[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le Cemagref EPM

Titre du projet

Etude des interactions forêts - chutes de blocs : approfondissement théorique, expérimentation in situ

Type d'aléa
Erosion - crues et laves torrentielles (Mouvements de terrain - éboulements - chutes de blocs)
Année

1995

Mots-clés
Risques gravitaires - Chutes de blocs - Forêt de protection - Dissipation de l'énergie - Expérimentation in situ
Champs disciplinaires
Géomatique, Modélisation, Mécanique, Biomécanique


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Cemagref EPM
Organisme(s) associé(s)
 
Coordonnateur
Frédéric BERGER
Participants
 


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
Forêt communale du bois du Viret, commune de Vally (Haute-Savoie)
Contexte de l'étude

Les chutes de blocs sont des phénomènes naturels qui peuvent représenter une menace pour des biens ou des personnes. Différentes méthodes de protection existent donc et la forêt peut être un moyen d’arrêter ou de freiner les chutes des blocs. Dans le souci de revaloriser ces forêts de protection et de mieux connaître leur importance face à ces phénomènes, le Cemagref de Grenoble a décidé de réaliser une étude sur la capacité de la végétation à dissiper l’énergie de blocs au cours de leur propagation.

La première étape, objet de cette étude, consistait à trouver et tester une méthode permettant de connaître l’énergie d’un bloc en fonction des obstacles qu’il rencontre. L’idée a donc été de réaliser une expérimentation en vraie grandeur de chutes de blocs en forêt et d’instrumenter le site pour recueillir toutes les informations concernant l’énergie du bloc.

Programme plus vaste
 Programme Fédérateur Risques du MEDD
Initiation du projet
Projet initié par le PGRN
Montant du financement (k€)
7,622 k€ (50 kF)
Part du CG38 - PGRN
38 %
(Co)-Financements
Programme Fédérateur Risques : 80 kF
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN

Ce financement a permis d’initier une action de recherche qui se termine en 2007.



3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs

Tester une méthode d’instrumentation permettant de mieux quantifier le rôle joué par la forêt dans la protection contre les chutes de blocs, c’est-à-dire définir de façon quantitative l’énergie que peut dissiper le couvert forestier ou les modifications qu’il entraîne dans la propagation des blocs en terme de déviation, hauteur de rebond, vitesse et énergie.

Méthodologie

• Recherche bibliographique des études déjà réalisées dans ce domaine et passage en revue des logiciels de trajectographie disponibles (PIR3D, ADRGT, CETE).

• Choix de l’instrumentation, basée sur la prise de vues vidéo et choix d’un site expérimental répondant aux critères de pente, aux conditions de prise de vue et de sécurité attendus, à partir d’une enquête auprès des gestionnaires forestiers.

• Mise en place du dispositif expérimental (maillage au sol de piquets permettant de réaliser un MNT et mise en place de jalons permettant d’estimer les hauteurs de passage des blocs), levé topographique et inventaire forestier (numérotation et repérage des arbres par une distance, un azimut et une pente), de manière à pouvoir reconstituer les trajectoires.

• Acheminement de blocs de forme similaire (taille d’environ 1 m3) à l’amont du site retenu, alors poussés dans la pente, et film des trajectoires sur un secteur couvrant environ 80m.

• Analyse et interprétation des résultats :

- Dépouillement des films (montage sur cassette master ¾)

- Calcul de la vitesse du centre de gravité du bloc (moyenne sur un tronçon, prise en compte de sa vitesse de rotation et des rebonds).

- Analyse de la vitesse moyenne des blocs.

- Calcul de énergie cinétique (vitesse de rotation, moment d’inertie) et des énergies potentielles lorsque le bloc rebondit.

- Analyse de l’évolution de l’énergie de chaque bloc au cours de sa propagation, sous forme de tableaux, et interprétation des facteurs qui la font varier.

• Synthèse des résultats et analyse du rôle de protection de la forêt, par l’étude :

- du nombre de blocs arrêtés par la forêt,

- de la dissipation de l’énergie du bloc (calcul de l’énergie perdue, influence sur l’énergie cinétique et sur l’énergie potentielle),

- de l’énergie dissipée en fonction du diamètre de l’arbre touché,

- de l’étendue des dégâts dus à la dissipation de l’énergie,

- des déviations et des distances d’arrêt.

Résultats

Dans cette expérience, une surface de forêt de 0,4 ha à l’aval de la zone de départ du bloc, dont la surface terrière est de 36,5 m² à l’hectare, pour une pente moyenne de 35 degrés :

- a stoppé 61,5% des blocs lancés pour des masses allant de 350 à 2000 kg (66,6% de la masse arrêtée, soit 8284 kg),

- a dissipé 1038 kJ des énergies des blocs représentant une masse de 9501 kg (valeur non négligeable par rapport aux capacités de dissipation des ouvrages de protection…).

L’expérience s’est bien déroulée et les paramètres désirés ont été obtenus (mais les résultats ne sont valables que dans les conditions particulières établies). Un certain nombre d’ordres de grandeur ont été obtenus, reste à les confirmer, les compléter, les comparer et les préciser…



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels

Chercheurs Cemagref et - potentiellement - gestionnaires forestiers (ONF - RTM) et gestionnaires / concepteurs d’ouvrages de protection

Production scientifique
- Méthodologie innovante
Produits délivrables
 
Partenariats
*
Retombées du projet

Valorisation : présentation dans plusieurs manifestations nationales et internationales du film, qui a permis de bâtir avec des laboratoires de recherche suisses, autrichiens et italiens une demande de projet européen (soumis à la CEE dans le cadre du 5ème PCRD)

Présentation de l’étude lors du colloque de l’AIPCR à Istambul (12-15 octobre 1998) 

Aux vues des premiers résultats de l’expérience, le Cemagref a accepté de financer à raison de 50% une bourse de thèse sur ce sujet (pourparler avec l’EPFL et le BRGM pour le cofinancement).



5) Valorisation du projet

Publications et communications

Article de revue scientifique à comité de lecture soumis et sous presse :

Dorren, L.K.A., Berger, F., Jonnson, M., Krautblatter, M., Moelk, M., Stoffel, M., Wehrli, A. - 2007. State of the art in rockfall - forest interactions. Revue Forestière Suisse (sous presse).

Article de revue scientifique à comité de lecture :

DORREN, L., BERGER, F. - 2006. Stem breakage of trees and energy dissipation during rockfall impacts. Tree Physiology, vol. 26, p. 63 - 71

DORREN, L., BERGER, F. - 2006. Balancing tradition and technology to sustain rockfall-protection forests in the Alps   . Forest snow and landscape research  , vol. 80, n° 1, p. 87 - 98

DORREN, L., BERGER, F., LE HIR, C., MERMIN, E., TARDIF, P. - 2005. Mechanisms, effects and management implications of rockfall in forests. Forest ecology and management, vol. 215, n° 1-3, p. 183 - 195

DORREN, L., BERGER, F., PUTTERS, U. - 2006. Real size experiments and 3D simulation of rockfall on forest slopes. Natural hazards and earth system sciences, vol. 6, n° 1, p. 145 - 153

LE HIR, C., BERGER, F., DIMNET, E, COJEAN, R. - 2006. Méthodologie de modélisation spatialisée du rôle des peuplements forestiers dans la protection contre les chutes de blocs. Revue internationale de Géomatique-European Journal of GIS and Spatial Analysis, vol. 16, n° 3-4, p. 527 - 544 [ 2118 (GR). 06/0105 (DG). ]

WEHRLI, A., DORREN, L., BERGER, F., ZINGG, A., SCHÖNENBERGER, W., BRANG, P. - 2006. Modelling long-term effects of forest dynamics on the protective effect against rockfall . Forest snow and landscape research  , vol. 80, n° 1, p. 57 - 76

Article de revue technique à comité de lecture :

REY, F., BERGER, F., QUETEL, C., LE HIR, C. - 2003. Le rôle de protection passive de la végétation forestière vis-à-vis de l'érosion et des chutes de pierres. Ingénieries - E A T, n° spécial Risques naturels et aménagement du territoire, p. 165 - 178

DORREN, L., BERGER, F., METRAL, R. - 2005. La forêt est un filet de protection naturel contre les chutes de pierres. La forêt, vol. 12, p. 13 - 15

Article de revue technique sans comité de lecture :

DORREN, L., BERGER, F., METRAL, R. - 2005. Der optimale Schutzwald gegen Steinschlag. Wald und Holz, vol. 11, p. 2 - 4

DORREN, L.K.A., BERGER, F., MAIER, B. - 2005. Der Schutzwald als Steinschlagnetz. LWF Aktuell, vol. 50, p. 25 - 273 p.

Communication à un congrès :

BERGER, F., MERMIN, E. -1999 Use of a trajectory calculation model and a GIS for a better taking into account the forest role  for the protection of road against rockfall, Colloque Structure of mountain forest. IUFRO Davos CH [  ] sept 6-10-1999

TOILLIER, A., DELCROS, P., BERGER, F. - 2003. Prévision et modélisation de la fonction protective d'une forêt de montagne contre les chutes de pierres. International Conference on Natural Forests in the Tempered Zone of Europe. Value and Utilisation. Mukachevo, UKR, 13-17 october 2003. 21 p.

DELCROS, P., TOILLIER, A., BERGER, F., DORREN, L. - 2003. Les risques liés aux chutes de blocs en montagne : modélisation spatialement explicite des aléas. Journées IALE France, Gap, 8-10 Octobre 2003. 23 p.

DORREN, L., MAIER, B., SEIJMONSBERGEN, H., BERGER, F. - 2004. Rockfall, forest and humain interactions in the European Alps. International congress Interpraevent, Riva del Garda, ITA, 24-28 mai 2004. p. 13 - 23

LE HIR, C., BERGER, F., COJEAN, R. - 2004. Virtual rockfall experiments on forested slope. ECCOMAS, Jyväskylä, FIN, 24-28 juillet 2004. 14 p. [ MEM 2024-1 (GR). ]

LE HIR, C., BERGER, F., DORREN, L., QUETEL, C. - 2004. Forest: a natural means of protection against rockfall, but how to reach sustainable mitigation?. Interpraevent, Riva del Garda, ITA, 24-27 mai 2004. p. 59 - 69 [ MEM 2023-1 (GR). ]

DORREN, L., HEUVELINK, G., BERGER, F. - 2004. Effect of support size on the accuracy of spatial models: findings of rockfall simulations on forested slopes. Joint meeting of the international environmetrics society and the spatial accuracy symposium, Portland, USA, 28 june-1 july 2004. 8 p.

BERGER, F., DORREN, L., LE HIR, C. - 2005. State of the art in modelling rockfall-forest interactions for hazard mapping. EGU 2005, Vienna, AUT, 25-29 avril 2005.

DORREN, L., BERGER, F. - 2005. Rockyfor - 3D Steinschlag Simulation mit und ohne Wald . FAN Forum 2005 - Modellierungen gravitativer Naturgefahrenprozess, Zürich, CHE, 18 février 2005. p. 1 - 44 p.

DORREN, L. BERGER, F. - 2005, Energy dissipation by trees during rockfall impacts. International workshop 'Protection forest: science and practice'. Vaujany (FR), 26-28 September 2005.

Le Hir C., Berger F., Dorren L.K.A., Dimnet E. – 2006. TIN-based 3d deterministic simulation of rockfall taking trees into account. EGU-GRA, vol.8, 04157, 2006.

Extrait de document et communication à un congrès :

BERGER, F., DORREN, L. - 2006. Objective comparison of rockfall models using real size experimental data. Proceedings of the INTERPRAEVENT International Symposium Disaster mitigation of debris flows, slope failures and landslides,  Universal Academy Press, Inc. , Tokyo, JPN, p. 245 - 252

DORREN, L., BERGER, F. - 2006. Resistance of trees against dynamic impacts due to mass movements . Proceedings of the INTERPRAEVENT International Symposium Disaster mitigation of debris flows, slope failures and landslides,  Universal Academy Press, Inc. , Tokyo, JPN, p. 237 - 243

DORREN, L., BERGER, F., MERMIN, E., TARDIF, P. - 2006. Results of real size rockfall experiments on forested and non-forested slopes . Proceedings of the INTERPRAEVENT International Symposium Disaster mitigation of debris flows, slope failures and landslides,  Universal Academy Press, Inc. , Tokyo, JPN, p. 223 - 228

DORREN, L., BERGER, F., VOLKWEIN, A. - 2007. Challenge in rockfall trajectory research. Geophysical research abstract, Vol 9, 08543,Sref-ID :1607-7962/gra/EGU2007-A-08543

BIGOT, C., DORREN, L., BERGER, F. - 2007. Quantifying the protective function of a foret against rockfall for past, present and future scenarios using two modelling approaches. Geophysical research abstract, Vol 9, 06723,Sref-ID :1607-7962/gra/EGU2007-A-06723

BERGER, F., DORREN, L. - 2007. Objective comparison of rockfall models using data from real size experiments. Geophysical research abstract, Vol 9, 06543,Sref-ID :1607-7962/gra/EGU2007-A-06543

RAMMER, W., BRAUNER, M., DORREN, L., BERGER, F., LEXER, M.J. - 2007. Validation of an integrated, dynamic 3D forest growth rockfall model. Geophysical research abstract, Vol 9, 04634,Sref-ID :1607-7962/gra/EGU2007-A-04634

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