Des ingénieurs de l'Université Duke ont développé un nouveau modèle complet de glissements de terrain profonds et ont démontré qu'il peut recréer avec précision la dynamique des glissements de terrain historiques et actuels qui se produisent dans diverses conditions.

En regardant au-delà des mesures standard de vitesse et de niveaux d'eau, le modèle indique que la température d'une couche d'argile relativement mince à la base du glissement de terrain est essentielle à son potentiel de rupture cataclysmique soudaine. L'approche est actuellement utilisée pour surveiller l'évolution d'un glissement de terrain en Andorre et suggère des méthodes pour atténuer le risque de son escalade ainsi que tout autre futur glissement de terrain profond.

Les résultats sont publiés en ligne le 15 juin dans le Journal of Geophysical Research—Terre Surface .

"J'ai publié un article il y a plus d'une décennie qui expliquait ce qui s'était passé au barrage de Vajont, l'une des plus grandes catastrophes causées par l'homme de tous les temps, " a déclaré Manolis Veveakis, professeur assistant de génie civil et environnemental à Duke. "Mais ce modèle était extrêmement limité et limité à cet événement spécifique. Ce modèle est plus complet. Il peut être appliqué à d'autres glissements de terrain, fournissant des critères de stabilité et des conseils sur quand et comment ils peuvent être évités."

La catastrophe dont parle Veveakis s'est produite au barrage de Vajont, l'un des plus hauts du monde à 860 pieds, dans le nord de l'Italie en 1963. Après des années à tenter d'atténuer un ralentissement, glissement de terrain incrémentiel d'environ un pouce par jour dans le flanc de la montagne adjacente en abaissant le niveau d'eau du lac derrière le barrage, le glissement de terrain s'est soudainement accéléré sans avertissement. Près de 10 milliards de pieds cubes de roche se sont effondrés dans la gorge et dans le lac à près de 70 milles à l'heure. Cela a créé un tsunami de plus de 800 pieds de haut qui s'est écrasé sur le barrage, anéantissant complètement plusieurs petites villes ci-dessous et tuant près de 2, 000 personnes.

Avant la catastrophe, les scientifiques ne pensaient pas qu'un glissement de terrain potentiel entraînerait un tsunami de plus de 75 pieds de haut. Ils restent perplexes quant à la façon dont ce glissement de terrain s'est déplacé si violemment et si soudainement.

En 2007, Veveakis a rassemblé les pièces et développé un modèle qui correspond aux observations scientifiques de la catastrophe. Il a montré comment l'eau s'infiltrant dans la roche au-dessus d'une couche d'argile instable a provoqué un glissement de terrain rampant, qui à son tour échauffait et déstabilisait davantage l'argile dans une boucle de rétroaction jusqu'à ce qu'elle tombe rapidement en panne.

"L'argile est un matériau très sensible à la chaleur et elle peut créer une bande de cisaillement très sensible au frottement, " a déclaré Caroline Segui, un doctorat candidat dans le laboratoire de Veveakis et premier auteur du nouvel article. "C'est le pire matériau à avoir dans un endroit aussi critique et c'est un cauchemar pour les ingénieurs civils qui construisent quoi que ce soit n'importe où."

Ce premier modèle, cependant, utilisé uniquement le dernier mois des données du barrage de Vajont, quand le niveau d'eau était presque constant. Il ignorait toute sorte de variation des eaux souterraines, en supposant essentiellement que la charge externe est restée constante. Alors que ce modèle a fonctionné pour expliquer l'échec inattendu du glissement de terrain de Vajont, les hypothèses du modèle ont rendu impossible l'offre d'évaluations en temps réel ou l'utilisation dans d'autres scénarios.

Dans la nouvelle étude, Vévéakis, Ségui et Hadrien Rattez, chercheur postdoctoral au laboratoire de Veveakis, bouchez les trous de l'ancien modèle et offrez la possibilité d'incorporer une combinaison de chargement externe dépendant du temps et de dégradation interne. Le modèle résultant est capable de recréer et de prédire des observations prises à partir de très différents, glissements de terrain profonds.

"Les modèles de glissement de terrain traditionnels ont une résistance matérielle interne statique, et si vous le dépassez le glissement de terrain échoue, " dit Veveakis. " Mais dans des exemples comme ceux-ci, le glissement de terrain est déjà en mouvement car sa force a déjà été dépassée, donc ces modèles ne fonctionnent pas. D'autres ont essayé d'utiliser l'apprentissage automatique pour ajuster les données, qui a fonctionné parfois, mais cela n'explique pas la physique sous-jacente. Notre modèle intègre les propriétés des matériaux souples, lui permettant d'être appliqué à plus de glissements de terrain avec des caractéristiques de charge différentes et de fournir un critère de stabilité opérationnelle en surveillant sa température basale."

En plus d'utiliser le modèle pour recréer les mouvements du toboggan Vajont et d'expliquer les mécanismes qui sous-tendent son mouvement depuis plus de deux ans, Veveakis et Segui montrent que leur modèle peut recréer et prédire avec précision les mouvements du glissement de terrain de Shuping, un autre glissement de terrain lent au barrage des Trois Gorges en Chine, le plus grand barrage du monde. Mais alors que ce glissement de terrain est également le résultat d'un lac artificiel à côté d'un barrage, c'est là que s'arrêtent les similitudes.

Avant que le barrage de Vajont ne tombe en panne, il y avait une relation assez linéaire entre le niveau du lac et la vitesse du glissement de terrain rampant. Plus le niveau du lac est bas, plus le glissement de terrain est lent. Le glissement de terrain de Shuping, cependant, se comporte en sens inverse :plus le niveau du lac est bas, plus le glissement de terrain est rapide. Et tandis que la relation entre le niveau du lac et la vitesse était à peu près linéaire au barrage de Vajont, la vitesse du glissement de terrain de Shuping est non linéaire, répondre à des sources d'eau et de chargement supplémentaires, comme les moussons saisonnières. Il est également composé de différents matériaux.

Malgré ces différences, le nouveau modèle des chercheurs est capable de reproduire avec précision les mouvements du glissement de terrain de Shuping au cours de la dernière décennie.

Dans ce cas, les chercheurs n'ont pas accès directement aux mesures prises dans la bande de cisaillement, qui est moins d'un mètre de sol de brèche brune et d'argile limoneuse. Ils doivent faire des hypothèses sur les niveaux de frottement et les températures internes pour faire fonctionner leur modèle.

Dans les montagnes d'Andorre, cependant, le glissement de terrain lent d'El Forn menace la sécurité d'un village voisin appelé Canillo et est étroitement surveillé par le gouvernement. Contrairement à la Chine ou à l'Italie, il n'y a pas de barrage ou de lac impliqué - ce glissement de terrain est accéléré par la fonte des neiges alimentant les niveaux d'eau souterraine dans les montagnes au-dessus de la ville.

Même si les conditions sont complètement différentes des deux précédents glissements de terrain, les chercheurs sont convaincus que leur modèle est à la hauteur de la tâche.

Grâce aux nombreux forages réalisés pour mieux comprendre le glissement de terrain d'El Forn, Veveakis et Segui ont pu insérer des thermomètres directement dans la bande de cisaillement d'un petit lobe qui glisse plus vite que les autres. Avec ce niveau de données disponibles, les chercheurs espèrent valider et affiner encore plus leur modèle, et même fournir des conseils sur la façon d'éviter une catastrophe potentielle si l'on commençait à se développer.

"On pourrait imaginer pomper de l'eau du sol, ou faire circuler un autre fluide froid à travers la couche de cisaillement pour la refroidir et ralentir le glissement de terrain, " dit Segui. " Ou du moins, si nous ne pouvions pas l'arrêter, pour donner suffisamment d'avertissement pour évacuer. C'est exactement pour cela que nous sommes là."