Simulations d’éboulements sur impression en 3D

Que se passe-t-il quand eau, glace et autres éléments dévalent la montagne ? Le SLF étudie la question sur une reproduction fidèle en 3D de la région de Blatten. Le but : améliorer les modèles numériques et préciser les dangers encourus par les zones habitées et les infrastructures.

  • Des éboulements en petit format : des scientifiques du SLF étudient les mouvements de masse sur une maquette en 3D de Blatten. 
  • Améliorer la base des modèles numériques : des expériences montrent comment se déplacent les mélanges d’eau, de glace et de roches. 
  • Mieux évaluer les dangers naturels encourus : maquettes et modèles doivent aider à identifier les zones habitées et les infrastructures menacées.

Le Lötschental près de Blatten; au-dessus, la ravine de la Birchchinn et, en haut, le Petit Nesthorn. Le tout, en bleu brillant. Une trappe s’ouvre. Un mélange composé d’eau, de sable et de terre arrive de la direction du Petit Nesthorn, s’engouffre dans la vallée puis se dépose en tapissant les alentours. C’est presque comme en 2025, quand un éboulement a détruit et enseveli la quasi-totalité du village de Blatten. Mais en format réduit, à une échelle de 1:577. Une échelle inférieure à une maquette ferroviaire, et sans trains qui traversent le paysage. « Nous utilisons ce type de maquette pour mieux comprendre les déplacements de mélanges de matériaux en pleine nature », explique Johan Gaume, chef du groupe de recherche Mouvements de masse alpins au WSL Institut pour l’étude de la neige et des avalanches SLF et professeur associé de mouvements de masse alpins à l’ETH Zurich.

Parallèlement à ces maquettes, le groupe de recherche développe des modèles virtuels, sur ordinateur, qui montrent scénarios illustrant ce qui peut se passer lors de mouvements de masse dans les Alpes, des laves torrentielles aux éboulements. Ces simulations permettront aux personnes en charge des dangers naturels à l’échelle cantonale ou communale d’identifier les menaces qui pèsent sur leurs infrastructures et zones habitées. « Ces modèles doivent être rigoureusement vérifiés, à l’aide d’expériences minutieusement contrôlées, si l’on veut être certain de leur fiabilité », indique J. Gaume. D’où les expériences qu’il mène sur la maquette. Il en tire aussi de précieux enseignements sur les mouvements de ces mélanges d’eau, de glace et autres matériaux, sur l’effet des obstacles, etc.

Mouvement de masse à partir du seau

La maquette de Blatten est la toute première de cette taille (voir encadré). À l’aide d’un logiciel spécialement programmé, le groupe de recherche a choisi la topographie, l’a fractionnée et a imprimé, morceau par morceau, les sections d’environ 50 × 50 centimètres. Ensuite, dans un bunker militaire désaffecté près de Davos, aujourd’hui propriété du SLF, il a assemblé la maquette, l’a enduite puis peinte. « Ces opérations sont essentielles pour obtenir la rugosité et les propriétés optiques souhaitées », explique J. Gaume. Plusieurs caméras, lasers et capteurs et un scanner 3D mesurent des données, telles que la hauteur d’écoulement, la vitesse, la distance d’arrêt, le dépôt et la dynamique de collision du mouvement de masse artificiel. Les scientifiques calculent précisément sa composition ainsi que les proportions des différents éléments, avant de préparer le mélange dans un seau. Ensuite, ils déposent la pâte dans un bac en haut de la maquette, ouvrent une trappe et déclenchent ainsi l’événement.

La maquette en chiffres

  • Dimensions du canal d’écoulement :
    • Section en pente : 4,5 × 2 m
    • Section horizontale : jusqu’à 6 m de long
  • Dimensions de la maquette topographique imprimée : 5,4 × 4,5 m (max.)
  • Superficie de la maquette : env. 12 m2
  • Nombre d’éléments imprimés : 56
  • Temps d’impression : env. 100 jours
  • Masse maximale de déversement : 1 t
  • Volume actuel de déversement : 48 l
  • Principaux systèmes de mesure : caméras, lasers, scanner 3D, plateforme de mesure des forces, capteurs de pression interstitielle

De nombreux projets sont prévus

Les scientifiques pourront à l’avenir monter d’autres régions et topographies sur la structure. « Ce n’est pas un dispositif temporaire, mais un investissement pour la recherche qui s’inscrit dans la durée », précise J. Gaume. De nombreux projets sont prévus afin d’étudier différents effets, comme l’érosion, la collision avec des obstacles, la distance parcourue par les masses sur les versants opposés. J. Gaume se concentre actuellement sur un processus particulier : « En ce moment, nous nous intéressons de près à l’influence de la courbure du terrain sur la dynamique de l’écoulement. »

Contact

Financement

Le centre de recherche CERC est financé par le canton des Grisons et l'Institut fédéral de recherche sur la forêt, la neige et le paysage (WSL), et bénéficie du soutien de l'ETH Zurich dans le cadre de deux chaires conjointes.

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