Mécanique de la neige et variabilité

par Jean-Laurent Burlet

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Daniel Boissier.

Soutenue en 2002

à Clermont-Ferrand 2 .

mots clés

• Éléments finis, Méthode des
• Avalanches
• Évaluation du risque
• Stabilité
• Pénétromètres
• Essais (technologie)
• Monte-Carlo, Méthode de

Résumé

La prévision du risque d'avalanche est faite actuellement à l'échelle d'un massif. Nous développons une méthode de prévision locale, à l'échelle d'une pente, en nous fondant sur une analogie entre une avalanche et un glissement de terrain. L'étude comparée des matériaux neige et sol met en évidence des comportements similaires en terme de tassement, de rupture. . . Et des différences comme par exemple un faible nombre de types de neige ; en outre, le matériau neige fait l'objet de transferts de phase rapides et complexes et d'une grande variabilité spatiale et temporelle. Pour les avalanches, la forme des lignes de rupture étant mal connue, on effectue une modélisation et un calcul par éléments finis pour une pente en S typique. Cette modélisation permet de visualiser les concentrations de contraintes pour différents profils stratigraphiques et d'observer le dévelopement de la plastification avec l'augmentation du poids propre. La méthode de calcul de stabilité du manteau neigeux a été déduite de l'étude mécanique de la stabilité des pentes qui est bien connue en mécaniques des sols ; nous avons choisi la méthode des perturbations car elle permet d'introduite des courbes de rupture de forme quelconque. Cette méthode nécessite de connaître : la géométrie du substratum, la géométrie des couches, les charges, et les résistances. Nous avons obtenu et anaysé des résultats d'essais de cisaillement, d'essais de compression, d'essais pénétrométriques et d'images de neige à partir de moyens classiques en nivologie ou de moyens spécifiques (Pandalp, Géoendoscope. . . ). Nous avons aussi constitué une banque de données à partir de sondages réalisés de manière hebdomadaire à la station de La Plagne sur 4 sites de référence. Les paramètres masse volumique, diamètre, résistance dynamique de pointe et cohésion sont rassemblés par type de grain pour 6 saisons et analysés de façon statistique en totalité, puis par site en enfin par mois. Les répartitions spatiales de la hauteur de la neige et de la résistance dynamique de pointe sont mesurées puis analysées dans une pente réelle expérimentale. Des pistes pour la détermination de la hauteur de la neige à distance sont présentées, comme la méthode par ombre portée. Une modélisation 3D de la hauteur de la neige, de la stratigraphie et de la résistance dans une pente est proposée en intégrant l'influence de la topographie et de l'effet de site. Une méthode pour estimer la hauteur de la neige dans une pente en fonction des hauteurs connues sur les sites de mesure est développée, de même qu'une méthode permettant d'estimer la stratitraphie et la résistance mécanique. Ces données ponctuelles sont distribuées dans toute la pente en fonction de l'inclinaison et de l'exposition à l'intérieur de celle-ci. Un programme de calcul de stabilité est développé ; il permet de calculer automatiquement des courbes de rupture défavorables et d'effectuer des simulations de Monre Carlo à partir de géométries complexes. La méthode développée est appliquée dans son intégralité à une pente expérimentale

Titre traduit

Snow mechanics and variability. Application to risk avalanche forecasting

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