Tsunami generated by a granular collapse down a rough inclined plane

In this Letter, we experimentally investigate the collapse of initially dry granular media into water and the subsequent impulse waves. We systematically characterize the influence of the slope angle and the granular material on the initial amplitude of the generated leading wave and the evolution of its amplitude during the propagation. The experiments show that whereas the evolution of the leading wave during the propagation is well predicted by a solution of the linearized Korteweg-de Vries equation, the generation of the wave is more complicated to describe. Our results suggest that the internal properties of the granular media and the interplay with the surrounding fluid are important parameters for the generation of waves at low velocity impacts. Moreover, the amplitude of the leading wave reaches a maximum value at large slope angle. The runout distance of the collapse is also shown to be smaller in the presence of water than under totally dry conditions. This study provides a first insight into tsunamis generated by subaerial landslides at low Froude number

Modelling erosion and deposition in geophysical granular mass flows

During hazardous geophysical mass flows, such as rock or snow avalanches, debris flows and volcanic pyroclastic flows, a continuous exchange of material can occur between the slide and the bed. The net balance between erosion and deposition of particles can drastically influence the behaviour of these flows. Recent advances in describing the non-monotonic effective basal friction and the internal granular rheology in depth averaged theories have enabled small scale laboratory experiments (see fig. 1) to be quantitatively reproduced and can also be implemented in large scale models to improve hazard mitigation

Effondrement granulaire dans l'eau : application à la génération de tsunami

Qu'il s'agisse du remplissage d'un silo à grain ou de la distance parcouru par un glissement de terrain, la dynamique des écoulements granulaires est présente aussi bien dans des domaines industriels que géophysiques. Si les différentes configurations d'écoulements granulaires secs sont assez bien prédites par la rhéologie mu(I), il en est tout autrement lorsqu'on ajoute de l'eau. L'objectif de cette étude est de caractériser le comportement d'un effondrement granulaire initialement sec dans l'eau le long d'une pente d'angle variable et de déterminer son influence sur les vagues générées. Pour cela plusieurs séries d'expériences ont été menées dans un aquarium de 2.20 m de long, 0.40 m de haut et 0.20 m de large. Afin de quantifier l'influence des principaux paramètres de ce type d'écoulement, l'angle de la pente, la hauteur d'eau, la masse initiale de granulaire ainsi que le type de grains utilisés ont été modifiés. Pour assurer une condition de non-glissement, les pentes et fonds ont été réalisés en collant à chaque fois le même type de matériaux que l'effondrement. Une caméra rapide a été utilisée pour enregistrer l'évolution du front granulaire au cours du temps. La propagation des vagues générées est enregistrée à l'aide de quatre sondes réparties le long de l'aquarium. Les expériences montrent que l'amplitude maximale atteint par la première vague dépend directement de la masse de granulaire et de la pente. D'autres résultats moins intuitifs ont également été observés comme le fait que la vitesse et l'épaisseur du glissement granulaire restent constant au cours de l'effondrement. Afin d'interpréter ces résultats expérimentaux, une étude numérique est en cours en modélisant l'écoulement granulaire par un fluide non-Newtonien. Le développement d'une loi d'échelle sur l'amplitude de la vague générée est également menée en parallèle

Evolution of water waves generated by subaerial solid landslide

International audienceWaves generated by aerial and subaerial landslides are studied experimentally, theoretically and numerically. A set of experiments are done in a wave tank of 18 m long, 0.65 m wide and 1.5 m deep. Numerical simulations are in good agreement with the experiments. Basedon numerical and experimental results, we derive different scaling laws which show a good agreement with the experiments and the simulations. These scaling laws allow thus to predict the time evolution of the maximum amplitude wave generated by an aerial solid landslide, which is a relevant quantity for wave forecast

Simulation of tsunami waves generated by subaerial landslide.

Les vagues de tsunami sont des ondes longues générées par des événements géophysiques impulsifs de la croûte terrestre, de volcans, d’impacts d’astéroïdes et de glissements de terrain. Si la majorité des tsunamis sont d'origine tectonique, l'effondrement en masse d'un relief côtier peut constituer une source importante de l’aléa tsunami. Après une brève introduction sur les différentes générations de tsunamis dans l'histoire et les enjeux de cette thèse, le chapitre 1 présente les principaux résultats bibliographiques sur la génération et la propagation de tsunamis, ainsi qu’un rappel sur l’établissement des équations s’appliquant à l’étude des vagues extrêmes. Le second chapitre est dédié à la présentation des différents codes numériques utilisés dans ce manuscrit, à savoir, Gerris et SPHysics. Le chapitre 3 s'intéresse à la génération de tsunami par l’impact d’un bloc solide. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats numériques des deux codes. A partir de là, une étude systématique a été faite, menant à des lois d’échelles sur le temps d’arrivée et l’amplitude de la première vague générée. Dans le chapitre 4, les interactions entre le glissement de terrain et la vague générée sont étudiées expérimentalement à l'aide d'impact granulaire initialement sec dans l'eau. Une étude systématiques des différents paramètres met en lumière l'importance des propriétés du glissement sur la vague générée. Enfin, Le chapitre 5 est dédié à l’étude de l’effondrement du Cap Canaille à Cassis. Cette étude numérique utilise un modèle de génération et de propagation simplifié afin d'estimer le potentiel destructeur d'un éventuel effondrement majeur.Tsunami waves are long waves generated by impulsive geophysical events of earth's crust, volcanoes, asteroids impacts or landslides. Even if most of the tsunamis are generated by submarine earthquakes, the massive collapse of coastal landscape may constitute an important source of tsunami hazard. After introducing historical tsunami events, chapter 1 presents a state-of-the-art on the generation and propagation of tsunami waves and the main equations dealing with extreme water waves. Chapter 2 presents the numerical codes used in this thesis: Gerris and SPHysics. Chapter 3 focuses on the generation of tsunami by a solid landslide. Experimental results are compared to numerical simulations obtained using both codes. From this results, we derive scaling laws on the arrival time and amplitude of the first generated wave. The chapter 4 deals with the interactions between the slide and the generated wave by taking into account the impact of an initially dry granular media into water. Systematic studies varying the different parameters exhibit the significance of the internal properties of the slide on the generated wave. Finally, chapter 5 is dedicated to the collapse of the Cap Canaille near Cassis. A idealized model for the generation and the propagation are used to estimate the hazard associated to such a massive collapse

Granular porous landslide tsunami modelling – the 2014 Lake Askja flank collapse

Subaerial landslides and volcano flank collapses can generate tsunamis with devastating consequences. The lack of comprehensive models incorporating both the landslide and the wave mechanics represents a gap in providing consistent predictions of real events. Here, we present a novel three-dimensional granular landslide and tsunami model and apply it to the 2014 Lake Askja landslide tsunami. For the first time, we consistently simulate small-scale laboratory experiments as well as full scale catastrophic events with the same model. The model captures the complete event chain from the landslide dynamics to the wave generation and inundation. Unique and complete field data, along with the limited geographic extent of Lake Askja enabled a rigorous validation. The model gives deep insights into the physical landslide processes and improves our understanding and prediction capabilities of frequent and catastrophic landslide tsunamis.publishedVersio

Experimental measurements.

<p>Experimental measurements.</p

Tsunami Waves Generated by Cliff Collapse: Comparison Between Experiments and Triphasic Simulations

International audienceAlthough many tsunamis arise from underwater earthquakes, some are induced by submarine and subaerial landslides. For example, the collapse of an unstable cliff into the sea can generate a tsunami wave near the coast and exhibit extreme run-up. As a result, those tsunamis develop significant hazards to the population. The threat caused by such tsunamis strongly depends on the topography and location of the unstable cliff. Predicting the height of the tsunami wave generated by a subaerial or submarine collapse requires experimental investigations, analytical modeling and numerical simulations. In this chapter, we discuss recent experimental results on granular collapse in water and the influence of the physical parameters on the amplitude of the tsunami waves. We also present triphasic numerical simulations based on a finite-volumes method, where different rheologies are considered for the slide. We also emphasize the difficulty of such simulations and compare the numerical results to experimental measurements

Shallow water waves generated by subaerial solid landslides

International audienceSubaerial landslides are common events, which may generate very large water waves. The numerical modelling and simulation of these events are thus of primary interest for forecasting and mitigation of tsunami disasters. In this paper, we aim at describing these extreme events using a simplified shallow water model to derive relevant scaling laws. To cope with the problem, two different numerical codes are employed: one, SPHysics, is based on a Lagrangian meshless approach to accurately describe the impact stage whereas the other, Gerris, based on a two-phase finite-volume method is used to study the propagation of the wave. To validate Gerris for this very particular problem, two numerical cases of the literature are reproduced: a vertical sinking box and a 2-D wedge sliding down a slope. Then, to get insights into the problem of subaerial landslide-generated tsunamis and to further validate the codes for this case of landslides, a series of experiments is conducted in a water wave tank and successfully compared with the results of both codes. Based on a simplified approach, we derive different scaling laws in excellent agreement with the experiments and numerical simulations