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 |
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
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 |
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 |
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