Diagnostic mécanique par mesures vibratoires à l'échelle de l'arbre de l'efficacité et de la pérennité de la fonction de protection des forêts

par Vivien Cros

Projet de thèse en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement

Sous la direction de Franck Bourrier, Frédéric Berger et de Jean-Baptiste Barré.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec IRSTEA Grenoble (laboratoire) depuis le 12-11-2018 .


  • Résumé

    Les forêts de montagne jouent un rôle essentiel dans la protection contre les aléas naturels. Ces peuplements requièrent une vigilance particulière pour assurer la pérennité de leur fonction de protection. L'enjeu est de garantir un niveau de protection suffisant dans le temps et, par conséquent, d'évaluer précisément la fonction de protection apportée par un peuplement. Cette évaluation repose en grande partie sur le diagnostic physiologique et mécanique des individus qui le composent. Le diagnostic mécanique repose aujourd'hui sur des méthodes fournissant une information partielle ou incompatible avec les contraintes du terrain. Ainsi, le développement d'une méthodologie de diagnostic mécanique de l'arbre à l'aide de mesures non destructives constitue un intérêt réel pour l'évaluation de la fonction de protection des forêts et de leur pérennité. Un tel diagnostic doit permettre l'évaluation de l'ancrage racinaire et de l'état mécanique du tronc. L'objectif de ce projet de thèse est de développer une méthodologie, basée sur l'utilisation de mesures vibratoires, pour le diagnostic mécanique de l'efficacité et de la pérennité de la fonction de protection à l'échelle de l'arbre. Pour cela, des analyses vibratoires seront réalisées sur des systèmes de complexité croissante allant du tronc à l'arbre sur pied (tronc, tige ébranchée sur pied, arbre ...) pour évaluer l'influence des divers éléments de l'arbre sur la réponse vibratoire. Ces données seront complétées par une évaluation de l'ancrage racinaire de ces individus. En parallèle, la réponse vibratoire d'un arbre sera étudiée à partir de modèles numériques de complexité croissante permettant d'analyser progressivement l'influence des différents compartiments de l'arbre ainsi que des singularités géométriques, physiques et mécaniques de l'arbre. In fine, ces analyses expérimentales et numériques permettront de formaliser un protocole de mesure des propriétés mécaniques des arbres sur pied à l'aide de mesures vibratoires.

  • Titre traduit

    mechanical diagnostic with vibration analysis on standing tree of the efficiency and durability of forests' protection function


  • Résumé

    A protection forest is a barrier against rockfall that reduces both the frequency and the magnitude of the hazard downstream in the forest. The protection function depends on the trees and stand characteristics. At the tree scale, the impact entails energy transfers and dissipations that decrease the block energy. The objective of this work was to study the response of spruce (Picea abies) to impact-like dynamic loadings at the stem level for assessing the tree's ability to slow or stop rockfall over time. This research will first focus on the tree vibratory response to pull-release tests and second to impact loadings. The tree vibratory response is the superposition of vibratory modes over a reduced frequency range smaller than 10 Hz, which makes their identification complex. The core of work will be identification and analysis of the modes and associated shapes, the coupling between modes, and the analysis of the damping sources. In practice, the response of coniferous trees will be studied using dendrometric measures, combined with numerical modelling based on the finite element method (FEM), and using experimental tests. First, FEM models will be developed to analyze the response of trees to impact and pull-release loadings. Second, an experimental campaign will study the vibratory response of trees to pull-release tests. Finally, from the analysis of pull-release tests, the numerical and experimental results will be compared to identify the measurement relevant for predicting the response of a tree to impact