Quand les pierres commencent à rouler

Johan Gaume, professeur commun de mouvements de masse alpins à l'ETH Zurich et au SLF, étudie les avalanches, les glissements de terrain et les coulées de granulés et de débris. Avec son équipe, il a mis au point un nouveau logiciel de simulation permettant d'estimer les zones susceptibles d'être menacées par des catastrophes naturelles de ce type. Juste avant le glissement de terrain qui s'est produit à Brienz, ils et elles ont été en mesure de prédire la distance que pourrait parcourir l'avalanche de pierres - et l'événement réel a finalement fourni une preuve empirique de l'exactitude de la simulation. Dans cette interview, le chercheur explique comment fonctionne son modèle et pourquoi il a hésité à communiquer ses résultats l'été dernier, alors que le glissement de terrain faisait la une de l'actualité.

ETH News : Grâce à votre nouveau modèle, vous avez pu prédire à l'avance, pratiquement au mètre près, l'endroit où les débris de l'éboulement de Brienz allaient s'immobiliser. Quel est le secret de ce modèle ?
Johan Gaume : Les modèles précédents étaient bidimensionnels et établis selon des lois de frottement empiriques dont les paramètres étaient généralement rétrocalculés sur la base de données provenant d'événements passés. Comme les événements réels ne se produisent pas très souvent dans des conditions similaires, l'étalonnage n'est pas facile, ce qui entraîne d'importantes incertitudes dans la modélisation. Notre modèle, en revanche, est basé sur les matériaux impliqués, c'est-à-dire la glace, la neige et la roche, est entièrement tridimensionnel et ne nécessite essentiellement que trois composants : un modèle numérique d'élévation pour représenter la topographie, le volume de matériaux libérés et diverses propriétés mécaniques telles que la friction et la rigidité de la masse du glissement de terrain. Nous pouvons évaluer ces facteurs à l'aide d'essais géotechniques classiques en laboratoire.

Le modèle a-t-il été développé spécifiquement pour le cas de Brienz ?
Non. Il a été développé à l'origine pour simuler des avalanches de neige. Cependant, comme notre code est basé sur les matériaux, il est relativement facile d'ajouter un modèle de matériau différent et de simuler le comportement de la roche, de la glace et de l'eau.

Pourquoi Brienz était-il si important pour vous ?
Brienz nous a donné l'occasion d'apporter notre contribution et de tester la précision avec laquelle notre modèle prédit de tels événements. Jusqu'à présent, nous n'avions pu tester notre modèle que par rapport à des événements passés. C'est ce qui a rendu Brienz particulièrement intéressant pour nous. Compte tenu de la forte probabilité d'occurrence d'un événement majeur de ce type, nous avons utilisé nos simulations pour établir une prévision à l'aveugle et avons présenté nos résultats aux autorités cantonales.

Quelles étaient les prévisions ?
Nous avons créé deux scénarios : un scénario sec et un scénario pessimiste avec beaucoup d'eau, ce qui augmente la mobilité du matériau rocheux. Dans le cas d'un glissement de terrain sec, nous avons prévu que le glissement s'arrêterait à une vingtaine de mètres du village. Cependant, notre deuxième scénario indiquait que l'éboulement pourrait toucher plus de la moitié du village s'il y avait beaucoup d'eau.

Cela semble être une prédiction très précise pour un scénario sec. Dans quelle mesure votre modèle est-il réaliste ?
Bien que nous nous soyons réjouis de constater que notre simulation était bien conforme à la réalité, les résultats de notre modélisation n'étaient pas parfaits et comportaient quelques divergences. Par exemple, le volume de matériau dans notre simulation était légèrement surestimé. En outre, notre modèle présentait un étalement latéral plus important que ce que nous avons observé dans la réalité.

Pourquoi être resté prudent dans vos prévisions l'été dernier ?
Je me réjouissais de la précision de la simulation sur laquelle nous travaillions depuis des années et je voulais la communiquer rapidement dans le cas de Brienz, mais il y avait un certain nombre d'incertitudes majeures, comme la question de l'eau et le scénario de relâchement. S'il y avait eu beaucoup d'eau, la simulation aurait été très imprécise parce qu'elle ne modélise pas complètement les couplages hydromécaniques. C'est un point sur lequel nous travaillons actuellement. Mais nous étions également réticents à communiquer notre prédiction en raison de la sensibilité de l'aspect politique. Les personnes présentes sur place auraient pu mal comprendre un tel message. Si mon modèle prédit qu'un événement majeur se produira et s'arrêtera à 20 mètres de ma maison, il est évident que j'évacuerai face à trop d'incertitudes.

Depuis combien de temps travaillez-vous sur ce modèle ?
Depuis 2017. C'est à cette date que j'ai commencé à travailler avec mes collègues du SLF et de l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA) sur une nouvelle génération de modèles informatiques qui simulent les mouvements de masse alpins de la manière la plus précise possible. Ceux-ci comprennent non seulement les coulées de neige, de glace, de roches et de débris, mais aussi les cascades - un processus au cours duquel, par exemple, une avalanche de roches et de glace déclenche une coulée de débris. Au total, j'ai passé des années à travailler sur les aspects de modélisation liés au déclenchement et à la dynamique des mouvements de masse dans les Alpes.

Comment pouvez-vous améliorer le modèle ?
Un chercheur postdoctoral de mon groupe à l'ETH Zurich et au SLF est en train de réanalyser les données de Brienz, et nous allons effectuer des simulations supplémentaires pour évaluer nos prédictions et découvrir ce que nous aurions pu faire de mieux. Nous présenterons nos simulations en aveugle et nos analyses ultérieures lors de la conférence INTERPRAEVENT 2024 qui se tiendra à Vienne cet été. Nous développons également d'autres modèles dans lesquels nous pouvons combiner des solides et des liquides en même temps afin d'obtenir un mélange d'un liquide visqueux et de particules plus grossières telles que des blocs rocheux. Nous étendons également nos modèles pour mieux analyser les effets du réchauffement climatique. Pour ce faire, nous avons besoin de modèles qui simulent non seulement l'interaction entre les phases liquide et solide, mais qui saisissent également les changements de phase de solide à liquide ou les effets de la température. Nous travaillons également sur la simulation des cascades de processus, comme celles qui se sont produites sur le Piz Cengalo au-dessus de Bondo. Dans le cas de ces cascades, un événement en déclenche un autre, qui en déclenche à son tour un autre. De telles cascades de processus catastrophiques pourraient devenir plus fréquentes et plus intenses en raison du changement climatique. Elles commencent en altitude dans la zone alpine et peuvent s'écouler dans la vallée sous la forme d'un mélange de composants liquides et solides.

Mettez-vous vos modèles à la disposition des praticiennes et praticiens ?
Pour mettre les modèles à leur disposition, nous devons d'abord les rendre plus faciles à utiliser. Nous commencerons bientôt à travailler sur le développement d'une interface utilisateur graphique pour les rendre plus conviviaux. Nous voulons également améliorer l'efficacité de notre code. La simulation de Brienz, par exemple, avait une résolution de deux mètres et utilisait environ deux millions de particules. Il fallait moins de dix minutes pour l'exécuter sur un bon ordinateur de bureau. Une version capable d'utiliser des processeurs graphiques et des outils d'intelligence artificielle nous permettrait soit d'améliorer la résolution, soit d'obtenir des résultats de simulation en moins d'une minute.

Comment utiliserez-vous le modèle à l'avenir ?
Nous utilisons actuellement notre modèle à des fins de recherche et de conseil. Les autorités cantonales et les sociétés d'ingénierie nous ont demandé d'effectuer des simulations dans des cas où les approches classiques sont difficiles. Cependant, la majeure partie de notre travail concerne actuellement la recherche. Compte tenu des améliorations et des développements que nous prévoyons pour notre modèle, je pense qu'il pourrait également intéresser les praticiens et praticiennes.

À quels autres cas en Suisse ou dans les Alpes pourriez-vous appliquer votre modèle dans un avenir proche ?
Nous participons actuellement à un important projet du WSL intitulé Climate Change Impacts on Mass Movements (CCAMM), dans le cadre duquel nous réalisons des scénarios et des simulations dans la région de Kandersteg, à Spitze Stei, au-dessus du lac d'Oeschinen, où la pente rocheuse est considérée comme instable. Nous simulons une avalanche de roches potentiellement massive qui pourrait atteindre le lac et déclencher un tsunami. Celui-ci pourrait transporter des sédiments saturés et provoquer une coulée de débris qui pourrait mettre en danger le village de Kandersteg.