Neige

La neige est constituée de particules de GLACE ayant grossi dans l'atmosphère jusqu'à une taille suffisante pour tomber. La remarque célèbre de Voltaire dans son conte philosophique Candide voulant que le Canada ne soit que « quelques arpents de neige » est plutôt juste, sauf en ce qui concerne la superficie! Le Canada est en effet un pays de neige : bon nombre de ses régions en sont couvertes cinq à six mois par année.

Formation

La neige résulte du gel de la vapeur d'eau ou de gouttelettes d'eau surfondue d'un NUAGE sur de minuscules particules présentes dans l'atmosphère (appelées noyaux de condensation), ce qui donne des cristaux de glace. Le gel de la vapeur d'eau sur ces cristaux de glace en mouvement dans le nuage crée des cristaux de neige. Selon les conditions de température et d'humidité, les cristaux de neige grossissent par au moins l'un des trois mécanismes suivants : le gel de la vapeur d'eau, qui cause la formation de plus gros cristaux; le givrage (gel de l'eau surfondue), qui cause la formation de cristaux de neige givrée; la collision avec d'autres cristaux de neige, qui cause la formation de flocons de neige. Ces trois mécanismes de croissance étant différents, la neige peut être constituée de trois éléments : des cristaux de neige, des cristaux de neige givrée et des flocons de neige, ou de fragments de ceux-ci.

La dimension d'un flocon de neige dépend de la hauteur de sa chute et de la façon dont les cristaux de neige, qui entrent en collision, adhèrent les uns aux autres. Habituellement, les flocons les plus gros se trouvent à une température voisine de 0°C, car les forces d'adhérence sont élevées autour de cette température. Dans un nuage typique, un flocon ayant un diamètre de 1 mm peut voir son diamètre être multiplié par dix en environ 20 min.

La distribution générale des chutes de neige au Canada dépend de la proximité des sources d'humidité. L'accumulation annuelle totale de neige est plus grande le long des régions côtières : par exemple, il tombe en moyenne 1000 cm de neige par an dans les montagnes du Nord de la Colombie-Britannique. La chute totale la plus basse est de seulement 100 cm par an dans l'Arctique et dans le Sud. Le record de chute neigeuse dans l'espace d'un mois - 535,9 cm en décembre 1959 - revient à Haines Apps (C.-B.). La ville de Victoria (C.-B.) est la moins enneigée des villes importantes canadiennes avec ses 28,1 cm de neige par an; Corner Brook (T.-N.), avec ses 414,4 cm de neige, est la ville importante la plus enneigée.

Le manteau neigeux

Le manteau neigeux désigne l'accumulation de neige au sol résultant de précipitations solides. La structure et la hauteur du manteau neigeux varient grandement dans l'espace et dans le temps en fonction, entre autres, de l'itinéraires des tempêtes de neige, des conditions météorologiques prévalant entre les tempêtes, de l'action du vent (qui participe à la redistribution, la compaction et la sublimation de la neige), de la topographie de surface et de la couverture végétale.

Le manteau neigeux est important pour plusieurs raisons. Premièrement, il constitue une grande réserve d'eau qui est libérée durant la fonte printanière. La quantité d'eau qu'il contient (l'équivalent en eau de la neige [EEN] est déduit de la hauteur et de la densité du manteau) et le rythme de sa fonte, qui sont des données critiques, servent, par exemple, à prédire les inondations et à optimiser la gestion des ressources en eau pour des applications telles que la production d'hydroélectricité et l'irrigation. Deuxièmement, la neige est un excellent isolant; elle empêche le sol de geler profondément. Par exemple, la température moyenne de l'air de Goose Bay (Labrador) en janvier est de -16,4°C, celle du sol à une profondeur de 5 cm est seulement de -2,1°C. Cette différence de plus de 14°C est due à l'effet isolant de la neige. Troisièmement, le haut indice de réflectivité au sol (de 80 à 90 p. 100 pour la nouvelle neige) et les propriétés d'isolation du manteau neigeux modifient fortement les échanges d'énergie entre la surface et l'atmosphère. Selon de nombreuses études, les températures moyennes de l'air sont généralement plus froides de 5 à 10°C lorsqu'un manteau neigeux est présent. Un manteau neigeux très étendu permet à l'air froid de se déplacer sur de grandes distances sans vraiment se réchauffer. Les hivers occasionnant un manteau neigeux plus épais que la normale seront donc probablement plus froids.

L'évolution du manteau neigeux dans le temps est très complexe. La série de modifications intervenant dans la structure cristalline d'un flocon de neige commence dès qu'il touche la surface. L'ensemble de ces modifications s'appelle « le métamorphisme de la neige » et comprend trois types : le métamorphisme sans gradient thermique, ou destructeur, le métamorphisme à gradient thermique et le métamorphisme par fusion.

Le métamorphisme destructeur

résulte d'une loi physique fondamentale : les flux d'énergie et de masse s'établissent des zones à haute concentration vers les zones à basse concentration. Le rapport surface sur masse des flocons de neige étant très élevé, ceux-ci sont dans un état d'énergie de surface élevée. Dès l'arrivée d'un flocon de neige au sol, les molécules d'eau migrent pour diminuer cet excès d'énergie libre, d'où une transformation rapide des cristaux en forme d'étoile en un agrégat de grains lisses arrondis, oblongs ou de forme irrégulière. Ce processus est prédominant lors des premiers stades de déposition de la neige et sa vitesse augmente avec la température de la neige. Au cours de ce processus, la vapeur d'eau fabrique aussi des ponts de glace entre les grains adjacents, une étape que l'on appelle le frittage. Le frittage lie fortement les grains entre eux et donne une neige dense et dure. Le vent compacte la neige et peut aussi créer une couche superficielle de grande densité appelée « plaque à vent ».

Le métamorphisme à gradient thermique est dû au fait que la neige est un bon isolant. Autrement dit, un grand gradient thermique élevé existe entre la couche superficielle froide et la couche plus chaude sur le sol; la vapeur d'eau dans la neige en grains de la couche superficielle migre donc vers la neige en grains située plus profondément dans le manteau neigeux. Ce processus est responsable de la formation de gros cristaux arrondis - appelés « neige granulée de profondeur » - près du fond du manteau neigeux. La neige en grains n'est que faiblement liée, ce qui contribue à augmenter le risque d'AVALANCHE dans les régions montagneuses.

Le métamorphisme de fusion

explique les changements de la structure de la neige causés par les cycles fonte-gel. Grâce à sa structure poreuse, le manteau neigeux peut retenir une grande quantité d'eau provenant de la fonte de la neige. Des cycles fonte-gel consécutifs surviennent fréquemment au début du printemps (fonte durant le jour, gel durant la nuit). Ces cycles forment de gros grains irréguliers - appelés « neige de printemps » - et la libération de chaleur latente lors du regêle de l'eau amène un réchauffement général du manteau neigeux. Le réchauffement de la neige, ou « maturation », est une condition nécessaire à sa fonte. Les divers processus métamorphiques et le compactage de la neige par son poids augmentent la densité de la neige durant l'année en partant de valeurs autour de 100 kg/m3 pour finir à 300-400 kg/m3 avant la fonte.

On examine l'évolution du manteau neigeux en y découpant un colonne (une coupe stratigraphique, en langage technique) et en observant les différentes couches et la forme des cristaux. On peut habituellement distinguer clairement les principales chutes de neige et les couches de glace causées par la pluie ou la neige mouillée.

Le manteau neigeux suivant les régions

Les caractéristiques du manteau neigeux moyen diffèrent visiblement au Canada. Elles correspondent aux principales zones climatiques et aux principales zones de végétation. On distingue cinq régions ayant un manteau neigeux caractéristique : la toundra (couverture peu épaisse, surtout constituée d'une plaque à vent), la forêt boréale (couverture d'épaisseur moyenne, formation importante de neige granulée), la région maritime (couverture épaisse avec de nombreuses couches de glace), les Prairies (couverture peu épaisse, plaques de neige superposées) et la région montagneuse (couverture épaisse, multicouche, de consistance très variable). Le manteau neigeux de ces régions varie fortement en fonction de la topographie, de la densité de la végétation et de différences à l'échelle régionale liées à une des précipitations neigeuses plus importantes, comme dans la ceinture de neige qui survient sous le vent des Grands Lacs (voir ZONES DE GÉOGRAPHIE PHYSIQUE).

Mesure de l'épaisseur du manteau neigeux

Il est extrêmement difficile d'estimer de façon fiable la quantité de neige sur le sol parce que le manteau neigeux varie beaucoup d'un endroit à l'autre. Des mesures de l'épaisseur de la couche de neige sont effectuées régulièrement tous les jours dans plusieurs centaines de stations météorologiques du pays. Toutefois, ces sites sont surtout concentrés dans les régions peuplées, à basse altitude. Pour améliorer la représentativité spatiale des mesures du manteau neigeux et obtenir des renseignement sur l'équivalent en eau de la neige afin de planifier les ressources en eau, de nombreuses agences gouvernementales et sociétés d'hydroélectricité mesurent régulièrement (habituellement, toutes les deux semaines) l'épaisseur et la densité de la neige sur une série de points; cette méthode se nomme « ligne de relevés d'enneigement ». Ce processus est laborieux et ne fournit qu'un petit échantillon du manteau neigeux sur une région.

Pour se défaire de ces contraintes, on utilise de plus en plus la technologie des SATELLITES afin de surveiller le manteau neigeux à partir de l'espace. Les satellites à micro-ondes actifs et passifs ont démontré qu'ils peuvent, dans toutes les conditions météorologiques, dresser la carte des équivalents en eau pour des types de terrains sélectionnés. Les gestionnaires de ressources en eau des Prairies utilisent fréquemment ces données à micro-ondes passives. Les scientifiques canadiens s'efforcent actuellement d'étendre cette méthode à d'autres milieux tels que les forêts pour lesquelles la signatures micro-ondes du manteau neigeux est plus difficile à effectuer (voir CLIMAT, INFORMATION SUR LE et OBSERVATIONS MÉTÉOROLOGIQUES).

Variabilité

Comme tous les autres composants du système climatique, le manteau neigeux varie beaucoup d'une année à l'autre en raison de la variabilité naturelle de la circulation atmosphérique qui affecte la chute de neige et la température. On dispose d'observations par satellite fiables pour l'étendue du manteau neigeux depuis le début des années 70. Ces données montrent que le manteaux neigeux diminue sur la majeure partie du Sud du Canada, en particulier dans les Prairies au cours du printemps. Ces données et des observations effectuées au sol donnent les variations du manteau neigeux sur une plus longue période. Les diminutions récentes semblent rester à l'intérieur de la gamme de variabilité observée durant ce siècle.

D'après les résultats des études de modélisation et de sensibilité, le manteau neigeux devrait décroître de façon significative sur la majeure partie du Sud du Canada, en particulier dans les régions intérieures continentales, en raison du réchauffement climatique (voir RÉCHAUFFEMENT PLANÉTAIRE). Cela devrait toucher de façon significative l'agriculture, la génération d'énergie hydroélectrique et les industries liées à la neige.