Étude de la fréquence des événements météorologiques précurseurs des nids-de-poule : le Québec un cas particulier?

Miguel Tremblay
physicien
30 septembre 2006

• Résumé
• Introduction
• Méthodologie
  • Les nids-de-poule
  • Événements météorologiques
    • Eau liquide sur la route
    • Cycle de gel-dégel
    • Relation entre la température de l'air et la température de la surface
    • Suppositions
    • Identification des événements météorologiques
      • Seuils pour la durée et l'intensité des périodes de gel et de dégel
  • Étendue géographique de l'étude
  • Sources et types de données
    • Précipitation liquide annuelle moyenne
    • Données horaires
      • Données canadiennes
      • Données américaines
  • Période d'analyse
• Résultats
  • Climatologie
    
    • Climatologie des précipitations liquides annuelles moyennes des villes canadiennes
    • Climatologie des degré-jour de gel pour les hivers de 1996 à 2006
  • Événements météorologiques
    • Nombre de dégels par année
    • Nombre de dégels avec précipitations par année
• Analyse
  • Sans précipitation
  • Avec précipitation
• Conclusion
• Remerciements
  
• Code source
  • Téléchargement
  • Prérequis
• Références
  • Lexique
  • Bibliographie
  • Liens
    

Résumé

Cette étude porte sur le climat de 9 villes du nord-est de l'Amérique du Nord, plus précisément sur la fréquence des conditions météorologiques propices à la dégradation rapide de la surface de la chaussée au cours de la période 1996-2006. Nous avons d'abord déterminé quelles étaient les conditions météorologiques qui aggravaient la dégradation de la surface de la chaussée; notre choix s'est porté sur l'étude de la fréquence du cycle gel-dégel et de la présence de précipitation en période de dégel. Nous avons calculé que la fréquence des événements météorologiques suit une distribution qui est conforme à la climatologie du nord-est de l'Amérique du Nord. Nous concluons que les routes du Québec, pour l'indice donné, ne sont pas soumises à des conditions météorologiques plus sévères que celle de ses voisins vivant sous des latitudes comparables. Le code utilisé pour cette étude, résultats et graphiques, est rendu disponible sous la licence GPL.

Introduction

La population Québécoise croit, dans sa grande majorité, que les routes du Québec sont en plus mauvais état que celles de ses voisins (Ontario, Nouveau-Brunswick, États de New York et du Vermont), sans parler de celles des autres pays. C'est en fait un sujet de conversation récurrent chez les Québécois, chacun y allant de sa théorie expliquant les causes de ce mauvais état.

Les causes pouvant expliquer un tel état peuvent être groupées dans les catégories suivantes, chaque catégorie pouvant présenter une particularité du Québec par rapport à ses voisins :

1. Climat;
2. Qualité de la construction des routes;
3. Argent investi en entretien;
4. Législation réglementant le transport (poids maximal des camions, identification des périodes de dégel);
5. Démographie, fréquence et densité du trafic;
6. Exploitation de la chaussée.

Cette étude s'intéresse à la première catégorie, c'est-à-dire à l'influence qu'aurait le climat sur l'état des routes du Québec. Essentiellement, nous tentons de répondre à la question « Y aurait-il une fréquence plus grande au Québec d'événements météorologiques précurseurs des nids-de-poule qui pourrait expliquer, en partie, la différence entre l'état de nos routes par rapport à celui de nos voisins? » Le ministère des Transports du Québec a une page web consacrée aux effets du climat sur les routes[1]. Nous considérons ici un cas particulier de dégradation de la route, les nids-de-poule, et nous cherchons à déterminer si les événements météorologiques qui en sont les précurseurs ont une fréquence plus grande dans certaines villes du Québec que dans les villes des régions voisines.

Méthodologie

Les nids-de-poule

L'état des routes est un concept qualitatif. Une route pourra être considérée par une personne comme étant en mauvais état alors qu'un autre individu pourrait dire de la même route qu'elle est dans un état acceptable. Par contre, il y aura unanimité en présence de nids-de-poule : la route est en piètre état.

Nous étudions ici la fréquence des événements météorologiques précurseurs des nids-de-poule. Les nids-de-poule ne sont pas les seuls facteurs qui peuvent faire qu'une route sera en mauvais état [2] [3] [4]; nous postulons que si ces facteurs sont plus abondants en un endroit qu'à un autre, la route sera en plus mauvais état, toutes choses étant égales par ailleurs.

Les facteurs précurseurs des nids-de-poule sont expliqués par une animation sur la page web du MTQ consacrée aux chaussées et au climat québécois [1]. Nous en recopions le texte ici :

Apparitions des défauts à la surface

La formation d'un nid-de-poule est liée à la présence de fissures à la surface du revêtement. Ces fissures sont attribuables à une multitude de causes : ségrégation dans l'enrobé, faiblesse localisée dans les fondations, épaisseur d'enrobé insuffisante, joints de construction, retrait thermique de l'enrobé, oxydation du bitume de l'enrobé, infrastructure gélive, et autres.

Aggravation des défauts

Sous l'action du passage répété des véhicules et des cycles de gel et de dégel, le niveau de sévérité de ces défauts s'est accentué. On observe alors de l'épaufrure des parois et la ramification des fissures.

Infiltration d'eau

La sévérité de ces défauts favorise l'infiltration d'eau et de saumure entre les couches d'enrobé bitumineux (si le collage est inadéquat) et jusque dans les fondations, ce qui provoque leur affaiblissement.

Formation du nid-de-poule

Les cycles de gel et de dégel, l'expansion de l'eau se transformant en glace, l'action du trafic et les opération de déneigement provoquent le décollement et l'arrachement du revêtement affaibli, ce qui forme le nid-de-poule.

Événements météorologiques

On constate, à partir des étapes de la formation du nid-de-poule, que les événements météorologiques en jeu sont la présence d'eau liquide sur la surface de la route (étape 3) ainsi que le cycle de gel-dégel (étape 4). Nous chercherons donc à identifier les périodes où il y a une précipitation liquide suivie d'un gel.

Eau liquide sur la route

Il y a de l'eau sur la chaussée lorsqu'un des éléments ou une combinaison des éléments sont présents :

• Fonte de précipitation solide sur la route;
• Précipitation d'eau liquide sur la route;
• Eau résiduelle sur la route suite à la fonte de neige ou après la pluie.

Pour qu'il y ait infiltration d'eau sous la surface, il faut que celle-ci soit liquide, c'est-à-dire à une température supérieure à 0°C (nous négligeons l'effet des fondants qui auraient pour effet de diminuer la température du point de fusion). Pour identifier les événements météorologiques précurseurs des nids-de-poule, nous utiliserons la présence de précipitation, que celle-ci soit liquide ou solide, pendant ce que nous aurons définie comme la période de dégel.

Cycle gel-dégel

Nous identifierons en fait le cycle dégel-gel, un dégel doit d'abord être survenu afin que l'eau puisse s'infiltrer sous la route, nous considérons la route comme imperméable lorsque la température de celle-ci est en période de gel. Un gel subséquent à un dégel aura pour effet de solidifier l'eau sous la chaussée, ce qui aura pour effet de la soulever. Nous cherchons donc à identifier les cycles dégel-gel. Cependant, nous utiliserons la nomenclature gel-dégel, celle-ci étant plus commune et ne changeant en rien l'analyse.

Nous définissons les concepts de gel et de dégel de la manière suivante pour notre étude (figure 1) :

• 1^er dégel ou 1^er gel :

  première occurrence du passage de la température de l'air en-dessous de -1°C ou au-dessus de 1°C, respectivement.

• Gel :

  période où la température est inférieure à -1°C, suite à un dégel.

• Dégel :

  période où la température est supérieure à 1°C, suite à un gel.

Nous avons choisi les valeurs de 1°C et -1°C comme températures seuils pour identifier le gel et le dégel plutôt que la valeur théorique de 0°C pour éviter le décompte de périodes qui pourraient être induites par des erreurs de mesures (imprécision de l'appareil), des oscillations de la température autour de 0°C et parce que la température de la surface a une amplitude plus grande que celle de l'air (voir plus bas).

Relation entre la température de l'air et la température de la surface

Les observations de températures facilement accessibles sont celles de l'air à 2 mètres, non celles de la surface. Nous considérons que la température de la surface suit une courbe semblable à celle de l'air, mais avec une amplitude accentuée. En effet, le rayonnement diurne se traduit par une augmentation de la température de surface de la chaussée plus importante que celle de l'air : la période nocturne entraînant, lorsque le ciel est dégagé, un abaissement plus fort de la température de surface lié au rayonnement infra-rouge propre de la chaussée vers la voûte céleste. Par exemple, si la température de l'air passe de -3°C à 3°C dans une période de 24 heures, celle de la surface pourra passer de -5°C à 5°C.

La déduction de la température de la surface à partir d'autres observations, dont la température de l'air, est un champ d'étude en soi [13] [14] [15] [16]. Le choix de l'intervalle [-1, 1] °C comme indication des événements de gel et de dégel compense une partie de l'indétermination au niveau de la température de la surface. La même méthode étant utilisée sur tous les sites, un biais introduit le serait dans tous les calculs et, comme nous utiliserons cet indice à des fins de comparaisons, il est raisonnable de penser qu'en effectuant un rapport entre les mesures, ceci aura pour effet de l'annuler.

Suppositions

Dans la recherche d'événements météorologiques particuliers, nous faisons les suppositions suivantes :

1. Tout gel est suivi d'un dégel;
2. La température de l'air et de la surface sont reliées (voir ci-haut);
3. Toute précipitation en période de dégel donne lieu à une pénétration d'eau liquide sous la route;
4. Aucune précipitation en période de gel ne donne lieu à une pénétration d'eau sous la route;
5. S'il y a pénétration d'eau sous la route, celle-ci sera encore présente au moment du gel (elle ne se sera pas été retirée par écoulement);
6. Nous considérons comme précipitation en période de dégel toute observation d'un état suivant [5] [6] (les états représentés par les mots français ont été utilisés pour les données canadiennes, ceux en anglais, en lettres majuscules, pour les données américaines) :
   • orages
   • pluie
   • averses
   • bruine
   • neige
   • cristaux de glace
   • granules
   • grêle
   • précipitation
   • tornade
   • trombe marine
   • DZ (drizzle)
   • RA (rain)
   • SN (snow)
   • SG (snow grains)
   • IC (ice crystals)
   • PE (ice pellets)
   • GR (hail)
   • GS (small hail and/or snow pellets)
   • UP (Unknown precipitation)
7. Une seule et unique observation de précipitation est suffisante pour que nous considérions qu'une période de précipitation est survenue.

Identification des événements météorologiques

Nous considérons que l'événement précurseur des nids-de-poule sera la présence de précipitation en période de dégel. Nous ferons un décompte, pour chaque ville de l'étude, du nombre de périodes de dégel dans un premier temps et du nombre de fois qu'il y eu précipitation lors d'une période dégel dans un deuxième temps. Nous comparerons le nombre d'occurrences obtenues pour chaque ville.

Seuils pour la durée et l'intensité des périodes de gel et de dégel

En plus du décompte des cycles gel-dégel, nous utilisons la durée et l'intensité des périodes de gel et de dégel. Cette notion a été introduite dans le but de différencier les endroits où le gel et le dégel sont de courtes durées ou de faibles intensités.

Nous utilisons l'aire sous la courbe comme mesure. Ainsi, tel qu'illustré sur la figure 3 ci-dessous, l'aire sous la courbe D indiquera l'intensité du dégel et l'aire sous la courbe G l'intensité du gel. Nous choisissons différents valeurs de seuils S auxquels l'aire sous la courbe devra être supérieure pour que l'événement soit considéré comme un gel ou un dégel. Le cas limite, lorsque le S est nul, revient au cas illustré à la figure 1.

Nous utiliserons 2 seuils : un seuil minimal et un seuil maximal. À l'aide de ces 2 seuils, il sera possible de différencier les types de cycle de gel-dégel :

• Petite durée ou amplitude (petites valeurs pour les seuils minimal et maximal);
• Grande durée ou amplitude (grandes valeurs pour les seuils minimal et maximal);
• Tous les types (petite valeur pour le seuil minimal et grande valeur pour le seuil maximal).

Cette analyse pourra mettre en lumière la différence entre les villes selon les types de cycles. Il pourrait, par exemple, permettre d'identifier une ville qui connaît un grand nombre de grands cycles mais qui, lorsque l'on prend tous les types, n'est pas différent du groupe. Il en est de même pour les petits cycles. N'ayant pas de relation quantifiée entre l'intensité des cycles gel-dégel et la dégradation de la surface de la route, une telle analyse nous permettra d'identifier, à tout le moins, s'il y a une différence entre le nombre d'occurrences de chaque cycle pour chaque ville.

En plus de la comparaison de tous les types de gel, c'est-à-dire pour un seuil de nul (0), nous avons divisé les catégorie de seuils de telle sorte qu'il soit possible de comparer les villes pour les différents longueurs de dégels et de gels :

• L'intervalle [0,5] mesure les petites valeurs de gels et de dégels;
• L'intervalle [5,25] mesure les valeurs moyennes de gels et de dégels;
• L'intervalle [25,100] mesure les grandes valeurs de gels et de dégels;
• Finalement, l'intervalle [100, ∞[ mesure les très grandes valeurs de gels et de dégels.

Étendue géographique de l'étude

Pour cette étude, nous ferons un décompte des événements décrits à la section précédente pour 9 villes du nord-est de l'Amérique du Nord.

Cet échantillon de villes a été déterminé afin :

• d'avoir une représentation de la diversité des événements à l'intérieur même de la province de Québec (3 villes à un minimum de 250 km de distance);
• de comparer le Québec à ses voisins immédiats (Ontario, Nouveau-Brunswick, Vermont, New York);
• de voir l'effet d'un type de climat différent (maritime vs. continental).

Il est à noter que nous avons choisi des villes comme entités géographiques plutôt que des régions. Les observations météorologiques disponibles étant géographiquement ponctuel, essentiellement aux aéroports, il est plus facile de traiter directement ces données plutôt que de faire des regroupements par région, ce qui devrait nécessairement faire l'objet d'une moyenne pondérée d'une série de stations présentes sur le territoire choisie. Qui plus est, les villes sont les endroits avec la plus grande densité de routes et il est probable que ce soit là où l'impact des événements météorologiques étudiés soit le plus grand.

Le ministère des Transports du Québec présente un tableau comparatif de la précipitation annuelle moyenne par année pour différentes régions du monde, afin de mettre en exergue le climat particulier du Québec. Une seule et unique valeur est donnée pour chacune des régions suivantes : Québec, Ontario, État de New York et France. Nous croyons que la représentation de la précipitation annuelle moyenne avec un seul nombre, pour des territoires avec des réalités géographiques telles que l'Ontario, le Québec ou la France, dresse un portrait réducteur de la réalité. Une présentation de ces valeurs pour des villes est plus appropriée.

Le concept de villes se prêtant bien à notre analyse, pour des raisons de représentativité et d'accessibilité des données, c'est celui-ci que nous avons choisie.

Sources et types de données

Précipitation liquide annuelle moyenne

Les données pour les précipitations liquide annuelle moyenne nous ont été fournies par Environnement Canada;  nous ne disposons de ces données que pour les villes canadiennes.

Nous avons inclus ces données à titre d'indication, notre étude porte sur le décompte d'événements ponctuels fait à partir des observations aux aéroports, non sur les moyennes climatiques à ces endroits. C'est pourquoi nous n'avons pas poussé la quête de données plus loin et que nous n'avons pas ces nombres pour les villes américaines.

Données horaires

Les observations canadiennes et américaines sont horaires, c'est-à-dire qu'elles sont prises à chaque heure. Pour chaque ville, pour la période considérée, nous avons plus de 95 000 observations entre janvier 1996 et mai 2006, pour un total de plus de 850 000 observations.

Données canadiennes

Les observations pour les villes canadiennes sont aisément et gratuitement disponibles sur le site web d'Environnement Canada [8]. Il suffit de faire une recherche pour la ville souhaitée afin d'obtenir un formulaire en ligne, formulaire servant à sélectionner la date pour laquelle l'on souhaite obtenir des observations météorologiques en format XML ou CSV. Il est même possible de faire une analyse syntaxique de l'URL d'une période déterminée afin de déduire la syntaxe pour une autre période. Ce faisant, il est alors possible d'écrire un script qui fera la requête des observations pour toutes les années disponibles, pour tous les mois et pour tous les jours.

Le nombre d'observations pour chacune des villes canadiennes est le même; il y a autant d'observations pour Toronto que pour Montréal, pour Bagotville que pour Fredericton, etc.

Données américaines

Les observations américaines ne sont pas disponibles gratuitement sur le web, contrairement aux données canadiennes. Environnement Canada nous a fourni gracieusement les observations dont ils disposaient pour les stations météorologiques d'Albany (KALB) et de Burlington (KBTV) puisque nous en faisons un usage non-commercial.

Les données américaines sont en format METAR, un format texte utilisé pour noter et transmettre les observations des stations météorologiques des aéroports américains et canadiens. Une analyse syntaxique est nécessaire pour extraire la température et la présence de précipitation, contrairement aux données canadiennes où une normalisation des données dans un format standard (XML) avait préalablement été effectuée.

Période d'analyse

La période analysée va de janvier 1996 à mai 2006, pour un total de plus de 10 ans. L'année 1996 a été choisie puisqu'elle correspondait à celle où il y avait des observations américaines complètes; le mois de mai 2006 parce qu'il correspondait au dernier mois complet au moment de l'analyse.

Résultats

Climatologie

Afin de faciliter la visualisation, les graphiques présentant les données annuelles sont centrés sur le mois de décembre, plutôt que le mois de juin, permettant ainsi de visualiser les événements météorologiques recherchées au centre du graphique, en hiver, plutôt qu'aux extrémités, en été.

Nous présentons d'abord les villes d'un point de vue climatologique pour avoir une idée générale des disparités climatiques entre les différentes régions où se situent les villes. Bien que cette étude vise à dénombrer des événements de nature plus ponctuelle que celles de nature climatique, il est utile d'avoir une idée générale des différences entre les climats des villes.

Climatologie des précipitations liquides annuelles moyennes des villes canadiennes

Il y a une variation saisonnière pour la quantité moyenne de précipitation liquide. Halifax mis à part, nous y reviendrons, les précipitations liquides atteignent un plateau maximum durant l'été (mois 6 à 9), déclinent durant l'automne (mois 9 à 12) pour atteindre un minimum durant l'hiver (mois 12 à 2) pour finalement connaître une recrudescence au printemps (mois 3 à 5).

La quantité moyenne de précipitations liquide est très semblable pour 5 des 7 villes canadiennes : Ottawa, Québec, Toronto, Fredericton et Montréal. Par contre, Bagotville connaît moins de précipitations liquides durant l'hiver. À l'opposé, Halifax connaît une recrudescence de précipitations liquides durant l'automne (mois 9 à 11), contrairement à toutes les autres villes présentes. On note aussi que Halifax connaît des précipitations moyennes liquides nettement au-dessus des autres villes pendant une bonne partie de l'année (mois 10 à 5). Halifax est la seule ville de l'étude à connaître un climat maritime, ce qui explique la différence importante de niveau de précipitation par rapport aux autres villes.

Climatologie des degrés-jours de gel pour les hivers de 1996 à 2006

Un degré-jour de gel est défini ici comme un degré d'écart entre la température observée et la température de référence donnée, 0°C, sur une période de 24 h [10]. Nous ne considérons que la température sous la température de référence. Nous redéfinissons ici le nombre de degré-jour de gel basé sur la définition donné en [10].

Le calcul des degrés-jours est habituellement fait à partir de la moyenne entre les températures maximales et minimales quotidienne. Ayant à notre disposition les températures horaires, nous avons plutôt calculé le nombre de degrés de différence entre la température de référence (0°C) et la température horaire pour ensuite normaliser sur une période de 24 h.

Par exemple, s'il fait -1°C pendant 24 h, au comptera 1 degré-jour de gel. De même, s'il fait -25°C pendant 24 h, on comptera 25 degrés-jours de gel. D'autre part, s'il fait 2°C pendant 12 h et -2°C pendant une autre période de 12 h, cette différence ne s'annulera pas; on comptera plutôt 1 degré-jour de gel (-2°C pendant 12 h).

Nous présentons ici le nombre de degrés-jours de gel pour les 9 villes de notre étude.

On observe que la ville avec le plus grand nombre de degrés-jours de gel est Bagotville, ce qui n'a rien de surprenant, celle-ci étant la ville la plus au nord. Suit ensuite la ville de Québec, la 2^e plus au nord. Sont ensuite groupées les villes d'Ottawa, Montréal et Fredericton. La ville de Burlington sépare ce dernier groupe des 3 villes les plus chaudes, elles aussi groupées : Halifax, Toronto et Albany. Il y a une stratification des degrés-jours de gel basée sur la latitude des villes, ce qui correspond bien à la climatologie des régions de ces villes [11].

On peut aussi voir que l'hiver 2002-2003 fut exceptionnellement froid, et que les hivers 1997-1998, 2001-2002 et 2005-2006 furent assez chauds. Ces données correspondent aux observations d'Environnement Canada pour ces hivers :

• Froid : 2002-2003;
• Chaud : 1997-1998, 2001-2002, 2005-2006.

Événements météorologiques

Les graphiques des résultats présentés dans cette section ont comme abscisse les années civiles. Bien que les hivers s'échelonnent toujours sur 2 années civiles, nous avons choisi cette représentation par souci de simplicité lors de l'écriture du code. Les données étant dans un format ayant pour base l'année civile, il nous a été plus simple de les présenter ainsi.

Ayant pour objectif la comparaison de différents endroits géographiques, et non des différences temporelles, la présence de différences sera tout aussi bien visible sur ce type de graphique que sur un graphique où l'abscisse représenteraient les hivers plutôt que les années civiles.

L'année 2006 est celle qui contient le moins d'événements puisque, au moment de l'analyse (été 2006), les données des mois de mars à décembre n'étaient pas disponibles.

Nombre de dégels par année

Tous les événements

Seuils entre 0 et 5

Seuils entre 5 et 25

Seuils entre 25 et 100

Seuils de plus de 100

Nombre de dégels avec précipitations par année

Tous les événements

Seuils entre 0 et 5

Seuils entre 5 et 25

Seuils etre 25 et 100

Seuils de plus de 100

Analyse

Sans précipitation

Le nombre de dégels en absence de seuils (graphiques 2.1.1 et 2.2.1) ou pour des seuils compris entre 0 et 5 (graphiques 2.1.2 et 2.2.2) sont sensiblement les mêmes. Ceci peut être expliqué par le fait que, avant la présence d'un grand dégel (grande aire), il y a nécessairement présence d'un petit dégel (petite aire). La différence entre les courbes sans seuil et avec un seuil entre 0 et 5 représente les grandes périodes de dégels couvrant plus d'une petite période de dégel.

De façon générale, nous pouvons voir que les villes connaissant le plus grand nombre de dégels, pour une petite valeur de seuil, sont celles de Burlington, d'Albany et de Fredericton (2.1.2, 2.1.3, 2.2.1 et 2.2.2). Ces villes, si l'on se rapporte à la carte de la climatologie de température de l'air à la surface, sont celles qui ont les températures les plus chaudes durant l'hiver. Comme la température de l'air a un cycle de 24 heures, il existe une zone (latitude) où cette variation quotidienne franchira plus fréquemment la barre des 0°C. Toute ville étant dans cette zone connaîtra plus de périodes de dégels que celles situées plus au nord, où la variation de température dans une journée restera en-dessous de 0°C, et de celles situées plus au sud, où la variation de température dans une journée restera au-dessus de 0°C. En consultant les graphiques, on peut supposer que les villes de Burlington, d'Albany et de Fredericton sont plus près de cette zone que les autres villes sont situées dans des zones plus froides.

Notons que la ville de Toronto étant sur les rives d'une grande masse d'eau, le lac Ontario, ceci a pour effet d'amortir les changements rapides de températures, l'eau faisant office de réservoir de chaleur. Ceci pourrait expliquer le faible nombre de dégels pour Toronto.

Les autres villes, à l'exception d'Halifax, forment un groupe compact où les positions sont échangées au cours des années. On ne peut, parmi ces villes, établir de classement définitif : il possible de conclure qu'au-delà d'une certaine limite de latitude, le nombre de dégels est sensiblement constant au cours des années.

Les différents intervalles de valeurs de seuils ont pour effets de diminuer l'écart entre les villes pour les nombres d'événements sans pour autant faire varier de façon notable leurs classements basés sur le nombre de dégels. Quelques villes échangent leurs positions selon les petits intervalles de seuils (Montréal et Québec pour les intervalles de [0,5] et [5,25]) mais les grandes tendances sont les mêmes. Pour les grands intervalles, Halifax connaît le plus grand nombre de dégels. Les villes de Montréal et de Québec occupent toujours le bas du classement, peu importe les seuils.

Le nombre d'événement de dégel pour l'année 2002 est exceptionnellement élévé pour toutes les villes sauf Bagotville.

Avec précipitation

On constate que l'introduction de la présence de précipitation dans le calcul du nombre d'événements a pour principal effet de diminuer le nombre de dégels : 40 % de diminution tous les dégels et pour les seuils de [0,5]. Le nombre de dégels en présence de précipitation est de l'ordre de 60 % du nombre total de dégel, soit en moyenne sur les 10 dernières années de 37 % pour Halifax à 43 % pour Bagotville.

Le pourcentage de différence diminue ensuite rapidement en fonction de l'augmentation de la valeur de seuil : 25 % pour [5,25], 14 % pour [25,100] et 2 % pour [100, ∞[. En effet, plus la valeur de seuil augmente, plus il faut de temps avant qu'une période puisse être considérée comme un dégel; il y aura donc une plus grande probabilité qu'il y ait eu de la précipitation lors de cette période puisque celle-ci est plus longue.

Un autre effet de l'introduction du concept de précipitation est d'augmenter la position d'Halifax dans le classement. Si l'on se rapporte au graphique 1.1, on constate que les précipitations liquides à Halifax sont nettement plus grandes en hiver que dans les autres villes canadiennes, ce qui explique la remontée de cette ville lorsqu'il est question de dégel en présence de précipitation.

Ceci mis à part, l'introduction de la précipitation dans le nombre d'événements n'a rien changé au classement même si le nombre d'événement est moindre que ceux où cette notion était absente. La même analyse que celle où il n'y avait pas de précipitation peut donc être transposée ici.

Conclusion

Bien que les conditions météorologiques propres à la province de Québec peuvent être qualifiées de difficiles pour les routes, notre étude démontre que, pour l'indice que nous avons développé, elles ne sont pas différentes de celles de ses voisins situés dans le même régime climatique.

En fait, la figure de la climatologie de la température de l'air à la surface résume les résultats de cette étude : les villes sous des climats comparables ont des conditions météorologiques comparables. Cette affirmation pourrait être considérée comme un truisme, la climatologie étant une moyenne à long terme des événements météorologiques.

Pour qu'il y ait une particularité québécoise dans les événements affectant les routes, une différence climatique significative entre ce territoire et celui de ses voisins devrait être identifié. Étant donné qu'il n'y a pas d'éléments géomorphologiques ayant un effet marqué sur le climat – ni chaîne de montagne ni océan – bordant ce territoire, son climat est en continuité avec celui des régions voisines.

Il faudrait, pour démontrer une différence, identifier des facteurs climatologiques, quels qu'ils soient, propres au Québec. De plus, il faudrait que ces facteurs aient un effet sur l'état des routes. L'indice que nous avons développé pour cette étude n'est, nous en sommes conscients, qu'un essai pour tenter d'identifier une telle spécificité. Ceci dit, nous n'avons constaté aucune particularité, que ce soit au niveau de la température de l'air à la surface ou de la quantité de précipitation, qui pourrait nous faire croire qu'un indice développé à partir de ces 2 facteurs pourrait faire en sorte que le cas du Québec soit particulier.

L'introduction du facteur de seuil a été utilisé pour quantifier la sévérité des périodes de gel-dégel. Si le classement des villes avait été changé de façon notable en fonction de ce facteur, il aurait été possible d'en déduire une dégradation plus sévère aux endroits connaissant les plus grands gels, ou à tout le moins une correlation. Il s'est avéré que ce n'est pas le cas.

La présence d'Halifax dans les villes à l'étude démontre comment une différence climatologique serait identifiée. On peut constater que la quantité de précipitation de cette ville est plus grande que celles des autres villes, ce qui a pour effet de lui donner le haut du classement lors du dénombrement des événements pour les périodes des dégels en présence de précipitation liquide. Aucune autre ville, du Québec ou d'ailleurs, ne se démarque de cette façon : il y a continuité au niveau de la variation des événements étudiées.

Les 2 plus grandes agglomérations de la province Québec, les villes de Montréal et de Québec, ont même des résultats qui laissent croire qu'elles connaissent des conditions plus favorables que les 7 autres villes de l'étude. Comme ces villes sont les plus importantes, ce sont celles qui ont la plus grande densité de route. C'est sans doute à ces endroits, si les conditions météorologiques hivernales étaient vraiment plus difficiles, que l'effet de la dégradation rapide de l'état des routes serait le plus notable.

Nous concluons que le Québec n'est pas différent de ces voisins quant aux facteurs météorologiques et climatiques étudiés : il est en continuité et donc comparable.

Cela dit, nous n'avons considéré ici que la fréquence des événements météorologiques étant précurseurs des nids-de-poule. Il y a plusieurs autres facteurs qui pourraient faire en sorte que l'état des routes du Québec soit différent de celui de ses voisins (facteurs énumérés dans la section Introduction). En conséquence, nous affirmons que le cycle gel-dégel, en présence ou en absence d'eau, n'est pas un facteur suffisant pour expliquer l'état des routes du Québec et non que l'état des routes du Québec est identique ou comparable à celui de ses voisins.

Remerciements

L'auteur aimerait remercier Environnement Canada, pour nous avoir fourni gracieusement les données, André Plante et Normand Gagnon du Centre météorologique canadien pour les nombreuses discussions, suggestions et révisions que la rédaction de cet article a motivé, ainsi que Caroline Mauduit de l'Équipe de viabilité hivernale du ministère des Transports français pour avoir aimablement accepté de réviser le contenu de l'article, pour ses corrections et ses judicieuses remarques.

Code source

Le code source ayant été utilisé pour les calculs de la présente étude ainsi que pour la création des graphiques est distribué sous licence GPL.

Nous publions le code source puisque nous croyons, tel que déjà exprimé par l'auteur sur le site de ptaff.ca, que la publication et la distribution dans les détails du code utilisé pour une étude fait partie intégrante d'une publication. Il est ainsi possible à quiconque voulant vérifier, poursuivre ou modifier les calculs ici exposés de le faire sans être obligé de tout réécrire et réimplémanter les détails inhérents à ce type de calculs.

Le code généré étant pour des fins d'étude et non pour la distribution d'un logiciel, l'arborescence utilisée est peu flexible. Il se pourrait aussi que les entrées et les sorties des différents scripts soient confuses. Si vous avez des questions ou désirez des précisions, nous vous invitons à contacter l'auteur.

Téléchargement

• Code pour l'étude de la fréquence des événements météorologiques précurseurs des nids-de-poule.

Prérequis

• python;
• python :: rpy (optionnel pour les graphiques);
• python :: numarray (optionnel pour les graphiques);
• R :: RSvgDevice (optionnel pour les graphiques en format SVG).

Le code a été développé sous un système GNU/Linux. Bien que python est un langage interprété et multi-plateforme, l'auteur ne garantit en rien qu'il fonctionnera sous d'autres plateformes. Aucun support ne sera fourni pour des questions spécifiques à des erreurs dues à l'utilisation d'une autre plateforme que GNU/Linux.

Références

Lexique

Enrobé

Revêtement constitué d'un agglomérat de produits unis par un liant. Source : entrée « enrobé » du grand dictionnaire terminologique

Épaufrure

Éclat d'un bord de parement à la suite d'un choc. Source : entrée « épaufrure » du grand dictionnaire terminologique

Gélifraction

Fragmentation ou désintégration d'une roche ou d'un béton causée par la pression de l'eau qui gèle dans les fractures et les interstices du matériau. Source : entrée « gélifraction » du grand dictionnaire terminologique

Gélive

Se dit d'une pierre poreuse absorbant facilement l'humidité atmosphérique (p. ex. craie, marme), et très sensible de ce fait à la gélifraction. Source : entrée « gélive » du grand dictionnaire terminologique

Géomorphologie

Étude des formes du terrain, du relief, ou simplement le relief, le terrain, la topographie. Source : entrée « géomorphologie » du grand dictionnaire terminologique

Parement

Face du pavé sur laquelle on marche.

Saumure

Eau dans laquelle du sel est présent en très grande concentration. (Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Saumure)

Ségrégation

Séparation indésirable de certaines fractions d'un granulat, d'un enrobé ou d'un béton, provoquée par un traitement mécanique (par ex. mise en tas, transport en camion, ou mise en oeuvre). Source : entrée « ségrégation » du grand dictionnaire terminologique

Bibliographie

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2. Rioux N. 1999. Impact du gel sur les chaussées au Québec. Revue Innovation Transport, Ministère des Transports du Québec, Ville de Québec, Revue num 4, février 1999 pp. 13—16 http://www1.mtq.gouv.qc.ca/fr/publications/ministere/recherche/innovation/innovation04.pdf
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Liens

• Ministère des Transports du Québec (MTQ);
• Environnement Canada : Données climatiques du Canada.