Volumes de glace

 

Fermée / ouverte

 

Températures

 

 

Conservation de la glace

 

 

Statique et dynamique

 

 

Forme de la cavité

 

 

Positionnement et environnement

 

 

Alimentation

 

 

Les tubes à vent

 

 

 

1 - Évolution des volumes de glace

Volumes de glace
Il apparaît sur cette animation que la masse de glace la plus importante se situe à la fin du printemps (mai et juin) et la plus faible à la fin de l'automne (octobre et novembre). Il faut noter également que le niveau de glace au fond de la cavité évolue très peu au cours de l'hiver.

 

Le principe des glacières.

Le principe de base est assez simple. La glacière est en fait un piège à froid. "Lorsque l'hiver survient, écrit Deluc (1822), l'air froid plus pesant que l'air chaud, descend dans la caverne; plus l'hiver est rigoureux plus l'air tend avec force à descendre dans la cavité et à y rester: Les eaux qui s'y rassemblent y gèlent alors. Quand le printemps et l'été succèdent à l'hiver, l'air chaud extérieur ne peut aller déloger l'air glacé du fond à cause de la pesanteur spécifique de celui-ci, la chaleur ne peut donc se propager que très lentement."

La glacière se refroidit donc en hiver, mais elle n'est alors pas alimentée, car toutes les précipitations sont solides et séjournent à l'extérieur (Seule la neige pouvant entrer par l'ouverture s'engouffre dans la cavité).

Au printemps, l'eau froide provenant de la fonte des neiges ruisselle à l'intèrieur de la grotte. Au contact de l'air très froid accumulé pendant l'hiver, elle gèle : Le niveau de glace augmente ...

Pendant l'été et le début de l'automne, une partie de la glace fond. Le volume de glace est donc minimum avant les premières gelées d'octobre ou novembre.

Pour résumer :

Vol et Temp / Mois
Mai
Août
Novembre
Février
MAX
MOY
MIN
MIN
MOY
MAX
MOY
MIN

 

 

 

Échanges gazeux ( fermée /ouverte )

OuverteFermée

 

L'arrivée d'air extérieur plus froid que celui de l' intérieur permet de renouveler l'atmosphère de la glacière.

C'est la période OUVERTE

 

L'arrivée d'air extérieur plus chaud que celui de l' intérieur ne permet pas d'échange.

C'est la période FERMÉE

 

Répartition des deux états pendant l'année :

 

Ce dessin est très schématique, il ne prend en compte que les périodes fermées où la température interne est supérieur à 0 degré centigrade. Il existe cependant pendant l'hiver des périodes fermées s'intercalant entre deux périodes ouvertes (chaque jour au plus chaud de la journée par exemple), mais celles-ci concernent des températures inférieures au point de congélation, et n'influencent pas le fonctionnement global de la glacière.

 

Les échanges gazeux n'influencent les variations de températures qu'en sens unique : Ils refroidissent la glacière. Mais une glacière peut se réchauffer. Ce n'est donc pas le seul facteur capable de modifier la température interne de la cavité.

 

 

Températures

1er facteur

La température d'une "poche à air froid" dépend essentiellement de l'état de ses échanges gazeux. La température est exceptionnellement stable pendant la période fermée, et très agité pendant la période ouverte.

Les glacières du massif ont toutes un fonctionnement thermique basé sur le même modèle. En hiver la température est très variable et toujours négative, alors qu' en été c'est une stabilité remarquable, légèrement supérieure à 0°C, qui s'installe. Entre ces deux extrêmes les périodes de gel et dégel ne sont que de courtes durées. On compte en effet une dizaine de cycles au maximum (pour une année).

 

2ème facteur

Représentation de la température d'une cavité (sans échanges gazeux) en fonction de l'altitude et de la latitude.

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Jura Pyrénées Algérie Afrique orientale

La terre est soumise à deux sources de chaleur : Le soleil et son centre en fusion . L'une fluctuante, et l'autre stable. La température qui règne dans les cavités est en général très stable. Cette uniformité s'accroît lorsque l'on s'éloigne de la surface. La "caverne" agit comme un régulateur de température. L'influence de la température interne de la terre est nommée degré géothermique. Sa valeur augmente de 1°C pour 33m parcourus vers le centre de la terre. A la latitude du Jura, la température se stabilise à 30 mètres de la surface puis elle augmente de 1°C tous les 33m.

Thierry et Sylvie

Température de la roche en fonction de la profondeur.

La profondeur indiquée pour l'installation d'une glacière semble se située entre -30m et -60m.

 

3ème facteur

Une glacière située à 500m d'altitude est entourée de roches "chauffées" à 10°C toute l'année !

L'été, en période fermée, sa température devrait lentement se réchauffer, et tendre vers 10°C. Or il n'en est rien ! La glacière se réchauffe, par convection de la paroi. Si une grande partie de la chaleur donnée par la paroi s'échappe directement vers l'extérieur, il est tout de même certain que le réchauffement engendré par cette dernière tend inévitablement à élever la température au-delà du point de congélation. La glace commence alors à fondre...

? Passage secret ?

Plus le volume de glace est important, plus la glacière à des chances de survivre à de longues périodes de disette et de réchauffement.

Plus la surface de contact entre l'air et la glace est importante, plus elle sera apte à réagir rapidement, et plus l'écart avec le point de congélation sera réduit.

Les glacières développent donc des moyens de protection, elles sont capables de livrer bataille à la paroi et d'autoréguler leurs températures.

 

 

Conservation de la glace

 

La glace se forme pendant la saison froide, et fond pendant la saison chaude. Lors de sa fusion elle refroidit la cavité de façon à ce que la température soit voisine de zéro. Ce phénomène est paradoxal :

Si la température est proche de zéro pendant la saison chaude, alors la glace se conserve.

Pour que la température soit proche de zéro pendant la saison chaude, il faut que la glace fonde !

 

Une glacière ne doit pas seulement être froide, elle doit également recevoir de grandes quantités d'eau (ou de neige) quand sa température est négative, afin que ses réserves soient suffisantes pour passer l'été, où l'eau n'est alors plus la bienvenue.

 

Au moyen âge, les moines responsables de l'exploitation de la glacière de la Grâce Dieu pensaient que la glace présente dans la cavité suffisait à amorcer le phénomène de création de glace. Cependant la fonte de la glace ne peut générer des températures négatives, et sa présence n'est pas à l'origine de sa création, mais de sa conservation.

 

 

Statique et dynamique

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Statique

Statique

 

Dynamique

Dynamique

 

Tableau récapitulatif

(Brulhart David)

 
Dynamique
Statique
Origine de la glace
Neige tassée
Eau de fusion de la neige, pluie, condensation
Structure de la glace
Cristalline
Amorphe
Dynamique de la glace
Plus rapide ( glace souvent faillée )
Plus lente (Presque aucun mouvement )
Morphologie de la cavité
Subverticale ou oblique
Variable
Avantages
Pas de réchauffement lors de l'alimentation ( neige )
Récolte de presque toutes les eaux de la surface

Les glacières du Jura cumulent les deux types. Elles sont statodynamiques, gardant cependant un large penchant pour l'un ou l'autre des fonctionnements.

 

 

Forme de la cavité

Cliquez.

USablierHelmholtzSacDédale

Ces cinq formes suffisent à caractériser l'ensemble des glacières du massif. Elle possèdent plusieurs points communs :

Une ouverture dans la partie supérieure servant à capter le froid.

Une partie inférieure "poreuse" : Fermée pour garder le froid piégé, ouverte pour éviter les inondations lors de la fonte de la glace.

 

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Forme en "U", elle caractérise les puits à neige (Conservation temporaire). Sa forme est propice à l'accumulation de neige et de froid en hiver, mais favorise trop les échanges en été ( Pluie, soleil, etc...)

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Le "sablier" est une morphologie intéressante. Les glacières dynamiques en sont souvent équipées. L'accumulation de neige et de froid est ici optimisée, les échanges thermiques pendant la saison chaude sont réduits ( Soleil, pluie absorbée en partie avant l'étranglement ).

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Glacière de Monlési : Grande salle et petite cheminée, cette forme en "RESONATEUR d' HELHOLTZ" est adaptée à la formation d'une glacière statique.

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Statique ou dynamique, une glacière s'y sentira bien. On retrouve cette forme de "sac" à Chaux les Passavant , mais aussi à Saint-Livres.

Chaux les passavant : Glacière statique, aurait pu être statodynamique si sa faible altitude ne l'avait pas privée d'une alimentation neigeuse.

Saint-Livres : Glacière dynamique cumulant la forme de "sac" et celle de "sablier".

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Une glacière peut prendre vie dans un "dédale souterrain", c'est le cas de la glacière de Druchaux. Cette forme compliquée et en faite un cocktail des quatre précédentes.

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Positionnement et environnement

Positionnement

Il ne suffit parfois pas d'un climat adéquat et d'une cavité anormalement froide pour former de la glace et la maintenir en été ; d'autres facteurs topographiques, morphologiques, géologiques ou encore biologiques peuvent aller à l'encontre d'un tel développement. Pour maximiser l'accumulation de la neige et l'infiltration d'eau et de froid durant l'hiver, un vaste orifice orienté dans la direction des vents froids et ouvert dans une dépression, des roches fracturées et peu de végétation, semblent offrir des conditions idéales, du moins pour une poche à air froid.

Par contre pour minimiser la fonte estivale, un orifice réduit, orienté au nord, situé sur une crête, peu de fractures et une épaisse couche de végétation réduisent considérablement l'intrusion des rayons du soleil et surtout de l'eau de pluie qui apporte généralement un surplus de calories. Ces différents facteurs exercent par conséquent une action antagoniste suivant la saison. Il faut donc trouver un compromis. La forme idéale serait celle d'un entonnoir ou d'un sablier selon MARTEL (1894) car elle permet d'accumuler beaucoup de neige, tout en réduisant l'intrusion des rayons du soleil.

L'Environnement végétal

La présence de végétation est le plus souvent favorable, particulièrement dans des régions à forte humidité estivale car elle régule l'eau du sol et permet de réduire les effets dévastateurs des pluies d'orage, alors qu'elle ne limite que partiellement l'accumulation de neige et l'intrusion du froid en hiver, surtout si l'orifice est vaste. La forêt est omniprésente sur le massif du Jura, elle est composée en majorité de sapins et d'épicéas. Ces conifères ont l'avantage de garder les mêmes caractéristiques tout au long de l'année. Ils sont de bons amortisseurs de l'érosion et des amplitudes de températures. Ce dernier aspect nous intéressera d'avantage. Si la forêt est un bon moyen de protection contre l'augmentation de la température due à l'ensoleillement, elle est moins efficace pour évacuer la chaleur captée dans la journée. Cependant il y fait plus frais qu'en terrain découvert et la stabilité reste plus marquée.

 
Hiver
Été
Végétation
-
+
Large orifice
+
-
Petit orifice
-
+
Fissures
+
-
Dépression
+
-
Crête
-
+
Orientation au Nord
+
+

(Brulhart David)

 

 

Alimentation

Les précipitations

C'est l'élément qui donne la vie à une glacière. L'alimentation est directement ou indirectement liée aux précipitations. Si ces dernières sont plus importantes à haute altitude, il est intéressant de noter que la quantité de neige y est plus conséquente (environ 1/3 des précipitations). Il semble en effet plus intéressant de collecter directement de l'eau sous forme solide. Apport de froid, stockage de matière première à utiliser postérieurement.

Les différentes sources d'alimentation sont donc :

1. La neige qui entre directement par l'ouverture béante de la glacière.

2. La pluie qui entre directement par l'ouverture béante de la glacière.

3. Les eaux de suintement ayant transitées lentement dans le sol calcaire.

Si l'on estime que 2400 mm de précipitations tombent chaque année sur les hauteurs du massif, et qu'environ 1/3 s'évapore, il reste alors 1600 mm à répartir entre les trois propositions précédentes. On évalue à 1/3 les précipitations sous forme de neige. Les deux autres tiers, semble-t-il, sont donc à répartir entre pluie et suintement. Mais tout n'est pas si simple car c'est la glacière qui décide de ce qu'elle aura dans son assiette :

La forme de la cavité, l'environnement végétal et le type de la glacière sont les différents paramètres à prendre en compte.

Passage secret
Passage secrets

 

 

Les tubes à vent

Théorie adaptée aux glacières par Pictet

Ce sont des "trous soufflants", le principe est basé sur l'équilibre précaire d'une colonne d'air à l'intérieur de la cavité.

Il faut que la cavité soit équipée d'une entrée et d'une sortie situées à des altitudes différentes. L'air alors emprisonné aura une masse volumique sensiblement constante, car la température des cavités est presque invariable. Par contre la variation de la température extérieure rendra la masse emprisonnée "relativement" lourde ou légère.

étéhiver

ÉTÉ

La colonne d'air ( alors plus froide que l'air extérieur ) est soumise à la gravité, et s'échappe par l'ouverture du bas. De l'air plus chaud est aspiré par l'ouverture du haut, puis refroidit par l'énorme masse de roche ( étant, rappelons-le, sensiblement à la même température que la moyenne annuelle extérieure ).

 

HIVER

La colonne d'air ( alors plus chaude que l'air extérieur ) tend à s'élever, et s'échappe par l'ouverture du haut. De l'air plus froid est aspiré par l'ouverture du bas, puis réchauffé par l'énorme masse de roche ( étant, rappelons-le, sensiblement à la même température que la moyenne annuelle extérieure ).

L'été l'ouverture inférieure soufflera de l'air "froid", et l'hiver, c'est l'ouverture du haut qui soufflera de l'air "chaud".

( L'air expulsé est qualifié de chaud ou de froid relativement à l'air extérieur )

 

 

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