Un glissement de terrain peu profond s'est transformé en une coulée de débris qui a emporté une maison à Sausalito, Californie, à 3 heures du matin le 14 février, 2019. Une femme a été enterrée dans les restes de sa maison, mais a survécu avec seulement des blessures mineures. Crédit :Ville de Sausalito
La menace de glissements de terrain est à nouveau d'actualité alors que des tempêtes hivernales torrentielles en Californie menacent de saper les collines ravagées par le feu et de provoquer des coulées de débris mortelles qui s'écrasent sur les maisons et inondent les routes.
Mais il ne faut pas des feux de forêt pour révéler le danger de glissement de terrain, Université de Californie, Berkeley, disent les chercheurs. Les relevés aériens utilisant la cartographie laser aéroportée - LiDAR (détection et télémétrie par la lumière) - peuvent fournir des informations très détaillées sur la topographie et la végétation qui permettent aux scientifiques d'identifier les zones sujettes aux glissements de terrain qui pourraient céder lors d'une tempête de pluie attendue. Ceci est particulièrement important pour prédire où les glissements de terrain peu profonds – ceux impliquant uniquement le manteau du sol – peuvent se mobiliser et se transformer en descendant la pente en coulées de débris destructrices.
La prise, ils disent, est que ces informations ne peuvent pas encore aider à prédire l'ampleur et le danger potentiel des glissements de terrain, ce qui signifie que les évacuations peuvent cibler beaucoup plus de personnes que celles qui sont réellement menacées par les grands glissements de terrain et les coulées de débris.
Dans un nouvel article paru cette semaine dans le journal Actes de l'Académie nationale des sciences, les scientifiques, Le géologue de l'UC Berkeley William Dietrich et le scientifique du projet Dino Bellugi rapportent leur dernière tentative de marquage des zones sujettes aux glissements de terrain en fonction de leur taille probable et de leur potentiel de danger, dans l'espoir de prévisions plus précises. Leur modèle prend en compte les aspects physiques des versants :raideur, les structures racinaires qui maintiennent la pente en place et la composition du sol - et les voies empruntées par l'eau lorsqu'elle descend la pente et pénètre dans le sol.
Encore, alors que le modèle est meilleur pour identifier les zones sujettes à des glissements de terrain plus importants et potentiellement plus dangereux, les chercheurs ont découvert des facteurs affectant la taille des glissements de terrain qui ne peuvent pas être facilement déterminés à partir de données aériennes et doivent être évalués depuis le sol - une tâche ardue, si l'on est préoccupé par l'ensemble de l'état de Californie.
Les principales inconnues sont à quoi ressemblent le sous-sol et le substrat rocheux sous-jacent et l'influence des glissements de terrain passés sur les conditions du sol.
"Nos études mettent en évidence le problème de la surprédiction :nous avons des modèles qui prédisent avec succès l'emplacement des glissements qui se sont produits, mais ils finissent par prédire beaucoup d'endroits qui ne se sont pas produits à cause de notre ignorance du sous-sol, " dit Dietrich, Professeur de sciences de la Terre et des planètes à l'UC Berkeley. "Nos nouvelles découvertes soulignent spécifiquement que la structure spatiale du matériau du versant—profondeur du sol, force des racines, perméabilité et variabilité à travers la pente - jouent un rôle dans la taille et la distribution et, donc, le danger lui-même. Nous nous heurtons à un mur - si nous voulons aller plus loin avec la prévision des glissements de terrain qui tente de spécifier où, quand et quelle sera l'ampleur d'un glissement de terrain, nous devons avoir des connaissances qui sont vraiment difficiles à obtenir, mais ça compte."
Des modèles clés pour des évacuations ciblées
Des décennies d'études par Dietrich et d'autres ont conduit à des modèles prédictifs d'où et dans quelles conditions de précipitations les pentes échoueront, et de tels modèles sont utilisés dans le monde entier en conjonction avec des modèles de prévision météorologique pour identifier les zones qui pourraient subir des glissements lors d'une tempête venant en sens inverse et avertir les résidents. Mais ces modèles, déclenché par ce que l'on appelle des "seuils de précipitations empiriques, " sont conservateurs, et les agences gouvernementales finissent souvent par émettre des avertissements d'évacuation pour de vastes zones afin de protéger les vies et les biens.
Dietrich, qui dirige l'observatoire de la zone critique d'Eel River - un projet d'une décennie visant à analyser comment l'eau se déplace depuis la canopée des arbres jusqu'au sol et au substrat rocheux et dans les cours d'eau - essaie d'améliorer les modèles de prédiction de la taille des glissements de terrain basés sur la physique des pentes. L'imagerie laser aéroportée utilisant le LiDAR peut fournir des détails à l'échelle submétrique, non seulement de la végétation, mais aussi du sol sous la végétation, permettant des mesures précises des pentes et une bonne estimation des types de végétation sur les pentes.
Photographie aérienne d'une pente après une tempête de pluie en février 2017 qui a généré 595 glissements de terrain peu profonds dans une zone de 16 kilomètres carrés (6,4 milles carrés) dans les collines à l'ouest de Williams, Californie. Dans l'image, le paysage descend de gauche à droite. L'élément ascendant brun plus foncé de chaque cicatrice est le glissement de terrain, tandis que la zone plus claire en aval enregistre le chemin emprunté par le glissement de terrain lorsqu'il s'est mobilisé sous forme de coulée de boue, récurer localement et enfouir l'herbe dans la boue. La barre d'échelle en bas à gauche mesure 11 mètres (36 pieds) de long. Crédit :National Center for Airborne Laser Mapping
Les pentes échouent pendant les orages, il a dit, parce que la pression de l'eau dans le sol - la pression interstitielle - sépare les particules du sol, les rendant flottants. La flottabilité réduit la friction retenant les particules de sol contre la gravité, et une fois que la masse de la lame est suffisante pour casser les racines qui maintiennent le sol en place, la pente s'affaisse. Les glissements peu profonds peuvent n'impliquer que la partie supérieure du sol, ou parcourez jusqu'au substrat rocheux et poussez tout ce qui se trouve en dessous de la pente, créant des coulées de débris mortelles qui peuvent parcourir plusieurs mètres par seconde.
Chaque année humide le long de la côte du Pacifique, des maisons sont emportées et des vies sont perdues à cause de grands glissements de terrain, bien que la menace soit mondiale. Comme l'illustre un glissement de terrain à Sausalito il y a exactement deux ans, les glissements de terrain peuvent provenir d'une courte distance en amont et se transformer en une coulée de débris parcourant des mètres par seconde avant de heurter une maison. La taille du glissement de terrain initial influencera la profondeur et la vitesse de l'écoulement et la distance qu'il peut parcourir en descendant la pente dans les canyons, dit Dietrich.
Avec les modèles d'ordinateurs antérieurs, Dietrich et ses collègues ont pu identifier plus précisément les endroits sur les pentes qui subiraient des glissements de terrain. En 2015, par exemple, Bellugi et Dietrich ont utilisé leur modèle informatique pour prédire les glissements de terrain peu profonds sur une pente de colline bien étudiée dans la baie de Coos, Oregon, pendant une séquence d'orages déclenchant des glissements de terrain, basé uniquement sur ces mesures physiques. Ces modèles ont utilisé des données LiDAR pour calculer la pente et comment l'eau s'écoulerait vers le bas de la pente et affecterait la pression interstitielle à l'intérieur de la pente ; l'histoire saisonnière des précipitations dans la région, ce qui permet d'évaluer la quantité d'eau souterraine présente ; et des estimations de la force du sol et des racines.
Dans le nouveau journal, Bellugi et David Milledge de l'Université de Newcastle à Newcastle upon Tyne au Royaume-Uni ont testé le modèle de prédiction des glissements de terrain sur deux paysages très différents :un paysage très escarpé, colline profondément gravée et boisée dans l'Oregon, et une douceur, herbeux, vallée glaciaire en pente douce dans le célèbre Lake District en Angleterre.
Étonnamment, ils ont constaté que la distribution des petits et grands glissements de terrain peu profonds était assez similaire dans les deux paysages et pouvait être prédite s'ils prenaient en compte une information supplémentaire :la variabilité de la force des pentes à travers ces versants. Ils ont découvert que de petits glissements peuvent se transformer en glissements majeurs si les conditions—la force du sol, force des racines et pression interstitielle — ne varient pas suffisamment sur de courtes distances. Essentiellement, les petites glissades peuvent se propager à travers la pente et devenir plus grandes en reliant des zones isolées sujettes aux glissades, même s'ils sont séparés par une pente plus solide.
« Ces zones sensibles aux glissements de terrain peu profonds, même si vous pouvez les définir, peut fusionner, s'ils sont assez proches les uns des autres. Ensuite, vous pouvez avoir un grand glissement de terrain qui englobe certaines de ces petites zones de faible résistance, " a déclaré Bellugi. " Ces zones de faible résistance peuvent être séparées par des zones fortes - elles peuvent être densément boisées ou moins escarpées ou plus sèches - mais si elles ne sont pas bien séparées, alors ces zones peuvent fusionner et provoquer un glissement de terrain géant."
« Sur les coteaux, il y a des arbres et de la topographie, et nous pouvons les voir et les quantifier, " ajouta Dietrich. " Mais en partant de la surface et en descendant dans le sol, il y a beaucoup de choses dont nous avons besoin dans les modèles que nous ne pouvons pas maintenant quantifier sur de grandes surfaces :la variation spatiale de la profondeur du sol et de la force des racines et l'influence de l'écoulement des eaux souterraines, qui peuvent émerger du substratum rocheux sous-jacent et influencer la pression interstitielle du sol."
Obtenir des informations aussi détaillées sur une pente entière est un effort herculéen, dit Dietrich. Sur les pentes de l'Oregon et du Lake District, les chercheurs ont parcouru ou scanné toute la zone pour cartographier la végétation, composition et profondeur du sol, et les toboggans passés mètre par mètre, puis minutieusement estimé la force des racines, ce qui est peu pratique pour la plupart des pentes.
"Ce que cela dit, c'est que pour prédire la taille d'un glissement de terrain et une distribution de taille, nous avons une barrière importante qui va être difficile à franchir - mais nous en avons besoin - qui est de pouvoir caractériser les propriétés des matériaux du sous-sol, " a déclaré Dietrich. " L'article de Dino dit que la structure spatiale du sous-sol est importante. "
Les études de terrain précédentes des chercheurs ont révélé, par exemple, que le substratum rocheux fracturé peut permettre un écoulement localisé de l'eau souterraine et miner des pentes autrement stables, quelque chose qui n'est pas encore observable par des relevés aériens.
Ils demandent des recherches plus intensives sur les versants escarpés pour être en mesure de prédire ces caractéristiques du sous-sol. Cela pourrait inclure plus de forage, l'installation d'équipements de surveillance hydrologique et l'application d'autres outils géophysiques, y compris les pénétromètres à cône, qui peut être utilisé pour cartographier les sols susceptibles de rupture.
