Les machines à neige soufflent de l’eau froide, qui gèle avant de toucher le sol.
Les Jeux olympiques d’hiver évoquent des images de chaînes de montagnes enneigées, de patinoires gelées et d’athlètes en tenue d’hiver. Et ce n’est pas sans raison. Les sites des Jeux olympiques d’hiver se trouvent souvent dans des endroits qui reçoivent une forte chaleur. une chute de neige moyenne de 300 pouces par an ou plus.
Cependant, à moins d’un phénomène météorologique extrêmement anormal, les montagnes entourant les épreuves de neige des Jeux olympiques d’hiver de Pékin seront dans les tons de brun et de vert et presque dépourvues de neige. La région ne reçoit généralement que quelques centimètres de neige dans chaque mois d’hiver. Cela signifie que la quasi-totalité de la neige sur laquelle les athlètes concourront sera d’origine humaine.
Je suis un scientifique de l’atmosphère qui se spécialise dans la météo en montagne et la neige. Je suis également le fondateur d’une entreprise de fabrication de neige et un skieur passionné. Il existe des différences distinctes entre la neige naturelle et la neige artificielle, et il sera intéressant de voir si ces différences ont un effet sur la concurrence.
Les canons à neige projettent dans l’air de minuscules gouttelettes d’eau refroidie.
Comment faire de la fausse neige
Bien que la neige artificielle et la neige naturelle soient toutes deux de l’eau gelée, la plupart des skieurs et snowboarders sont capables de reconnaître immédiatement que les deux sont très différentes.
Utilisations traditionnelles de la neige de culture de l’eau à haute pression, de l’air comprimé et des buses spécialisées. pour souffler dans l’air de minuscules gouttelettes de liquide qui gèlent ensuite en tombant sur le sol. Mais pour fabriquer de la neige, il ne suffit pas de s’assurer que l’air est suffisamment froid.
L’eau pure ne gèle pas tant qu’elle n’est pas refroidie à près de -40 F (-40 C). Seule la présence de particules microscopiques en suspension dans l’eau peut entraîner la congélation. permettent à l’eau de geler à une température familière de 0°C (32°F).. Ces particules, appelées noyaux de glace, agissent comme une sorte d’échafaudage pour aider les cristaux de glace à se former.
Sans ces particules, l’eau a du mal à se transformer en glace. Différentes particules peuvent augmenter ou diminuer les températures de congélation en fonction de leur configuration moléculaire spécifique.
Deux des meilleurs noyaux de glace sont l’iodure d’argent et une protéine produite par la bactérie Pseudomonas syringae. La plupart des systèmes d’enneigement ajoutent un forme commerciale de la protéine bactérienne à l’eau pour s’assurer que la plupart des minuscules gouttelettes gèlent avant de toucher le sol.
Les skieurs et snowboarders participant à des courses de descente préfèrent souvent la neige artificielle, plus dure et plus rapide, à la neige naturelle.
Glisser sur de la neige artificielle
La neige naturelle commence comme un minuscule cristal de glace sur un noyau de glace dans un nuage. En tombant dans l’air, le cristal se développe lentement en un flocon de neige classique à six côtés..
En comparaison, la neige fabriquée par l’homme gèle rapidement à partir d’une seule gouttelette d’eau. La neige qui en résulte est constituée de milliards de petites boules sphériques de glace. Elle peut ressembler à la neige naturelle à l’œil nu sur une piste de ski, mais la neige naturelle et la neige artificielle sont très différentes au toucher.
Étant donné que les minuscules boules de glace s’entassent assez densément – et que certaines d’entre elles n’ont peut-être pas gelé avant de toucher le sol – la neige artificielle est souvent dure et glacée. La neige naturelle fraîche et “poudreuse”, en revanche, donne aux skieurs et aux surfeurs une sensation de légèreté lorsqu’ils dévalent les pentes. Cela s’explique en grande partie par le fait que les cristaux de neige naturelle s’empilent de manière très lâche – une couche de poudreuse fraîche a une épaisseur d’autant plus grande que l’épaisseur de la neige est faible. 95% ou plus d’air.
Si la poudreuse fraîche est le rêve de la plupart des skieurs de loisirs, les skieurs olympiques ont des goûts différents. Les coureurs veulent pouvoir glisser aussi vite que possible et utiliser leurs carres tranchantes pour effectuer des virages puissants et serrés. Les conditions denses et glacées de la neige artificielle sont en fait meilleures à ces égards. En fait, les organisateurs de courses ont souvent ajoutent souvent de l’eau liquide aux parcours de course en neige naturelle qui gèlera et assurera une surface durable et constante pour les coureurs.
Une autre considération est le fait que les tempêtes de neige naturelle produisent un éclairage terne et plat et une faible visibilité – des conditions difficiles pour la course ou le saut. Les chutes de neige naturelles abondantes annulent souvent les courses de ski, comme le montre le tableau ci-dessous. C’est ce qui s’est passé lors des Jeux de Nagano en 1998, qui ont été marqués par la neige.. Pour les coureurs, le ciel dégagé et la neige artificielle sont là aussi un avantage.
Mais la neige artificielle dureLa neige a ses inconvénients. Les skieurs et snowboarders acrobatiques qui s’envolent des tremplins ou glissent sur des rails en hauteur semblent… préfèrent la surface plus douce de la neige naturelle pour des raisons de sécurité. C’est également le cas des skieurs nordiques, qui ont récemment signalé le .dangers de la neige artificielle en cas d’accident. car les surfaces glacées et dures peuvent entraîner davantage de blessures.
Les flocons de neige naturels se transforment lentement en cristaux à six côtés remplis d’air lorsqu’ils s’empilent sur le sol. Crédit : Alexey Kljatov
Imiter la nature
Si les athlètes olympiques ont des besoins mitigés en matière de neige, pour la grande majorité des skieurs de loisirs, la neige naturelle est bien meilleure. En raison des cristaux remplis d’air, elle est beaucoup plus douce et plus agréable à skier ou à surfer.
Les scientifiques essaient depuis des décennies de créer de la neige naturelle sur demande. La première tentative de créer de la “vraie” neige a consisté à ensemencer des nuages naturels avec de l’iodure d’argent. L’objectif était de faciliter la transformation de l’humidité des nuages en cristaux de neige. Si vous pouviez faire en sorte que ce processus – appelé le Wegener-Bergeron-Findeisen se produise plus facilement, cela augmenterait théoriquement le taux de chute de neige.
En pratique, il a toujours été difficile de prouver l’efficacité de l’ensemencement. Cependant, des travaux récents utilisant de grands ensembles d’instruments atmosphériques méticuleusement déployés ont montré que – pour une fraction des tempêtes présentant les conditions appropriées – l’ensemencement des nuages avec de l’iodure d’argent donne effectivement des résultats modestes. augmentations modestes de la quantité totale de neige tombée.
Une autre option – qui ne nécessite pas l’apparition de nuages de tempête – consiste à créer des machines à neige capables de faire pousser des cristaux de neige naturelle duveteuse. Les scientifiques font pousser des flocons de neige dans des laboratoires depuis plusieurs décennies, mais le processus est délicat, et généralement les chercheurs ne font que… .produisent seulement quelques flocons à la fois. La croissance des cristaux de glace étant généralement lente, il est difficile pour les chercheurs d’augmenter l’échelle du processus de plusieurs ordres de grandeur nécessaires pour produire suffisamment de neige pour le ski. Mais dans le but de produire de la poudreuse pour les skieurs et les snowboarders, mon collègue Trey Alvey et moi-même avons mis au point un procédé qui permet de produire des flocons de neige en plus grande quantité grâce à une technique qui imite le processus naturel de formation des cristaux. Nous le commercialisons par l’intermédiaire de notre société appelée Quantum Snow.
Les montagnes arides et stériles qui accueilleront les sites des Jeux olympiques d’hiver de 2022 ne sont pas exactement une destination pour le ski. Mais grâce à la science de la fabrication de neige, les athlètes disposeront de pistes fiables, bien que glacées, pour concourir. Et les amateurs de sport peuvent tous être reconnaissants pour la technologie qui leur permet d’apprécier le spectacle à grande vitesse offert par les âmes courageuses qui participent aux épreuves de ski et de snowboard.
Écrit par Peter Veals, professeur de sciences atmosphériques, Université de l’Utah.
