrétion
2.1.2) Les formes d’accrétion
2.2) Physique de la neige collante
2.2.1) La teneur en eau liquide de la neige collante
2.2.2) Les régimes de la saturation en eau liquide
A. La neige collante en régime pendulaire
B. La neige collante en régime funiculaire
2.2.3) L’adhésion
2.3) Observation dans la nature
2.3.1) Pendant l’accumulation
2.3.2) Pendant le délestage
2.4) Simulation expérimentales
2.4.1) De l’accumulation
2.4.2) Du délestage
2.5) Les modèles existants d’accumulation et de délestage de neige
2.5.1) Modèle d’accumulation de neige de Grenier, Admirât (1986), Sakamoto
(2000), Poots et Skelton (1994)
2.5.2) Le modèle numérique de Roberge (2006)
EXPERIMENTATION
3.1) Installations de l’expérience
3.2) Fabrication de la douille de neige collante
3.3) Mesure de la teneur en eau liquide à l’aide d’un calorimètr
3.3.1) Calibration du calorimètre
3.3.2 Mesure de la teneur en eau liquide d’un échantillon de neige
3.3.3) Analyse d’erreur de la mesure de la LWC
MODÈLE THÉORIQUE
4.1) Bilan de chaleur
4.2) La percolation de l’eau
4.3) Changement de géométrie
4.4) Calcul de la LWC
4.4.1) Calcul des masses de la neige dans la partie supérieure et inférieure
4.4.2) Calcul des masses d’eau dans la partie supérieure et inférieure
RESULTATS ET DISCUSSION
5.1) Mécanisme du délestage
5.2) Résultats expérimentaux
5.2.1) Influence de la température
5.2.2) Influence de la vitesse du vent
5.2.3) Influence du rayonnement
5.2.4) Influence du courant électrique
5.3) Comparaison entre les expériences et le modèle théorique
5.3.1) Estimation de la LWC
5.3.2) Estimation de la densité
5.3.3) Estimation de la masse d’eau et de la masse totale dans la douille de neige
5.3.4) Estimation de la quantité de chaleur
CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
6.1 Conclusions
6.2 Recommandations
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
Annexe 1
Annexe 2
Annexe 3
Annexe 4
Annexe 5