Triggering conditions and mobility of debris flows associated to complex earthflows
Conditions de déclenchement et mobilité des laves torrentielles associées à des mouvements de terrain complexes
Résumé
Landslides on black marl slopes of the French Alps are, in most cases, complex catastrophic failures in which the initial structural slides transform into slow-moving earthflows. Under specific hydrological conditions, these earthflows can transform into debris flows. Due to their sediment volume and their high mobility, debris flow induced by landslides are far much dangerous than these resulting from continuous erosive processes. A fundamental point to correctly delineate the area exposed to debris flows on the alluvial fans is therefore to understand why and how some earthflows transform into debris flow while most of them stabilize. In this paper, a case of transformation from earthflow to debris flow is presented and analysed. An approach combining geomorphology, hydrology, geotechnics and rheology is adopted to model the debris flow initiation (failure stage) and its runout (postfailure stage). Using the Super-Sauze earthflow (Alpes-de-Haute-Provence, France) as a case study, the objective is to characterize the hydrological and mechanical conditions leading to debris flow initiation in such cohesive material. Results show a very good agreement between the observed runout distances and these calculated using the debris flow modeling code Cemagref 1-D. The deposit thickness in the depositional area and the velocities of the debris flows are also well reproduced. Furthermore, a dynamic slope stability analysis shows that conditions in the debris source area under average pore water pressures and moisture contents are close to failure. A small excess of water can therefore initiate failure. Seepage analysis is used to estimate the volume of debris that can be released for several hydroclimatic conditions. The failed volumes are then introduced in the Cemagref 1-D runout code to propose debris flow hazard scenarios. Results show that clayey earthflow can transform under 5-year return period rainfall conditions into 1-km runout debris flow of volumes ranging between 2000 to 5000 m3. Slope failures induced by 25-year return period rainfall can trigger large debris flow events (30,000 to 50,000 m3) that can reach the alluvial fan and cause damage.
Les glissements de terrain dans les pentes de marnes noires des Alpes françaises sont, la plupart du temps, des ruptures complexes et catastrophiques dans lesquelles les glissements structuraux initiaux se transforment en mouvements de terrain lents. Sous des conditions hydrologiques spécifiques, ces mouvements de terrain peuvent se transformer en laves torrentielles. A cause de leur volume de sédiment et de leur forte mobilité, les laves torrentielles induites par des glissements de terrain sont beaucoup plus dangereuses que celles résultant de processus érosifs continus. Un point fondamental pour le zonage des surfaces exposées aux laves torrentielles sur les cônes de déjection est par conséquent de comprendre pourquoi et comment certains mouvements de terrain se transforment en laves torrentielles, alors qu`une majorité d`entre eux se stabilisent. Dans le présent papier, un cas de transformation de mouvement de terrain en lave torrentielle est présenté et analysé. Une approche combinant géomorphologie, hydrologie, géotechnique et rhéologie est adoptée pour modéliser le déclenchement des laves torrentielles. L`étude porte sur le glissement de terrain de Super-Sauze (Alpes-de-haute-Provence, France). Les résultats obtenus montrent une excellente correspondance entre observations et simulations (menées grâce au code Cemagref 1D) des distances parcourues par les laves torrentielles. Les épaisseurs de dépôt, ainsi que les vitesses des laves torrentielles sont également bien reproduites par le modèle. De plus, une analyse de la stabilité dynamique de pente montre que les conditions dans la zone de fourniture de matériau, sous condition de pression interstitielle et de teneur en eau moyennes, sont proches de la rupture. Par conséquent, un excès d`eau limité peut entraîner la rupture. Une analyse de l`infiltration est utilisée pour estimer les volumes de coulée mobilisables pour différentes conditions hydroclimatiques. Les volumes ainsi estimés sont introduits dans le code Cemagref 1D afin de proposer des scénarios d`aléa relatifs aux laves torrentielles.