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Physique des avalanches en aérosol

Un certain nombre d'écoulements gravitaires se présentent sous la forme d'un écoulement dilué de fines particules maintenues en suspension dans l'air. On peut citer par exemple les avalanches en aérosol en montagne et les écoulements pyroclastiques sur les flancs des volcans. Ces écoulements gardent une certaine puissance dès lors que la différence de densité entre le nuage et l'air environnant est suffisamment grande : on parle alors d'écoulement en régime non-Boussinesq. Lorsque les écoulements sont dans ce régime, ils sont capables d'atteindre de très fortes vitesses (plus de 80 m/s pour une avalanche en aérosol) et de ce fait être très destructeur. La plupart des modèles théoriques décrivant ces écoulements se sont attachés à rendre compte de l'entraînement d'air dans le nuage, qui à terme provoque sa dilution complète dans l'atmsophère. Une hypothèse courante est de considérer que le taux de croissance du nuage sous l'effet de l'entraînement d'air s'exprime comme une fonction de la pente du terrain et de la différence de densité nuage/atmosphère. C'est par exemple l'hypothèse de base du modèle d'avalanche développé par les chercheurs soviétiques Kulikovskiy and Sveshnikova à la fin des années 70, puis repris ensuite par Beghin en France.


Avalanche du 10 février 1999 à Vallorcine (France) [Cliché Guy Ancey].


Nous avons récemment montré qu'une hypothèse reposant sur une base plus physique est de considérer que le nombre de Richardson est le paramètre-clé qui gouverne l'entraînement d'air. Reprenant les expériences de Beghin, nous avons montré que toutes ses expériences de laboratoire peuvent s'interpréter à la lumière de cette hypothèse. Plus intéressant, en reprenant les expériences non publiées de Beghin (et que nous avons réitérées) concernant l'effet de la reprise de matériaux par l'écoulement sur la dilution du nuage, nous avons trouvé que le modèle basé sur le nombre de Richardson fournit des grandeurs corrects alors que l'hypothèse de Kulikovskiy and Sveshnikova conduit à des résultats moins résultats (à moins de caler à nouveau les paramètres). La comparaison avec des données de terrain issues des mesures réalisées par le SLF sur le site de la Sionne (VS) a montré la pertinence du modèle proposé.


Simulation au laboratoire d'une bouffée de densité. Cliché Christophe Ancey.

 

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