[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le Cemagref ETNA
Titre du projet

Etude et modélisation du rôle de protection des forêts contre les chutes de rochers

Sous-titre : "Proposition de typologies d’appréciation de la fonction de protection vis-à-vis des chutes de pierres et de recommandations sylvicoles"
Type d'aléa

Mouvements de terrain - éboulements - chutes de blocs
Année

1998
Mots-clés

Capacité de dissipation d’énergie - Chute de pierre - Inventaire de terrain - Forêt à fonction de protection - Modélisation - Trajectographie - Typologie - Représentation spatiale
Champs disciplinaires
 Biogéographie, géomécanique, programmation informatique


1) Organismes et auteurs

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


2) Contexte du projet

Site(s) d'étude

Recensement des phénomènes récents de chute de pierres en Haute-Savoie et en Isère ; test des protocoles de relevés de terrain sur le site du Veyrier en Haute-Savoie (sur le bord du lac d’Annecy)
Contexte de l'étude

Ce travail sur le rôle de la forêt lors de chutes de blocs était une étape nécessaire à une meilleure intégration de la forêt dans les modèles de trajectographie et dans les outils d’aide à la représentation spatiale dédiés à la gestion des risques naturels. Cette contribution à une étude complexe permet de faciliter la phase de recueil et de traitement des données. Les premiers résultats des analyses statistiques ds données recueillies lors de la phase de recensement, complétés par l’analyse bibliographique réalisée permettent, d’ébaucher une première typologie d’appréciation de l’action des forêts vis-à-vis des chutes de pierres et de recommandations sylvicoles pour gérer au mieux ces peuplements. Par ailleurs, une application informatique de calcul de la capacité de dissipation d’énergie des peuplements forestiers (ARSEN FORET) a été réalisée.
Programme plus vaste
 Convention Cemagref / MEDD / MAP
Initiation du projet
 Projet initié par le PGRN
Montant du financement (k€)
 6,098 k€ (40 kF)
Part du CG38 - PGRN
 ? %
(Co)-Financements
  
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
 Ce financement a permis le bouclage du plan de financement.


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs

Elaborer une typologie décrivant l’importance des phénomènes de chutes de pierres en fonction des différents types de peuplements rencontrés et des conditions orographiques, pour permettre de déterminer quelle est la parade forestière la mieux adaptée :

- recensement des phénomènes ayant eu lieu en forêt et analyse bibliographique des interactions forêt-chutes de pierres afin d’étudier la distance d’arrêt des pierres en fonction de leurs dimensions et des peuplements forestiers traversés, via la reconstitution des trajectoires (impact au sol, distance et direction entre deux impacts, hauteur de passage) et la cartographie des distances d’arrêt ;

- mieux comprendre la dissipation d’énergie à l’échelle de l’arbre (et non plus à celle du peuplement).
Méthodologie

 - Recensement par voie d’enquête auprès des gestionnaires de l’ONF (services RTM et de gestion forestière) des événements récents (10 dernières années) en forêt pour 2 départements nord-alpins : Elaboration d’une fiche d’enquête permettant de localiser géographiquement et temporellement un événement, d’apprécier son importance, sa fréquence le cas échéant et de connaître les personnes qui gèrent le secteur concerné.

- Visite de l’ensemble des sites recensés et expertise des plus intéressants, consistant en un relevé topographique précis des trajectoires et un inventaire des peuplements présents le long de ces trajets : Etude des distance au sol, pente et azimut entre deux impacts ; description de la nature des impacts ; type de sol ; diamètre, essence des arbres touchés et hauteur d’impact ; type de peuplement : distance d’arrêt et dimensions des pierres.

- Constitution d’une base de données sous Excel.

- Analyse statistique (AFC, CAH) des données de terrain et analyse bibliographique des interactions forêt-chutes de pierres pour disposer d’informations relatives aux probabilités d’arrêt d’une pierre donnée en fonction des peuplements rencontrés.

- Elaboration de typologies.
Résultats

 1) Etat de l’art dans le domaine des chutes de pierres et des interactions forêts chutes de pierres :

- Dynamique et traduction cartographique des aléas ;

- Définition des chutes de pierres (différents types d’éboulements rocheux ; principe général du phénomène : mobilisation des matériaux et mise en mouvement) ;

- Localisation du phénomène (facteurs à l’origine des éboulements rocheux, cas des formations calcaires, granitiques, complexes et des éboulis, classification des substrats) ;

- Localisation des zones d’écoulement et de dépôt pour repérer les zones de départ ;

- Caractéristiques principales de la propagation (paramètres intervenant dans la détermination et la dissipation de l’énergie initiale du phénomène et agissant sur sa propagation) ;

- Principes de la modélisation trajectographique ;

- Interactions entre forêt et éboulements rocheux (dans les zones de départ, de transit et d’arrêt ; effet du choc d’un bloc sur un arbre et dans un peuplement forestier ; principe général et synthèse des travaux de simulation).

2) Typologie simplifiée d’appréciation de la capacité d’un peuplement forestier à maîtriser l’aléa chute de pierre à partir d’observations simples que peut faire le gestionnaire sur le terrain.

3) Principes de gestion des forêts à fonction de protection contre les éboulements rocheux, typologie des situations (zones de départ, de propagation et d’arrêt) et recommandations sylvicoles.

4) Développement d’une application informatique de traitement des fiches de relevé de trajectoire en forêt (formulaires et feuilles de calcul sous Excell).

5) Intégration des paramètres forestiers au logiciel ARSEN (Aide à la Représentation Spatiale pour l’ENvironnement), qui propose une aide à la construction des représentation de l’espace naturel nécessaire à l’application des modèles : création d’une interface graphique et intégration du modèle mathématique de résistance d’un peuplement forestier (estimée par la « méthode des rideaux », qui permet de calculer l’énergie dissipée par la forêt pour chaque type de peuplement entre deux points).


4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
 Gestionnaires forestiers (ONF - RTM)
Production scientifique
 - Méthodologie innovante
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
  
Partenariats
 - Préexistant
- Qui se poursuit
Retombées du projet

 - Présentation des résultats lors du séminaire international de l’Association mondiale de la Route (AIPCR) qui s’est tenue du 14 au 16 septembre 1998 à Istambul (cf. actes).

- Utilisation des typologies proposées par le service RTM de Haute-Savoie lors de la réalisation du PPR de la commune de Faverges, et présentation à l’ensemble des services RTM lors du séminaire (17/11/1998) de restitution de l’action de monitorat Cemagref-RTM.

- Propositions d’association par différents organismes de recherche nationaux et internationaux pour bâtir un projet européen de recherche dans le cadre du 5ème PCRD concernant la réalisation d’un modèle de trajectographie en 3D…


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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