[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le Cemagref EPM

Titre du projet

Interactions forêts - chutes de pierres - sélection, inventaire et équipement d'un site dans le département de l'Isère pour réaliser des expériences de propagation de chutes de pierres en vraie grandeur

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

1999

Mots-clés
Risque de chute de pierres - Forêt de protection - Sylviculture - Expériences de propagation grandeur nature - SIG
Champs disciplinaires
Géomatique – Foresterie – Cinématique


1) Organismes et auteurs


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


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
Versant en face du Rivier d’Allemont, quelques kilomètres au nord de la commune de Vaujany (Isère)
Contexte de l'étude

Les chutes de blocs sont des phénomènes naturels en zone de montagne, qui peuvent représenter des menaces pour des personnes ou des biens. La fréquence des arbres blessés sur les zones forestières soumises à de tels phénomènes montre indéniablement le rôle d’obstacle joué par la forêt. Cependant, à l’heure actuelle, il est difficile de quantifier et de qualifier l’action d’un peuplement forestier sur la chute d ‘un bloc. Or, la connaissance précise du rôle des peuplements forestiers permettrait d’une part, d’optimiser la gestion de ces forêts en vue d’obtenir le peuplement le plus protecteur et, d’autre part, d’intégrer le rôle actuel de la végétation lors du dimensionnement des ouvrages de protection de génie civil (filet, tunnel, etc.).

L’objectif général dans lequel s’inscrit cette étude est une meilleure prise en compte de la fonction de protection des peuplements forestiers vis-à-vis des chutes de pierres dans les aménagements forestiers et une reconnaissance de cette fonction dans les Plans de Prévention des Risques. La démarche entreprise consiste à construire un outil informatique intégrant un modèle de simulation de trajectoire de chutes de pierres, un modèle de comportement mécanique d’un arbre lors de l’impact d’une pierre et un modèle de croissance du peuplement forestier. Le support informatique de cet outil sera une plateforme de type SIG. Cet outil sera utilisé pour apprécier les conséquences de l’aléa chute de pierres dans un secteur boisé donné et ce pour différents scénarios : abstraction des peuplements forestiers actuellement présents (hypothèse terrain nu), prise en compte de l’état actuel du type d’occupation du sol, réalisation d’expérimentations virtuelles de sylviculture et simulation de leurs conséquences sur l’aléa chute de pierres.

Cet outil permettra donc d’apprécier par simulation les conditions limites d’efficacité d’un peuplement forestier donné (variation de la dimension des blocs) et pour les mêmes conditions expérimentales (pente et volume des blocs fixés) le peuplement offrant une protection optimale. A partir de ces travaux, un guide de sylviculture des peuplements forestiers ayant une fonction de protection vis-à-vis du risque « chute de pierres » sera proposé aux gestionnaires.

Programme plus vaste
Projet soumis dans le cadre du projet ROCKFOR UE, MEDD, MAP
Initiation du projet
Projet initié par le PGRN
Montant du financement (k€)
9,147 k€ (60 kF)
Part du CG38 - PGRN
? %
(Co)-Financements
 
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Ce financement a été utilisé pour mener à bien la campagne de terrain dédiée aux relevés cartographique des sites d’expérimentation.


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs

Au sein de ce programme de recherche, d’une durée de 3 ans, cette étude a eu pour but :

• de sélectionner un site expérimental sur lequel des expériences grandeur nature de chute de pierres en forêt seront réalisées, afin d’acquérir des données pour quantifier et modéliser la capacité de dissipation d’énergie des arbres ;

• de procéder à l’inventaire topographique et cartographique de ce site ;

• d’implémenter les données collectées lors de la phase d’inventaire dans un Système d’Information Géographique (SIG) afin de réaliser une base de données cartographiques et de réaliser le modèle numérique de terrain de ce site ;

• de rédiger le protocole expérimental qui régira la mise en sécurité du site avant et après l’expérience, le mode de lancement des blocs, la nature et mode de collecte des données à relever sur le terrain après chaque passage de bloc.

Les travaux réalisés au titre du programme de recherche 1999 du PGRN s’inscrivent dans le cadre de l’intégration de la végétation forestière dans les outils de simulation numérique de la trajectoire de blocs rocheux. Cette intégration s’appuie sur des expérimentations en grandeur réelle. D’un point de vue mécanique, les essais devaient répondre à un triple objectif :

1. Ils constitueront une approche phénoménologique visant à identifier les principaux mécanismes associés à la sollicitation d’un arbre par un bloc.

2. Les mesures des vitesses incidentes et réfléchies du bloc au cours de l’impact avec un arbre permettront de valider la modélisation mécanique de l’arbre qui sera proposée.

3. Les éléments de validation de l’outil numérique (codes trajectographiques) seront obtenus par comparaison des résultats trajectographiques expérimentaux avec les résultats provenant de la simulation numérique.

Méthodologie

Cette étude constitue l’étape préliminaire à ces travaux de couplage et au lancement du programme de recherche dans lequel elle s’inscrit. Elle a été décomposée en 5 étapes distinctes :

1) Choix du site.
2) Mise en place du dispositif expérimental.
3) Levé topographique.
4) Inventaire forestier.
5) Implantation et traitement des données collectées dans un SIG.

Les principes, méthodes et outils utilisés sont décrits en détail dans le rapport.

Résultats
Utilisation des données acquises pour construire un Système d’Informations à Références Spatiales qui devait être utilisé lors de l’analyse des films (suivis cinématographiques des expériences grandeur nature) et qui devait servir de support pour reporter les informations collectées lors de la phase d’expérimentation (premières expériences en mai-juin 2001).

Cf. projet européen RockFor



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
ONF, DPPR (Direction de Prévention des Pollutions et Risques majeurs du MATE), bureaux d’études, gestionnaires des risques de chute de pierres
Production scientifique
- Méthodologie innovante
Produits délivrables
Après validation dans le cadre du programme 2005, ces travaux ont débouché sur la mise en ligne du site web Rockfor.NET
Partenariats
*
Retombées du projet

Valorisation des données acquises dans le projet européen ROCKFOR, coordonné par le Cemagref et associant l’Université de Géographie de Bern (CH), l’Institut Fédéral de Recherches sur la Forêt, la Neige et le Paysage (FNP) (CH), l’Université Polytechnique de Catalogne (ESP), EUROGEOTECNICA (ESP) et le BOKU de l’Université de Vienne (A).



5) Valorisation du projet

Publications et communications

Article de revue scientifique à comité de lecture :

Berger, F., Dorren, L.K.A. - 2007. Principles of the tool Rockfor.net for quantifying the rockfall hazard below a protection forest. Revue Forestière Suisse, 158 - 6: 157–165

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, 158 - 6: 128–141

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

BERGER, F., REY, F. - 2001. Mountain protection forests against natural hazards and risks : from research to management. NAGREF Forest research: a challenge for an integrated European approach, Thessaloniki , GRC, 27 Août-1er September 2001. p. 275 - 280 [ 01/0689 (PUB). MEM 1669 (GR). DD 1457 (GR). ]

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. - 2006. Panarchy and sustainable risk prevention by managing protection forests in mountain areas. RISK21 Coping with Risks due to Natural Hazards in the 21st Century,  Amman, Dannenmann & Vulliet Taylor and Francis Group, London, GBR, p. 203 - 213

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

Produit multimédia :

BERGER, F., et al. – 2004. ROCKFOR final report. CD ROM.  [en cours de dépôt]
Pages Web

Présentation du projet RockFor sur le site de la commission Européenne

Les résultats du projet ont par la suite été mis en ligne dans le cadre du projet 2005 :

Rockfor.NET sur le site du Cemagref

Rockfor.NET sur le site ecoRisQ

Pages "Gestion des forêts et risques" et "Gestion d’écosystèmes forestiers et rôle de protection contre les risques naturels" sur le site du Cemagref

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