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Habilitation à diriger des recherches

Mise en place des écoulements granulaires volcaniques Apport du couplage terrain / modélisation numérique

Résumé : Les écoulements pyroclastiques et les avalanches de débris sont constitués de particules dont les tailles varient de celles des cendres fines à celles de blocs souvent supérieurs au mètre cube. Ces mélanges de particules, qui interagissent probablement avec des gaz volcaniques et atmosphériques, ont un comportement physique particulièrement complexe. Un des défis majeurs est d’expliquer par quels mécanismes ils deviennent si fluides, capables de s’écouler sur de grandes distances (plusieurs kilomètres à dizaines de kilomètres) avec des épaisseurs relativement faibles (quelques décimètres à dizaines de mètres). Pour cerner le comportement rhéologique global de tels écoulements, l’approche menée dans ce mémoire consiste à sélectionner des évènements naturels suffisamment bien préservés ou observés pour avoir le maximum de contraintes possibles sur les conditions initiales : débit, volume, topographie, direction d’écoulement, etc. Puis, ces écoulements sont reproduits par simulation numérique en testant des modèles simples de comportement (Coulomb, visqueux, Bingham, etc.), le modèle retenu étant celui qui reproduit au mieux les phénomènes naturels (épaisseurs, extensions, distances atteintes, vitesses, etc.) Toutes les simulations réalisées convergent vers la même conclusion : les écoulements granulaires naturels ne se comportent pas comme des écoulements granulaires en laboratoire. Ils ne suivent pas une loi Coulomb quelle que soit la valeur de l’angle de frottement utilisée. En revanche, un comportement plastique donne souvent des résultats très proches de la réalité. Il permet de reproduire la mise en place de la plupart des avalanches de débris et des écoulements pyroclastiques étudiés. Il reproduit la morphologie à lobes et levées souvent observée sur le terrain. Il explique aussi les structures de l’avalanche de Socompa (Chili) et fournit un cadre dynamique permettant d’aller plus loin dans la compréhension de la formation des avalanches par des études de terrains de détails et des études de géochimie fine. Si le comportement plastique reproduit si bien les écoulements naturels, c’est que leur physique est très probablement essentiellement contrôlée par une relation entre l’épaisseur des écoulements et leur capacité à s’écouler. En revanche, cette relation est loin d’être comprise. Les conclusions des travaux présentés ici démontrent la nécessité d’affiner et surtout de comprendre ce comportement général. Il faudra développer des modèles numériques des interactions à l’échelle particules/gaz afin d’éviter au maximum les hypothèses sur une rhéologie globale encore trop mal comprise. Pour s’assurer que les nouveaux modèles reproduiront correctement la réalité, un effort important devra être mené pour obtenir les données de terrain les plus quantifiées possibles sur les écoulements naturels.
Document type :
Habilitation à diriger des recherches
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https://hal.uca.fr/tel-03621769
Contributor : Sylvaine Jouhannel Connect in order to contact the contributor
Submitted on : Monday, March 28, 2022 - 3:18:59 PM
Last modification on : Thursday, March 31, 2022 - 4:09:38 AM
Long-term archiving on: : Wednesday, June 29, 2022 - 7:38:12 PM

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HDR_Kelfoun_finale.pdf
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  • HAL Id : tel-03621769, version 1

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Karim Kelfoun. Mise en place des écoulements granulaires volcaniques Apport du couplage terrain / modélisation numérique. Volcanologie. Université Blaise Pascal (Clermont Ferrand 2), 2012. ⟨tel-03621769⟩

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