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Titre
du projet |
Modélisation
et simulation numérique du déclenchement des
avalanches (de la stabilité de plaques de neige)
[
rapport pdf
]
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| Type
d'aléa |
Glace,
neige et avalanches |
| 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
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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 » |
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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
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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. |
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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. |
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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.
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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 |
| Partenariats |
-
Préexistant
- Initié par ce projet
- Qui se poursuit |
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.
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| Pages
Web |
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