Un nouvel outil de simulation 3D développé par les chercheurs de l'ETH et SLF permet désormais des prédictions beaucoup plus précises de mouvements de masse alpine complexes, soutenant la gestion des risques alpins.
Les avalanches récentes de la glace rock dans les Alpes suisses – en particulier les effondrements dramatiques près de Brienz et Blatten – indiquent également la nécessité d'approches de modélisation encore plus avancées. Les modèles plus précis aident non seulement à améliorer la compréhension et la prédiction de ces dangers naturels, mais soutiennent également une gestion plus efficace et plus sûre de ces événements dans les régions de montagne peuplées.
« Alors que les modèles moyennés par la profondeur classique sont très utiles pour les estimations du premier ordre, beaucoup ont des difficultés lorsqu'ils traitent d'un terrain robuste et irrégulier comme celui observé dans Blatten, où le comportement d'écoulement est très tridimensionnel. » C'est la conclusion tirée par Johan Gaume, professeur de mouvements de masse alpine à Eth Zürich et au WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF.
Les modèles techniquement appelés «moyennés en profondeur» ne calculent pas chaque mouvement dans un glissement de terrain ou une avalanche. Au lieu de cela, ils estiment un flux moyen – décrivant essentiellement à quelle vitesse et à quelle épaisseur sont épaisses et dans quelle direction la masse entière se déplace à travers le sol.
En 2022, Johan Gaume et ses collègues ont publié un article scientifique historique intitulé « Vers un modèle prédictif pour les mouvements de masse alpine et les cascades de processus ». En utilisant un nouvel outil de simulation 3D, ils ont pu reproduire de manière réaliste plusieurs événements catastrophiques, notamment l'avalanche Piz Cengalo Rock-Ice 2017, la infâme Vajont Landslide de 1963 Vajont 2019, suivi d'une vague d'inondation dans un réservoir, et le 2020 WhyMer Sple-Snow Avalanche.
Bien que ces simulations aient démontré les capacités de leur modèle, elles ont été réalisées après les événements, ce qui rend difficile la réclamation pleinement prédictive des scénarios du monde réel.
Brienz – le premier véritable test de précision
Le véritable test est survenu en 2023, lorsque le village de Brienz a été évacué en raison de l'effondrement imminent d'une grande partie du flanc de la montagne au-dessus. S'appuyant sur leur modèle, les chercheurs ont effectué des «simulations aveugles» dits – en ce qui concerne le modèle exactement comme développé à l'origine, sans préjudice à aucun paramètre pour mieux s'adapter au glissement de terrain réel qui a suivi plus tard. Cela a démontré que le modèle était fiable et pas seulement personnalisé pour une seule situation.
La quantité de matériau libérée a été estimée en fonction de la façon dont la surface de la montagne s'est déplacée au fil du temps, tandis que la résistance au glissement des roches a été estimée avec prudence en utilisant les résultats des tests de roche. « Notre simulation a prédit que l'avalanche qui en résulterait arrêterait à seulement des dizaines de mètres de plus des premières maisons.
En 2025, une autre situation critique a émergé en mai, lorsque le village de Blatten a été confronté à l'évacuation en raison du risque d'une défaillance massive de la glace rocheuse. Bien qu'il ne soit pas officiellement commandé et sans contact direct avec les autorités du Valais, Gaume et ses collègues ont commencé à mener des simulations. Leur objectif était de tester davantage leur modèle prédictif dans un scénario encore plus complexe et précaire que Brienz – parce que Blatten, aux côtés de la roche et de l'eau, la glace était également impliquée et le terrain est extrêmement complexe.
Modélisation précise de l'avalanche de glace Blattten.
« Compte tenu de la situation dramatique de Blastten et de la nouveauté de notre approche de modélisation, nous avons procédé à une grande prudence et soumis le modèle à un processus de vérification rigoureux pour assurer sa précision et sa fiabilité », souligne Gaume. Les chercheurs ont modélisé la libération d'un mélange rocheux-glace de 10 millions de mètres cubique, en supposant que la roche tombante entraînerait ou déclencherait l'effondrement du glacier.
Cette estimation de volume était basée sur des évaluations d'experts, qui ont placé le volume de roche entre 3 et 5 millions de mètres cubes, et sur la taille connue du glacier, estimée à environ 5 millions de mètres cubes. Cette estimation correspondait étroitement au volume de roche, de débris et de glace de 9,3 millions de mètres cubique déterminée dans l'analyse post-événement par les glaciologues ETH Zurich et SLF dirigés par Daniel Farinotti.
Pour le coefficient de frottement, qui caractérise la résistance au glissement, les chercheurs ont sélectionné une valeur de 0,2 – une estimation prudente bien soutenue par l'expérience des avalanches rocheuses passées. Bien que cela soit légèrement inférieur à la valeur qui correspondait le mieux aux événements réels précédents (0,25), les chercheurs justifient leur choix en pointant une variabilité historique, notant que certains avalanches passées présentaient une résistance glissante encore plus faible.
Le modèle capture les effets des ondes de choc
Au cours des dernières semaines, l'équipe a revu les simulations initiales non publiées et a noté que l'utilisation d'une valeur de frottement légèrement plus élevée de 0,23 aurait amélioré le match encore plus. De plus, il s'est avéré une fois de plus que le modèle est capable de gérer de manière réaliste les processus en cascade en topographie complexe et abrupte.
« Dans l'ensemble, nous avons atteint un niveau de précision prédictive qui permet à notre modèle de fournir des estimations plus précises des mouvements de masse alpine complexes à l'avenir, tous les deux en termes de distance à laquelle ils peuvent prolonger les étendues et la quantité de plancher de la vallée qu'ils pourraient couvrir », déclare Gaume.
« Nous avons maintenant un outil fiable et prêt à l'emploi qui nous permet de soutenir les autorités avec des simulations évaluant les conséquences potentielles des mouvements de masse imminents », ajoute-t-il, clarifiant que ces simulations scientifiques n'ont pas été communiquées aux autorités du Valais et ne font pas partie des enquêtes officielles et des efforts de gestion des risques en cours.
Comme en réalité, les résultats de la simulation indiquent que la plupart de Blatten est détruit, tandis que la zone voisine de Weissen a échappé de justesse à la chute de la roche et de la glace. Le modèle montre très précisément un ruissellement de la masse effondrée de 1,2 kilomètres du côté sud-ouest de la vallée et de 700 mètres du côté nord-est – des valeurs qui s'avèrent très précises par rapport à la catastrophe réelle.
Un facteur clé dans le cas du glacier de bouleau au-dessus de Blastten a été la complexité du terrain: le flux de roche et de glace a commencé dans une zone relativement ouverte, rétréci de façon spectaculaire, et s'est terminée par une gorge qui n'était pas alignée sur la direction initiale du mouvement. Cela a créé un effet d'onde de choc qui a provoqué une partie de la masse d'écoulement descendante (comme capturé dans les vidéos de l'événement) – un phénomène que les modèles traditionnels ne parviennent généralement pas à capturer. Il aurait notamment rapporté que les particules avaient atteint des hauteurs dépassant 100 mètres au-dessus de la surface du terrain.
Des outils largement utilisés dans la pratique de l'ingénierie pour modéliser les avalanches de neige, les avalanches de roche et les débits de débris sont généralement basés sur des méthodes moyennées en profondeur 2D. Ceux-ci supposent que le débit de la roche et de l'eau est peu profond et reste en contact constant avec le terrain, entraînant une friction continue. « En revanche, notre modèle 3D permet aux particules de se détacher de la surface, de réduire le frottement du sol et de capturer avec précision les phases aéroportées – cela est essentiel pour simuler le comportement d'écoulement et le ruissellement dans un terrain raide ou complexe », explique Gaume.
Vers la modélisation avancée dans la gestion des dangers
Ces modèles fournissent des informations plus réalistes sur la dynamique des flux, les zones d'impact et les distances de ruissellement – permettant finalement de décisions mieux informées et une atténuation des risques plus efficace. « Notre objectif n'est pas de remplacer les outils 2D existants, mais d'offrir une solution complémentaire où les modèles classiques peuvent atteindre leurs limites. Nous travaillons activement pour rendre notre modèle accessible et utilisable pour les praticiens et les autorités », explique Gaume.
« Nous tenons les autorités du Lötscheral et de Brienz en la plus haute estime pour la manière exemplaire dont ils ont réussi – et nous continuons à gérer – la situation, et nous ressentons une profonde compassion pour les résidents qui ont perdu leurs maisons et leurs effets personnels », souligne Gaume. « Tragiquement, l'effondrement du glacier a également revendiqué une vie, ce qui nous rappelle le coût humain très réel derrière ces catastrophes naturelles. »
Cela renforce encore la détermination de Gaume à faire tout son possible pour garantir que la prévision et l'alerte précoce de ces événements deviennent encore plus efficaces à l'avenir. En regardant les premières étapes de la modélisation de l'avalanche de la glace rocheuse, Gaume se souvient de la crainte inquiet qu'il a ressentie lorsque les simulations ont indiqué une éventuelle destruction du village:
« De mon côté, les résultats initiaux que j'ai obtenus semblaient plutôt irréalistes, en particulier en raison du flux d'utile significatif vers Weissenried. Si j'avais eu l'occasion de visiter le site avant de gérer la simulation, j'aurais probablement trouvé ces résultats encore moins plausibles, compte tenu de l'élévation du village par rapport aux étapes plus formelles. ».
Avec leur modèle nouvellement développé, les chercheurs de ETH et SLF ont franchi une étape importante vers la réalisation d'outils de simulation 3D encore plus précis pour les futures évaluations des risques, en particulier dans des environnements alpins complexes – et, espérons-le, contribuant à réduire l'étendue des dommages et de la perte à l'avenir.
