Trois générations de recherche sur la dynamique des avalanches de poudreuse
Les chercheurs en dynamique des avalanches étudient la façon dont elles se déplacent, leur vitesse et leur distance d’écoulement, leurs forces de destruction sur les objets, et pourquoi elles prennent des formes aussi extraordinaires que des nuages de poudreuse explosifs (voir fig. 1).
Les débuts : les contributions d'Adolf Voellmy
Les chercheurs en dynamique des avalanches étudient la façon dont elles se déplacent, leur vitesse et leur distance d’écoulement, leurs forces de destruction sur les objets, et pourquoi elles prennent des formes aussi extraordinaires que des nuages de poudreuse explosifs (fig. 2). L'étude de ces phénomènes a commencé en Suisse après l'hiver avalancheux catastrophique de 1951. De nombreuses avalanches ont atteint les fonds de vallées et ont détruit des quartiers entiers dans les villages (voir illustration). Après ces évènements, le besoin d'un procédé permettant de prévoir jusqu'où les avalanches peuvent s'écouler s’est fait fortement sentir : les collectivités alpines nécessitent une aide à la décision pour cartographier les zones considérées comme « sûres » ou « dangereuses ». En 1955, l'ingénieur civil suisse Adolf Voellmy a publié un modèle simple de déplacement des avalanches, que l'on a appelé le « modèle Voellmy ». Pour ceci, il avait étudié notamment les dommages et les forces de pression des avalanches qui détruisirent en 1954 entre autres le village de Blons. Dans son modèle, il a considéré pour la première fois le mouvement d'une avalanche comme l'écoulement d'un mélange de particules fluides et solides. Cette intuition s’est révélée exacte et lui a permis de prévoir les dommages provoqués par les avalanches : ce principe est resté jusqu'à aujourd'hui l'une des hypothèses les plus utiles et pérennes de la dynamique des avalanches.
Bruno Salm et la cartographie des zones de danger d'avalanche
Le modèle de description de l'écoulement de la neige, développé par Voellmy, ne suffisait cependant pas encore pour déterminer un algorithme de calcul de longueur du parcours et des vitesses finales d'une avalanche. C'est seulement au début des années 70 que Bruno Salm, ingénieur civil du SLF, a résolu ce problème. Il a repris les idées de Voellmy et présenté un modèle de calcul divisant le parcours d'une avalanche en une zone de déclenchement ou de départ, une zone d'accélération et une zone d'étalement. Chaque zone est caractérisée par sa pente moyenne. Ce modèle de calcul – appelé aujourd'hui modèle Voellmy-Salm – a permis aux ingénieurs de déterminer, pour une hauteur de rupture donnée, jusqu'où l’avalanche s'avancera dans sa zone d'étalement. En outre, ils ont pu dimensionner les ouvrages d'interception et de protection (fig. 3), et définir les zones rouges et bleues sur les cartes de danger. Un passage en revue attentif de ces cartes a montré, après l'hiver avalancheux catastrophique de 1999, qu'elles remplissent encore bien leur rôle aujourd'hui.
Les modèles numériques AVAL-1D et RAMMS
Le modèle Voellmy-Salm a été mis au point avant que les ordinateurs ne colonisent les bureaux d'études. Pendant les années 80 et 90, le développement explosif de calculateurs ultrarapides et de modèles numériques, ainsi que la visualisation des graphiques ont permis les premiers logiciels de dynamique des avalanches. Le SLF a développé deux de ces programmes "AVAL-1D" et "RAMMS" basés tous les deux sur le modèle Voellmy, mais qui permettent une description numérique notoirement plus réaliste des conditions de départ et du terrain sur lequel se déplace l'avalanche. AVAL- 1D a été développé pour des calculs sur un terrain « bidimensionnel », puis mis en service dans la pratique en 1999, peu après l'hiver avalancheux désastreux. Pour le modèle de dynamique des avalanches beaucoup plus avancé "RAMMS", on a besoin de données sur la topographie tridimensionnelle, qui peut être déterminée aujourd'hui par des scanners laser embarqués par hélicoptère (fig. 4). Pour la première fois, les modèles numériques peuvent prévoir les évolutions des vitesses et des hauteurs d'avalanche ainsi que la forme prise par les dépôts d'avalanche sur le terrain
Vallée de la Sionne
En 1997, le SLF a mis en œuvre la construction d'un site d'essais d'avalanche en grandeur réelle dans la Vallée de la Sionne (fig. 5). Les expériences montrent qu'il existe dans les avalanches des interactions physiques bien plus nombreuses que celles que Voellmy et Salm avaient décrites. Les mouvements apparaissant dans le front sont, par exemple, totalement différents de ceux de la queue de l'avalanche. L'objectif de ces mesures est encore aujourd'hui, de contrôler les méthodes de calcul par comparaison avec de grosses avalanches réelles et de les améliorer sans cesse.
L’avenir
Aujourd'hui, le SLF s'enorgueillit de trois générations de recherche en dynamique des avalanches et de multiples applications venant en aide à la pratique. Un grand nombre de ces résultats est utilisé également à l'étranger (fig. 6). Les chercheuses et chercheurs de la "quatrième génération de dynamiciens d'avalanches" travaillent à de nouveaux modèles pouvant décrire les différents mouvements des avalanches de poudreuse ou de neige humide, et vont les ouvrir vers la pratique dans un futur proche.