Depuis 2000, le WSL observe les laves torrentielles naturelles qui s’écoulent dans l’Illgraben, un bassin versant extrêmement actif situé près du village de La Souste (Loèche), dans le canton du Valais. La station d’observation est équipée d’instruments, les uns standards, les autres uniques, destinés à fournir des informations pour nous aider à mieux comprendre les processus de laves torrentielles.
Index ¶
Nos recherches dans l'Illgraben ¶
Les scientifiques étudient de près les laves torrentielles dans l'Illgraben: ils mesurent la pression, la vitesse, la densité, le volume et la hauteur de chaque lave torrentielle. Divers capteurs et appareils de mesure placés dans le ravin et au bord de celui-ci ont permis de mieux comprendre les laves torrentielles.
Des radars et des caméras vidéo sont fixés sur des câbles au-dessus de la tranchée. L'une des caméras est reliée à un projecteur pour les prises de vue nocturnes. Les radars mesurent avec précision la différence de hauteur dans le ravin et déterminent ainsi l'épaisseur d'une lave torrentielle. Un géophone enregistre les vibrations et détermine la vitesse d'écoulement. Des capteurs enterrés autour du ravin mesurent l'humidité du sol et aident ainsi à comprendre comment la pluie déclenche les laves torrentielles. Une balance pour laves torrentielles mesure les forces verticales et horizontales des laves torrentielles qui s'écoulent au-dessus.
Dans le contexte d'un projet innovant, des scanners LiDAR 3D prennent des photos des laves torrentielles. Ils permettent de suivre des blocs de roche individuels et de calculer la profondeur et le volume de l'écoulement. Les scientifiques utilisent ces données pour analyser le déplacement des laves torrentielles.
Des sismomètres enregistrent les secousses que génèrent les laves torrentielles. Ils mesurent également les processus dans les bassins versants difficiles d'accès, où l'on ne peut pas placer d'instruments de mesure. Ils détectent très rapidement les laves torrentielles. Grâce à des algorithmes intelligents qui évaluent les données sismiques en temps réel, le WSL teste de nouvelles approches pour les systèmes d'alarme.
Des vols de drones ont également lieu. Contrairement aux autres méthodes de mesure, les drones peuvent surveiller une très grande zone. Ils enregistrent les changements sur les pentes du bassin versant après une coulée de boue.
Évaluer les dangers ¶
Les instruments de mesure sont également utilisés par des partenaires externes. Par exemple, des scientifiques de l'université de Durham ont développé un module sur l'érosion des laves torrentielles à partir de mesures laser soigneusement répétées. Ce module fait désormais partie du logiciel RAMMS:Debrisflow, qui simule l'écoulement des laves torrentielles. Il est utilisé dans le monde entier pour évaluer les dangers et concevoir des mesures de protection.
Disponibilité des données
Les principaux résultats des mesures effectuées à Illgraben sont disponibles sur le portail de données de recherche du WSL, EnviDAT. Ils seront mis à jour périodiquement au fur et à mesure de l'amélioration des méthodes d'interprétation des données. Les publications décrivant les données, les méthodes et les résultats sont disponibles sur DORA et sont liées ci-dessous.
De nombreuses laves torrentielles dans le ravin de l'Illgraben ¶
Ailleurs, les laves torrentielles sont des événements rares, mais dans l'Illgraben, il y en a en moyenne trois à cinq par an. Le site se prête donc particulièrement bien à la recherche. Les formations et structures géologiques sous les pentes abruptes du haut du bassin versant favorisent les laves torrentielles, comme l'explique François Dufour, du WSL dans la courte vidéo ci-dessous.
Thèmes voisins ¶
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Publications du WSL ¶
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Publications scientifiques ¶
Bolliger D., Schlunegger F., McArdell B.W. (2024) Comparison of debris flow observations, including fine-sediment grain size and composition and runout model results, at Illgraben, Swiss Alps. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 24(3), 1035-1049. https://doi.org/10.5194/nhess-24-1035-2024 Institutional Repository DORA
Aaron J., Spielmann R., McArdell B.W., Graf C. (2023) High‐frequency 3D LIDAR measurements of a debris flow: a novel method to investigate the dynamics of full‐scale events in the field. Geophys. Res. Lett. 50(5), e2022GL102373 (10 pp.). https://doi.org/10.1029/2022GL102373Institutional Repository DORA
Belli G., Walter F., McArdell B., Gheri D., Marchetti E. (2022) Infrasonic and seismic analysis of febris-flow events at Illgraben (Switzerland): Relating signal features to flow parameters and to the seismo-acoustic source mechanism. J. Geophys. Res. F. 127(6), e2021JF006576 (20 pp.). https://doi.org/10.1029/2021JF006576Institutional Repository DORA
Hirschberg J., McArdell B.W., Bennett G.L., Molnar P. (2022) Numerical investigation of sediment‐yield underestimation in supply‐limited mountain basins with short records. Geophys. Res. Lett. 49(7), e2021GL096440 (10 pp.). https://doi.org/10.1029/2021GL096440Institutional Repository DORA
Meyrat G., McArdell B., Ivanova K., Müller C., Bartelt P. (2022) A dilatant, two-layer debris flow model validated by flow density measurements at the Swiss illgraben test site. Landslides. 19, 265-276. https://doi.org/10.1007/s10346-021-01733-2 Institutional Repository DORA
Walter F., Hodel E., Mannerfelt E.S., Cook K., Dietze M., Estermann L., … Molnar P. (2022) Brief communication: an autonomous UAV for catchment-wide monitoring of a debris flow torrent. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 22(12), 4011-4018. https://doi.org/10.5194/nhess-22-4011-2022 Institutional Repository DORA
Walter F., Chmiel M., Hovius N. (2022) Debris flows at Illgraben, Switzerland - from seismic wiggles to machine learning. Geomech. Tunnel. 15(5), 671-675. https://doi.org/10.1002/geot.202200039 Institutional Repository DORA
Wenner M., Allstadt K., Thelen W., Lockhart A., Hirschberg J., McArdell B.W., Walter F. (2022) Seismometer records of ground tilt induced by debris flows. Bull. Seismol. Soc. Amer. 112(5), 2376-2395. https://doi.org/10.1785/0120210271 Institutional Repository DORA
Chmiel M., Walter F., Wenner M., Zhang Z., McArdell B.W., Hibert C. (2021) Machine learning improves debris flow warning. Geophys. Res. Lett. 48(3), e2020GL090874 (11 pp.). https://doi.org/10.1029/2020GL090874Institutional Repository DORA
Hirschberg J., Fatichi S., Bennett G.L., McArdell B.W., Peleg N., Lane S.N., … Molnar P. (2021) Climate change impacts on sediment yield and debris-flow activity in an alpine catchment. J. Geophys. Res. F. 126(1), e2020JF005739 (26 pp.). https://doi.org/10.1029/2020JF005739Institutional Repository DORA
Hirschberg J., Badoux A., McArdell B.W., Leonarduzzi E., Molnar P. (2021) Evaluating methods for debris-flow prediction based on rainfall in an Alpine catchment. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 21(9), 2773-2789. https://doi.org/10.5194/nhess-21-2773-2021 Institutional Repository DORA
McArdell B.W., Sartori M. (2021) The Illgraben torrent system. In E. Reynard (Ed.), World geomorphological landscapes. Landscapes and landforms of Switzerland. Cham: Springer. 367-378. https://doi.org/10.1007/978-3-030-43203-4_25 Institutional Repository DORA
Zhang Z., Walter F., McArdell B.W., de Haas T., Wenner M., Chmiel M., He S. (2021) Analyzing bulk flow characteristics of debris flows using their high frequency seismic signature. J. Geophys. Res. B. 126(12), e2021JB022755 (19 pp.). https://doi.org/10.1029/2021JB022755Institutional Repository DORA
Zhang Z., Walter F., McArdell B.W., Wenner M., Chmiel M., de Haas T., He S. (2021) Insights from the particle impact model into the high-frequency seismic signature of debris flows. Geophys. Res. Lett. 48(1), e2020GL088994 (11 pp.). https://doi.org/10.1029/2020GL088994Institutional Repository DORA
de Haas T., Nijland W., McArdell B.W., Kalthof M.W.M.L. (2021) Case report: optimization of topographic change detection with UAV structure-from-motion photogrammetry through survey co-alignment. Front. Remote Sens. 2, 626810 (9 pp.). https://doi.org/10.3389/frsen.2021.626810Institutional Repository DORA
de Haas T., Nijland W., de Jong S.M., McArdell B.W. (2020) How memory effects, check dams, and channel geometry control erosion and deposition by debris flows. Sci. Rep. 10(1), 14024 (8 pp.). https://doi.org/10.1038/s41598-020-71016-8Institutional Repository DORA
Marchetti E., Walter F., Barfucci G., Genco R., Wenner M., Ripepe M., … Price C. (2019) Infrasound array analysis of debris flow activity and implication for early warning. J. Geophys. Res. F. 124(2), 567-587. https://doi.org/10.1029/2018JF004785 Institutional Repository DORA
Walter F., Burtin A., McArdell B.W., Hovius N., Weder B., Turowski J.M. (2017) Testing seismic amplitude source location for fast debris-flow detection at Illgraben, Switzerland. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 17(6), 939-955. https://doi.org/10.5194/nhess-17-939-2017 Institutional Repository DORA
McArdell B.W. (2016) Field measurements of forces in debris flows at the Illgraben: implications for channel-bed erosion. Int. J. Eros. Control Eng. 9(4), 194-198. https://doi.org/10.13101/ijece.9.194 Institutional Repository DORA
Schürch P., Densmore A.L., Ivy-Ochs S., Rosser N.J., Kober F., Schlunegger F., … Alfimov V. (2016) Quantitative reconstruction of late Holocene surface evolution on an alpine debris-flow fan. Geomorphology. 275, 46-57. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2016.09.020 Institutional Repository DORA
Bennett G.L., Molnar P., McArdell B.W., Schlunegger F., Burlando P. (2013) Patterns and controls of sediment production, transfer and yield in the Illgraben. Geomorphology. 188, 68-82. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2012.11.029 Institutional Repository DORA
Bennett G.L., Molnar P., Eisenbeiss H., McArdell B.W. (2012) Erosional power in the Swiss Alps: characterization of slope failure in the Illgraben. Earth Surf. Process. Landf. 37(15), 1627-1640. https://doi.org/10.1002/esp.3263 Institutional Repository DORA
Berger C., McArdell B.W., Schlunegger F. (2011) Direct measurement of channel erosion by debris flows, Illgraben, Switzerland. J. Geophys. Res. F. 116, F01002 (18 pp.). https://doi.org/10.1029/2010JF001722Institutional Repository DORA
Berger C., McArdell B.W., Schlunegger F. (2011) Sediment transfer patterns at the Illgraben catchment, Switzerland: Implications for the time scales of debris flow activities. Geomorphology. 125(3), 421-432. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2010.10.019 Institutional Repository DORA
Schürch P., Densmore A.L., Rosser N.J., McArdell B.W. (2011) Dynamic controls on erosion and deposition on debris-flow fans. Geology. 39(9), 827-830. https://doi.org/10.1130/G32103.1 Institutional Repository DORA
Badoux A., Graf C., Rhyner J., Kuntner R., McArdell B.W. (2009) A debris-flow alarm system for the Alpine Illgraben catchment: design and performance. Nat. Hazards. 49(3), 517-539. https://doi.org/10.1007/s11069-008-9303-x Institutional Repository DORA
McArdell B., Bartelt P., Kowalski J. (2007) Field observations of basal forces and fluid pore pressure in a debris flow. Geophys. Res. Lett. 34(7), 1-4. https://doi.org/10.1029/2006GL029183 Institutional Repository DORA
Projet ¶
Projets externes ¶
Framework for Process Cascade Modelling of Rapid Mass Movements
Le projet CCAMM II au SLF étudie l'impact du changement climatique sur les mouvements de masse alpins et les nouveaux défis qui en découlent. Dans le cadre du paquet de travail 4.3, les scientifiques utilisent l'Illgraben pour des tests afin de découvrir comment intégrer l'humidité du sol dans la prévision de l'écoulement des mouvements de masse.
TREBRIDGE
L'objectif de ce projet de l'Université d'Utrecht est de décrypter les mécanismes de l'érosion du lit par des expériences et des mesures sur le terrain. Les résultats permettront d'estimer plus précisément le volume des laves torrentielles, et donc de mieux prédire les dangers et de mieux limiter les dégâts. Le projet est également décrit par une vidéo. Contact au WSL: Brian McArdell
NWO VENI - Impact or shear?
Das Ziel diesess Projekts der Universität Utrecht ist es, die Mechanismen der Sohlenerosion durch Experimente und Feldmessungen zu entschlüsseln. Dies wird eine genauere Schätzung des Volumens von Murgängen ermöglichen, was eine bessere Vorhersage der Gefahren und eine bessere Schadensbegrenzung erlaubt. Das Projekt wird auch durch ein Video beschrieben. WSL Kontaktperson: Brian McArdell
Projet
Dans ce projet, auquel participe également Ben Mirus, hydrologue à l'USGS, nous étudierons comment les laves torrentielles et les glissements de terrain sont déclenchés dans le bassin supérieur. Nous nous intéressons également à la manière dont l'eau dans le lit du ruisseau entraîne les sédiments dans les laves torrentielles - un processus qui peut considérablement augmenter le danger que représentent les laves torrentielles.