De fortes pluies peuvent déclencher des glissements de terrain soudains sur les pentes exposées. Des chercheurs du WSL étudient ces coulées de boue afin de prévenir les risques qu’elles impliquent. Une base de données recensant leurs observations et leurs mesures permet désormais d’élaborer des modèles et des cartes de danger.

Le 24 juillet 2014: il pleut depuis plusieurs jours maintenant et de forts orages sont encore annoncés. Pendant cinq heures, des trombes d’eau s’abattent sur les montagnes de l’Emmental. L’Emme s’écoule par immenses masses d’eau qui charrient des rochers et du bois. Elle inonde également les ponts et les routes. A Eggiwil, le niveau de l’eau augmente de plus de quatre mètres en quelques heures seulement. Le pire est à craindre, mais grâce aux avertissements et à la protection contre les inondations, aucune victime n’est à déplorer. Les images montrent d’autres conséquences des précipitations incessantes, moins spectaculaires que les flots déchaînés que l’on peut voir à la télévision, mais tout aussi lourdes: elles révèlent de longues taches brunes sur les pentes vertes, telles des cicatrices dans le paysage. Les experts parlent de glissements de terrain superficiels ou de coulées de débris. En juillet 2014, il y en a eu une trentaine rien que dans l’Emmental.

Les inondations, mais également les coulées de boue et les gliss ements profonds présentent un grand potentiel de destruction, car même les coulées superficielles suffisent à mettre en danger les personnes et à endommager les bâtiments, les routes et les rails. C’est ainsi qu’en août 2014, un glissement de terrain survenu dans les environs de Tiefencastel a provoqué un grave accident de train qui a blessé grièvement cinq passagers et coûté la vie à une personne. En novembre 2014, les fortes précipitations au Tessin ont également tué quatre personnes à la suite de glissements de terrain. Comme souvent, la coulée de boue a frappé les victimes par surprise. «Si vous vivez près d’un ruisseau de montagne dont le cours est net et bien délimité ou à proximité d’un torrent, vous avez conscience du risque de coulées de débris», explique Christian Rickli, expert en processus de glissement sur terrain plat au WSL de Birmensdorf. En revanche, en cas de coulée de débris superficiels, les risques sont moins évidents. «Dans ce cas-là, le terrain ne vous prévient pas.» C’est pourquoi les cher-cheurs du WSL se penchent sur ce phénomène.

«Nous souhaitons comprendre le processus de formation et développer des méthodes qui permettront d’élaborer des mesures de protection», affirme Brian McArdell, responsable du groupe «Mouvements de masse» au sein de l’unité Hydrologie de montagne et mouvements de masse au WSL: «Dans la pratique, les gens ignorent où peuvent se déclencher des coulées de boue, quelles sont leurs dimensions et leur portée.» Lors de coulées de boue superficielles, seule la couche du haut de la pente, d’une profondeur allant jusqu’à deux mètres, commence à se déplacer: un mélange de terre, de boue et d’eau. Typiquement, un volume de 100 à 150 mètres cubes descend à une vitesse allant jusqu’à 15 mètres par seconde, comme sur un toboggan en direction de la vallée. C’est donc surtout le rythme effréné de la masse qui lui confère son pouvoir destructeur.

Sol saturé, jeune forêt détruite

Brian McArdell montre des photos d’une maison près de Disentis. Les fenêtres sont brisées, la porte d’entrée arrachée et le sous-sol jonché de troncs d’arbres récemment plantés dans une forêt environnante. Les occupants en sont sortis terrifiés. Ce sont les conséquences d’une coulée de boue survenue dans le pâturage 200 mètres plus haut à cause d’une fuite dans une conduite d’eau qui avait saturé le sol. «Depuis lors, la conduite a été posée ailleurs et il existe désormais une nouvelle carte des risques pour cette communauté», explique le géologue. Pour pouvoir élaborer ce genre de cartes, les chercheurs du WSL, en collaboration avec l’Office fédéral de l’environnement (OFEV), développent une base de données documentant précisément autant d’événements que possible. «Plus nous avons de données, mieux nous pouvons évaluer le risque», affirme Brian McArdell.

Jusqu’à présent, les experts ont déjà recensé plus de 700 glissements superficiels. Beaucoup d’entre eux ont eu lieu en août 2005 lors des violentes tempêtes qui ont causé d’importantes inondations dans les Alpes et des dégâts se chiffrant par milliards. En trois jours, il avait plu 250 millimètres. «C’est une quantité extraordinaire», dit Brian McArdell, «le genre d’événement qui se produit moins d’une fois par siècle.» Sur une carte de la Suisse, tous les glissements de terrain sont répertoriés. Il y en a plus de 5 000. Ces dernières années, Christian Rickli a lui-même pu mesurer de nombreuses coulées de boue directement sur le terrain avec d’autres collègues du WSL. Dans l’Entlebuch lucernois, les chercheurs ont étudié près de cinquante glissements superficiels sur une superficie d’environ cinq kilomètres carrés. «Nous avons scruté minutieusement la forêt pour pouvoir répertorier tous les glissements de terrain survenus sur ce territoire», explique l’ingénieur forestier. Cela permet en effet des comparaisons et des conclusions valables sur les conséquences de ce type d’événements.

Cette étude et d’autres semblables ont montré que les glissements de terrain superficiels se produisent sur les pentes d’une inclinaison comprise entre 20 et 45 degrés. La plupart des événements surviennent sur des pentes inclinées à 35 degrés. Dans la forêt, les coulées de débris sont moins fréquentes que sur les surfaces dégagées et n’ont lieu que sur des pentes très raides. «Les sites forestiers résistent mieux grâce à l’enracinement du sol», résume Christian Rickli. C’est pourquoi le boisement constitue l’une des mesures capables de protéger les bâtiments et les infrastructures de transport. Les digues d’interception et de déviation des murs, ainsi que les murs et les filets de stabilisation des pentes offrent également une bonne protection. 

Tests sur la pente et en laboratoire

En collaboration avec la société Geobrugg, les chercheurs du WSL ont procédé à des essais sur le terrain pour déterminer dans quelle mesure des filets en acier pouvaient retenir les coulées de boue. Pour ce faire, les experts ont déversé plusieurs fois le contenu d’une dizaine de camions de boue et de gravier sur une colline à Veltheim jusqu’à ce que les barrières en fil d’acier arrêtent le mélange. Des capteurs laser ont alors mesuré la vitesse et des capteurs de pression ont enregistré la force d’impact de l’éboulement artificiel. «Avec ce projet, la société a pu perfectionner ses filets et conquérir un nouveau marché», raconte Brian McArdell. Les séries de tests, d’une valeur de 10 000 francs chacune, ont également apporté aux chercheurs des informations importantes sur les particularités du processus de glissement. En laboratoire, ils ont ensuite poursuivi leurs expériences à l’échelle moins onéreuse de 1:20.

Dans une salle du site du WSL à Birmensdorf, un échafaudage de trois mètres de haut soutient une rampe en bois. Elle est recouverte de bandes de plastique blanc. Ce matériau, utilisé normalement comme égouttoir à vaisselle, présente la rugosité idéale pour les expériences de glissement. Pour chaque essai, les chercheurs font donc couler sur la rampe quatre litres d’un mélange de sable, de gravier et d’eau et mesurent la vitesse de ce bouillon brun à l’aide de capteurs laser. Ils changent à chaque fois un certain nombre de paramètres, tels que la teneur en eau du mélange ou son volume. «Cela nous permet d’examiner de manière systématique comment ces variations affectent le processus», explique Brian McArdell. «Les essais sont vraiment réalistes.»

Juste à côté de cette installation se trouve un appareil de mesure de cisaillement, qui se compose d’un châssis métallique bleu abritant une boîte jaune d’une cinquantaine de centimètres de large. La boîte se compose quant à elle de deux cadres super-posés et est remplie d’un échantillon de sol. Fixée dans l’appareil, la boîte est alors chargée jusqu’à ce que les deux cadres se déplacent l’un par rapport à l’autre: l’échantillon se cisaille. «Nous avons développé cet appareil nous-mêmes», déclare Christian Rickli. «Ce que cet appareil a de particulier, c’est que l’on peut peser la boîte contenant l'échantillon sur un plan horizontal, mais également incliné jusqu’à 45 degrés.» Cela permet de recréer en laboratoire des conditions semblables à celles d’une colline en plein air. Grâce à l’appareil de cisaillement, les chercheurs peuvent déterminer dans quelle mesure les plantes parviennent à stabiliser le sol. Comme les boîtes sont plus grandes que dans les précédentes expériences de laboratoire, cela permet aux plantes de prospérer comme dans la nature et de prendre racine dans le matériau de sol. Pour la première fois, les essais de cisaillement devraient permettre de quantifier l’effet protecteur des plantes.

Un modèle informatisé qui signale les risques

Grâce aux données déjà recueillies lors de différents événements en laboratoire et sur le terrain, les chercheurs ont développé un modèle permettant de simuler des glissements de terrain par ordi nateur. D’autres modèles similaires existent déjà pour les avalanches, les laves torrentielles et les éboulements. «Les équations sont presque les mêmes, même si le matériau est très différent», explique Brian McArdell. Le modèle a été testé par divers bureaux d’ingénierie et est désormais disponible dans le commerce. Avec la nouvelle base de données, il devrait favoriser la l’éla boration de cartes de risques permettant de se protéger efficacement contre les glissements de terrain.

Selon Brian McArdell, la meilleure mesure serait de ne rien con struire du tout dans les zones à risque, ce dont tout le pays a déjà conscience. «L’aménagement du territoire en Suisse est génial», affirme ce natif des Etats-Unis. C’est pourquoi les chercheurs du WSL reçoivent régulièrement la visite de leurs homologues étrangers venus s’informer sur le traitement des dangers naturels. Christian Rickli en est convaincu: «La Suisse est à la pointe au niveau international lorsqu’il s’agit de tenir compte des cartes de risques dans l’aménagement du territoire.»