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Le bi-plan granulaire : ou comment modéliser les avalanches de neige dense en modèle réduit ?

L’étude des avalanches de neige sur un site instrumenté se heurte à une double difficulté : la première est liée à l’extrême complexité et variabilité du matériau neige et la seconde réside dans le caractère incontrôlable et destructeur de l’avalanche. Ainsi, l’expérimentation et la mesure systématiques sont souvent rendues difficiles et les résultats restent plus qualitatifs que quantitatifs.

Il faut donc compléter l’étude in situ par la modélisation physique en laboratoire sur modèles réduits. Les avalanches majeures de neige dense et sèche sont communément assimilées à des écoulements granulaires secs peu cohésifs, c’est-à-dire des écoulements de grains (grains de sable ou billes de verre par exemple) entre lesquels les forces de cohésion sont faibles devant les forces de frottement.

Objectifs scientifiques

Un bi-plan granulaire est dédié à l’étude des avalanches granulaires en interaction avec des obstacles de formes et de dimensions variées. Ces expériences en modèle réduit de laboratoire sont conduites pour mieux comprendre le comportement des avalanches de neige denses autour des structures : bâtiments, ouvrages de protection, etc. Les tests de laboratoire [1,2] sont complétés par des simulations numériques discrètes [3,4] donnant accès à des grandeurs internes difficilement mesurables sur le modèle réduit.

Ces travaux de recherche visent à développer les lois analytiques gouvernant l’interaction avalanches-obstacles concernant la dissipation d’énergie générée par l’obstacle et la réduction de distance d’arrêt induite [5] ainsi que la force exercée par l’écoulement sur l’obstacle [2,3,4,6]. Ces formulations sont ensuite testées à l’aide de mesures recueillies sur les avalanches de neige interagissant avec un obstacle sur les sites avalanche du Lautaret [6] et de Taconnaz en France, mais aussi sur la digue paravalanche du Ryggfonn en Norvège [5]. Ces recherches contribuent à l’amélioration des méthodes de dimensionnement des structures soumises aux avalanches et d’estimation du risque résiduel en aval des ouvrages de protection.  

Dispositif expérimental

Le bi-plan incliné permet d’étudier la dynamique des avalanches et leur interaction avec des obstacles. Un plan incliné amont a une longueur de 2 m et supporte un canal simulant la zone d'écoulement. Le plan incliné aval d'une longueur et d'une largeur de 1 m simule la zone d'arrêt. L'inclinaison des deux plans est variable et l'écoulement granulaire est généré par le lâché d'un volume de matériau stocké dans un réservoir amont. Des mesures de dynamique de l'écoulement (basées sur des techniques de projection de franges ou de nappes laser) et de pression sur des obstacles, à des fréquences d'acquisition élevées, ont été développées et sont opérationnelles sur ce modèle réduit [1,2]. Un second bi-plan granulaire a été spécifiquement conçu par lrstea pour simuler les avalanches en interaction avec le paravalanche de Taconnaz.

Pour en savoir plus

Vidéo d’une avalanche granulaire sur versant par-dessus un mur (prise de vue latérale)

Collaborations

  • NGI, Oslo (Norvège)
  • IMO, Reykjavik (Islande)
  • Department of Structural and Geotechnical Engineering, Politecnico di Torino (Italie) 
  • IUSTI, Polytech’ Marseille (France)
  • LGCIE, INSA Lyon (France)
  • L-3SR, Grenoble (France)

Publications

  • Caccamo P., Chanut B., Faug T., Bellot H., Naaim-Bouvet F., Small-scale laboratory experiments to investigate dry granular avalanches dynamics and forces on a wall-like obstacle, submitted to Granular Matter
  • Faug T., Caccamo P., Chanut B. Equation for the force experienced by a wall overflowed by a granular avalanche: experimental verification, submitted to Physical Review E
  • Chanut B., Faug T., Naaim M. 2010. Time-varying force from dense granular avalanches on a wall, Physical Review E 82, 041302
  • Faug T., Beguin R., Chanut B. 2009. Mean steady granular force on a wall overflowed by free-surface gravity-driven dense flows, Physical Review E 80, 021305
  • Faug T., Gauer P., Lied K., Naaim M. 2008. Overrun length of avalanches overtopping catching dams: Cross-comparison of small-scale laboratory experiments and observations from full-scale avalanches, Journal of Geophysical Research 113, F03009
  • Faug T., Chanut B., Beguin R., Naaim M., Thibert M., Baroudi D. 2010. A simple analytical model for pressure on obstacles induced by snow avalanches, Annals of Glaciology 51 (54), 1-8

Contact

Faug ThierryDr Thierry Faug
Tél : +33 4 76 76 28 28 - Fax : 04 76 51 38 03
2 rue de la papeterie BP 76 38402 Saint-Martin-d'Hères Cedex
thierry.faug@irstea.fr
Spécialités : Mécanique des fluides, hydrodynamique, avalanches granulaires, interaction écoulement-obstacle