[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le Cemagref ETNA

Titre du projet

Etude des effets des structures de protection sur les écoulements d'avalanches de neige

[ rapport pdf ]

Type d'aléa
Glace, neige et avalanches
Année

2001

Mots-clés
Risque d’avalanches - Protection passive - Ouvrages de protection - Dimensionnement - Ecoulement - Expérimentations - Modèles réduits
Champs disciplinaires
Nivologie, mécanique, dynamique des fluides complexes


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Cemagref ETNA
Organisme(s) associé(s)
*
Coordonnateur
Thierry FAUG
Participants
Florence NAAIM-BOUVET, Mohamed NAAIM


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
*
Contexte de l'étude

En janvier et février 1999, une série d’avalanches de neige d’ampleur extrême a frappé les Alpes. Le nombre total de victimes a dépassé la moyenne annuelle européenne. En Autriche, 38 personnes ont été tuées à Galtür et Valzur. En Suisse, 12 personnes sont mortes à Evolène, et plus de 100 000 touristes ont été isolés dans des communes de montagne du fait de la fermeture des routes et des voies ferroviaires en raison de multiples avalanches. En France, 12 personnes ont été tuées par une avalanche ayant détruit un village près de Chamonix. L’hiver meurtrier de 1999 a rappelé que les avalanches peuvent être dévastatrices. La densité élevée de population dans les Alpes rend difficile pour les autorités l’utilisation d’un contrôle « actif » des avalanches – c’est-à-dire le déclenchement préventif d’avalanche de faible ampleur avant que ces dernières ne deviennent plus volumineuses.

Ainsi, lorsque les densités de population sont importantes, seule la protection passive peut être envisagée. Elle consiste en la construction d’ouvrages de protection (digues d’arrêt et de déviation, structures dissipatrices de l’énergie, galeries pour protéger les routes…) dont les fonctions sont de contenir, dévier, freiner et stopper les avalanches. Actuellement, la conception et le dimensionnement de tels ouvrages restent basés sur une connaissance experte. La demande de la part des ingénieurs de terrain, tant sur le plan de la définition que sur celui du dimensionnement des ouvrages de protection contre les avalanches est forte. On peut citer l’exemple préoccupant de St-Hilaire du Touvet (en Isère) où les experts éprouvent de nombreuses difficultés pour définir le dispositif de protection à réaliser sur ce site. La connaissance de l’influence des structures de protection sur l’écoulement en terme de perte de charge et de déviation de l’écoulement présente donc un intérêt évident pour la définition de dispositifs de protection et le zonage des risques d’une part, et la conception et le dimensionnement des ouvrages d protection contre les avalanches d’autre part.

Pour mieux connaître les effets des obstacles sur les écoulements, l’équipe DYNAL, au sein de la division ETNA du Cemagref, s’est engagée dans un programme de recherche conséquent combinant différentes méthodes d’approche (données de terrain, modèles numériques, expérimentations sur modèle réduit et à grande échelle). L’ensemble de ce programme est en grande partie financée par le projet européen CADZIE (Catastrophic Avalanches : Defense structures and Zoning In Europe).

Le projet de recherche proposé au PGRN, et qui s’insère dans cette dynamique globale, concerne l’approche expérimentale sur modèle réduit. Il a pour objectif de développer la connaissance des processus physiques de l’interaction d’un écoulement d’avalanche avec une structure de protection. 

Programme plus vaste
Projet européen CADZIE (Catastrophic Avalanches : Defense structures and Zoning In Europe) 1999-2003
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
9,147 k€ (60 kF)
Part du CG38 - PGRN
~ 10 %
(Co)-Financements
 
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Complément de financement pour moyens expérimentaux.


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
Améliorer la connaissance de l’influence des structures de protection sur l’écoulement en termes de perte de charge et de déviation de l’écoulement.
Méthodologie
Approche expérimentale sur modèle réduit : étude de l’interaction entre obstacles et écoulements de matériaux modèles après étude de critères de similitude.

1) Ecoulements granulaires de billes de verre (diamètre 1 mm) sur plan incliné pour simuler les avalanches de neige dense. Déclenchement de l’écoulement de référence réalisé en contrôlant le débit à l’amont du canal.

2) Ecoulements, en cuve, de solutions salines (fluide lourd) s’écoulant dans l’eau (fluide léger), simulant les aérosols. Utilisation d’un anémomètre ultrasonique à effet Doppler mesurant les vitesses au sein de l’écoulement salin pour quantifier le rapport entre vitesse du front et vitesse max. dans la solution saline.
Résultats
1) Caractérisation d’un écoulement de référence en régime dense (nombre de Froude en fonction de la hauteur pour plusieurs débits) et des effets de la hauteur de l’obstacle sur la distance d’arrêt de l’avalanche granulaire : les effets de la hauteur de l’obstacle sont identiques indépendamment du régime d’écoulement, de l’échelle d’expérimentation et du matériau granulaire utilisé.
Estimation des pertes de vitesse locale induite par l’ouvrage : les réduction de pression dynamiques peuvent être importantes mais la distance d’arrêt n’est pas fortement réduite pour autant.

2) La vitesse observée à l’intérieur de l’avalanche simulée est plus grande que la vitesse du front, dont la diminution est une fonction croissante de la hauteur des digues (elle peut atteindre une valeur de 1,9), et dépend aussi de la topographie : les digues semblent plus efficaces sur une pente ouverte (absence de canalisation du couloir). La vitesse du front n’est donc pas un paramètre pertinent, même si les tendances indiquées sont correctes. Par ailleurs, la présence d’obstacle conduit à une réduction de la vitesse verticale en aval.


4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Ingénieurs RTM : concepteurs de dispositifs de protection (définition, conception, dimensionnement) et de zonage des risques
Production scientifique
- Méthodologie innovante
- Production de connaissances théoriques
Produits délivrables
 
Partenariats
*
Retombées du projet
 


5) Valorisation du projet

Publications et communications
- FAUG T. , LACHAMP P., NAAIM M . 2002. Experimental investigation on steady granular flows interacting with an obstacle down an inclined channel: study of the dead zone upstream from the obstacle, Natural Hazards and Earth System Sciences , 2 (3/4), 187-191

- FAUG T. , LACHAMP P., NAAIM M. 2001. Experimental investigation on steady granular flows interacting with an obstacle down an inclined channel: study of the dead zone upstream from the obstacle . 26th Assembly of European Geophysical Society, Nice (communication orale).

- FAUG T. , LACHAMP P., NAAIM M., BERTRAND D. 2002. Experimental and numerical studies of dam effects on dense avalanche flows: run-out reduction, deposit structure modification and retained volume. 27th Assembly of European Geophysical Society, Nice (communication orale).

Pages Web
 Rapport disponible : http://www.grenoble.cemagref.fr/etna/resultats/program_region/FAUGPGRN.pdf

 

[Programme de recherche départemental]