Pénitence !

Publié le par Estelle et Vincent

Suite aux réclamations répétitives de nos lecteurs, tout particulièrement de mademoiselle Niot (??), nous tenions à décrire plus précisément l'origine des formes étranges observées à la fin de l'été dans les champs de neige du chili.



Leur nom de "pénitents" provient de l'analogie évidente entre ces formes et l'accoutrement des membres de confréries faisant exercice de pénitence: lors des cérémonies et des processions les pénitents sont couverts d'une espèce de sac et d'un capuchon qui leur cache la tête. 

Il n'y a par contre aucune intervention divine derrière la formation des pénitents de glace, aucune légende de moines pétrifiés pour s’être laissé tenter par la beauté de femmes mauresques (cf. Les pénitents des Mées, Alpes de Haute Provence). Il s’agit ici seulement de l’action conjuguée d'un faible taux d'humidité, du  vent, de faibles températures et d'un rayonnement solaire intense, lors des longs étés secs de la zone aride du Chili. En fait, ce type de formation peut être observé dans de nombreuses régions du monde, plus particulièrement aux hautes altitudes Andines et Himalayennes (e.g. Betterton, 2001). On retrouve des pénitents un peu partout, même si les grands pénitents observés au Chili exigent l'instauration d'une longue période sèche pour pouvoir se développer. Par exemple, à la tête de Vautisse au dessus de Guillestre (05), avec Laurent et Stéphane nous avions dû skier au milieu de pénitents d'une quarantaine de centimètres. Par chance, le sommet des pénitents est orienté en direction du midi solaire: le soleil étant rasant en france en hiver, nous avions dû skier sur des pénitents pratiquement horizontaux. Au niveau des Andes arides du chili (25°S-35°S), les pénitents se forment l'été, lorsque le soleil est pratiquement à la verticale, les pénitents sont alors verticaux, parfois pratiquement infranchissables à pied.

Le premier à relater de l'existence des pénitents fut Charles Darwin (1836), mais c'est Louis Lliboutry (1954), qui, le premier, en décrira précisément les processus de formation. Ces travaux sont incontournables ici, à tel point qu’un sommet porte son nom en Patagonie (gravit pour la première fois cette année). Lorsque la neige vieillit, les zones où des poussières s’accumulent absorbent une plus grande part du rayonnement solaire, ce qui induit une fonte plus rapide et la formation d'un creu par rapport aux zones plus blanches et plus réfléchissantes (qui forment une petite bosse). Cette "rugosité de surface" augmente la turbulence et par suite la sublimation augmente. Rien avoir avec l’envol des moines bouddhistes de Tintin, la sublimation constitue le passage de l’état solide à l’état de vapeur:

Lorsque l’air est sec au dessus d'une surface de neige, les molécules d’eau (solide) passent naturellement depuis la surface vers l’air. Lorsque l’air en contact avec la surface de glace est saturé en eau, le changement d’état s’arrête. Si un peu de vent chasse l’air saturé pour le remplacer par de l’air plus sec le processus reprend. Plus le mouvement des particules d'air en surface est important (vent violent), plus la sublimation est intense. Le vent facilite donc l'échange de matière (eau) entre la surface et l'atmosphère.

Le vent facilite aussi une perte/gain d'énergie de la surface vers l'atmosphère en cas d'écart de température entre l'air et le la neige: Ce n’est pas pour rien qu’Angèle (ma nièce) souffle sur sa soupe ou sur sa crêpe pour la refroidir, Mathilde lui a dit que l'apport d'air froid au dessus d'un corps chaud permet de le refroidir plus plus vite. Angèle lui a répondu : " ben oui, c'est le flux turbulent de chaleur sensible qui entre en jeu"... Moi, là, Angèle m'a embrouillé, donc si vous voulez plus de détails, je lui demanderai de faire une note sur le blog...

Mais revenons à la sublimation. Comme dans le cas d’une casserole d’eau bouillante au dessus du feu, il faut apporter de l’énergie pour réaliser ce changement de phase : la sublimation demande de l’énergie.  Ce changement de phase va donc avoir tendance à refroidir la neige et/ou à limiter la fonte. Lorsque le trou est suffisament profond, l'influence du vent au fond du trou est moindre qu'au sommet d'une bute, ainsi, la subimation limite grandement la fonte au sommet de la bute mais très peu au fond du trou. Ainsi, le fond du trou (noir = fonte, peu d'influence du vent = peu de sublimation) est le lieu d'une fonte importante alors que le sommet de la bute (blanc = peu de fonte, forte influence du vent = sublimation importante = limitation marquée de la fonte) a tendance à rester gelé et à ne pas beaucoup evoluer. Ce phénomène accélère donc la formation du pénitent : le fond du trou, rempli de poussières, s’enfonce.

Enfin, les parois sont parallèles aux rayons du soleil car les rayons tangents aux parois apportent peu d'énergie (par analogie simpliste, les dégâts ne sont pas les mêmes lorsqu'une voiture rentre dans un mur en le rasant ou bien perpendiculairement !!). Une paroi parallèle aux rayons du soleil ne va donc pas fondre. Ainsi, les pénitents sont tous d’orientation identique avec une pointe orientée vers le midi solaire.


P
our ce qui est des petits et des grands pénitents (question de niot): cela dépend de l’âge du pénitent ie de la durée de la période sans précipitations neigeuses (car la neige en remplissant les trous bloque la fonte et donc la formation du pénitent).

Enfin, pour plus de détails sur l'origine des pénitents, Betterton (2001) fait une rapide review des articles sur le sujet. Il évoque en particulier quelques paradoxes tirés de la littérature.

Betterton, M.D., 2001: Formation of Structure in Snowfields: Penitentes, Suncups, and Dirt Cones, Physical Review E, vol 63, 056129, doi:10.1103/PhysRevE.63.056129.

Darwin, C., 1836: The Voyage of the Beagle, Chapter XV: Passage of the Cordillera. The quotation is from the entry for March 22, 1835.

Lliboutry, L., 1954: The origin of penitents. Journal of Glaciology, 2:331–338.

Publié dans Au pays du pisco

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niot 17/07/2006 09:05

Chu soufflée !
va falloir que je reviende plus tard lire tout ça parce qu'après un long we, un lundi matin, mon cerveau a pas connecté tous les neurones !
chapeau !
 
bisous a vous

Lud 16/07/2006 18:00

Estelle, en plus de faire des belles photos, tu es une vraie scientifique ! (ou c'est Vincent qui a écrit ?) Très intéressant tes explications, mais j'avoue m'être arrêtée avant, j'ai rien compris ! ça doit être parcequ'on est dimanche... Enfin, en tous cas, le Chili ça à l'air sympa qd même ! Ici pas de pénitents, mais il commence à cailler grave et le matin j'ai les seins de glace ! ;-) (J'expliquerai le fondement scientifique de ceci plus tard...)
Bisous !
Lud.

flavie 16/07/2006 00:00

votre site est très très interessant, j'y passerai des heures!

Maya 15/07/2006 08:58

Estelle  je  viens d'écrire un commentaire et il a disparu!!!Quelle galère!!!Maya!!