[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le laboratoire 3S

Titre du projet

Modélisation et simulation numérique du déclenchement des avalanches (de la stabilité de plaques de neige)
[ rapport pdf ]

Type d'aléa
 Glace, neige et avalanches
Année

1996

Mots-clés
Risque avalanche - Stabilité du manteau neigeux - Déclenchement - Mode de rupture - Cisaillement - Traction - Indices de stabilité locaux - Modélisation numérique
Champs disciplinaires
Nivologie, mécanique


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Laboratoire 3S
Organisme(s) associé(s)
*
Coordonnateur
 Dominique DAUDON
Participants
Laurent SCHILLINGER, Etienne FLAVIGNY


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
*
Contexte de l'étude
Cette étude s’intéresse aux types de manteau neigeux qui risquent de conduire à la formation d’avalanches de plaques. Le comportement de la neige dans ce cas est voisin de celui des sols, ce qui rend son étude possible par les outils théoriques, pratiques et informatiques de la géomécanique.

Plus particulièrement, les travaux présentés ici ont été menés avec le logiciel FLAC3D. L’intérêt d’étudier le départ des avalanches de plaques sous l’aspect mécanique est double. Il permet non seulement d’estimer quantitativement le risque avalancheux (de même que l’outil statistique), mais encore d’analyser qualitativement les différents mécanismes conduisant à la rupture.
Programme plus vaste
Contrat de Plan Etat - Région, Appel d’offre 1997-98 : « De la stabilité mécanique à l’instabilité et rupture des plaques de neige »
Initiation du projet
Projet initié par le PGRN
Montant du financement (k€)
4,573 k€ (30 kF)
Part du CG38 - PGRN
100 %
(Co)-Financements
*
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Il a permis d’effectuer cette recherche (crédit incitatif).


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
Modéliser de manière acceptable le comportement mécanique de pentes enneigées en définissant des indices de stabilité locaux, qui renseignent sur le risque de rupture du manteau neigeux, sur le mode de rupture (traction, cisaillement) et sur la localisation des ruptures probables.
Méthodologie
Mise au point théorique sur l’estimation de la stabilité mécanique d’une plaque de neige (indice de stabilité F, indices de stabilités locaux Fs et Ft), en considérant les deux phénomènes à l’origine du déclenchement des avalanches : la rupture en cisaillement et la rupture en traction.
Modélisation de manteaux neigeux avec la neige considérée comme un matériau élasto-plastique non associé (la limite élastique est définie en cisaillement par une loi de Mohr-Coulomb et en traction par une résistance limite) après définition, en accord avec les observations de terrain, de 4 qualités de neiges différentes (dure, fragile, intermédiaire ou fraîche), caractérisées par leur densité.

Modélisation géométrique d’une combe d’inclinaison 35°, de 100m de long, de 40M de large, dont les bords sont surélevés de 3m par rapport à la ligne de plus grande pente, et qui débouche sur un fond de vallée plan et horizontal. Conditions aux limites : sol indéformable et neige encastrée en amont de la pente, sur ses bords latéraux et en limite aval.

L’analyse repose sur le calcul en trois dimensions de l’état des contraintes et de déformations au sein du manteau neigeux par le logiciel FLAC3D (code de calcul basé sur la méthode des différences finies, qui permet la description de grandes déformations).

L’application à une « pente » école permet de tracer des cartes d’iso valeurs des coefficients de stabilités aussi bien vis-à-vis de la traction que du cisaillement.
Résultats
Mise en évidence, sur l’exemple de formation d’une plaque à vent, d’une rupture de la couche tendre en cisaillement dans toute sa partie centrale. La rupture de la plaque à vent, quant à elle, se produit en traction et à la périphérie de la combe.

Validation des indices de stabilité locaux sur cet exemple. En effet, ce type de manteau neigeux est un véritable piège ; des départs d’avalanche en cette situation ont été observés de nombreuses fois par des skieurs et des professionnels de la montagne.

L’estimation du risque avalancheux, jusqu’alors réalisée à l’échelle de tout un massif montagneux (prévisions du CEN), ou pour une pente de géométrie simpliste (calcul de F), peut donc être menée à une échelle locale.

 - Détermination des influences respectives des paramètres géométriques (concavité/convexité, rapport longueur/largeur de la pente, ruptures de pente, épaisseurs des différentes couches…) et mécaniques (valeurs des différentes constantes intervenant dans la modélisation) sur l’activité avalancheuse.

- Le logiciel Flac 3D permet aussi d’introduire des « éléments » d’interface entre les couches de neige, afin de simuler au mieux les « couches critiques » d’épaisseur très faible.

- Enfin, la loi de comportement élasto-plastique reste très simpliste par rapport au comportement réel de la neige et notamment ne prend pas en compte les phénomènes différés. Leur prise en compte permettrait de simuler correctement la mise en contrainte du manteau neigeux.


4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Chercheurs en nivologie et gestionnaires du risque avalanche
Production scientifique
- Méthodologie innovante
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
*
Partenariats
- Préexistant
- Initié par ce projet
- Qui se poursuit
Retombées du projet
*


5) Valorisation du projet

Publications et communications
Communication sans actes:
- DAUDON D., Gourves R., FLAVIGNY E., Navarre J.-P., et Page Y., 1997, Mechanical modelling and snow cover stability, International Symposium on Snow and Avalanches Chamonix 26-30 may 97, org. ANENA et Internional Society of Glaciology.
- DAUDON D., PEYREDE D. et FLAVIGNY E., 1999, Numerical modelling of snow slab stability, ALERT Aussois 25-27 octobre 1999.

Actes sans review :
- DAUDON D., FLAVIGNY E. et SCHILLING L. (1998): 3D modelling of snow slabs stability, 25 Years of snow Research 12-16 may 1998 Voss, org. Norvegian geotechnical institute, in: 25 years of snow Avalanche research, Erik Hestnes Ed. NGI, vol. 203 pp.300.
- DAUDON D., MARTINEZ H., et Burlet J.L. (1999) Modelo numerico de la estabilidad de una placa de nieve en pendiente, 6eme congreso argentino de mecanica computacional 6-10 sept 1999 Mendoza, Argentina, org. carlos garcia garino, in : 6eme congreso argentino de mecanica computacional.

Actes avec review :
- DAUDON D. et FLAVIGNY E. (2000): Studying the stability of snow slab by numerical modelling, 4th European Mechanics of Materials Conference (EMMC4) Metz (France), 26-29 June 2000 , org. M. Clavel, F. Dunne, E. Gautier, in : Proc. of the 4th European Mechanics of Materials Conference (Provisory Volume), M. Clavel, F. Dunne and E. Gautier Ed. Institut National Polytechnique de Lorraine, pp.(no page number).

Chapitre d’ouvrage :
- DAUDON D., FLAVIGNY E. et SCHILLING L. (2000) : Stabilité de la neige, modélisation numérique tridimensionnelle, in : la neige : recherche et reglementation, F.NAAIM BOUVET, M. PRATT Ed. Cemagref edition, prece de l'ENPC, pp.155.

Pages Web
*

 

[Programme de recherche départemental]