Les coulées pyroclastiques représentent un type d'écoulement granulaire généré sur les flancs des volcans explosifs. Ces écoulements pyroclastiques gravitaires sont composés d'un mélange de gaz chaud et de particules de taille variable. Lorsqu'ils se déversent dans l'océan, ils peuvent générer des tsunamis dont les preuves d'existence ont été données, par exemple, pour l'éruption du volcan de la Soufrière sur l'île de Montserrat dans les Antilles (en 2003), à partir de relevés de marégraphes, de dépôts et d'observations. Le tsunami consécutif à l'éruption plus ancienne du volcan Krakatau en 1883 était aussi la conséquence de coulées pyroclastiques. La simulation de la dynamique de ces coulées pyroclastiques pose toujours des problèmes aux chercheurs en raison de la rhéologie complexe encore mal comprise du mélange granulaire polydisperse fluidisé qui les composent. D'après les travaux de Roche et al. [1], le modèle rhéologique de fluide newtonien semble être bien approprié pour modéliser les écoulements pyroclastiques dans le cas d'une topographie assez simple.

 Dans ce travail, nous avons étudié la génération de vagues en eau peu profonde à partir de coulées liquide pour des fluides newtoniens. Notre objectif était de comparer les résultats obtenus à l'aide d'un petit canal hydrodynamique à ceux issus de calculs obtenus à partir d'un code numérique résolvant les équations de la mécanique des fluides pour un problème multiphasique [2].

Une certaine masse de fluide au repos est maintenue dans un réservoir surélevé, une porte coulissante permet de libérer brusquement le fluide qui va s'écouler sur une pente à 30° avant de venir impacter du liquide au repos. L'impact de la coulée liquide sur le liquide au repos créé la vague que nous étudions. Nous nous sommes plus précisément intéressés à cette phase de création de la vague et moins à sa propagation, pour laquelle un écoulement multiphasique complexe se développe sur un temps court.

Différentes expériences ont été conduites en faisant varier, les fluides, la masse du liquide lâché et la profondeur de l'eau dans le canal. Dans un premier temps, à partir d'analyses vidéo d'expériences et de simulations numériques nous avons caractérisé le développement spatial et temporel de la coulée sur la pente (forme, épaisseur, vitesse du front) avant d'étudier la genèse de la vague et ses caractéristiques intrinsèques (hauteur, forme, vitesse), pour différentes positions en aval dans le canal. Numériquement le transfert d'énergie entre la coulée liquide et la vague a pu être calculé.

A ce stade de l'étude, des résultats encourageants ont été obtenus sur la dynamique de développement de la vague pour la comparaison numérique/expérience, des différences subsistent cependant qui méritent de poursuivre les études numériques en se focalisant sur différents points (raffinement du maillage, modèle de turbulence, ...).

 Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet ANR RAVEX (Développement d'une approche intégrée pour la réduction des Risques Associés au Volcanisme EXplosif, de la recherche sur l'aléa aux outils de gestion de crise : le cas de la Martinique).

 [1] Roche O., Montserrat S., Niño Y., Tamburrino A. Experimental observations of water-like behavior of initially fluidized dam break granular flows and their relevance for the propagation of ash-rich pyroclastic flow. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 113, B12203.

[2] Clous L., Modelling of waves generated by landslides. Discontinuous and continuous approaches and focus on energy transfers. Doctorat de l'Université de Pau et des Pays de l'Adour, décembre 2018.