M7 Cycle saisonnier des glaces de surface

Topique

Le cycle saisonnier des glaces, dans sa forme la plus simple, comprend l'accumulation de neige et de glace durant les mois froids et leur fonte durant les mois chauds. C'est précisément ce cycle qui module fortement l'ensemble du cycle hydrologique du bassin où il se produit : la neige emmagasine les précipitations solides pendant des mois, puis les libère de manière concentrée au printemps, lors de la fonte des neiges, générant ainsi les hydrogrammes d'eau de fonte si caractéristiques des bassins enneigés et des glaciers de montagne.

La neige possède également des propriétés thermiques uniques au sein de ce système : une réflectivité très élevée, capable de réfléchir entre sept et neuf dixièmes du rayonnement solaire qu'elle reçoit ; une conductivité thermique très faible, ce qui en fait un véritable isolant pour le sol sous-jacent ; et enfin, une chaleur latente de fusion très élevée, d'environ 334 kilojoules par kilogramme de neige fondue.

La fonte des neiges peut être calculée de deux manières différentes : soit à l’aide de modèles simples et efficaces de degrés-jours, où le taux de fonte est proportionnel à la température de l’air cumulée au-dessus de zéro jour après jour ; soit à l’aide de modèles de bilan énergétique plus physiques, où le taux de fonte dépend de toute l’énergie disponible à la surface du manteau neigeux (rayonnement net, flux de chaleur sensible, flux de chaleur latente et flux de chaleur par conduction), moins la variation d’énergie interne stockée par le manteau neigeux lui-même – énergie qui doit d’abord réchauffer l’ensemble du manteau neigeux à 0 °C avant que la fonte puisse commencer. L’équivalent en eau du manteau neigeux, quant à lui, décrit la quantité d’eau liquide que représenterait ce manteau neigeux s’il fondait complètement. L’interception de la neige par les arbres est importante dans les forêts boréales : jusqu’à six dixièmes de la neige qui tombe peuvent être retenus sur les branches et s’évaporer directement à partir de là, par sublimation, sans jamais atteindre le sol. Le sol gelé sous la couche de neige est également quasi imperméable, et c'est précisément cette imperméabilité qui explique que la fonte printanière initiale génère un ruissellement de surface bien supérieur à la normale.

Le comportement attendu de ce cycle glaciaire saisonnier comprend une accumulation continue de l'équivalent en eau de la neige tout au long de l'hiver, un pic de cet équivalent en eau au moment où l'accumulation atteint son maximum, et une diminution rapide de cet équivalent en eau lors de la fonte printanière. Ainsi, de l'accumulation de neige au début de ce document à la diminution rapide à la fin, en tenant compte des propriétés thermiques de la neige, des modalités de fonte, de l'interception par les arbres et de l'imperméabilité du sol gelé, le cycle glaciaire saisonnier implique qu'une part importante de la disponibilité en eau d'un bassin versant entier dépend en définitive de la quantité de neige accumulée durant l'hiver précédent.

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