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Titre
du projet |
Modélisation
numérique de la perte d'équilibre d'un escarpement
rocheux multiblocs
[
rapport pdf
] |
| Type
d'aléa |
Mouvements
de terrain - éboulements - chutes de blocs |
| Mots-clés |
Risque
éboulement - Escarpement rocheux - Modèle numérique
- Scanning laser - Topographie 3D - Extrapolation - Eléments
discrets tétraédriques |
| Champs
disciplinaires |
Géomécanique,
géomatique, développement de logiciels libres |
1) Organismes et auteurs
| Organisme
pilote |
Laboratoire
3S |
| Organisme(s)
associé(s) |
Gravir-INRIA,
LIRIGM, GeoLab-NTUA (Grèce), LGCA, RNVO |
| Coordonnateur |
Frédéric
DONZÉ |
|
Participants |
Olivier
GALIZZI, Ioannis STEFANOU, Bruno FRICOUT, Magali FRAYSSINES,
Thierry VILLEMIN, Didier HANTZ |
2) Contexte du projet
| Site(s)
d'étude |
Falaises
calcaires du Vercors ; une des tours Saint-Jacques (monolithes
de calcaires du Fontenil en RD de la cluse de Banges, à
l’Wdu village d’Aiguebelette) ; massif rocheux calcaire
de l’Acropole d’Athènes |
|
Contexte
de l'étude |
Plusieurs
équipes de recherche travaillent actuellement dans le
cadre de la structure fédérative RNVO (Risques
Naturels et Vulnérabilité des Ouvrages), à
améliorer la conception ou la performance des modèles
numériques utilisés pour l’étude
de la stabilité de falaise. Il s’agit d’une
part du laboratoire 3S qui en collaboration avec l’INRIA
développe une nouvelle plateforme numérique tridimensionnelle
utilisant la méthode des Eléments Discrets pouvant
intégrer directement des caractéristiques topographiques
numérisées. Pour cela, le LGCA (Laboratoire Géodynamique
des Chaînes Alpines) s’applique depuis plusieurs
années à maîtriser et à étendre
l’utilisation de scanner au laser pour l’acquisition
de ces topographiques haute résolution.
D’autre part le LIRGM, grâce à l’utilisation
du geo-radar, apporte une information précieuse sur l’existence
et la distribution des discontinuités derrière
les écailles rocheuses potentiellement dangereuses. Sa
compétence sur la stabilité des blocs calcaires
permet de mieux contraindre les hypothèses utilisées
pour traiter numériquement les cas réels. Enfin,
le GeoLab du National Technical University of Athens a permis
d’impliquer directement le laboratoire 3S dans un cas
d’étude précis sur le site de l’Acropole
d’Athènes, où une partie de falaise calcaire
présente un très fort risque d’effondrement.
Cette étude est un appui dans le développement
de nouveaux outils numériques capables de décrire
la transition entre l’initiation des instabilités
rocheuses et la phase de glissement ou de basculement de la
falaise. En effet, plus de cinq thèses se déroulent
actuellement de façon concertée et complémentaire
autour d’une coordination située au laboratoire
3S dans le cadre du réseau de laboratoires RNVO.
La stabilité de falaise est un problème récurrent
en montagne. Avec l’existence et le développement
d’infrastructures routières, d’implantation
de zones urbanisées ou d’équipements divers
en aval de falaises susceptibles de perdre brutalement des quantités
parfois importantes de roche, il est nécessaire de se
protéger. Derrière le terme générique
de falaise, une grande variété de configurations
de sites, liée à des degrés divers à
la nature de la roche, à l’inclinaison de la pente
et à l’exposition du site aux altérations
climatiques. Pour ce dernier point, on peut évoquer l’élévation
de la température qui aurait un effet direct sur l’accroissement
de la pluviosité dans les régions de montagne,
ce qui aurait pour conséquence l’augmentation de
la probabilité d’aléas éboulement.
Compte tenu de la diversité géologique des massifs
rocheux, le projet s’est focalisé sur les massifs
calcaires souvent rencontrés dans la région des
pré-Alpes. Récemment encore, des événements
dramatiques, comme celui de la Bourne, montrent la difficulté
de sécuriser totalement les zones exposées aux
éboulements de blocs rocheux.
La protection contre ce type d’aléa gravitaire
peut se formuler sous deux formes. D’une part une protection
dite active où pour une falaise accessible, des structures
couplées pieux-filets sont installées pour permettre
la stabilisation et le confinement des blocs rocheux désolidarisés.
Un autre type de protection, dite passive, consiste à
ériger en aval de la falaise, des structures de protection
composées soit de filets anti-sous-marin, soit de merlons,
structures beaucoup plus massives qui sont capables de stopper
la trajectoire de blocs rocheux possédant une grande
énergie cinétique. Pour dimensionner ces différents
ouvrages de protection, il es indispensable d’identifier
l’instabilité spatiale amont et de lui affecter
un degré de dangerosité. Pour cela, l’agencement
structural et la topographie doivent être connus au mieux
afin de pouvoir quantifier le volume de roche mobilisable au
moyen de modèles numériques. C’est dans
ce contexte bien précis que s’insère le
présent projet. |
| Programme
plus vaste |
Structure
fédérative RNVO (site
web) |
|
Initiation
du projet |
Participation
du PGRN |
| Montant
du financement
(k€) |
12
k€ |
Part
du CG38 - PGRN |
5
% |
| (Co)-Financements |
Association
demandée avec le LIRIGM / UJF (pour 4 k€) + financement
thèse |
| Appréciation
du rôle du financement CG38 - PGRN |
Ce
financement offrait le moyen de réaliser un objectif
précis dans le cadre d’un projet beaucoup. |
3)
Objectifs, méthodes et résultats
|
Objectifs |
Développer
un modèle numérique tridimensionnel permettant
l’étude mécanique de la perte d’équilibre
d’un escarpement rocheux formé d’un empilement
de blocs, à partir des travaux récents portant
sur la description tridimensionnelle de la géométrie
et de la topologie de systèmes de fractures.
Affiner la description de ces falaises utilisée dans
les modèles numériques. |
| Méthodologie |
Traitement
des points obtenus par scanning au laser pour réaliser
un maillage tridimensionnel directement intégré
dans un modèle numérique de type Eléments
Discrets.
Application aux falaises calcaires du Vercors :
- Analyse en retour de 10 éboulements survenus ces dernières
années dans les falaises du Vercors pour valider la méthode
d’évaluation de la stabilité des falaises
calcaires (LIRIGM) : Les cicatrices des éboulements ont
été parcourues en rappel afin de décrire
leur orientation (azimuts, pendages des différents plans),
leur morphologie (rugosité) et les surfaces de rupture
de matrices rocheuses.
- Reconstitution approximative de la morphologie initiale des
compartiments éboulés, soit à partir de
photos aériennes, soit par interpolation de la morphologie
de part et d’autre de la cicatrice. Construction d’un
MNT de type Autocad à partir de prises de vue photogrammétriques
aériennes effectuées avant et après l’éboulement.
- Observation des surfaces de rupture et interprétation
des mécanismes de rupture de matrice rocheuse. Analyse
des ruptures selon 2 méthodes :
(1) Analyse à l’équilibre limite et méthode
des éléments distincts (code UDEC).
(2) Détermination de la résistance en traction
et de la cohésion par analyse en retour, et comparaison
des valeurs obtenues à celles obtenues en laboratoire,
afin d’évaluer la validité des hypothèses
et de la méthode de calcul.
Application au cas de l’Acropole (…).
Développement de l’interface entre topographie
scannée et le code Eléments Discrets YADE : reconstruction
d’un maillage surfacique cohérent puis introduction
des discontinuités majeures observées en surface
dans le volume global. Le massif est alors représenté
par un ensemble de blocs séparés par ces discontinuités
majeures. Chaque bloc est alors rempli par des tétraèdres
non structurés par l’intermédiaire d’un
logiciel de maillage volumétrique (Netgen), permettant
ainsi une description à une échelle plus fine
du massif. |
| Résultats |
-
Mise
en évidence de l’influence des ponts rocheux sur
la stabilité des falaises calcaires (observation à
prendre en compte dans le nouveau code 3D développé
par le laboratoire 3S). Les modèles et les méthodes
de calcul utilisées permettent de retrouver des ordres
de grandeur corrects des paramètres de résistance.
- Mise en évidence des mécanismes de rupture,
en cisaillement ou en traction dans le cas des glissements et
en traction dans le cas des basculements.
Quantification des critères de rupture (résistance
en traction pour les basculements / glissement en escalier ;
et cohésion des ponts rocheux pour les glissements).
- Amélioration des capacités d’analyse du
modèle. |
4)
Débouchés du projet
|
Utilisateurs
finaux potentiels |
Gestionnaires
des risques gravitaires.
Projet
ANR STABROK. |
|
Production
scientifique |
-
Méthodologie innovante
- Production de connaissances locales / régionales
- Production de connaissances théoriques |
| Produits
délivrables |
Outils
de calcul 3D |
| Partenariats |
-
Initié par ce projet
- Qui se poursuit |
| Retombées
du projet |
-
Développement d’outils plus puissants en calcul
3D : plate-forme permettant d’intégrer des volumes
3D très réalistes à partir des données
topographiques scannées, et de tester un large éventail
d’hypothèses sur la fracturation du milieu rocheux
(choix et distribution des discontinuités non limités
dans le modèle).
- Projet ANR STABROK (effet levier).
- Collaboration avec d’autres laboratoires : LGCA. |
5)
Valorisation du projet
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