[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le Cemagref ETNA

Titre du projet

Mesure des efforts exercés par une avalanche sur les ouvrages de type galerie de protection

Type d'aléa
Glace, neige et avalanches
Année

2004

Mots-clés
Avalanche - Galerie de protection - Mesure des efforts tangentiels - Macro-capteur galerie - Déformation - Analyse inverse
Champs disciplinaires
Mécanique des structures


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Cemagref ETNA
Organisme(s) associé(s)
INSA Lyon / LOCIE ESIGEC / CETE Lyon
Coordonnateur
Emmanuel THIBERT
Participants
 


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
Installation du capteur galerie paravalanche sur le site de déclenchement artificiel du Col du Lautaret et des capteurs de déformation sur le site de la Sionne (Suisse, Valais)
Contexte de l'étude
Depuis une vingtaine d’année, on observe une augmentation significative des précipitations hivernales dans les Alpes (Vincent et al., 2004). Le contexte global des changements climatiques laisse également présager l’augmentation de la variabilité des paramètres météorologiques, la température notamment (IPCC, 2001). Il faut donc s’attendre à voir évoluer l’occurrence et l’intensité de phénomènes naturels comme par exemple l’alternance, en saison d’hiver, d’épisodes neigeux importants suivis de périodes de redoux propices au déclenchement d’avalanches.

Dans le domaine de la défense passive contre les avalanches, il s’agit donc de caractériser l’efficacité globale des dispositifs de protection, notamment pour intégrer de nouvelles caractéristiques de l’aléa (fréquence, intensité). Ceci implique d’être capable de dimensionner un ouvrage neuf dans des conditions de chargement définies, mais aussi de pouvoir faire un diagnostic a posteriori sur des ouvrages opérationnels existants.

Parmi les différentes stratégies de défense passive, la déviation s’applique notamment pour les ouvrages linéaires tels que les routes. On compte en Isère, Savoie et Haute-Savoie une soixantaine d’ouvrages de type paravalanche chargés de protéger plus de 4000 m de routes et voies ferrées. Ce projet vise ainsi à améliorer les connaissances relatives aux interactions entre une avalanche de neige et les ouvrages de type galerie.
Programme plus vaste
RNVO
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
7 k€
Part du CG38 - PGRN
18 %
(Co)-Financements
RNVO, ANR : 32 k€
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Ce financement PGRN a permis la réalisation technique et instrumentale en préambule du projet OPALE financé par l’ANR à partir de 2006 (expérimentation mise en œuvre dès l’hiver 2006).


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
Améliorer les connaissances relatives aux interactions avalanche / ouvrages, en mesurant les contraintes normales et tangentielles auxquelles est soumise une structure de type galerie sous l’effet d’une avalanche dont l’écoulement est caractérisé (vitesse, densité, épaisseur) en situation réelle.

L’approche s’appuie à la fois sur le développement d’outils théoriques et de modélisation construits dans le cadre rigoureux de la mécanique des milieux continus, sur l’expérimentation contrôlée, à échelle réduite en laboratoire, pour étudier l’écoulement de la neige et calibrer des modèles de comportements et d’interactions avec des obstacles, mais aussi sur les expériences à l’échelle 1 permettant d’intégrer l’ensemble du problème. A cette échelle, il faut à s’affranchir des difficultés liées aux hétérogénéités en accédant à des efforts intégrés sur la surface du capteur.
Méthodologie

 - Etat des connaissances.

- Développement d’un nouveau concept d’ouvrage-capteur constituant toute la surface active de mesure et fonctionnant comme une balance bicomposante, pour mesurer les efforts normaux et tangentiels exercés par l’écoulement d’une avalanche.

  • Dimensionnement pour une avalanche type de densité ? de 250 kg/m3, une vitesse ? de 25 m/s et une hauteur d’écoulement dense h de 1m
    Réalisation de l’ancrage au sol du châssis inférieur à l’aide de pieux explosés à 2,5-3 m de profondeur, offrant une rupture d’arrachement (effort normal de traction) de l’ordre de 260 kN.
    Mise en place du système à l’automne 2005 (opérationnel pour l’hiver 2006).
- Conception mécanique et réalisation de 2 types de capteurs quantifiant les efforts subis par une microstructure soumise à une avalanche à l’aide d’une mesure de déformation, afin de caractériser l’écoulement à l’amont du capteur galerie.
L’ensemble de la structure constitue un corps d’épreuve qui se présente sous la forme d’un méplat encastré travaillant en flexion simple. Le choix du matériau et le dimensionnement doivent permettre de travailler dans le domaine de déformation élastique. La mesure est réalisée à la charnière proche de l’encastrement par une jauge de déformation placée sur la face en compression du corps d’épreuve (face aval protégée de l’écoulement de neige). La sollicitation est ensuite déterminée par des méthodes d’analyse inverse. Les calculs de dimensionnement ont été effectués à partir des valeurs du module d’Young et du seuil de plasticité mesurés par essai de traction à l’INSA, pour travailler avec des chargements de 500 et 1000 kPa,

- Formulation des équations nécessaires à la détermination des contraintes dynamiques à partir des mesures faites sur les déformations de la structure (traitement des mesures par analyse inverse utilisant les méthodes d’inversion directe par déconvolution, et d’optimisation, dans le domaine temporel et fréquentiel, avec régularisation du signal pollué par du bruit).

- Etude des performances des méthodes inverses utilisées en estimant les contraintes à partir de données réelles polluées par du bruit, et validation de la méthode par essais en laboratoire (INSA).
Résultats
 - Réalisation du capteur galerie et des capteurs de déformation.

- Mise au point et validation d’une méthode de détermination des efforts à partir des mesures de déformation dans des cas concrets (méthode inverse).


4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Concepteurs d’ouvrages de protection contre les avalanches (Connaissances fondamentales sur l’interaction neige / structure tangentielle + Normalisation des ouvrages paravalanche)  
Production scientifique
- Méthodologie innovante
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
Capteur galerie et capteurs de déformation
Partenariats
- Préexistant
- Qui se poursuit
Retombées du projet
 


5) Valorisation du projet

Publications et communications

Baroudi, D., Thibert, E., Ravanat, X., Limam, A. 2008. Impact pressure estimation of an avalanche on a structure as deduced from inverse analysis and Monte Carlo sensitivity simulations. International Snow Science Workshop, Whistler 2008, 829-835.

BERTHET-RAMBAUD, P. LIMAM, A., BAROUDI, D., THIBERT, E., TAILLANDIER, J.-M. 2008. Characterization of avalanche loading on impacted structures: a new approach based on inverse analysis. Journal of Glaciology, Vol. 54, No. 185, 324-332.

Thibert, E., Baroudi, D., Limam, A., Berthet-Rambaud, P. 2008. Avalanche impact pressure on an instrumented structure. Cold Regions Science and Technology, doi:10.1016/j.coldregions.2008.01.005

THIBERT E., RAVANAT, X. 2007. Un site d’étude et de déclenchement d’avalanches : le col du Lautaret. Première Partie : Un laboratoire de terrain en constante évolution. Neige et Avalanches n° 120, Décembre 2007, 28-29.

THIBERT E., RAVANAT, X. 2008. Un site d’étude et de déclenchement d’avalanches : le col du Lautaret. Seconde partie : Pression générée par une avalanche sur un ouvrage. Neige et Avalanches n° 121, Mars 2008, 10-11.

Pages Web
Description du projet en ligne sur le site du Cemagref : http://www.grenoble.cemagref.fr/etna/projets_cours/rech_region/THIBERTNEWPGRN.pdf

 

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