De l'autre côté du sommet du Hochvogel, haut de 2592 mètres, dans la région de l'Allgäu en Allemagne, une fissure dangereuse est béante et s'agrandit. Le versant sud de la montagne menace de glisser dans la vallée autrichienne de Hornbach, libérant jusqu'à 260, 000 mètres cubes de débris calcaires - correspondant à ~260 maisons unifamiliales. Crédit :TU München
Tout le sommet du Hochvogel, haut de 2592 mètres, est tranché par une fracture de cinq mètres de large et trente mètres de long. Il continue de s'ouvrir jusqu'à un demi-centimètre par mois. À travers les années, le versant sud de la montagne s'est déjà affaissé de plusieurs mètres; et à un moment donné ça va échouer, libérant jusqu'à 260, 000 mètres cubes de débris calcaires dans la vallée de Hornbach en Autriche. Un tel volume correspondrait approximativement à 260 maisons familiales. Quand cela se produira est difficile à prédire par les méthodes conventionnelles. Des chercheurs du Helmholtz Center Potsdam—Centre de recherche allemand pour les géosciences et de l'Université technique de Munich ont abordé cette question par des capteurs sismiques. Les appareils enregistrent la vibration subtile du sommet :semblable à une corde de violon qui est plus ou moins tirée, la hauteur du sommet change au fur et à mesure qu'elle devient stressée, un effet qui permet un aperçu unique de la phase de préparation d'un éboulement à venir. Ainsi, un avertissement en temps opportun devrait également devenir possible, même si les habitations humaines ne sont pas directement menacées sur ce site. L'étude vient d'être publiée dans la revue Processus et reliefs à la surface de la Terre .
Les ruptures de pente rocheuse façonnent le paysage
De grandes ruptures de pente rocheuse se produisent encore et encore. Ils jouent un rôle central dans l'évolution à long terme des paysages. Et ils sont d'un intérêt fondamental pour l'aménagement du territoire et les aspects liés aux risques. Cependant, car ils surviennent soudainement et se déroulent ensuite à grande vitesse, de tels mouvements de masse sont difficiles à étudier. En général, il est clair que la charge mécanique ou les fluctuations de température créent des contraintes à l'intérieur de la roche, qui se libère ensuite dans des processus de désintégration :les fissures évoluent à différentes échelles spatiales. A un moment donné, la structure est devenue suffisamment instable pour finalement se briser. Alors que la phase de défaillance a déjà été bien étudiée, il existe encore des lacunes considérables dans les connaissances concernant leurs précurseurs à plus long terme. L'une des raisons est que l'installation d'équipements de mesure permanents en haute montagne est difficile et coûteuse. L'autre raison est que la surveillance à long terme a souvent été effectuée jusqu'à présent à l'aide de données de télédétection ou de capteurs qui ne collectent que des données ponctuelles. Aucune de ces approches n'a été capable d'enregistrer les processus à l'intérieur d'un volume rocheux avec suffisamment de détails temporels et spatiaux, en continu et dans un contexte spatial plus large.
Pour comprendre quand et pourquoi la masse rocheuse instable du Hochvogel devient mobile, en 2018 des chercheurs autour de Michael Dietze du GFZ avaient déployé un réseau de six sismomètres au sommet, chacun à une distance de trente à quarante mètres les uns des autres. Pour plusieurs mois, les capteurs ont enregistré la fréquence avec laquelle la montagne oscille d'avant en arrière. Les vibrations sont causées par le vent et de nombreuses petites excitations de la surface de la Terre, et la fréquence du sommet est déterminée par des facteurs tels que la température, contrainte de la roche et fragilisation des matériaux.
Autour de la fissure de 5 mètres de large et 30 mètres de long, les chercheurs dirigés par Michael Dietze du GFZ ont installé un réseau de six sismomètres, qu'ils utilisent pour espionner le sommet alpin lorsqu'il se brise. Crédit :TU Munich
Nouvelle méthode de surveillance avec des sismomètres
Au cours de l'été 2018, les chercheurs ont pu mesurer un modèle de fréquence récurrent en dents de scie :sur une période de cinq à sept jours, il est passé à plusieurs reprises de 26 à 29 Hertz, pour revenir à sa valeur d'origine en moins de deux jours. L'augmentation de la fréquence est causée par l'augmentation des contraintes dans la masse rocheuse. Au fur et à mesure que la fréquence baisse, les capteurs ont également enregistré un taux accru de signaux de fissure, comme ils sont connus pour se produire lorsque la roche est déchirée. Cette augmentation et cette diminution cycliques de la contrainte par mouvement saccadé sont également appelées mouvement de glissement de bâton. C'est un précurseur typique des grands mouvements de masse. Le facteur décisif ici est que plus cet événement se rapproche, plus les cycles observés sont courts, ce qui en fait un indicateur de danger important.
"Avec l'aide de l'approche sismique, nous pouvons maintenant pour la première fois sentir, enregistrer et traiter ce phénomène cyclique en continu et quasiment en temps réel, " dit Michael Dietze, chercheur post-doctoral dans la Section de Géomorphologie du GFZ. Il collabore avec des collègues de l'Université technique de Munich dans le projet AlpSenseBench, qui se concentre sur l'instrumentation d'autres sommets alpins pour étudier l'évolution progressive de l'instabilité des roches.
Dietze estime que la nouvelle approche sismique est encore loin de devenir une application de routine :« Nous avons actuellement montré la preuve de concept, pour ainsi dire, et maintenant les résultats doivent être répétés ailleurs. » D'un point de vue technique, ça ne devrait pas être trop difficile, Dietze croit. Et avec l'augmentation de l'activité sur les nombreux autres sommets des Alpes, les domaines d'application sont également nombreux.
Les chercheurs observent un motif caractéristique en dents de scie dans la fréquence de la montagne (sommet) :elle monte avec le stress dans la roche et redescend après des jours. Dans le processus, les signaux sismiques sont enregistrés (en bas), qui se produisent lorsque la roche se fissure. Si les cycles deviennent plus courts, un éclatement de masse approche. C'est aussi un indicateur de danger. Crédit :Dietze/GFZ
Perspectives :Rôle de l'eau et de la glace dans les fissures
Au cours de leurs mesures, qui, avec des interruptions dues à la foudre, s'étend de juillet à octobre, les chercheurs ont fait une autre découverte intéressante :alors que l'accumulation et la libération du stress en dents de scie étaient clairement visibles au cours des premiers mois après la fonte des neiges, il a disparu à la fin de l'été de l'année de sécheresse 2018. Apparemment, le sommet a manqué d'un lubrifiant essentiel durant l'été :l'eau. D'ici là, seule une variation diurne de la fréquence de vibration du sommet a joué un rôle :pendant les heures froides de la nuit, la roche se contracte, les fissures deviennent plus grandes et la connexion à la roche solide devient moins rigoureuse, entraînant une diminution de la fréquence de vibration. À son tour, la chaleur du soleil permet à la masse rocheuse de se dilater, fermeture de petites fissures et provoquant ainsi une élévation de la fréquence de vibration.
Sur une période de deux ans supplémentaires, les chercheurs vont maintenant étudier comment ces cycles diurnes et plus longs interagissent et comment les hivers froids affecteront les profondeurs, crevasses remplies d'eau qui coupent le Hochvogel. Cela comprend l'étude des conséquences de l'activité de la masse rocheuse au sommet pour le versant sud par un réseau sismique plus large qui s'étend vers le Hornbachtal. Les établissements dans cette vallée ne seront pas menacés par le gaspillage massif le long des pentes, mais l'accès au sommet depuis cette zone a déjà été fermé il y a des années en raison d'un risque imminent de chute de pierres.
