Formation de la neige de culture
La neige de culture est issue des États-Unis, elle fut produite au départ en 1940 en Californie, de façon "accidentelle", le principe était d'utiliser de gros ventilateurs pour arroser les cultures agricoles et ce jour-là, la température était aux alentours de 0°C donc les fines gouttelettes envoyées pour arroser les champs se sont mises à geler et à former des cristaux de glace, ce qui a attiré l'attention du personnel de l'exploitation. La neige de culture a ensuite fait son apparition en France en 1963, il s'agissait à l'époque du premier enneigeur artificiel installé sur le territoire français, il enneigeait une piste de 550 m de long près de Strasbourg. Dix ans plus tard, en 1973 c'est la station de Flaine située en Haute Savoie qui choisit d'installer des canons à neige sur son domaine skiable, c'est donc la 1ère station européenne à s'équiper d'enneigeurs artificiels.
Voyons maintenant comment la neige de culture est produite. La formation de la neige de culture se fait en plusieurs étapes:
L'atomisation
Cette étape consiste à atomiser le jet d'eau initial en projettant de l'eau sous pression dans l'air à travers un tout petit orifice qu'on appelle "buse d'atomisation" situé à l'extrémité du canon. La formation de microgouttelettes va alors débuter. Mais à cause du phénomène de surfusion que nous avons défini précédemment ici, l'eau ne va pas geler, même si la température à l'extérieur du canon est négative. Il va alors falloir former en parallèle les noyaux de de nucléation.
Voici les buses d'atomisation situées sur un canon à neige.
La nucléation
Cette étape consiste à former les noyaux de nucléation qui vont permettre la cristallisation des gouttelettes. Pour ce faire, on réalise un mélange d'eau et d'air sous pression, avec une très faible quantité d'eau. Alors le peu d'eaux combinées à la pression de l'air va alors permettre aux fines gouttelettes de s'atomiser en de minuscules particules. Au contact de l'air froid, ces particules seront tellement petites qu'elles vont geler presque instantanément. On arrive ainsi à former de toutes petites particules de glaces, qui serviront de noyaux de nucléation.
Pour les canons bi-fluide à mélange externe le mélange air/eau se fait à la sortie du canon à l'aide des "buses de nucléation" semblables aux buses d'atomisation vues précédemment. Pour les canons mono-fluides, la nucléation se fait grâce au ventilateur présent dans le canon, enfin pour les canons bi-fluide à mélange interne la nucléation est réalisé directement à l'intérieur du canon.
Canon bi-fluides à mélange externe Canon mono-fluide Canon bi-fluides à mélange interne
Cette étape consiste à faire rencontrer les deux jets formés dans le cas des canons mono-fluides et bi-fluide à mélange externe. Cette rencontre se fait à la sortie du canon. Alors, en présence des noyaux de nucléation, les gouttelettes d'eau formées dans l'étape d'atomisation vont progressivement se solidifier (aux alentours de -5°C). Grâce à des transferts de chaleur, la goutte va se congeler entièrement grâce à l'équilibre entre l'air extérieur et la gouttelette d'eau: la surface de la goutte d'eau va en fait s'évaporer ce qui va refroidir le reste de la goutte et le solidifier: c'est le phénomène d'évaporation. La goutte d'eau transformée en glace va alors atteindre le sol, pour participer à la formation du manteau neigeux.
❅ Afin que toutes ces étapes puissent se réaliser, le canon à neige est réglé sur une portée variant de 2 à 80 mètres.
❅ Les paramètres météorologiques jouent un rôle primordial dans la formation de la neige, la température bien évidemment, mais aussi l'humidité de l'air sont des facteurs cruciaux dans la fabrication de la neige de culture. En effet un air humide, saturé en vapeur d'eau, va ralentir le processus d'évaporation et augmenter le temps de formation de la neige de culture. Les conditions idéales pour la formation de la neige sont -9°C et 10% d'humidité de l'air.
La convection
C'est la dernière étape à prendre en compte. Cette étape caractérise l'échange de chaleur par contact entre l'air ambiant et l'eau. Le processus complet se termine lorsque la gouttelette atteint le sol à l'état de glace à l'endroit souhaité.
Croquis d'illustration
Voici un tableau mettant en lien la température et l'humidité pour déterminer la qualité de la neige produite par les enneigeurs artificiels en fonction des conditions climatiques.
La neige de culture présente des différences dans la forme et au niveau de sa densité n'est pas la même que pour la neige naturelle. Alors que la neige naturelle est légère (entre 50 et 100 kg /m³), la neige de culture est cinq à dix fois plus dense (400 à 500 kg /m³) comme nous l'avons souligné précédemment.
Flocon de neige naturelle Flocon de neige artificielle
