Génération de tsunami par écoulements gravitaires subaériens – Slide2Wave

Le projet Slide2Wave vise à déterminer les mécanismes physiques contrôlant l’entrée d’écoulements gravitaires dans l’eau associée à la génération de tsunami, pour une meilleure évaluation des aléas.
Si les séismes sont une source potentielle bien connue de tsunami (avec des systèmes de surveillance adaptés), d’autres sources telles que des éruptions volcaniques avec glissements de terrain ou écoulements pyroclastiques ou encore retombées de colonnes éruptives peuvent générer des tsunamis comme lors de l’effondrement partiel de l’Anak Krakatau en 2018 ou lors des retombées du Hunga Tonga en 2022, mais sont moins connues et sous-estimées. La physique gouvernant ces écoulements gravitaires peut être très différente d’un cas à l’autre et une bonne évaluation des aléas correspondants requiert des mesures fiables et des modélisations fines.
Slide2Wave combinera essentiellement des expériences contrôlées de laboratoire et des modèles numériques adaptés pour identifier les mécanismes physiques fondamentaux impliqués dans la génération de tsunamis par écoulements gravitaires. L’application de ces modèles à des cas géophysiques bien documentés permettra d’aborder la diversité et complexité des cas naturels pour une meilleure évaluation des aléas, puis des risques associés dans un futur proche.
Le projet Slide2Wave est structuré en trois tâches mixant à chaque fois expériences et simulations qui seront menées par des physiciens et géophysiciens au sein de trois laboratoires de mécanique des fluides (le laboratoire Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques à Orsay, l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse et l’Institut ?’Alembert à Paris) et du laboratoire Magmas et Volcans de Clermont-Ferrand. Dans une première tâche consacrée à l’entrée d’écoulements denses dans l’eau, des expériences d’effondrement gravitaire de colonnes granulaires cylindriques dans une cuve sont proposées couplées à des simulations de type VOF. Dans cette configuration tridimensionnelle modèle d’effondrement d’île volcanique, c’est l’influence de la dispersion radiale qui est particulièrement recherchée. La deuxième tâche porte sur l’impact dans l’eau d’une couche granulaire stratifiée en densité s’écoulant le long d’un plan incliné en canal, avec une couche basale dense surmontée d’une couche diluée turbulente. Dans cette configuration, la fluidisation gazeuse de l’écoulement est importante et l’accent sera mis sur l’influence de la polydispersité des grains et sur les possibles effets de températures élevées. Les simulations menées seront de deux types complémentaires, avec une approche de type Euler/Euler et une approche de type multi-couches minces permettant d’aborder les plus grandes échelles. Dans une troisième tâche, l’arrivée verticale d’une colonne de grains polydisperses dans l’eau sera étudiée. Les expériences de laboratoire seront ici couplées à des simulations de type Euler/Euler, bien adaptées au caractère assez dilué de l’écoulement des grains dans l’air et dans l’eau. Dans chacune des tâches, c’est la génération d’ondes à la surface de l’eau par l’entrée des grains qui est au centre du projet pour son caractère tsunamogénique.
Ces différentes configurations expérimentales couplées aux différentes types de simulations numériques mises en œuvre permettront de mieux comprendre les mécanismes de génération d’ondes de type tsunamis par des écoulements gravitaires de grains denses ou dilués ou encore mixtes, ainsi que la forme des dépôts finaux.
Au-delà de la valorisation des résultats dans des revues et conférences internationales, des actions de vulgarisation seront menées auprès du grand public et des actions seront par ailleurs menées pour aider à définir des stratégies de prévention des risques.