Mouvements de masse alpins ¶

L’unité de recherche Mouvements de masse alpins étudie la mécanique des mouvements de masse gravitationnels dans les environnements de montagne et contribue à la limitation des risques et à l’élaboration de solutions en matière d’occupation des sols. Les processus entrant en jeu comprennent les avalanches, les coulées de débris et les chutes de pierres. L’unité développe et utilise des méthodes informatiques de pointe ainsi que des approches pratiques qui se fondent sur la physique et s’appuient sur des expériences de laboratoire et de terrain, afin de mieux comprendre et prévoir la phase de déclenchement et la dynamique des mouvements de masse. Une attention particulière est consacrée à comprendre les impacts des changements climatiques et l’enchaînement de processus potentiellement catastrophiques et à y répondre.

La nouvelle unité Mouvements de masse alpins traite d’un des six thèmes principaux du centre de recherche CERC. L’unité est gérée conjointement avec la chaire de Mouvements de masse alpins à l’EPF de Zurich sous la responsabilité du professeur Johan Gaume. L’enseignement à l’EPF de Zurich par le Prof. Gaume englobera la “Mécanique granulaire” (dès l’automne 2023) et les “Mouvements de masse alpins” (dès le printemps 2025).

Des instabilités montagneuses exceptionnelles peuvent déclencher des chaînes de processus complexes impliquant la roche, la glace et les avalanches de neige. Afin de mieux comprendre et simuler de tels événements, nous développons une méthode thermohydromécanique appelée MPM (Material Point Method), qui simule le comportement mécanique de différents matériaux et leurs interactions, la dissipation de la chaleur de frottement, les changements de phase ainsi que l'effet de fluidisation induit par la pression interstitielle.

Afin de mieux comprendre les mécanismes de déclenchement des glissements de terrain à faible profondeur et des avalanches de plaques de neige, nous développons des modèles basés sur les particules, tels que la méthode des éléments discrets (DEM), la méthode des points de matière (MPM) ou la méthode MPM moyennée en profondeur (DAMPM). Nous portons une attention particulière à l'analyse des liens entre la dynamique de propagation des fissures sur le versant, la topographie et la taille de la zone de déclenchement, afin de proposer des solutions visant à réduire le volume des avalanches.

Nous étudions la rhéologie des écoulements granulaires cohésifs et leurs impacts sur les infrastructures ou les forêts en réalisant différents types de simulations DEM à méso-échelle. Ces simulations peuvent être considérées comme un laboratoire numérique susceptible de faciliter le développement de modèles constitutifs homogénéisés pour les écoulements granulaires cohésifs, en vue de leur mise en œuvre à grande échelle dans le cadre de la méthode MPM. De plus, nous développons une piste de glissement en laboratoire destinée à des expériences sur les écoulements granulaires sur des topographies complexes imprimées en 3D.

L'érosion et le transport sont des processus critiques dans les écoulements de masse gravitaires tels que la neige, car ils peuvent modifier de manière significative la masse et l'impulsion de l'écoulement et, par conséquent, influencer la dynamique de celui-ci. Nous étudions ces processus à l'aide de simulations DEM, CFD/DEM ou MPM pour des lits granulaires non cohésifs, cohésifs, mais aussi saturés (d'air ou d'eau). Nos résultats contribuent à améliorer les paramétrages correspondants dans les modèles de dynamique des avalanches à grande échelle.