Complexflows

Axe Environnement

Mathématiques
∩ Physique

Aperçu

Mieux comprendre les écoulements naturels complexes en présence de surface libre.

Mots clefs

Fluides complexes, surface libre, glissement de terrain, écoulements gravitaires, mélanges, milieux granulaires, ondes acoustiques, cohésion, fragmentation, interdisciplinarité

Coordination  

• Didier Bresch (Mathématiques, Laboratoire de mathématiques (LAMA), UMR 5127, CNRS, Université Savoie Mont Blanc)
• Franck Radjai (Physique, Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC), UMR 5508, CNRS, Université de Montpellier)

Financement

• ≈ 1 million d’euros sur 5 ans

Résumé

Le projet ciblé COMPLEXFLOWS a pour objectif de développer une recherche fondamentale visant à mieux comprendre les critères importants régissant l’évolution et la dynamique des mouvements de terrain. Les glissements de terrain couvrent des formes très diverses telles que les avalanches de débris, les coulées de boue, les effondrements, les chutes de pierres, les glissements de terrain, l’érosion côtière… Certains de ces glissements de terrain sont à l’origine d’événements extrêmes très dévastateurs, qui peuvent avoir un coût humain et financier important. Le changement climatique entraîne une augmentation de la fréquence de ces événements, et il est urgent de mieux les comprendre et les modéliser pour les prendre en compte dans les politiques de prévention et d’évacuation. Il s’agit d’écoulements complexes, constitués de particules solides densément suspendues dans un ou plusieurs fluides, dont la taille et la nature sont très variables. Il ne fait aucun doute que les collaborations multidisciplinaires en amont sont la clé d’une meilleure compréhension de ces phénomènes naturels complexes.

L’un des objectifs ultimes de la recherche sur les écoulements de masse gravitationnels est de produire des outils de détection des glissements de terrain et de prédiction de leur vitesse et de leur étendue. La description théorique et la compréhension physique de ces processus sont des problèmes extrêmement difficiles. Ces dernières années, les progrès considérables réalisés dans la modélisation mathématique, physique et numérique des écoulements gravitationnels, ainsi que les avancées des techniques de surveillance, ont permis de développer et d’utiliser des modèles numériques pour étudier la dynamique des processus et évaluer les risques associés. Toutefois, des questions essentielles restent sans réponse, par exemple en ce qui concerne la raison de la grande mobilité des glissements de terrain naturels.

De sérieuses limitations empêchent une compréhension complète de la dynamique des glissements de terrain. En effet, le comportement mécanique (rhéologie) de ces écoulements reste une question ouverte et les modèles mathématiques et numériques qui en résultent sont trop simplifiés et pas toujours bien posés. En particulier, ils ne prennent pas en compte des phénomènes naturels complexes tels que l’interaction des phases fluides et solides, la cohésion et la fragmentation, ou l’interaction onde-écoulement, qui devraient jouer un rôle clé dans la dynamique des écoulements gravitationnels.

En particulier, le projet développera l’analyse théorique et la modélisation autour de quatre thèmes liés aux milieux granulaires denses et compressibles :

1. Interaction à petite et grande échelle pour une meilleure modélisation macroscopique ;
2. Interaction onde élastique/écoulement moyen : une meilleure compréhension de la longueur et de l’épaisseur du dépôt final ;
3. Écoulement complexe à surface libre sur un fond variable pour une meilleure prise en compte des interfaces ;
4. Modèles de mélanges en présence de termes d’échange entre phases ou à l’intérieur d’une même phase.

Ces quatre thèmes présentent chacun des enjeux scientifiques essentiels pour permettre une meilleure compréhension des phénomènes réellement complexes liés aux écoulements complexes. Les travaux du projet s’inscrivent dans une problématique beaucoup plus large liée au changement climatique.