Numerical modelling of muddy debris flow
La modélisation des écoulements de laves torrentielles boueuses. De la validation au laboratoire au zonage des risques au terrain
Résumé
Mudflows are rapid unsteady flows which mobilize mixtures of water-solid materials as soon as the natural soils are wet enough. On a rheological point of view, as long as the clay fraction is large enough, materials behave at a macroscopic scale as viscoplastic fluids. The unsteady feature of these phenomena obliged us to develop two specific models to study and compute their behavior. In that respect, two numerical models based on shallow-water equations associated to a specific friction force expression were implemented to compute respectively channelized flows and spreading of materials outside of the main torrent channel. These two models were validated at the laboratory by comparison with flows of model fluids. We now focus interest on the practical use of these model in the framework of the torrential hazards mapping. Given the uncertainty on the importance of these phenomena, a study based on scenarios is necessary. Such an approach needs a coupled use of the two models described herebefore, but also laboratory or feld techniques giving a good description of the rheological characteristics of the materials that are likely to flow down. Such an approach focuses interest on the many points that are still unknown on these phenomena and are likely to weaken the capacity of the models to represent properly natural events.
Les laves torrentielles boueuses sont des écoulements transitoires rapides qui mobilisent des mélanges d'eau et de matériaux solides de granulométrie très étendue dès lors que certaines conditions d'humectage des sols en place sont atteintes. D'un point de vue rhéologique, dès lors que la teneur en argile est suffisante, les matériaux concernés se comportent au niveau macroscopique comme des fluides à seuil rhéofluidifiants. Le caractère transitoire de ces phénomènes a nécessité la mise au point d'outils numériques spécifiques pour les étudier et pour prédire leur comportement. Ainsi deux modèles fondés sur des équations de type Saint Venant associées à une loi d'écoulement spécifique ont été écrits respectivement pour représenter les écoulements canalisés et les étalements hors d'un chenal principal. Ces deux modèles ont été validés par comparaison à des écoulements de fluides modèles au laboratoire. L'accent est actuellement mis sur l'utilisation pratique de ces modèles au terrain dans le cadre de zonages des risques torrentiels. Compte tenu de l'indétermination pesant sur l'ampleur de ces phénomènes dans la plupart des cas, une approche fondée sur des scénarios de crue est nécessaire. Une telle approche nécessite l'utilisation couplée des deux modèles précédemment cites mais également l'emploi de méthodes de laboratoire ou de terrain visant à une meilleure caractérisation des matériaux susceptibles de s'écouler. Une telle approche permet également de mettre en évidence les méconnaissances actuelles qui sont susceptibles de limiter les performances des outils proposés.