La pression exercée par les avalanches est à l'étude en Valais

Les chercheurs de l’Institut suisse pour l’étude de la neige et les avalanches étudient les pressions des coulées sur leurs obstacles en Valais. Leurs investigations emploient les techniques digitales et l’observation dans le terrain.  Ils veulent mettre au point une nouvelle méthode de calcul en prenant en considération les divers types d'écoulement.

Crédit image: Pierre Huguenin, SLF

Dépôts d'avalanches sur l'obstacle de la paroi dans la Vallée de la Sionne. La figure (a) montre une vue latérale de la paroi avec les dépôts d'une avalanche fraîche du 15 janvier 2021. La figure (b) montre une vue frontale de la paroi avec les dépôts d'une avalanche de poussière du 16 décembre 2018.

Les calculs effectués jusqu'à présent pour évaluer la pression des avalanches ont reposé jusqu’ici sur des modèles qui pouvaient sous-estimer la pression exercée par les coulées de neige mouillée à écoulement lent, explique l'Institut pour l'étude de la neige et des avalanches (SLF) dans un communiqué. Lors de la mise en œuvre de mesures de protection des bâtiments, il est pourtant important de prendre en compte les avalanches dans leur globalité et selon leurs différents types d’écoulement.

Dans ce contexte, les chercheurs du SLF ont étudié les processus qui se produisent lors du contact entre les avalanches et les obstacles placés sur leur chemin. Ils ont ainsi développé une nouvelle méthode de calcul de pression. Pour cela, l'équipe a pris en compte le comportement de l'avalanche pendant le processus d'écoulement et la cohésion de la neige. Grâce à cette nouvelle méthode, il doit désormais être possible de déterminer les valeurs de pression avec plus de précision, espère le SLF.

Simulations d'avalanches sur ordinateur
L'étude des processus physiques entre les avalanches et les obstacles a été réalisée avec la méthode des éléments discrets (DEM). Une avalanche est modélisée comme un écoulement granulaire qui, selon sa composition et sa température, a des propriétés d'écoulement très différentes. Une avalanche de neige mouillée s'écoulant lentement accumule par exemple plus de pression à proximité du sol qu'en surface, car la pression dépend du poids de la neige qui la recouvre.

De plus, la pression des avalanches augmente proportionnellement au carré de la vitesse, ce qui est particulièrement important pour les avalanches rapides, comme le constate le SLF. Les chercheurs ont fait rebondir de nombreuses avalanches virtuelles sur des obstacles de différentes formes lors de simulations informatiques. Sur la base de ces résultats, ils ont ensuite déduit des méthodes de calcul pour la pression, qu'ils ont ensuite comparées avec des mesures d'avalanches réelles sur des obstacles. 

Crédit image: Pierre Huguenin, SLF.

L'obstacle dans la simulation a la même section et la même géométrie de capteur que le pylône en acier dans la Vallée de la Sionne. La seule différence entre ce dernier et la structure modélisée réside dans le fait que les capteurs de pression sont répartis dans le modèle avec des distances verticales plus petites

Pour les mesures réelles, l'équipe disposait d'un grand jeu de données provenant du site de test d'avalanches du SLF dans la Vallée de la Sionne, dans la commune valaisanne d'Arbaz. De nombreux instruments de mesure y enregistrent depuis plus de 20 ans différents types de coulées. Des capteurs de pression, une caméra à haute vitesse et des capteurs sont notamment installés à cet effet sur un mât de 20 m de haut.

Deux cales de formes différentes fournissent en outre des données sur la pression des avalanches. Selon le SLF, les pressions d'impact maximales mesurées sont de 1200 kPa, soit 120 t par m2. Des comparaisons entre les avalanches simulées et les avalanches réelles auraient montré que les mesures peuvent être bien reproduites avec la nouvelle méthode de calcul. Mais avant que la méthode puisse être appliquée dans la pratique, d'autres études sont nécessaires, indique encore SLF.

Crédit image: zvg, SLF

Vue d'une avalanche contournant le pylône. La moitié supérieure montre une image prise par une caméra. La moitié inférieure montre un exemple de simulation DEM dans laquelle les particules sont colorées en fonction de leur vitesse, le rouge représentant les vitesses élevées et le bleu les vitesses faibles.

En effet, les objets qui se trouvent sur la pente avalancheuse du site d'essai en Valais sont minces. Pour calculer l'effet d'une avalanche sur un large mur de maison, d'autres expériences avec des obstacles plus grands sont donc encore nécessaires. Les recherches menées jusqu'à présent ont permis de poser la première pierre, poursuit le communiqué.

Selon l'institut, la nouvelle méthode de calcul pourrait également contribuer à l'avenir à l'actualisation des normes existantes ainsi qu'à un meilleur dimensionnement des mesures de protection et donc à la sécurité en matière d'avalanches. Les spécialistes ont en tout cas besoin de méthodes plus précises.