High-Resolution Material Point Method: Development and Application to Landslide Dynamics

Les glissements de terrain représentent l’une des catastrophes naturelles les plus fréquentes au niveau mondial. Lorsqu’une montagne perd sa stabilité, d’énormes masses de terre et de roches dévalent la pente sous l’effet de la gravité, provoquant de lourdes pertes humaines et matérielles. Si nous pouvions utiliser les lois de la physique pour prédire avec précision la trajectoire et l’étendue d’un glissement une fois qu’il se déclenche, il serait possible de réduire considérablement les risques.

Pourtant, les techniques actuelles de simulation rencontrent deux difficultés majeures :

1. les méthodes traditionnelles peinent à reproduire les « grandes déformations » caractéristiques d’un glissement, dont le comportement se rapproche de celui d’un fluide ;
2. les calculs nécessaires sont extrêmement lourds et peuvent prendre un temps considérable, car les outils existants n’exploitent pas pleinement la puissance des équipements informatiques modernes, comme les cartes graphiques haute performance.

Nous avons développé un générateur de particules polyvalent, capable de créer en quelques secondes, même sur un ordinateur portable, des modèles numériques très détaillés pouvant dépasser cent millions de particules. Il intègre également des fonctions dédiées aux glissements de terrain afin d’en faciliter la modélisation.

Nous avons aussi conçu un outil de simulation haute performance basé sur le langage Julia. En représentant le sol comme une multitude de petites particules, il reproduit fidèlement le mouvement d’un glissement de terrain et fonctionne efficacement sur différents types d’accélérateurs matériels. Nous avons appliqué cet outil au grand glissement de terrain d’Akatani survenu au Japon en 2011.

À partir des données topographiques réelles, avant et après l’événement, nous avons réalisé des dizaines de « reconstitutions virtuelles » haute résolution, afin d’analyser comment le volume du glissement, la friction à la base ou encore la résistance du matériau influencent sa violence et son étendue. Ce travail confirme non seulement la précision de notre nouvel outil, mais il offre également une méthode rapide, fiable et scientifiquement solide pour l’évaluation future des risques liés aux glissements de terrain.