CHAPITRE II

La conductibilité calorifique de la neige.

Pour exprimer quelque chose de général en ce qui concerne la température de la neige et la manière dont la chaleur se propage dans ce milieu, il faut connaître sa densité, sa chaleur spécifique et sa conductibilité calorifique.

Pour mesurer la densité (poids spécifique), il suffit de peser un volume connu de neige. On peut prélever assez facilement un volume déterminé de neige en enfonçant dans sa masse un tube cylindrique de métal très mince, puis en coupant le cylindre ainsi obtenu au ras du tube métallique.

On admet en général que la chaleur spécifique de la neige est la même que celle de la glace. Il faut cependant remarquer que la neige renferme de l'air qui tend constamment à se saturer de vapeur d’eau. Il y a changement d'état partiel. Par suite, la neige doit avoir une chaleur spécifique apparente plus grande que celle de la glace ; la différence doit être d'autant plus forte que la densité est plus faible, et doit varier avec la température. Cet écart reste cependant très faible : en première approximation on peut admettre que la chaleur spécifique est celle de la glace, soit 0,50 pour les températures considérées.

Reste à connaître la conductibilité. Il est évident qu'elle doit beaucoup varier avec la structure et spécialement avec la densité.

Méthodes de mesures de la conductibilité. — Divers auteurs étrangers ont calculé cette conductibilité. Le plus

souvent ils utilisent pour cela les variations diurnes naturelles de la température des couches peu profondes. Keränen, entre autres, décompose les courbes expérimentales en série de Fourier et applique la loi de propagation d’une onde sinusoïdale. Il faut admettre que la variation est périodique; la condition se trouvait peut être assez bien réalisée dans les conditions où ont opéré ces auteurs, mais elle est rarement réalisée au Pic du Midi : je ne pouvais guère l’admettre. Je trouve aussi la méthode un peu compliquée pour une pareille étude, où il est difficile de poursuivre une discussion d'erreur. D'ailleurs Keränen constate que certaines conditions théoriques ne sont pas réalisées (1).

Enfin je fais une critique plus grave à cette méthode. Elle fait intervenir la température de la neige pendant le jour. J'ai dit que dans la journée les mesures se trouvaient faussées par l’échauffement des thermoscopes qui absorbaïent les radiations solaires. Mais, même dans le cas où l’on se mettrait à l'abri de cette cause d'erreur, la méthode serait critiquable. Les radiations qui pénètrent à l’intérieur de la neige sont absorbées par cette dernière : on n’a plus affaire à un pur phénomène de conductibilité calorifique, mais encore d'absorption sélective. Il faudrait, soit montrer que cet apport d'énergie est négligeable, soit faire des corrections délicates.

Pour étudier la conductibilité de la neige j'ai donc cherché :

19 À n'employer que des méthodes aussi simples que possible : si l’on ne peut faire de discussion d'erreur précise, on

(:) Keränen, après avoir comparé ses résultats à ceux de ses prédécesseurs (Abels, Jansson, Hjelstrôm, Okada), conclut que pour une densité faible la méthode de calcul basée sur la décroissance de l’amplitude de la variation diurne en fonction de la profondeur, donne en gros, des valeurs de la conductibilité qui ne sont que la moitié de celles obtenues d’après le temps de phase (voir le mémoire déjà cité).

L'ÉCONOMIE RADIO-THERMIQUE DES CHAMPS DE NEIGE ay,

se rend compte, dans le cours du calcul, s’il est Aonnéte de le faire ;

2° À n'utiliser que des mesures pour lesquelles ne pouvait intervenir le rayonnement solaire ;

3° À utiliser plusieurs méthodes aussi différentes que possible pour voir si elles donnaient les mêmes résultats ;

4° À étudier la neige sur place pour ne pas modifier ses propriétés. |

Voici les trois méthodes que j'ai utilisées.

4. Méthode des variations naturelles (Surfaces isothermes planes). — Considérons un champ de neige dont la surface est pratiquement plane sur une grande étendue. On peut admettre que les surfaces isothermes sont des plans parallèles à la surface ; je l’ai d’ailleurs vérifié approximativement dans certains cas. Les surfaces d’égale densité sont aussi des plans parallèles aux précédents. La chaleur spécifique est constante.

La définition même de la conductibilité donne, pour un instant quelconque f :

fer dk TR, k,, k, et T,, T, étant les conductibilités et températures aux profondeurs /,, l,; o la densité et c la chaleur spécifique.

On constate d’ailleurs souvent que le gradient de température décroît rapidement avec la profondeur. On a :

C eTU=R TR.

Si l’on a étudié la variation de température en fonction du temps à différentes profondeurs, on peut, pour chacune de ces profondeurs, tracer les courbes T — /{(t) et, par dérivation

= r . , dT ,° ds graphique, en déduire les valeurs de y Pour l'instant const

déré. Connaissant également p on peut tracer la courbe

DH (4) arintégration graphique connaître D T: pr — gU)et parintégration graphiqu PER D'autre part on trace la courbe T = }({) pour le même 1ns-

tant; une dérivation graphique donne ee . On en déduit la

valeur de k, pour la profondeur /, et pour l'instant considéré. On m'objectera que les dérivations graphiques sont très imprécises. Cependant, en faisant la détermination vers le milieu de la nuit, on constate que les courbes T = (4); T — 4(/) ont, pour / de l’ordre de quelques centimètres, une allure régulière et un rayon de courbure faible : on peut mesurer les pentes avec une approximation intéressante.

2. Méthode du cylindre chauffant (surfaces isothermes cylindriques). — J'ai utilisé un cylindre d'environ 2 m. de long et 2 cm. de diamètre, contenant un fil de résistance uniforme chauffé par un courant électrique. Un cadre de bois très léger fixé à la tige portait des couples situés à différentes distances du cylindre; les fils étaient parallèles à l’axe de ce dernier, et les soudures au milieu du cadre. L'ensemble du bâti étant placé dans la masse de neige de température uniforme, comme je l’indiquerai plus loin, je lançais un courant de chauffage que je laissais constant plusieurs heures de suite, et suivais la variation de température de la neige aux différentes distances /,, l,,..., de l’axe.

La figure 1 du graphique 3 montre l’allure des courbes. La température ne tend pas vers une limite.

Pour chercher à calculer Æ d'une manière simple, je commence par faire la remarque suivante :

Par dérivation graphique, nous pouvons tracer la courbe

2m — (1) pour différentes valeurs de {. Chaque courbe

représente à l'instant considéré la quantité de chaleur que reçoit par unité de temps une couche élémentaire cylindrique en fonction de /. La deuxième figure du graphique 3 montre que l’ensemble de la courbe se déplace vers les / croissanten

fonction du temps. A 22 heures la quantité de chaleur reçue entre / — 1 cm. et / — 4 cm. est faible devant celle qui échaufte les couches plus lointaines. On peut dire que toute la chaleur fournie par la tige traverse, pratiquement, les couches comprises entre 1 et 4 cm.

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