Basándose en el hecho de que la nieve en una avalancha puede comportarse tanto como un sólido como un fluido, un joven investigador de EPFL y SLF ha logrado simular una avalancha de placas de nieve con una precisión inigualable.

Una avalancha es un evento extremadamente complejo, con innumerables parámetros y variables físicas que entran en juego desde que se desencadena la avalancha hasta que finaliza. Johan Gaume, investigador del Laboratorio de Ciencias Crioesféricas (CRYOS) y SLF, ha creado una simulación digital de alta precisión de una avalancha basada en estos parámetros. Su trabajo, que ofrece información sin precedentes sobre cómo funcionan las avalanchas, podría utilizarse para mejorar la gestión de riesgos en las montañas. Fue publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza .

El joven experto en avalanchas pasó varios meses el año pasado en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) trabajando con expertos en modelado 3D. algunos de los cuales habían trabajado con los ingenieros de Disney para simular la nieve en la película Frozen.

Combinar el conocimiento de estos matemáticos con la experiencia científica de Gaume resultó ser una fórmula ganadora. Los matemáticos pudieron aumentar la precisión de su simulación de nieve gracias al profundo conocimiento de Gaume y los datos y observaciones de campo recopilados y analizados por Alec Van Herwijnen. Colega de SLF de Gaume y coautor del estudio.

Adoptando un enfoque completamente nuevo, los investigadores suizos y estadounidenses crearon el primer simulación completa y científicamente rigurosa de una avalancha de losas de nieve, un tipo de avalancha que se produce cuando aparece una grieta lineal muy clara en la parte superior de la capa de nieve. Esto suele ocurrir cuando, sobre un área grande, hay una capa de nieve débil, y por lo tanto no muy cohesiva, debajo de la densa capa superior de nieve, conocida como la losa. Las avalanchas de placas de nieve son difíciles de predecir y, a menudo, las provocan esquiadores o caminantes. haciéndolos el tipo de avalancha más peligroso y mayormente mortal.

Agente doble

"Lo que hizo que nuestro enfoque fuera tan original fue que tomamos en cuenta el hecho de que la nieve en ese tipo de avalancha se comporta como un sólido y un fluido, "explica Gaume.

Una avalancha de losas de nieve generalmente se desencadena cuando hay una carga adicional, como un esquiador que cruza, sobre la nieve, o cuando la capa de nieve se desestabiliza de alguna otra manera, por ejemplo por una explosión. Esto hace que aparezca una grieta en la capa inferior de nieve, que puede extenderse rápidamente. En este punto, la nieve se comporta de acuerdo con los principios de la mecánica sólida. A medida que la grieta se extiende La estructura porosa de la capa débil hace que se colapse bajo el peso de la losa de superficie. Debido a su masa y la pendiente, luego, la losa se suelta y comienza a deslizarse a través de la capa más débil. Las colisiones Las fricciones y fracturas que experimenta la nieve sólida cuando la capa superior se desliza hacia abajo y se rompe, conducen a un comportamiento colectivo característico de un fluido.

Los investigadores pudieron simular el colapso de la capa inferior porosa por primera vez a gran escala utilizando un enfoque continuo. Además, el modelo integra sólo los relativamente pocos parámetros clave que dictan cómo se comportará la nieve en las distintas etapas del proceso; estos incluyen la dinámica de la fractura, fricción, y el nivel de compactación según el tipo de nieve.

Los investigadores tomaron prestada una técnica conocida como método del punto material, que se utiliza para analizar cómo se comportan los materiales en movimiento, pero nunca antes se había aplicado en el estudio de la liberación de avalanchas. Respaldó el enfoque novedoso de los investigadores para predecir avalanchas y, por lo tanto, prevenirlas de manera más efectiva también. "Además de profundizar nuestro conocimiento sobre cómo se comporta la nieve, este proyecto podría permitir evaluar el tamaño potencial de una avalancha, la distancia de salida y la presión sobre cualquier obstáculo en el camino de la avalancha con mayor precisión, "dice Gaume.

Las simulaciones del investigador también podrían aplicarse en las artes, y especialmente en películas animadas.