Gebaseerd op het feit dat de sneeuw in een lawine zich zowel als een vaste stof als een vloeistof kan gedragen, een jonge onderzoeker bij EPFL en SLF is erin geslaagd een lawine van sneeuwplaten met ongeëvenaarde precisie te simuleren.

Een lawine is een uiterst complexe gebeurtenis, met talloze parameters en fysieke variabelen die een rol gaan spelen vanaf het moment dat de lawine wordt geactiveerd totdat deze eindigt. Johan Gaume, een onderzoeker in het Laboratorium voor Cryosferische Wetenschappen (CRYOS) en SLF, heeft op basis van deze parameters een zeer nauwkeurige digitale simulatie van een lawine gemaakt. Zijn werk, die ongekend inzicht biedt in hoe lawines werken, kan worden gebruikt om het risicobeheer in de bergen te verbeteren. Het is vandaag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

De jonge lawine-expert bracht vorig jaar enkele maanden door aan de University of California Los Angeles (UCLA) waar hij werkte met experts op het gebied van 3D-modellering, sommigen van hen hadden samengewerkt met Disney's ingenieurs om de sneeuw in de film Frozen te simuleren.

De combinatie van de knowhow van deze wiskundigen met de wetenschappelijke expertise van Gaume bleek een winnende formule. De wiskundigen waren in staat om de nauwkeurigheid van hun sneeuwsimulatie te vergroten dankzij de diepgaande kennis van Gaume en de gegevens en veldwaarnemingen verzameld en geanalyseerd door Alec Van Herwijnen, Gaume's SLF-collega en co-auteur van de studie.

Door een geheel nieuwe benadering toe te passen, de Zwitserse en Amerikaanse onderzoekers creëerden de eerste realistische, complete en wetenschappelijk rigoureuze simulatie van een lawine van sneeuwplaten - een soort lawine die optreedt wanneer een zeer duidelijke lineaire scheur verschijnt aan de bovenkant van de snowpack. Dit gebeurt meestal wanneer, over een groot gebied, er is een zwakke – en dus weinig samenhangende – snowpack-laag onder de dichte toplaag sneeuw, bekend als de plaat. Sneeuwplaatlawines zijn moeilijk te voorspellen en worden vaak veroorzaakt door skiërs of wandelaars, waardoor ze het gevaarlijkste en meest dodelijke type lawine zijn.

Dubbel agent

"Wat onze aanpak zo origineel maakte, was dat we rekening hielden met het feit dat de sneeuw in dat type lawine zich zowel als een vaste stof als een vloeistof gedraagt, " legt Gaume uit.

Een lawine van sneeuwplaten wordt meestal geactiveerd wanneer er een extra belasting - zoals een kruisende skiër - op de sneeuw ligt, of wanneer het sneeuwdek op een andere manier gedestabiliseerd is, bijvoorbeeld door een explosie. Hierdoor ontstaat er een barst in de onderste sneeuwlaag, die zich snel kan verspreiden. Op dit punt, de sneeuw gedraagt ​​zich volgens de principes van solide mechanica. Terwijl de scheur zich uitbreidt, de poreuze structuur van de zwakke laag zorgt ervoor dat deze bezwijkt onder het gewicht van de oppervlakteplaat. Door zijn massa en de helling, de plaat wordt dan losgelaten en begint over de zwakkere laag te glijden. De botsingen, wrijvingen en breuken die de vaste sneeuw ervaart als de toplaag naar beneden glijdt en uiteenvalt, leiden tot een collectief gedrag dat kenmerkend is voor een vloeistof.

De onderzoekers konden het instorten van de poreuze onderlaag voor het eerst op grote schaal simuleren met behulp van een continuümbenadering. In aanvulling, het model integreert alleen de relatief weinig belangrijke parameters die bepalen hoe de sneeuw zich zal gedragen in de verschillende stadia van het proces; deze omvatten de dynamiek van de breuk, wrijving, en de mate van verdichting op basis van het type sneeuw.

De onderzoekers leenden een techniek die bekend staat als de materiële puntmethode, die wordt gebruikt om te analyseren hoe bewegende materialen zich gedragen, maar nog nooit eerder is toegepast bij het onderzoek naar het vrijkomen van lawines. Het onderbouwde de nieuwe benadering van de onderzoekers om lawines te voorspellen - en dus ook om ze effectiever te voorkomen. "Naast het verdiepen van onze kennis over hoe sneeuw zich gedraagt, dit project zou het mogelijk kunnen maken om de potentiële omvang van een lawine in te schatten, de uitloopafstand en de druk op eventuele obstakels op het pad van de lawine nauwkeuriger, ' zegt Gaume.

De simulaties van de onderzoeker zouden ook toegepast kunnen worden in de kunsten – en vooral in animatiefilms.