Johan Gaume, professore di movimenti di massa alpini presso il Politecnico di Zurigo e l’Istituto WSL per lo studio della neve e delle valanghe (SLF) di Davos, è specializzato in valanghe, frane e colate granulari e detritiche. Lui e i suoi colleghi hanno sviluppato un nuovo software di simulazione per stimare quali aree potrebbero essere a rischio di tali disastri naturali. Questo ha permesso di prevedere la distanza che la valanga di roccia avrebbe potuto percorrere nel caso di Brienz poco prima della frana - e l’evento reale ha infine supportato la simulazione "empiricamente". In questa intervista, il ricercatore spiega come funziona il suo modello e perché era riluttante a comunicarlo la scorsa estate, quando la frana era ancora in corso.
ETH News: Con il vostro nuovo modello, siete stati in grado di prevedere quasi al metro il punto in cui la roccia si sarebbe fermata prima dell’effettiva frana di Brienz. Qual è il segreto di questo modello?
Johan Gaume: I modelli precedenti sono bidimensionali con leggi di attrito empiriche i cui parametri sono solitamente calcolati sulla base di dati di eventi passati. Poiché gli eventi reali non si ripetono con la frequenza desiderata nelle stesse condizioni, la calibrazione non è facile e le incertezze nella modellazione sono di conseguenza elevate. Il nostro modello, invece, si basa sui materiali coinvolti - ghiaccio, neve o roccia - è completamente tridimensionale e richiede essenzialmente solo tre componenti: un modello digitale di elevazione per rappresentare la topografia, il volume del materiale rilasciato e varie proprietà meccaniche come l’attrito e la resistenza del materiale. Queste proprietà possono essere determinate utilizzando test di laboratorio geotecnici convenzionali.
Il modello è stato sviluppato specificamente per il caso di Brienz?
No, è stato originariamente sviluppato per la simulazione di valanghe di neve. Tuttavia, poiché il nostro codice è orientato ai materiali, è relativamente facile inserire un modello di materiale diverso e simulare il comportamento di rocce, ghiaccio e acqua.
Perché Brienz è stata così importante per voi?
Brienz è stata un’opportunità per noi di contribuire a questo caso e di testare l’accuratezza del nostro modello nel prevedere tali eventi. Fino a poco tempo fa, potevamo testarlo solo sulla base di eventi passati. Brienz era quindi di particolare interesse per noi. Data l’alta probabilità di un evento importante, abbiamo fatto una previsione al buio con le nostre simulazioni e abbiamo presentato i nostri risultati alle autorità cantonali.
Come si presentava questa previsione?
Abbiamo elaborato due scenari: uno secco e uno pessimistico con molta acqua, che aumenta la mobilità del materiale roccioso. Nel caso di una frana secca, abbiamo previsto che la valanga di roccia si sarebbe fermata a circa 20 metri dal villaggio. Tuttavia, il nostro secondo scenario ha mostrato che più della metà del villaggio potrebbe essere colpita dalla frana in caso di un grande volume d’acqua.
Sembra un’elevata precisione di previsione per uno scenario secco. Quanto è realistico il vostro modello?
Anche se siamo stati lieti di constatare che la nostra simulazione era ben in linea con la realtà, i risultati della modellazione non erano perfetti e contenevano alcune incongruenze. Ad esempio, il volume del materiale è stato leggermente sovrastimato nella nostra simulazione. Inoltre, il nostro modello mostrava una diffusione laterale più forte di quella osservata nella realtà.
L’estate scorsa, lei si è trattenuto sulle previsioni. Perché?
Da un lato, ero felice che la nostra simulazione fosse così accurata. Ci abbiamo lavorato per anni, quindi da un lato volevo comunicare il successo del caso Brienz. D’altra parte, c’erano grandi incertezze, come la questione dell’acqua e lo scenario di innesco. Se ci fosse stata molta acqua, la simulazione sarebbe stata piuttosto imprecisa perché mancava un accoppiamento idromeccanico completo. Attualmente stiamo lavorando su questo aspetto. Ma ho anche esitato con la comunicazione perché l’aspetto politico era delicato. Le persone sul posto avrebbero potuto fraintendere un simile messaggio. Anche se il mio modello avesse previsto che una frana di grandi dimensioni si sarebbe fermata a 20 metri da casa mia, avrei evacuato perché ci sono troppe incertezze.
Da quanto tempo lavora a questo modello?
Dal 2017 lavoro con i miei colleghi dell’SLF e dell’Università della California Los Angeles (UCLA) a una nuova generazione di modelli informatici che simulano i movimenti di massa alpini nel modo più accurato possibile. Questi includono flussi di neve, ghiaccio, roccia e detriti, nonché cascate, in cui un processo come una valanga di roccia e ghiaccio innesca un flusso di detriti. In generale, mi occupo da tempo di modellazione relativa all’innesco e alla dinamica dei movimenti di massa nelle Alpi.
Come si può migliorare il modello?
Per Brienz, un postdoc del mio gruppo all’ETH e all’SLF sta attualmente rianalizzando i dati. Effettueremo ulteriori simulazioni per valutare le nostre previsioni e vedere cosa avremmo potuto fare meglio. Presenteremo le nostre simulazioni al buio e le successive analisi alla conferenza Interpraevent che si terrà a Vienna quest’estate. Inoltre, stiamo sviluppando ulteriori modelli in cui è possibile combinare simultaneamente solidi e liquidi, in modo da ottenere una miscela di un liquido viscoso e di particelle più grandi e grossolane, ad esempio frammenti di roccia. Stiamo anche ampliando i nostri modelli per poter analizzare meglio gli effetti del riscaldamento globale. A tal fine, abbiamo bisogno di modelli che simulino l’interazione tra la fase liquida e quella solida, ma anche i cambiamenti di fase da solido a liquido o gli effetti della temperatura. Infine, stiamo lavorando alla simulazione di processi a cascata, come quelli che si sono verificati sul Piz Cengalo, sopra Bondo. In queste cascate, un evento ne innesca un altro, che a sua volta ne innesca un altro ancora. Queste cascate di processi catastrofici potrebbero diventare più frequenti e più gravi a causa dei cambiamenti climatici. Iniziano in alto sulle Alpi e potrebbero scendere a valle come una miscela di componenti liquidi e solidi.
Mettete i vostri modelli a disposizione degli operatori?
Per rendere i modelli disponibili ai professionisti, dobbiamo innanzitutto semplificarne l’uso. Inizieremo presto a sviluppare un’interfaccia grafica per renderli più facili da usare. Vogliamo anche migliorare l’efficienza del nostro codice. La simulazione di Brienz, ad esempio, aveva una risoluzione di due metri e conteneva circa due milioni di particelle. Un buon computer da ufficio impiegava meno di dieci minuti per eseguirla. Una versione in grado di utilizzare processori grafici e strumenti di intelligenza artificiale ci permetterebbe di migliorare la risoluzione o di rendere disponibili i risultati della simulazione in meno di un minuto.
Come utilizzerete il modello in futuro?
Utilizziamo il nostro modello per la ricerca e la consulenza. Abbiamo avuto alcune richieste da parte di uffici cantonali e studi di ingegneria per effettuare simulazioni in casi in cui gli approcci classici sono difficili. Tuttavia, al momento la maggior parte del nostro lavoro riguarda la ricerca. In vista dei miglioramenti e degli sviluppi previsti, sospetto che anche i professionisti possano essere interessati al nostro modello.
A quali altri casi potreste applicare il vostro modello in Svizzera o nelle Alpi nel prossimo futuro?
Attualmente facciamo parte dell’importante progetto del WSL Impatti dei cambiamenti climatici sui movimenti di massa, in cui stiamo realizzando scenari e simulazioni nella zona di Kandersteg, a Spitze Stei, sopra il lago di Oeschinen, dove un pendio roccioso è instabile. Qui simuliamo una potenziale valanga di roccia massiccia che potrebbe raggiungere il lago e scatenare uno tsunami. Questo potrebbe trascinare i sedimenti saturi e causare una colata detritica che potrebbe minacciare il villaggio di Kandersteg.
