Pourquoi les glissements de terrain surviennent-ils parfois après la pluie ?
― Ce qui soutenait la pente, c'était la pression entre les grains de terre
Après une nuit de forte pluie, un versant s'effondre au petit matin, alors que le ciel s'éclaircit déjà. Ce scénario a été observé à de nombreuses reprises. L'eau ne fait pas qu'alourdir le sol : elle relâche la pression entre les grains de terre et affaiblit le frottement qui retenait la pente. Or l'eau met du temps à s'infiltrer en profondeur. Le moment le plus dangereux n'est donc pas forcément pendant la pluie.
Sur une plage, en laissant du sable sec s'écouler de la main, on forme un joli tas conique. Il ne devient jamais plus pentu qu'un certain angle : au-delà, le sable se met à couler tout seul.
Versez maintenant doucement de l'eau sur ce tas. Sa forme tient un moment, puis, une fois que l'eau a pénétré à l'intérieur, le tas s'affaisse et s'étale mollement vers sa base.
Il arrive même que l'effondrement survienne après qu'on a cessé de verser. Ce léger décalage est au cœur de notre sujet.
Deux raisons seulement expliquent l'effondrement d'une pente
Le sol est fait de fines particules qui se pressent les unes contre les autres. Quand l'eau remplit les interstices, elle exerce une contre-pression de l'intérieur, ce qui affaiblit cette pression mutuelle. Et quand la pression faiblit, le frottement qui résiste au glissement faiblit aussi.
L'eau infiltrée dans le sol met plusieurs heures à descendre jusqu'aux couches profondes de la pente. C'est pourquoi le frottement atteint son minimum bien après le pic de la pluie.
Une pente tient normalement debout parce que la « force qui tire vers le bas » et le « frottement qui retient » s'équilibrent. L'eau augmente un peu la première et diminue fortement le second. Voyons cela dans l'ordre.
Ce qui soutient une pente, c'est la pression entre les grains
Pourquoi un tas de sable sec ne dépasse-t-il jamais un certain angle ? Parce que les grains se touchent et s'accrochent les uns aux autres de façon rugueuse. La force de cet accrochage dépend de l'intensité avec laquelle les grains se pressent mutuellement. Plus ils sont serrés, moins ils glissent latéralement.
C'est là que l'eau entre en jeu. Quand les interstices du sol se remplissent d'eau, celle-ci subit elle aussi une pression et tend à écarter les grains de l'intérieur. Les grains se rapprochent alors, très légèrement, d'un état de « flottaison ». Si la force de contact s'affaiblit, l'accrochage s'affaiblit aussi. Le poids du sol reste quasiment inchangé, mais la force qui retient la pente, elle, diminue.
L'eau met du temps à arriver
Pour atteindre l'état illustré à droite de la figure 1, l'eau doit descendre jusqu'aux couches profondes de la pente. Or, dans le sol, l'eau ne circule pas comme un cours d'eau : elle s'infiltre lentement à travers de minuscules interstices.
On estime qu'il peut ainsi s'écouler de quelques heures à une demi-journée entre le moment où la surface se mouille et celui où une couche de plusieurs mètres de profondeur est saturée d'eau. Même quand la pluie cesse et que le ciel s'éclaircit, l'eau continue de descendre sous terre. Le moment où le frottement atteint son minimum arrive donc après le pic de la pluie. C'est pourquoi l'idée que « la pluie a cessé, donc plus de danger » ne tient pas.
De plus, la façon dont l'eau de pluie se rassemble varie beaucoup selon les endroits d'un versant montagneux. Les zones en forme de vallée collectent l'eau d'une vaste région alentour. Pour une même pluie, ces endroits peuvent donc se saturer d'eau bien plus vite que les autres.
Les racines des arbres retiennent le sol comme un filet et réduisent, dit-on, le risque de glissements superficiels. Mais elles n'atteignent en général qu'un ou deux mètres de profondeur. Pour les « glissements profonds », où c'est une couche bien plus enfouie qui se déplace, la force des racines n'a presque aucun effet. Un versant boisé n'est donc pas forcément un versant sûr.
L'Agence météorologique japonaise utilise un indicateur appelé « indice de pluie du sol », qui estime la quantité d'eau accumulée dans le sol à partir des précipitations tombées. Il ne mesure pas seulement l'intensité de la pluie en cours, mais aussi son accumulation. Quand cet indice dépasse un certain seuil, les préfectures et l'Agence météorologique diffusent un avis d'alerte aux glissements de terrain.
Alors, que faire ?
- Même après la pluie, ne vous approchez pas d'une falaise ou d'un talusSous terre, l'eau continue de descendre. Il faut du temps avant que le danger ne s'estompe vraiment.
- Au moindre bruit, odeur ou changement de l'eau suspect, prévenez quelqu'un et évacuez immédiatementUn grondement, de petits cailloux qui tombent, une source qui devient trouble : ce sont des signes précurseurs reconnus.
- En fuyant, éloignez-vous de la falaise en vous déplaçant latéralementS'éloigner sur le côté de la pente permet, dit-on, d'atteindre un lieu sûr plus vite que de descendre tout droit.
Lorsqu'un avis d'alerte aux glissements de terrain ou un appel à évacuer est émis, considérez que le danger persiste même si la pluie faiblit. Éloignez-vous des falaises et des vallées, et gagnez les étages supérieurs d'un bâtiment solide. Si sortir vous semble plus risqué, déplacez-vous à l'intérieur du logement, dans la pièce la plus éloignée de la pente. En cas d'ensevelissement ou de blessé, appelez le 119 (ou le numéro d'urgence local) et laissez les secours aux pompiers et à la police : tenter de dégager quelqu'un soi-même expose à un nouvel effondrement. Suivez les consignes de la municipalité et les informations météorologiques pour décider d'évacuer.
En résumé
Une pente tient debout grâce au frottement produit par la pression entre les grains de terre. L'eau infiltrée relâche cette pression et affaiblit le frottement. Et comme l'eau met du temps à atteindre les profondeurs, le moment le plus critique peut survenir après la fin de la pluie. La clarté du ciel et l'état du sous-sol sont deux choses distinctes.
Ce n'est pas la pluie qui tombe qui décide d'un effondrement.
C'est la quantité d'eau déjà accumulée dans le sol, à cet instant précis.
La montée soudaine des rivières après la pluie obéit au même mécanisme « à retardement ». Pour en savoir plus, voir « Pourquoi une rivière peut-elle monter brusquement par temps clair ? ». Le phénomène où l'eau entre les grains empêche le sol de tenir est aussi abordé dans « Pourquoi la liquéfaction transforme-t-elle le sol en « eau » ? ». Le mécanisme par lequel les racines des arbres transportent l'eau est expliqué dans « Comment les arbres arrivent-ils à faire monter l'eau jusqu'à 100 mètres de haut ? ». L'histoire de l'eau de pluie qui creuse lentement les vallées et forme des cascades et des falaises sur le chemin des randonneurs égarés se trouve dans « Pourquoi ne faut-il jamais descendre un ravin quand on se perd en montagne ? ».
- Formez un petit tas de sable sec sur un plateau. Notez l'angle le plus raide auquel il garde sa forme une fois la main retirée.
- Avec un vaporisateur, mouillez peu à peu seulement le haut du tas. Vous remarquerez que, juste après avoir mouillé la surface, la forme tient au contraire encore mieux.
- Continuez à ajouter de l'eau jusqu'à ce qu'elle atteigne la base du tas. Un moment après avoir arrêté d'en verser, le pied du tas peut s'effondrer et s'étaler.
Ne tentez pas cette expérience sur une vraie pente en extérieur. Il ne s'agit que d'un modèle réduit : une pente réelle se comporte tout autrement, selon l'empilement des couches de sol et les chemins que suit l'eau souterraine.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuels scolairesDu collège jusqu'aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque partie est indiqué
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de « physique fondamentale » du lycée
- Lycée+Contenu approfondi du lycée, ou encadré de manuel
- UniversitéContenu non enseigné au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (géotechnique, hydrologie)
- RechercheSujet encore en cours d'étude par les chercheurs, pas encore enseigné comme une certitude établie, même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Surface de glissement : la surface le long de laquelle le sol d'une pente se met à glisser. C'est la ligne jaune en pointillés de la figure 1.
- Pression interstitielle : la pression exercée par l'eau qui remplit les interstices entre les grains de terre. Elle relâche de l'intérieur la pression mutuelle entre les grains.
- Contrainte effective : la force réelle avec laquelle les grains se pressent les uns contre les autres. Elle correspond à la force totale exercée sur le sol, moins la pression interstitielle.
- Indice de pluie du sol : une valeur qui estime la quantité d'eau de pluie accumulée dans le sol. Elle sert à déterminer l'émission des avis d'alerte aux glissements de terrain.
CollègeLycéeVérification par le calcul : de combien l'eau réduit-elle le frottement ?
Prenons un bloc de terre de 1000 newtons posé sur une pente inclinée à 30 degrés. On n'utilise que la décomposition des forces selon la pente et perpendiculairement à elle, ainsi que la notion de frottement.
| En symboles | F = W × sinθ R = μ × ( W × cosθ − U ) condition d'effondrement : R < F |
| En mots | Force motrice = poids × part dirigée le long de la pente. Frottement retenant = coefficient de glissance × (force pressant sur la pente − force de répulsion de l'eau interstitielle) |
| D'où vient cette formule | De la « décomposition des forces », qui sépare la gravité en une composante le long de la pente et une composante perpendiculaire, et de la « loi du frottement », selon laquelle le frottement est proportionnel à la force de pression. Le fait de soustraire la force de répulsion de l'eau correspond à la notion géotechnique de « contrainte effective ». |
Signification des symboles : W est le poids du bloc de terre, θ l'inclinaison de la pente, μ le coefficient de glissance, U la force de répulsion de l'eau interstitielle, F la force motrice et R le frottement retenant (les forces sont en newtons).
| Poids du bloc de terre | 1000 newtons (environ 100 kg) |
| Inclinaison de la pente | 30 degrés |
| Part le long de la pente (30 degrés) | valeur admise : 0,50 |
| Part perpendiculaire à la pente (30 degrés) | valeur admise : 0,87 |
| Coefficient de glissance du sol | 0,7 (valeur approximative pour un sol sec) |
| Force de répulsion de l'eau interstitielle | 400 newtons (hypothèse après infiltration de la pluie) |
| Symbole | Signification et unité |
| Poids | intensité de la gravité s'exerçant sur le bloc de terre [newton] |
| Part | coefficient de répartition du poids selon la direction de la pente [sans unité] |
| Coefficient | coefficient donnant l'intensité du frottement par rapport à la force de pression [sans unité] |
| Force de répulsion | intensité de la force avec laquelle l'eau interstitielle écarte les grains [newton] |
| Force motrice | 1000 × 0,50 = 500 |
| Force pressant sur la pente (sol sec) | 1000 × 0,87 = 870 |
| Frottement retenant (sol sec) | 870 × 0,7 = 609 |
| Force de pression (après infiltration) | 870 − 400 = 470 |
| Frottement retenant (après infiltration) | 470 × 0,7 = 329 |
| Rapport frottement / force motrice (sol sec) | 609 ÷ 500 ≈ 1,22 |
| Rapport frottement / force motrice (après infiltration) | 329 ÷ 500 ≈ 0,66 |
À sec, le frottement de 609 dépasse la force motrice de 500 : la pente est stable. Une fois l'eau infiltrée, le frottement tombe à 329, sous la barre des 500. Dès que l'équilibre est rompu, la pente se met en mouvement — alors même que le poids, lui, est resté fixé à 1000 tout du long. Ce n'est pas le fait d'alourdir le sol qui provoque l'effondrement, mais celui de lui retirer sa force de soutien. C'est le point clé de ce phénomène.
LycéeLycée+Pourquoi cet effet se manifeste-t-il « en retard » ?
LycéeLa vitesse à laquelle l'eau progresse dans le sol dépend de la finesse des interstices. Plus le sol est fin, plus l'eau y avance lentement. On estime qu'il faut de quelques heures à une demi-journée pour que l'eau atteigne une profondeur de plusieurs mètres depuis la surface. Ce décalage sépare le pic de la pluie du pic du danger.
Lycée+De plus, quand l'eau des interstices du sol est mise sous pression, cette pression se transmet aux alentours. La façon dont elle se propage dépend fortement de la finesse du sol : s'il existe une couche peu perméable, l'eau s'accumule au-dessus et la pression y monte. On pense que c'est pour cette raison que la limite d'une telle couche peu perméable devient souvent une surface de glissement.
UniversitéLa stabilité d'une pente vue par la géotechnique
En géotechnique, on appelle « facteur de sécurité » le rapport entre la « force qui tend à faire glisser » et la « force qui retient » le long d'une surface de glissement ; l'effondrement est censé survenir quand ce rapport passe sous 1. La force retenante s'exprime comme la somme de la contrainte effective multipliée par le coefficient de frottement, et de la cohésion du sol. La contrainte effective est la force totale exercée moins la pression interstitielle. Le « principe de la contrainte effective », selon lequel seule la force restante après soustraction de la pression de l'eau produit le frottement, est dû à Terzaghi ; la formule de la force retenante est appelée « critère de rupture de Mohr-Coulomb ». Cette approche, formalisée dans la première moitié du XXe siècle, reste aujourd'hui la base de la conception des pentes et des digues. On utilise aussi largement des méthodes qui calculent, par des modèles d'infiltration, la relation entre pluie et niveau de la nappe, afin de suivre l'évolution du facteur de sécurité au fil du temps.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Contrainte effective (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui reste mal compris
- La prévision du moment exact. On peut identifier, dans une certaine mesure, les pentes dangereuses, mais prédire à l'avance l'heure précise d'un effondrement reste, dit-on, très difficile.
- Le déclencheur des glissements profonds. Les effondrements qui mobilisent d'un coup des dizaines de mètres de profondeur ne correspondent pas toujours clairement à la pluie ; on étudie leur lien avec les chemins de l'eau souterraine.
- L'efficacité réelle des racines. La façon dont la force de rétention des racines varie selon l'essence, l'âge de l'arbre ou le temps écoulé depuis une coupe fait encore l'objet de recherches, y compris sur la méthode de mesure elle-même.
- Le lien avec le changement climatique. Comment l'augmentation des pluies intenses de courte durée modifie la survenue des glissements de terrain est étudié région par région, en ce moment même.
Autrement dit, le contenu de cet article reste « une explication fondée sur ce que l'on sait aujourd'hui ». C'est justement pour cela que s'éloigner tôt, dès qu'on sent un danger, garde tout son sens.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences・Action des forces／Évolution de la terre | Forces agissant sur une pente, infiltration de l'eau |
| Lycée | Physique fondamentale (décomposition des forces, frottement) | Calcul de la force motrice et du frottement |
| Lycée+ | Approfondissement・encadré (perméabilité de l'eau, propagation de la pression) | Pourquoi l'effet se manifeste en retard, couches peu perméables |
| Université | Géotechnique・hydrologie (contrainte effective, facteur de sécurité) | Calcul de la stabilité de la surface de glissement |
| Recherche | Sciences de la prévention des catastrophes (en cours) | Prédiction de l'heure d'effondrement, glissements profonds, effet des racines |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Lecture de l'indice d'alerte aux glissements de terrain, décision de s'éloigner tôt d'une falaise |
- Ministère japonais du Territoire, des Infrastructures, des Transports et du Tourisme (国土交通省), « Connaissances de base sur la prévention des glissements de terrain » et documents explicatifs sur les signes précurseurs.
- Agence météorologique japonaise (気象庁), pages explicatives sur l'« indice de pluie du sol » et les « avis d'alerte aux glissements de terrain ».
- Manuel de lycée de « physique fondamentale », chapitre sur la décomposition des forces et le frottement.
- Terzaghi, K., "Theoretical Soil Mechanics", 1943 (ouvrage classique exposant le principe de la contrainte effective).
※ Cet article est une vulgarisation scientifique grand public. Les valeurs présentées sont des repères approximatifs destinés à faciliter la compréhension des mécanismes. Pour toute décision d'évacuation réelle, suivez les consignes de votre municipalité et les informations diffusées par l'Agence météorologique et les préfectures (ou les autorités locales compétentes).