Département de géomatique appliquée Faculté des lettres et sciences humaines

Département de géomatique appliquée
Faculté des lettres et sciences humaines
Université de Sherbrooke
Caractérisation de l’incidence du couvert nival sur la dimension des lahars
en cas d’éruption : étude de cas sur le Mont Rainier, Washington, États-
Unis d’Amérique
LEVIN-EDUARDO CASTILLO-GUIMOND
M. Sc. A.
Essai présenté pour l’obtention du grade de Maître ès sciences géographiques
(M. Sc.), cheminement Géodéveloppement durable
Mai 2017
© Levin-Eduardo Castillo-Guimond, 2017

RÉSUMÉ
Le lahar est une ou plusieurs coulées de débris saturée(s) en eau, où les débris sont
essentiellement rocheux. C’est un géorisque volcanique pouvant grandement affecter l’homme
et ses infrastructures. La quantité d’eau disponible est un des principaux facteurs limitant leur
taille. Cette eau peut provenir de la fonte du couvert nival du volcan, de son système
hydrothermal interne ou de fortes pluies. Pour former un lahar, l’eau doit incorporer une grande
quantité de matériel en dévalant les pentes de l’édifice volcanique. Les lahars sont considérés
comme étant primaires lorsqu’ils sont générés par une éruption et secondaires lorsqu’ils se
forment après une éruption ou sans être reliés à une éruption. Les lahars primaires sont toujours
formés par la fonte du couvert nival du volcan.
Cette étude avait pour objectif de développer une procédure quantifiant l’ampleur que peuvent
atteindre les lahars produits lors d’une éruption sous un couvert nival. La procédure envisagée
utilisait le modèle thermodynamique multicouche Suisse SNOWPACK. Le modèle était
alimenté par les données climatiques réanalysées NARR (North American Regional
Reanalysis) et des données géophysiques extraites d’un modèle numérique de terrain. Le volcan
étudié était le Mont Rainier, dans l’État de Washington aux États-Unis, car il présente un risque
très élevé de lahars et une forte population réside en aval de ses bassins versants. Les sites de
simulations étaient situés à la ligne des arbres (1970 m) et près du sommet (3900 m).
Les simulations du modèle ont calculé les valeurs d’épaisseur et d’équivalent en eau du couvert
nival. Ces valeurs, jumelées à la superficie de la toundra alpine, permettaient d’obtenir une
estimation du volume d’eau disponible sur le volcan. Les résultats montraient qu’à la fin de
l’hiver 2010-2011, ce volume représentait environ 0,1 km3 d’eau liquide. Une éruption
affectant tout le couvert nival du volcan pouvait donc produire un volume de lahar total (eau et
débris) entre 0,244 et 0,435 km3. Une fois ce volume réparti sur les trois différents bassins
versants, les lahars possibles se comparaient à certains lahars historiques ayant eu lieu sur le
même volcan. Une simple comparaison montrait que de tels lahars pouvaient atteindre certaines
petites villes près du Mont Rainier. Cependant, les villes plus importantes et plus distales, telles
que celles des basses-terres du Détroit de Puget, ne pouvaient être affectées que par les crues
formées suite à la dilution des lahars.

iv
TABLE DES MATIÈRES
TABLE DES MATIÈRES ......................................................................................................... iv
LISTE DES FIGURES .............................................................................................................. vi
LISTE DES TABLEAUX ........................................................................................................ vii
REMERCIEMENTS ............................................................................................................... viii
1. CHAPITRE 1 — INTRODUCTION ................................................................................. 1
1.1 Problématique .............................................................................................................. 1
1.1.1 Les volcans ........................................................................................................... 1
1.1.2 Les lahars .............................................................................................................. 5
1.2 Objectifs et hypothèses ................................................................................................ 6
2. CHAPITRE 2 — CADRE THÉORIQUE .......................................................................... 8
2.1 Les volcans .................................................................................................................. 8
2.1.1 L’éruption et ses produits ................................................................................... 10
2.1.2 Risques associés aux volcans ............................................................................. 13
2.1.3 Dimensions du géorisque ................................................................................... 15
2.2 Les volcans de la côte Ouest américaine ................................................................... 17
2.2.1 L’arc des Cascades ............................................................................................. 18
2.2.2 Type de volcanisme et d’éruption ...................................................................... 18
2.2.3 Les grandes éruptions de l’Holocène ................................................................. 21
2.2.4 Géorisques possibles .......................................................................................... 22
2.3 Les lahars ................................................................................................................... 24
2.3.1 Description des lahars ........................................................................................ 24
2.3.2 Formation des lahars primaires .......................................................................... 27
2.4 Couvert nival alpin .................................................................................................... 32
2.4.1 Réservoir d’eau douce ........................................................................................ 32
2.4.2 Précipitations et processus d’accumulation ........................................................ 33
2.4.3 Les changements climatiques ............................................................................. 35
2.4.4 Les Cascades ...................................................................................................... 36
3. CHAPITRE 3 — DONNÉES ET MÉTHODES .............................................................. 37
3.1 Site d’étude ................................................................................................................ 37
3.1.1 Le Mont Rainier ................................................................................................. 39

v
3.1.2 Climat et régime de précipitations ...................................................................... 41
3.1.3 Année à l’étude ................................................................................................... 43
3.2 Simulations SNOWPACK ......................................................................................... 43
3.2.1 Les données climatiques ..................................................................................... 44
3.2.2 Les données géophysiques ................................................................................. 45
3.2.3 Les données en sortie ......................................................................................... 47
3.2.4 Les sites de simulations ...................................................................................... 47
3.3 Calculs ....................................................................................................................... 48
3.3.1 Volume d’eau disponible .................................................................................... 48
3.3.2 Matériel transportable ......................................................................................... 50
4. CHAPITRE 4 — ANALYSE ET RÉSULTATS ............................................................. 52
4.1 La température de l’air ............................................................................................... 52
4.2 Paramètres de la couverture de neige avec le modèle ............................................... 53
4.2.1 Équivalent en eau ............................................................................................... 54
4.2.2 Paramètres de la couverture de neige avec la station météo .............................. 56
4.3 Impact d’une éruption volcanique ............................................................................. 57
4.3.1 Volume d’un lahar .............................................................................................. 57
5. CHAPITRE 5 — DISCUSSION ...................................................................................... 59
5.1 Retour sur les résultats ............................................................................................... 59
5.2 Procédure et méthode ................................................................................................ 60
5.2.1 Procédure ............................................................................................................ 60
5.2.2 Méthode .............................................................................................................. 62
5.2.3 Données .............................................................................................................. 65
5.3 Perturbation du couvert nival ..................................................................................... 66
5.3.1 Type d’éruption et conséquence ......................................................................... 66
5.3.2 Nature du matériel solide ................................................................................... 67
5.3.3 Comparaison de l’ampleur des lahars possibles ................................................. 68
6. CHAPITRE 6 — CONCLUSION .................................................................................... 71
7. RÉFÉRENCES ................................................................................................................. 75