Expliquer l'érosion des particules de neige et de sable
© 2017 EPFL / Nander Wever
Des scientifique de l'EPFL et du SLF (Institut pour l'étude de la neige et des avalanches) décrivent avec précision comment des surfaces de neige et de sable sont érodées lorsqu'elles sont exposées au vent. Leur description peut contribuer à de meilleurs prédictions d'émissions de poussière provenant des déserts et de déplacements de neige dans l'Antarctique, et peut s'adapter à d'autres planètes.
Le vent et l'eau transportent avec eux une multitude de particules, ce qui produit de l'érosion ou des dépôts, tels que les émissions de poussières provenant du désert saharien et susceptible d'atteindre l'Europe, et des déplacements de neige qui peuvent... bloquer le trafic.
Francesco Comola et Michael Lehning, de l'EPFL et du SLF, ont décrit de manière précise comment le flux du vent affecte une surface générique de particules non-homogènes, comme la neige ou le sable, au moyen d'une nouvelle technique qui permettra un jour d'améliorer les prévisions météorologiques. Les résultats seront publiés dans les Geopysical Research Letters.
Des descriptions de transports effectués par le vent ou l'eau existent déjà, mais c'est la première fois que des lois fondamentales – la seconde Loi de Newton et la conservation de l'énergie – sont utilisées pour décrire la manière dont les particules sont éjectées d'un lit de particules.
«C'est un tournant, dans la mesure où il est surprenant que le processus d'éjection des particules n'ait jamais été décrit à ce jour en utilisant les lois fondamentales de la conservation», dit Lehning, «du moins pas pour une grande variété de sédiments, du sable hétérogène à la neige.»
La nouvelle théorie est suffisamment puissante pour que les chercheurs puissent prédire statistiquement le nombre de particules éjectées de la surface du lit de particules et soulevées dans le flux, même pour des tailles de particules différentes, et pour des propriétés matérielles ou de flux variables.
La théorie peut être vue comme une généralisation de la manière dont des boules de billard sont dispersées par la boule blanche lors du coup initial. Mais à bien des égards, la table de billard est un exemple trivial si on la compare aux lits de particules dans la nature. Au lieu d'avoir un lit de 15 boules de billard seulement, le modèle peut gérer de grands nombres de particules et de ce fait, il peut être appliqué à de vastes surfaces de la Terre ou d'autres planètes. Au lieu de ne disposer que d'une seule boule blanche, il peut y avoir beaucoup de particules incidentes. Au lieu d'avoir des boules de billard de la même forme et de la même taille, les particules peuvent être un mélange de de formes et de dimensions, comme ce que nous voyons dans une poignée de sable ou de neige. Contrairement de boules de billard qui ne s'attirent ni ne se repoussent les unes les autres, les particules peuvent être adhésives sous l'effet des forces de cohésion, comme du sable mouillé ou de la neige humide.
Les scientifiques estiment que leur nouveau modèle va faire avancer l'étude du développement des dunes et des rides de sable, aussi bien dans les régions arides que polaires. Il contribuera aussi à améliorer les prédictions d'émissions de poussières par les déserts et les déplacements de neige dans l'Antarctique, dont les conséquences vont de la santé publique globale au changement du temps et du climat. Le modèle peut aussi aider à trouver la cause de l'intense activité de déplacement de sable observée sur Mars, où la faible densité de l'atmosphère suggérerait pourtant que les vents ne sont pas suffisamment forts pour éroder les particules de surface.