| Type
d'aléa |
Glace,
neige et avalanches |
| Mots-clés |
Avalanche
- Ouvrage de protection - Dimensionnement - Obstacle - Ecoulement
granulaire - Interaction - Régime d’écoulement |
| Champs
disciplinaires |
Mécanique,
dynamique des fluides granulaires, nivologie |
1) Organismes et auteurs
| Organisme
pilote |
Cemagref
ETNA |
| Organisme(s)
associé(s) |
* |
| Coordonnateur |
Thierry
FAUG |
| Participants |
* |
2) Contexte du projet
|
Contexte
de l'étude |
Le
bon dimensionnement des ouvrages de protection permettant
de dévier, freiner et stopper les avalanches de neige
nécessite d’étudier l’interaction
d’un écoulement à surface libre avec un
obstacle. Cette thématique couvre plusieurs questions
de recherche :
(i)
l’étude des effets hydrodynamiques d’un
obstacle fixe et rigide sur un écoulement,
(ii)
l’étude des sollicitations exercées sur
un obstacle par un écoulement,
(iii)
l’étude de la réponse mécanique
de l’obstacle soumis à ces sollicitations.
Le
projet proposé au PGRN concernait plus particulièrement
la première question : « étude des effets
hydrodynamiques d’un obstacle fixe et rigide sur un
écoulement ». Ses résultats concernent
l’efficacité fonctionnelle de l’ouvrage
de protection. |
| Programme
plus vaste |
Projet
CADZIE (1999-2003) : Catastrophic Avalanche: Defense Structures
and Zoning In Europe.
Voir l'annexe du rapport final : "Conception des ouvrages
de défense passive vis-à-vis des avalanches de
neige sèche" [pdf] |
| Initiation
du projet |
Projet
initié par le PGRN |
| Montant
du financement
(k€) |
5
k€ |
Part
du CG38 - PGRN |
100
% |
| (Co)-Financements |
* |
| Appréciation
du rôle du financement CG38 - PGRN |
|
3)
Objectifs, méthodes et résultats
| Objectifs |
Faire
une synthèse des travaux de recherche concernant l’interaction
d’un écoulement granulaire avec un obstacle.
Traduction
et mise à jour du guide méthodo CADZIE
sur les ouvrages de protection.
|
| Méthodologie |
1
- Définition de plusieurs régimes d’interaction
écoulement / obstacle à partir d’une analyse
dimensionnelle basée uniquement sur les grandeurs macroscopiques
du problème (vitesse moyenne, épaisseur de l’écoulement
non perturbé et hauteur de l’obstacle) sans tenir
compte de la nature du fluide en jeu et des conditions aux
limites.
2 - Démonstration de la pertinence
de l’analyse, ainsi que de ses limites, par quelques
processus physiques bien identifiés, à partir
d’études expérimentales sur des écoulements
granulaires en canal incliné et interagissant avec
un obstacle obstruant entièrement la largeur du canal
: (i) apparition de ressauts ; (ii) formation d’un jet
balistique en régime inertiel ; (iii) phénomènes
de zone morte.
3 - Synthèse des questions ouvertes concernant
certains régimes et les transitions de régimes.
4 - Mise en application des résultats
au cas du dimensionnement d’une digue paravalanche :
Examen des prédictions de la formulation empirique
de Salm (1990) - qui peut être interprétée
comme une conversion de l’énergie cinétique
en énergie potentielle - pour la détermination
de la hauteur d’une digue en ingénierie paravalanche
dans le cadre des résultats de l’étude
expérimentale sur les écoulements granulaires
en modèles réduits et interagissant avec une
digue. |
| Résultats |
1
- Mise en évidence de différents régimes
d’interaction écoulement / obstacle - régime
quasi-statique, régime dense, régime collisionnel
et régime inertiel - caractérisés par
le nombre de Froude de l’obstacle (nombre sans dimension
Frobs, rapport de la vitesse moyenne de l’écoulement
à une célérité caractéristique
des ondes de gravité, définie à partir
de la hauteur de l’obstacle), dont les valeurs sont
analysées en fonction des valeurs aux limites du nombre
de Froude (Fr : rapport de la vitesse moyenne de l’écoulement
à la célérité des ondes de gravité)
et du nombre d’aspect de l’obstacle (Aobs : rapport
de la hauteur de l’obstacle à la hauteur de l’écoulement).
2 - Description des conditions requises pour
former un ressaut (écoulement incident supercritique,
hauteur d’obstacle grande et conditions aux limites
encore mal connues dont la présence d’un fond
lisse). Description des conditions de formation d’un
jet (probablement favorisée par le lâcher brusque
de matériau granulaire, une forte inclinaison du canal
et un fond lisse) et positionnement dans le plan (Aobs, Fr).
Idem pour les conditions d’apparition du phénomène
de zone morte, qui semblent correspondre à un régime
particulier zone de (transition entre les régimes dense
et collisionnel), le nombre de Froude de l’obstacle
variant typiquement entre 1 et 4 dans ces expériences
et la rugosité au fond semblant jouer un rôle
crucial. Ce phénomène, avec des écoulements
granulaires secs sur fond rugueux, est plus difficile à
former en régime permanent avec le matériau
neige.
3 - Questions ouvertes :
a) quel est l’effet des termes « source »
(gravité, loi de friction) dans les équations
de conservation sur les conditions d’apparition d’un
ressaut à l’amont de l’obstacle ? ;
b) quel est le rôle des conditions aux limites ? ;
c) quelle est l’influence de la forme de l’obstacle
? ;
d) quel est le rôle de la topographie à l’amont
? ;
e) quels sont les effets à l’impact (présence
d’un front, aspects transitoires) ?
4 - Formulation de la hauteur minimale de
la hauteur de digue en traduisant la condition préalable
que le volume maximal de neige que peut retenir la digue est
supérieur au volume de l’avalanche par le fait
que la longueur maximale du dépôt en amont reste
inférieure à la longueur maximale du volume
que peut retenir la digue.
Formulation de la hauteur minimale en dessous de laquelle
l’écoulement sera bloqué pour un nombre
de Froude donné (estimation de la vitesse moyenne incidente
et de la hauteur de l’avalanche).
Description des valeurs des paramètres les plus adaptées
dans la formule de Salm en fonction de la vitesse des avalanches
(et du nombre de Froude).
Formulation d’équations permettant de quantifier
le risque résiduel en aval de la digue. |
4)
Débouchés du projet
| Utilisateurs
finaux potentiels |
Ingénieurs
RTM (concepteurs d’ouvrages de protection - digues paravalanches) |
|
Production
scientifique |
-
Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles |
| Produits
délivrables |
Guide
méthodologique sur les ouvrages de protection (diffusion
en interne + PGRN + RTM ?) |
|
Retombées
du projet |
Conférence
(avec actes) en Russie + Guide méthodologique sur les
ouvrages de protection (diffusion en interne + PGRN + RTM ?) |
5)
Valorisation du projet
| Publications
et communications |
-
FAUG, T., NAAIM M. – 2006. Modelling a snow avalanche
flowing past a protection dam: experimental investigations.
Proceedings of the 3rd International Conference on avalanches
and related subjects. 4-8 September 2006. Kirovsk, Russia
.
-
Guide méthologique: Dans le cadre du projet, la traduction
en français et la mise à jour du « handbook
defence structures against dense snow avalanches » (deliverable
EU
project CADZIE)
a été réalisée en collaboration
avec Florence Naaim.
- T. Faug, F. Naaim, M. Naaim, K.M. Hákonardóttir,
T. Jóhannesson, M. Kern, P. Sampl, F. Tiefenbacher
. Conception des ouvrages de défense passive vis-à-vis
des avalanches de neige sèche. |
| Pages
Web |
Rapport
disponible : http://www.grenoble.cemagref.fr/etna/resultats/program_region/FAUGNEWPGRN.pdf |
|
