top.gif
 

Mécanismes de circulation d'air : l'effet de cheminée

Fiche 3.5.2
Untitled Document
 

• 3.5.1. Eboulis froids (et autres formations poreuses) de basse altitude • 3.5.2. Mécanismes de circulation d'air : l'effet de cheminée • 3.5.3. Les glacières (ou grottes glacées) • 3.5.4. Frigos naturels et caves à lait

 
 

version imprimable [PDF]

Lorsqu'une formation poreuse possède plusieurs entrées dénivelées, une advection et une convection forcée d'air dont l'intensité et la direction varient selon la saison peuvent être établies en raison d'une différence de température (et donc de densité) existant entre l'air extérieur et intérieur. C'est le principe du tube à vent (ou effet de cheminée, ou thermosiphon). Plus l'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur est grand, et plus la vitesse du courant d'air est élevée. Couramment signalé dans les cavités souterraines, ce mécanisme s'applique également aux éboulis.
Le comportement du système peut être séparé en deux phases principales : le régime hivernal (ascendant) et estival (descendant) :

•  En régime hivernal, l'air à l'intérieur de la formation est plus chaud (et donc plus léger) que l'air extérieur et le courant d'air devient ascendant (fig. 1 & 3). Des fenêtres de fonte, des dépressions ouvertes ou fermées, des voûtes basales et des cristaux de givre traduisent des expulsions d'air chaud (fig. 4 & 5).
En conséquence, de l'air froid (et sec) est aspiré avec une zone de refroidissement maximal située une dizaine de mètres en amont du pied de l'éboulis. Des trous d'aspiration favorisent la pénétration de l'air extérieur froid dans le terrain qui se produit cependant aussi à travers un épais manteau neigeux (fig. 6) !
Les blocs composant l'éboulis ainsi que les terrains non-poreux sous-jacents et adjacents emmagasinent par conduction le froid apporté par le courant d'air (réservoir de frigories et gel du terrain). L'éboulis profite donc de toutes les périodes froides de l'hiver pour se refroidir sous le point de congélation (fig. 3 & 7).

•  En régime estival, le froid emmagasiné durant l'hiver s'écoule par gravité de préférence aux points les plus bas de l'éboulis et du glacier rocheux fossile (2 & 3). Un décalage spatial existe donc entre la zone où le refroidissement hivernal est le plus marqué et celle où le réchauffement est minimal durant l'été. De la glace, des souffles d'air froid (< 5°C) et de la neige sont présents en surface malgré des températures extérieures élevées. De la végétation azonale et des arbres nains traduisent également des conditions de sol sur-refroidi (fig. 7). La forêt ou un tapis de mousses peuvent également jouer un rôle dans la préservation de conditions froides en limitant l'effet de la radiation solaire au sol.
En contrepartie de cette décharge gravitaire, de l'air chaud est aspiré – probablement de façon diffuse – dans les parties hautes de l'éboulis.
Durant l'été, l'éboulis s'humidifie et devient comme une éponge gorgée d'eau en raison de la fonte de la glace et de la condensation de l'air aspiré dans les parties hautes du système.

•  L'automne et le printemps sont des périodes durant lesquelles le système de ventilation va passer par étapes du régime estival au régime hivernal (et inversement). Le seuil thermique de réversibilité étant fonction de la température générale du système ventilé, le renversement du courant d'air s'effectue à une température de l'air extérieur plus élevée en automne qu'au printemps, l'éboulis se refroidissant (et s'asséchant) durant l'hiver et se réchauffant (et s'humidifiant) durant l'été. Ainsi, au Creux-du-Van (Jura neuchâtelois), le seuil d'inversion est situé vers + 6°C en automne et vers +1/+ 2°C au printemps.

L'occurrence de ces mécanismes de ventilation a clairement été démontrée pour des éboulis de basse altitude. A plus haute altitude (au-dessus de la limite de la forêt), seul le régime ascendant (hivernal) est distinctement perceptible (cf. fiche 3.4.6). La décharge gravitaire d'air froid est difficilement observable, probablement en raison d'une part d'un écoulement diffus dû à l'absence d'un sol suffisamment développé et d'autre part d'une température générale du système ventilé inférieure à 0°C.

 

Fig. 1 - Modèle de circulation d'air dans un complexe éboulis – glacier rocheux fossile en régime hivernal, avec description des indices visuels. Les étoiles indiquent l'emplacement des courbes de température présentées à la fig. 3 (source : Dorthe & Morard, 2007).
 

Fig. 2 - Modèle de circulation d'air dans un complexe éboulis – glacier rocheux fossile en régime estival, avec description des indices visuels. Les étoiles indiquent l'emplacement des courbes de température présentées à la fig. 3 (source : Dorthe & Morard, 2007).
 

Fig. 3 - Courbes de températures typiques pour les différentes parties d'un complexe ventilé éboulis – glacier rocheux fossile (cf. fig. 1 & 2).
Dans la partie inférieure, le comportement thermique du sol est similaire à celui de la température extérieure durant l'hiver (avec un léger décalage dû au manteau neigeux), et inverse durant l'été (la température se rapprochant d'autant plus du 0°C que la température de l'air extérieur est chaude). Cette phase estivale correspond à la vidange du réservoir de froid emmagasiné durant l'hiver.
Dans les parties supérieures (courbe rouge Dr-27), le comportement thermique est inverse durant l'hiver avec un lent refroidissement consécutif à la vidange de la chaleur emmagasinée durant la saison estivale précédente. Durant l'été le comportement thermique colle relativement bien à l'évolution de la température extérieure.
 

Fig. 4 - Fenêtres de fonte automnale (en haut) et groupement d'épicéas nains (en bas) dans l'éboulis de Dreveneuse d'en Bas (Chablais valaisan).
 

Fig. 5 - Différents stades de développement des fenêtres de fonte hivernales dans l'éboulis de Dreveneuse du Milieu (VS). 1 : dépressions non ouverte; 2 : cheminées ouvertes; 3 : cheminées coalescentes; 4 : couloir de fonte.
 

Fig. 6 - Interpolation par krigeage simple de mesures BTS effectuées le 8 février 2005 dans les éboulis de la combe de Vudèche (Préalpes fribourgeoises). Dans les parties basses des éboulis, une zone sur-refroidie (entre -5 et -10°C ) est présente malgré un manteau neigeux épais de 1.5 à 2 mètres . Dans les parties supérieures, les températures sont plus chaudes (voire positives), avec la présence de puits à air chaud (cercle noir et photo). Cette distribution thermique à la surface du sol est caractéristique d'un système de ventilation en régime hivernal (source : Dorthe & Morard, 2007).
 

Fig. 7 - Visualisation du gel du terrain à l’intérieur de l’éboulis de Dreveneuse (VS) en début d’hiver 2007 : plus le terrain est électriquement résistant (couleur bleue), plus il est froid.

 

 
High Mountain and Periglacial Systems

Société Suisse de Géomorphologie (SSGm) - Fiches pour l'enseignant - Chapitre 3 : Environnements périglaciaires
Last update : 31 août 2009 - Questions ou remarques sur le site ?