Nous étudions des laves torrentielles artificielles en taille réduite dans le grand laboratoire du WSL. Nous y analysons le comportement de l’écoulement des laves torrentielles, les sédiments de différents mélanges et le processus d’érosion, et testons des instruments de mesure avant de les utiliser sur le terrain.
Les laves torrentielles, également appelées coulées de boue, se forment lorsque l’eau permet à des éboulis meubles et des blocs de rochers de s’écouler sur un terrain raide. Doté d’un grand pouvoir de destruction, le mélange de matières solides et d’eau se déplace par vagues dans des torrents existants.
Pour améliorer la protection, il est nécessaire de connaître le fonctionnement précis d’une lave torrentielle. C’est pourquoi nous étudions les coulées de boues aussi bien dans des installations expérimentales équipées de nombreux instruments sur le terrain, que dans le cadre d’expériences en laboratoire en taille réduite.
Pour ce faire, nous utilisons des chenaux installés dans le laboratoire de cinq mètres de haut du WSL. Ils sont composés d’un réservoir où le matériau est initialement stocké et d’un segment d’accélération, dans lequel la vague de la lave torrentielle est déclenchée. Vient ensuite le canal de mesure de cinq mètres de long – un plan incliné ouvert ou un chenal incliné. Le canal fait près de 80 cm de largeur. Il est structuré de façon à permettre l’écoulement du lit tridimensionnel d’un torrent ou encore l’encastrement d’un canal plus étroit de 30 cm de large.
Le plan incliné sans bordure latérale présente une surface rugueuse afin de reproduire correctement les conditions de frottement. Le chenal incurvé présentant des courbes de différents rayons est également pourvu d’un fond rugueux. Toutes les zones peuvent être inclinées de manière indépendante. Les appareils de mesure (capteurs laser, caméras à haute vitesse, etc.) permettent de procéder à des observations détaillées du comportement de l’écoulement et des sédiments.
Canal de cinq mètres
Pour ce faire, nous utilisons des chenaux installés dans le laboratoire de cinq mètres de haut du WSL. Ils sont composés d’un réservoir où le matériau est initialement stocké et d’un segment d’accélération, dans lequel la vague de la lave torrentielle est déclenchée. Vient ensuite le canal de mesure de cinq mètres de long – un plan incliné ouvert ou un chenal incliné. Le canal fait près de 80 cm de largeur. Il est structuré de façon à permettre l’écoulement du lit tridimensionnel d’un torrent ou encore l’encastrement d’un canal plus étroit de 30 cm de large.
Le plan incliné sans bordure latérale présente une surface rugueuse afin de reproduire correctement les conditions de frottement. Le chenal incurvé présentant des courbes de différents rayons est également pourvu d’un fond rugueux. Toutes les zones peuvent être inclinées de manière indépendante. Les appareils de mesure (capteurs laser, caméras à haute vitesse, etc.) permettent de procéder à des observations détaillées du comportement de l’écoulement et des sédiments.
Le projet «Debris flow» comme exemple d’utilisation du chenal de lave torrentielle
Dans le cadre du projet de recherche «Debris flow» cofinancé par le conseil des EPF, des chercheurs du WSL ont analysé le comportement d’écoulement et d’érosion des coulées de boue à l’aide d’essais sur modèles physiques réalisés dans le chenal de lave torrentielle. Dans la mesure où les coulées de boue présentent généralement une composition granulaire en Suisse, les études se limitent à ce type de matériau. La condition indispensable – et c’est là une différence importante par rapport aux principales études menées en laboratoire – était que les scientifiques utilisent un mélange de matériaux le plus naturel possible, reproduisant ainsi les conditions les plus proches possible de l’état naturel. Ce faisant, ils ont testé différentes concentrations de matières solides, de jets d’eau pure jusqu’à la concentration maximale, à laquelle la coulée de boue s’arrête dans le chenal (dépôt). Un lit de rivière érodable et irrigable de structure tridimensionnelle était également mis à disposition pour les expériences afin d’obtenir des conditions d’écoulement les plus proches possible de l’état naturel.
Méthodes scientifiques
Lors des expériences, les chercheurs ont utilisé deux matériaux différents, réalisant la plupart des essais avec des matériaux issus d’un torrent susceptible de se transformer en lave torrentielle. Parallèlement, les scientifiques variaient les conditions de départ telles que l’inclinaison, le volume de poussée et la teneur en eau du mélange initial. À l’aide de divers instruments de mesure, les scientifiques ont enregistré des paramètres d’écoulement et ont mesuré la topographie des ravins à la suite des essais. Ce faisant, près de 170 expériences ont été réalisées et évaluées.
De plus, le chenal de lave torrentielle est régulièrement utilisé à des fins de démonstration, afin de présenter à des groupes de visiteurs les propriétés des laves torrentielles en laboratoire.