LES GLACES DE PAROI. Glaciologie, thermodynamique et prévision des chutes de blocs de glace sur les routes du nord de la Gaspésie (Québec, Canada)

Les glaces de paroi résultent du gel progressif des eaux de ruissellement sur une falaise. Dans le nord de la Gaspésie (Québec, Canada), soixante de ces glaces, parfois volumineuses (> 3000 m3), ont été localisées près des routes. Entre 2000 et 2012, le Ministère des Transports du Québec (M.T.Q.) a effectué 440 interventions pour déblayer les blocs de glace tombés sur la chaussée. Une meilleure compréhension des mécanismes de croissance, de fonte et d’écroulement des glaces de paroi est nécessaire pour améliorer la gestion du risque. Des échantillons de glace ont été prélevés et leur microstructure analysée par tomodensitométrie et polarisation croisée. L’évolution volumétrique de quatre glaces de paroi a été modélisée à l’aide de différents modèles thermodynamiques et validée à partir de mesures du volume de glace effectuées au LiDAR. Une méthode de prévision des chutes de blocs de glace a été développée en comparant les dates des interventions du M.T.Q. avec les données météorologiques d’Environnement Canada. Les résultats ont permis de décrire les mécanismes de croissance des quatre types de glace constituant les glaces de paroi. Les modèles ont permis de démontrer que le gel de l’eau suite au transfert de chaleur par convection de l’air est le principal responsable de leur croissance. La fonte des cascades de glace, issues du gel des eaux d’une chute, est principalement initiée par l’augmentation du débit. Celle des carapaces de glace, issues du gel d’une résurgence, est plutôt le résultat de la convection de l’air et du bilan radiatif. Le calcul des degrés-heures de gel (ou de fonte), s’est avéré efficace pour modéliser l’évolution des carapaces de glace d’orientation nord. L’ajout du bilan radiatif à ce modèle a amélioré ses performances et permis une modélisation convenable de celle exposée au sud. Enfin, les effets des variables météorologiques sur l’occurrence des chutes de blocs de glace ont été simulés à l’aide de modèles logistiques. Le calcul des degrés-jours de fonte et le suivi du meilleur modèle statistique permettent de prédire l’écroulement de certaines glaces de paroi à quelques jours près. C’est une étape importante vers une gestion plus efficace de l’aléa.The growth of rockwall icings result from the gradual freezing of runoff on a cliff. In northern Gaspésie (Québec, Canada), sixty of these sometimes voluminous ice formations (over 3000 m3) were located near roads. Between 2000 and 2012, 440 interventions to remove ice blocks from the road were conducted by the “Ministère des Transports du Québec” (M.T.Q.). A better understanding of the growth, melt and collapse dynamics of rockwall icings is needed to improve the management of this natural hazard. Ice samples were collected and their microstructure analyzed by computed tomography and under cross polarized light. The ice volume evolution of four rockwall icings was studied using various thermodynamic models and validated from ice volume measurements made with LiDAR imaging. An ice blocks fall forecasting method was developed by comparing the timing of M.T.Q. interventions with meteorological data. The results were used to describe the growth mechanisms of four different types of ice formation found on rockwalls. The models showed that freezing of the water to cold air convection is the main process responsible for their growth. In spring, the melting rate of the ice cascade or frozen waterfall clearly depends on the sensible heat carried by the increasing water flow. The melting of the ice walls formed from the freezing of seeping water coming from underground water resurgences rather is the result of air convection and the radiation heat budget (Qrad). A simple model based on the calculation of the freezing, or melting, degree-hours was also effective for simulating the evolution of the north facing ice walls. Including Qrad to this model improved its performance and allowed accurate modeling of the south facing ice wall. Finally, the effects of meteorological variables on the occurrence of ice blocks falls were simulated using logistic models. By following the trends of the melting degree-days and the best statistical model, it is possible to forecast the collapse of some of the most problematic rockwall icings and target the most hazardous periods along northern Gaspésie roads. This study is an important step towards a more effective management of this natural hazard