Le glissement de terrain survenu à Brienz (GR) en 2023 a tenu la Suisse en haleine pendant des semaines. Des chercheurs de l’ETH Zurich, du WSL et du SLF ont utilisé un modèle pour prédire à l’aveugle de manière très précise l’endroit où la masse glissante s’arrêterait. Le professeur Johan Gaume de l’ETH Zurich explique comment fonctionne le modèle et où se situent ses limites.
Johan Gaume, professeur associé en mouvements de masse alpins à l’ETH et au SLF, étudie les avalanches, les glissements de terrain, les coulées granulaires et les coulées de débris. Lui et son équipe ont développé un nouveau logiciel de simulation pour estimer quelles zones pourraient être menacées par de telles catastrophes naturelles. Juste avant le glissement de terrain à Brienz, ils ont pu prédire jusqu’où l’avalanche de roches pourrait se déplacer – et l’événement réel a finalement fourni une preuve « empirique » de la précision de la simulation. Dans cette interview, le chercheur explique comment fonctionne son modèle et pourquoi il a hésité à communiquer ses conclusions l’été dernier, alors que le glissement de terrain faisait la une de l’actualité.
ETH News: Grâce à votre nouveau modèle, vous avez pu prédire à l’avance, avec une précision au mètre près, où les débris du glissement de terrain de Brienz s’arrêteraient. Quel est le secret de ce modèle ?
Johan Gaume : Les modèles précédents étaient bidimensionnels et élaborés selon des lois empiriques de frottement dont les paramètres étaient généralement rétro-calculés à partir de données d’événements passés. Comme les événements réels ne se produisent pas très souvent dans des conditions similaires, le calage n’est pas aisé, ce qui entraîne d’importantes incertitudes de modélisation. Notre modèle, en revanche, basé sur les matériaux impliqués, à savoir la glace, la neige et la roche, est entièrement tridimensionnel et ne nécessite essentiellement que trois composants : un modèle numérique d’élévation pour représenter la topographie, le volume de matériaux libérés et divers éléments mécaniques. des propriétés telles que le frottement et la rigidité de la masse du glissement de terrain. Nous pouvons évaluer ces facteurs à l’aide d’essais géotechniques classiques en laboratoire.
Le modèle a-t-il été développé spécifiquement pour le cas de Brienz ?
Non. Il a été initialement développé pour simuler des avalanches de neige. Cependant, comme notre code est basé sur les matériaux, il est relativement facile d’ajouter un modèle de matériau différent et de simuler le comportement de la roche, de la glace et de l’eau.
Pourquoi Brienz était-il si important pour vous ?
Brienz a été pour nous l’occasion d’apporter notre contribution et de tester la précision avec laquelle notre modèle prédit de tels événements. Jusqu’à récemment, nous n’avions pu tester notre modèle de page externe que sur des événements passés call_made. C’est ce qui nous a particulièrement intéressé à Brienz. Compte tenu de la forte probabilité qu’un événement majeur de ce type se produise, nous avons utilisé nos simulations pour réaliser une prévision aveugle et présenté nos résultats aux autorités cantonales.
Quelle était la prévision ?
Nous avons créé deux scénarios : un scénario sec et un scénario pessimiste impliquant beaucoup d’eau, ce qui augmente la mobilité du matériau rocheux. Dans le cas d’un glissement de terrain sec, nous avions prévu que le glissement s’arrêterait à environ 20 mètres du village. Cependant, notre deuxième scénario indiquait que l’éboulement pourrait affecter plus de la moitié du village si beaucoup d’eau était impliquée.
Cela ressemble à une prévision très précise pour un scénario sec. Dans quelle mesure votre modèle est-il réaliste ?
Même si nous avons été heureux de constater que notre simulation était bien confirmée par la réalité, nos résultats de modélisation n’étaient pas parfaits et comportaient quelques écarts. Par exemple, le volume de matière dans notre simulation a été légèrement surestimé. De plus, notre modèle présentait un écartement latéral plus important que ce que nous avons observé dans la réalité.
Pourquoi avez-vous retenu vos prédictions l’été dernier ?
Même si j’étais satisfait de la précision de la simulation sur laquelle nous travaillions depuis des années et que je souhaitais le communiquer rapidement dans le cas de Brienz, il restait un certain nombre d’incertitudes majeures – comme la question de l’eau et le scénario de rejet. S’il y avait eu beaucoup d’eau impliquée, la simulation aurait été très imprécise car elle ne modélise pas entièrement les couplages hydro-mécaniques. C’est quelque chose sur lequel nous travaillons actuellement. Mais nous étions également réticents à communiquer notre prédiction étant donné la sensibilité de l’aspect politique. Les personnes présentes sur place auraient pu mal comprendre un tel message. Si mon modèle prédit qu’un événement majeur va se produire et s’arrêtera à 20 mètres de chez moi, j’évacuerai évidemment face à trop d’incertitudes.
Depuis combien de temps travaillez-vous sur ce modèle ?
Depuis 2017. C’est à cette époque que j’ai commencé à travailler avec mes collègues du SLF et de l’Université de Californie à Los Angeles (UCLA) sur une nouvelle génération de modèles informatiques qui simulent le plus précisément possible les mouvements des masses alpines. Il s’agit non seulement de coulées de neige, de glace, de roches et de débris, mais aussi de cascades – un processus dans lequel, par exemple, une avalanche de roche et de glace déclenche une coulée de débris. Dans l’ensemble, j’ai passé des années à travailler sur les aspects de modélisation liés au déclenchement et à la dynamique des mouvements de masse dans les Alpes.
Comment pouvez-vous améliorer le modèle ?
Un chercheur postdoctoral de mon groupe à l’ETH/SLF réanalyse actuellement les données de Brienz et nous effectuerons des simulations supplémentaires pour évaluer nos prévisions et découvrir ce que nous aurions pu faire mieux. Nous présenterons nos simulations aveugles et les analyses ultérieures lors de la conférence INTERPRAEVENT 2024 à Vienne cet été. Nous développons également d’autres modèles dans lesquels nous pouvons combiner des solides et des liquides en même temps afin d’obtenir un mélange d’un liquide visqueux et de particules plus grosses comme des rochers. Nous étendons également nos modèles pour mieux analyser les effets du réchauffement climatique. Pour ce faire, nous avons besoin de modèles qui non seulement simulent l’interaction entre les phases liquide et solide, mais qui capturent également les changements de phase du solide au liquide ou les effets de température. Nous travaillons également à la simulation de cascades de processus, comme celles qui se sont produites au Piz Cengalo, au-dessus de Bondo. Dans le cas de telles cascades, un événement en déclenche un autre, qui en déclenche un autre. De telles cascades de processus catastrophiques pourraient devenir plus fréquentes et plus intenses en raison du changement climatique. Ils commencent en hauteur dans la zone alpine et peuvent descendre dans la vallée sous forme d’un mélange de composants liquides et solides.
Mettez-vous vos modèles à disposition des praticiens ?
Afin de mettre les modèles à la disposition des praticiens, il faut d’abord les rendre plus faciles à utiliser. Nous commencerons bientôt à travailler sur le développement d’une interface utilisateur graphique pour les rendre plus conviviales. Nous souhaitons également améliorer l’efficacité de notre code. La simulation de Brienz, par exemple, avait une résolution de deux mètres et utilisait environ deux millions de particules. Son exécution sur un bon ordinateur de bureau a pris moins de dix minutes. Une version pouvant utiliser des processeurs graphiques et des outils d’IA permettrait soit d’améliorer la résolution, soit d’avoir des résultats de simulation disponibles en moins d’une minute.
Comment allez-vous utiliser le modèle à l’avenir ?
Nous utilisons actuellement notre modèle à des fins de recherche et de conseil. Nous avons reçu des demandes des autorités cantonales et des sociétés d’ingénierie pour réaliser des simulations dans des cas où les approches classiques sont difficiles. Cependant, la plupart de nos travaux concernent actuellement la recherche. Compte tenu des améliorations et des développements que nous prévoyons pour notre modèle, je soupçonne qu’il pourrait également intéresser les praticiens.
À quels autres cas en Suisse ou dans les Alpes pourriez-vous appliquer votre modèle dans un avenir proche ?
Nous participons actuellement à un important projet du WSL intitulé Climate Change Impacts on Mass Movements (CCAMM), dans le cadre duquel nous réalisons des scénarios et des simulations dans la région de Kandersteg, à Spitze Stei, au-dessus du lac Oeschinen, où la pente rocheuse est considérée comme instable. Nous simulons une avalanche de roches potentiellement massive qui pourrait atteindre le lac et déclencher un tsunami. Cela pourrait entraîner des sédiments saturés et provoquer une coulée de débris qui pourrait mettre en danger le village de Kandersteg.
