Etude expérimentale d'écoulements de courants de gravité sur pentes rugueuses inclinées : implications pour les avalanches de neige poudreuse

Des expériences étudiant les courants de gravité générés à partir d’un lâcher instantané et se propageant en canal avec des angles de pente de 0°, 10°, 20° et 30° ont été menées en laboratoire. Un total de 2 500 essais expérimentaux (sur plus de 3 000 réalisés) sont rapportés ici, garantissant des résultats fiables. L'étude inclut à la fois des fonds lisses et des fonds rugueux, ce qui en fait une investigation pionnière de la propagation des courants de gravité sur des pentes raides en présence de rugosité. Le dispositif expérimental comprend une configuration classique de libération de volume dans un canal 2D immergé dans un réservoir d'eau de 20 m³ situé à l'INRAE. Le fluide dense utilisé est une solution d’eau salée contenant une suspension diluée d'argile.L'étude analyse l'effet des paramètres d'écoulement—volume, densité et masse—sur l'évolution temporelle de la position du front et la vitesse du front. Les résultats expérimentaux montrent que la vitesse du front d'écoulement est en corrélation directe avec le volume libéré et la densité initiale. Aucune tendance claire n'est observée pour la masse.L'effet de l'angle de pente sur la vitesse d'écoulement a également été étudié. Fait intéressant, la vitesse augmente avec l'angle de pente seulement jusqu'à une certaine limite, appelée la « pente seuil ». Au-delà de ce point, la relation monotone entre l'angle de pente et la vitesse est caduque, révélant un comportement nuancé des courants de gravité sur les pentes.L'étude examine l'effet de l'utilisation d'éléments de rugosité pour atténuer la propagation de l'écoulement, mettant en lumière la connexion entre les éléments de rugosité et l'inclinaison dans leur influence complexe sur le comportement de l'écoulement. Plus précisément, elle se concentre sur l'impact des configurations de rugosité—telles que le type de rugosité, la hauteur, l'espacement et l'arrangement—sur la vitesse du front. Bien que l'introduction de rugosité réduise généralement la vitesse du front d'écoulement, l'étude révèle également des résultats inattendus : dans certaines configurations, les courants de gravité se déplacent plus rapidement sur des surfaces rugueuses que sur des surfaces lisses. De plus, certaines configurations avec des densités plus élevées d'éléments de rugosité spécifiques entraînent des vitesses d'écoulement plus élevées par rapport à des cas avec le même type de rugosité mais une densité de rugosité plus faible.L'étude a été menée à la fois à un niveau dimensionnel (vitesse du front en cm/s) et adimensionnel (nombre de Froude). En outre, une attention particulière a été portée aux observations visuelles pendant les expériences et à l'analyse vidéo ultérieure, permettant une analyse qualitative détaillée des courants de gravité sur des fonds lisses et rugueux. Des exemples concrets de scénarios de terrain impliquant des avalanches de neige poudreuse sont inclus pour mettre en évidence les applications pratiques potentielles de ce travail.