Torrents de boue

Vous croyez être dans une nature paisible ? Archimède vous montrera que cette image bucolique cache une menace naturelle que nous allons analyser quand un orage violent se déclenche sur les sommets de la montagne, un torrent naît. Son débit est proportionnel à l'importance de la pluie . Le torrent charrie des matières solides, argiles, graviers et blocs rocheux. Mais, avant de parler de catastrophe examinons comment le torrent se comporte par temps sec. Pour mieux comprendre observons un modèle de laboratoire. Dans une gouttière transparente inclinée simulant le torrent, l'eau pure coule de façon turbulente. Les molécules d'eau sont agitées de mouvements irréguliers dans toutes les directions.
Pour mettre en évidence cette propriété de l'eau on peut utiliser un colorant, ... celui-ci diffuse rapidement dans tout le liquide. Si on remplace du colorant par de très petites particules solides, leur diffusion est identique. C'est ainsi que dans la nature les petites particules d'argiles restent facilement en suspension dans l'eau. La coloration foncée des rivières témoigne de la présence de la boue arrachée au lit et à la berge des torrents lors d'une crue. Pour colorer sensiblement un litre d'eau, quelques grammes d'argile suffisent. Après avoir laissé le mélange au repos pendant environ une heure, la quantité de particules solides recueillies au fond du récipient reste faible par rapport au volume d'eau. C'est dire que les boues déposées par les eaux dans ce village témoignent du passage d'une quantité considérable d'eau. Ce sont ces boues qui créent le plus de dégât. Comme on le voit sur cette simulation, l'eau arrache également des grains, des sables, des cailloux. Ils sont en général trop lourds pour rester en suspension, et sont entraînés par le flot : ils roulent sur le fond ou bondissent de place en place : c'est ce qu'on appelle le charriage. La vitesse moyenne des graviers est inférieure à celle de l'eau et la dynamique de leurs mouvements est spécifique. Quand le tas est suffisamment important et que sa pente est supérieure à une valeur limite, les cailloux s'écoulent par avalanches indépendamment du débit de l'eau. Les grains avancent tous ensemble restant en contact les uns avec les autres. Ceci est apparent lors du déclenchement des glissements de terrain. Ces manifestations sont connues et facilement étudiés. Il s'agit de physique des grains de sable dont nous avons déjà parlé dans Archimède. Une pluie diluvienne s'abat sur la montagne. Se produit alors un phénomène violent qui possède une dynamique spécifique. Cet événement filmé par une camera d' amateur est appelé "lave torrentielle". L'écoulement de ces mélanges de boues et de rochers, canalisé par le lit du torrent, est brutal, rapide et dévastateur. De retour au laboratoire voici une représentation de la lave torrentielle. L'écoulement de ce mélange de boue et de rochers canalisé par le lit du torrent est brutal, rapide et dévastateur. De retour au laboratoire voici une représentation de la lave torrentielle écoulement d'un mélange boueux très concentré. On constate tout de suite que cet écoulement n'est pas turbulent comme celui de l'eau. Les éléments du fluide glissent les uns sur les autres et il n'y a pas de diffusion du colorant. La vitesse des grosses particules est proche de celle des matériaux fins et de l'eau. Ce n'est pourtant pas un mouvement en masse : il faut remarquer que plus les particules sont prêt du bord, plus elles vont lentement. La vitesse des matériaux entraînés est celle de la boue, sauf sur les bords, où les blocs lourds se déposent. A débit égal dans le canal, la hauteur de la lave torrentielle est plus grande que celle de l'eau, et sa vitesse beaucoup plus faible. Les laves contiennent de grandes quantités de matériaux solides, et leur densité est plus du double de celle de l'eau. Revenons au laboratoire pour constater qu'un volume de boue donné versé sur un plan incliné s'arrête. Lorsque l'épaisseur du fluide devient inférieure à une valeur limite, la force de la pesanteur qui s'applique sur le tas de boue, est insuffisante l'entraîner. Au contraire les fluides simples ne possède pas ce qu'on appelle le "seuil de contrainte". Tout le liquide s'écoule, même si l'interaction de la surface sur l'eau permet à quelques gouttes de rester sur place. De même un fluide plus visqueux que l'eau, tel du miel, ne s'arrête pas. Pour étudier le phénomène, les hydrodynamiciens ont mis en place des modèles réduits où ils simulent l'écoulement. Le paramètre crucial de l'écoulement est sa viscosité : dans une boue argileuse, elle est due aux frottements internes des couches qui glissent les unes sur les autres. Les maquettes des ouvrages d'art sont adaptées à une efficacité optimale. Des aménagements locaux et des ouvrages d'art tendent à canaliser le cours des laves. On dévie leur cours pour éviter les obstacles ou elles s'arrêteraient trop brutalement : les canalisations essoufflent les flots de laves et les orientent vers une zone de déversement. Là; leur fureur apaisée, les boues s'étalent sans dommage. La nature n'est pas toujours clémente. Ceux qui sont soumis à ses aléas le savent, les citadins, romantiques et naïfs, l'on quelquefois oublié.