Mise en place des écoulements granulaires volcaniques Apport du couplage terrain / modélisation numérique

Les écoulements pyroclastiques et les avalanches de débris sont constitués de particules dont lestailles varient de celles des cendres fines à celles de blocs souvent supérieurs au mètre cube. Cesmélanges de particules, qui interagissent probablement avec des gaz volcaniques et atmosphériques,ont un comportement physique particulièrement complexe. Un des défis majeurs est d’expliquer parquels mécanismes ils deviennent si fluides, capables de s’écouler sur de grandes distances (plusieurskilomètres à dizaines de kilomètres) avec des épaisseurs relativement faibles (quelques décimètres àdizaines de mètres).Pour cerner le comportement rhéologique global de tels écoulements, l’approche menée dans cemémoire consiste à sélectionner des évènements naturels suffisamment bien préservés ou observéspour avoir le maximum de contraintes possibles sur les conditions initiales : débit, volume,topographie, direction d’écoulement, etc. Puis, ces écoulements sont reproduits par simulationnumérique en testant des modèles simples de comportement (Coulomb, visqueux, Bingham, etc.), lemodèle retenu étant celui qui reproduit au mieux les phénomènes naturels (épaisseurs, extensions,distances atteintes, vitesses, etc.)Toutes les simulations réalisées convergent vers la même conclusion : les écoulements granulairesnaturels ne se comportent pas comme des écoulements granulaires en laboratoire. Ils ne suivent pasune loi Coulomb quelle que soit la valeur de l’angle de frottement utilisée. En revanche, uncomportement plastique donne souvent des résultats très proches de la réalité. Il permet dereproduire la mise en place de la plupart des avalanches de débris et des écoulements pyroclastiquesétudiés. Il reproduit la morphologie à lobes et levées souvent observée sur le terrain. Il explique aussiles structures de l’avalanche de Socompa (Chili) et fournit un cadre dynamique permettant d’aller plusloin dans la compréhension de la formation des avalanches par des études de terrains de détails et desétudes de géochimie fine.Si le comportement plastique reproduit si bien les écoulements naturels, c’est que leur physiqueest très probablement essentiellement contrôlée par une relation entre l’épaisseur des écoulementset leur capacité à s’écouler. En revanche, cette relation est loin d’être comprise. Les conclusions destravaux présentés ici démontrent la nécessité d’affiner et surtout de comprendre ce comportementgénéral. Il faudra développer des modèles numériques des interactions à l’échelle particules/gaz afind’éviter au maximum les hypothèses sur une rhéologie globale encore trop mal comprise. Pours’assurer que les nouveaux modèles reproduiront correctement la réalité, un effort important devraêtre mené pour obtenir les données de terrain les plus quantifiées possibles sur les écoulementsnaturels