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Titre
du projet |
Mesure
des efforts exercés par une avalanche sur les ouvrages
de type galerie de protection
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| Type
d'aléa |
Glace,
neige et avalanches |
| 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 |
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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) |
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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 |
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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).
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| 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
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Utilisateurs
finaux potentiels |
Concepteurs
d’ouvrages de protection contre les avalanches (Connaissances
fondamentales sur l’interaction neige / structure tangentielle
+ Normalisation des ouvrages paravalanche) |
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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 |
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.
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| 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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