A3 Avalanches et flux massiques

Topique

Les avalanches de neige sont des écoulements rapides, entraînés par la gravité, qui dévalent une pente. Elles se déclenchent lorsque la contrainte de cisaillement exercée par le poids du manteau neigeux sur une couche fragile dépasse la résistance au cisaillement de cette même couche ou de l'interface critique entre les couches. On distingue deux principaux types d'avalanches : les avalanches de plaque, où une couche de neige cohésive se fracture brutalement sur la couche fragile sous-jacente, et les avalanches de poudreuse, des nuages ​​de particules de neige en suspension dans l'air qui se comportent comme un fluide dense lors de leur descente.

La physique fondamentale d'une avalanche de neige combine la mécanique de la rupture, qui explique son déclenchement, et la dynamique des écoulements granulaires denses, qui explique sa propagation. Lors du déclenchement, la résistance au cisaillement de la couche fragile dépend de deux propriétés de cette couche : sa cohésion, c'est-à-dire la force avec laquelle les particules de neige qui la composent sont liées, et son angle de frottement interne, qui mesure la résistance de ces particules au glissement les unes sur les autres sous une charge donnée. Plus la cohésion de la couche fragile est importante et plus son angle de frottement interne est grand, plus sa résistance au cisaillement est élevée et plus la contrainte de cisaillement nécessaire pour déclencher l'avalanche est importante.

Une fois l'écoulement de l'avalanche amorcé, un modèle de dynamique des écoulements granulaires denses décompose la résistance rencontrée par cet écoulement en deux composantes. La première composante est le frottement de base, qui dépend de l'intensité du frottement de l'avalanche contre le sol sous-jacent lors de sa descente. La seconde composante est une composante turbulente, qui dépend de la vitesse de l'avalanche elle-même et devient prépondérante à mesure que l'avalanche s'écoule rapidement. Ainsi, à faible vitesse, le frottement de base est prédominant, tandis qu'à vitesse élevée, c'est la composante turbulente qui prédomine. En combinant ces deux composantes de résistance, ce modèle de dynamique des écoulements granulaires denses décrit le comportement complet de l'avalanche de neige, de son point de départ à son point de dépôt final. Les coulées de débris glaciaires combinent eau de fonte et sédiments. Contrairement aux avalanches de neige décrites précédemment, elles présentent un comportement viscoplastique : une coulée de débris glaciaire se comporte comme un solide rigide tant que la contrainte appliquée reste inférieure à un certain seuil, mais se comporte comme un fluide visqueux dès que ce seuil est dépassé. Ce comportement viscoplastique distingue une coulée de débris glaciaire d'une avalanche de plaque et d'une avalanche de neige poudreuse, bien que ces trois phénomènes partagent la même origine gravitationnelle décrite au début.

Ces coulées de débris peuvent atteindre des vitesses de pointe comprises entre dix et cent mètres par seconde pour les avalanches de neige poudreuse, et exercer des pressions d'impact comprises entre dix et mille kilopascals sur tout obstacle rencontré. La distance parcourue par une avalanche de neige ou un écoulement de débris glaciaires est proportionnelle à son volume total : plus le volume total de neige, de glace ou de sédiments impliqués est important, plus la distance parcourue par l'écoulement de masse avant de s'arrêter est grande, la même contrainte de cisaillement initiale et la même résistance au cisaillement décrites au début de cette description déterminant finalement la quantité de masse mise en mouvement et la distance qu'elle parcourt.

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