[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par l'ADRGT

Titre du projet

Dynamique des mouvements gravitaires rapides : étude de cas réels et modélisation de la propagation des éboulements rocheux

Type d'aléa
Mouvements de terrain - éboulements - chutes de blocs 
Années

1993-94

Mots-clés
Risques gravitaires - Eboulements rocheux - Propagation - Séparation des blocs - Modélisation numérique - Approche hydrodynamique
Champs disciplinaires
Géomécanique, géophysique


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
ADRGT
Organisme(s) associé(s)
Cemagref (Nivologie et PE) - IRIGM
Coordonnateur
Chahrohk AZIMI
Participants
G. BRUGNOT, M. NAAIM (Cemagref)


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
Eboulement de Montvauthier (commune des Houches) survenu le 19/09/1992
Contexte de l'étude
Le risque provoqué par un écroulement (ou éboulement rocheux) provient de l’importance de la masse qui peut atteindre des zones « sensibles » (c’est-à-dire où se situent des enjeux humains ou économiques). Pour s’en protéger il faut pouvoir créer un réceptacle capable de contenir l’ensemble des masses dangereuses ou un obstacle pour les dévier. Il est donc important de pouvoir prévoir comment la masse qui existe au départ va se répandre sur le terrain et quelle fraction de celle-ci va parvenir jusqu’aux ouvrages de protection.

Si on veut réaliser une telle prévision avec la logique de calcul des chutes de blocs, on obtient des résultats qui ne représentent pas la réalité. En effet, dans le mouvement d’une masse constituée d’un grand nombre de blocs, une partie de l’énergie potentielle est absorbée par les interactions entre les blocs. Or ce n’est pas le cas dans un calcul de type « chute de bloc » où les seules interactions considérées sont celles du bloc (unique) et du versant.


Dans le cas d’un éboulement, la forte interaction entre blocs se traduit par des vitesses des blocs en tous sens, y compris en sens inverse de la gravité. Ceci constitue l’équivalent d’une pression qu’on peut appeler « pression dispersive » et qui est liée aux chocs des blocs entre eux. La réalité d’une telle pression a été démontrée par Davies grâce à une expérience sur un bac à sable animé de vibrations horizontales : aux basses fréquences la totalité de la masse sableuse est entraînée par frottement des bords et du fond et au-delà d’une certaine fréquence on a pu observer que la masse de sable demeurait fixe alors que le bâti oscillait. Il y a donc bien création d’une « pression », liée à la vitesse et pouvant diminuer suffisamment le frottement pour permettre un phénomène de « fluidisation » (tout au moins dans une certaine couche).

D’autre part, et c’est la deuxième différence importante entre le comportement d’un éboulement et celui de chutes de blocs, dans le cas d’un éboulement de grand volume, il y a rapidement un nivellement des irrégularités de la surface topographique par destruction de la végétation, puis remplissage des dépressions. On obtient donc une surface plus régulière que celle de départ.

Enfin, l’observation d’éboulements réels montre clairement qu’on peut distinguer le corps de l’éboulement, dont le volume représente la quasi-totalité de ce qui est parti, duquel se sont détaché un certain nombre de blocs isolés dont les trajectoires peuvent atteindre des points plus éloignés que s’ils étaient partis isolés depuis le haut du versant. Ces blocs (comme ce fut le cas à Aigueblanche en 1977) peuvent causer encore des dégâts importants.
Programme plus vaste
*
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
21,34 k€ (140 kF = 65 kF en 1993 ;75 kF en 1994)
Part du CG38 - PGRN
? %
(Co)-Financements
?
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
(à compléter...)


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
Chercher un point de jonction entre différentes approches existantes pour modéliser des éboulements (ou des écoulements de grains solides) et l’approche ADRGT de la propagation de blocs isolés, en vue de répondre de manière pratique aux nombreux problèmes de ce type posés dans la région.

Les problèmes non encore résolus sont les suivants :

- quelle partie de la masse principale se sépare lorsque celle-ci est à grande vitesse, pour donner naissance à des chutes de blocs isolés ?

- quelles sont les gammes de vitesses initiales de cette fraction donnant des chutes de blocs ?
Méthodologie
Recherches bibliographiques sur les approches existantes pour la modélisation d’éboulements :

1) Approches hydrodynamiques (ADRGT)
La masse de l’éboulement est assimilée à un corps visqueux, comme le corps de Bingham. Les paramètres principaux sont le frottement solide tg Ø (qui dépend ici des « pressions dispersives » et va correspondre dans le calcul à la valeur des pentes sur lesquelles commence le freinage) et la viscosité (plus elle est importante, moins les vitesses sont grandes).
Pour le calage, on peut introduire différents couples (tg Ø, viscosité) qui permettent de justifier l’arrêt de l’éboulement à un endroit donné, mais qui donnent des vitesses maximales différentes. Il faut disposer de mesures objectives de vitesse sur des éboulements réels. Une telle approche ne donne pas d’indications sur la quantité de matériaux qui peut se séparer de la masse principale et donner des chutes de blocs.

2) Approche empirique
Ce type d’approche est adapté aux circonstances locales, avec possibilité de calage sur des valeurs valables régionalement ou pour certains types de matériaux, et permet parfois un calcul de vitesse. Les résultats ne sont pas transposables facilement.

3) Approche de type « fluide granulaire » (Cemagref)
Présentée en 1954 par Bagnold et améliorée depuis, elle est proche de l’hydrodynamique mais suppose un fluide granulaire constitué de grains solides et d’un fluide interstitiel, avec 2 mécanismes d’absorption de l’énergie : du fait de la viscosité (à l’intérieur du liquide) et du fait des chocs de particules solides entre elles. Dans le cas des éboulements, on peut considérer que c’est la phase solide qui prédomine.


Application sur un cas réel pour lequel existait des données topographiques précises :

- Approche hydrodynamique du Cemagref, basée sur les équations de Saint Venant (3 équations aux dérivées partielles qui forment un système hyperbolique non-linéaire, obtenues en intégrant sur la verticale les équations de Navier-Stockes) ;

- Approche simplifiée empirique (utilisant un angle de frottement dynamique analogue à l’angle de repos compte tenu de la faible distance parcourue).

Résultats
 Plan et profil en travers de l’éboulement + calculs trajectographiques :

1) Approche Cemagref de type hydrodynamique :
- Calage de la masse de l’éboulement sur la route en contrebas, conforme aux observations.
- Vitesse maximale de l’ordre de 10 m/s.

2) Approche simplifiée empirique :
La vitesse maximale trouvée est ici de 17,9 m/s (plus importante que celle trouvée dans l’approche Cemagref, puisqu’on n’introduit aucune viscosité).
A compléter par un calcul de type chute de bloc pour apprécier la représentativité des différentes approches par rapport aux observations…

Constats : l’approche de type hydrodynamique jointe à une approche de type chute de blocs pourrait améliorer la modélisation des éboulements en masse ; pour l’application des théories du mouvement granulaire aux éboulements, il reste encore un pas important à faire pour tenir compte des mécanismes réels de dissipation d’énergie lors d’un éboulement de masse rocheuse…



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Chercheurs en géomécanique
Production scientifique
- Méthodologie innovante
- Production de connaissances locales / régionales
Produits délivrables
*
Partenariats
- Préexistant (depuis les années 1989/90 avec l’IRIGM dans le cadre du projet européen RIVET et initié avec le Cemagref en 1992)
- Qui se poursuit
Retombées du projet
(à compléter...)


5) Valorisation du projet

Publications et communications
C. AZIMI, P. DESVARREUX, Certains aspects dynamiques des mouvements de terrains. Atelier international « Pierre Beghin » sur les mouvements gravitaires rapides, Cemagref, Grenoble, Déc. 1993.
Pages Web
0

 

[Programme de recherche départemental]