Géomorphologie, hydrologie et hydrodynamique pour les aléas de montagne

L’objectif est de produire des connaissances et des outils opérationnels scientifiquement fondés et applicables sur le terrain et couvrant l’ensemble de la chaîne formation – écoulement - risque et optimisation. Pour cela, l’équipe Aléas met en œuvre les disciplines telles que les statistiques et probabilités, l’hydrologie, la géomorphologie, la mécanique des fluides, la rhéologie, l’hydraulique, la mécanique des sols et des solides, les mathématiques appliquées, la métrologie et l’instrumentation Les travaux traitent les phénomènes selon quatre échelles. La plus petite est l’échelle du grain. La seconde échelle correspond à une échelle intermédiaire entre la taille du grain et l’épaisseur de l’écoulement. A cette échelle, le milieu peut être considéré comme milieu continu. La troisième correspond à l’épaisseur de l’écoulement et la dernière correspond selon les cas soit à la longueur de l’écoulement, soit à la longueur d’un bief d’un couloir ou d’un versant, voire d’un massif montagneux. Les recherches se structurent généralement en trois étapes :

• l’étude théorique et physique des processus élémentaires,
• la mise en équations, détermination des lois d’écoulement, construction et validation des outils (numériques ou non),
• la caractérisation globale des modèles, par leur intégration dans une plate-forme, leurs tests sur des données ou observations de terrain et le développement d’un cadre pour leur transfert et leur utilisation notamment pour l’expertise.

Mais les recherches  peuvent également s’articuler autour d’une approche de type hydrologie et géomorphologie notamment pour l’étude des conditions de déclenchement et de la recharge sédimentaire des écoulements gravitaires.

13 points clés constituant des verrous scientifiques et techniques sont abordés :

Conditions de formation et déclenchement des mouvements gravitaires rapides

1. Conditions d’occurrence des écoulements torrentiels
2. Transition solide-fluide dans les géomatériaux

Dynamique des mouvements gravitaires rapides  et phénomènes induits

1. Lois de comportement des géofluides et impact de la polydispersité
2. Erosion/dépôt par les écoulements gravitaires rapides et par le vent
3. Dynamiques géomorphologiques des rivières de montagne
4. Transition de régime
5. Effets des obstacles sur les écoulements
6. Pression d’impact des fluides complexes
7. Modèle couches minces
8. Vagues produites par les mouvements gravitaires rapides dans retenues

Prédétermination, optimisation et risques

1. Évènements rares et caractérisation de scénarios
2. Variabilité spatio-temporelle des aléas de montagne
3. Risque et optimisation

Équipements

Les recherches de l’équipe Aléas s’appuient sur les outils que sont les observations sur sites expérimentaux ou bases de données pré-existantes, les expérimentations de laboratoire sur matériaux modèles et les expérimentations numériques avec de fortes  interactions et aller-retour entre ces trois approches.

• Laboratoire de rhéométrie

Neige et Avalanches

• Site expérimental « Neige et Vent » du Col du Lac Blanc
• Canal d'écoulement de neige du Col du Lac Blanc
• Site expérimental avalanche du Lautaret
• Site expérimental avalanche de Taconnaz
• Canal d'écoulement granulaire
• Bassin noyé
• Soufflerie

Torrent

• Laboratoire de terrain de Draix
• Canal large pour l’étude du charriage torrentiel
• Canal particulaire pour l’étude du charriage
• Canal à fond mobile pour l’étude des fronts de laves torrentielles
• Canal d’écoulement de boue

Programmes de recherche

Projets européens et internationaux

• INTERREG ALCOTRA projet simple DYNAVAL (avalanche) (2009-2012)
• INTERREG ALCOTRA projet simple MAP3 (avalanche) (2011-2014)
• INTERREG ALCOTRA projet stratégique RISKNAT (avalanche et torrent) (2009-2012)
• INTERREG ALCOTRA projet simple GLARISKALP (aléa nivo-glaciaire) (2010-2013)
• INTERREG Alpine Space Paramount / Improved accessibility : reliability and security of Alpine transport infrastructure related to mountainous hazards in a changing climate (Crues torrentielles) (2009-2012)

Projets Nationaux

• ANR Risknat (2010-2013) SISCA Système Intégré de Surveillance de Crises de glissements de terrain argileux (accélération, fluidification)
• ANR Risknat (2010-2013) GESTRANS – GEStion des risques liés aux crues par une meilleure prise en compte du TRANsit Sédimentaire
• ANR Risknat (2010-2014) MOPERA Modélisation probabiliste pour l’évaluation du risque d’avalanche
• ANR Risknat (2010–2013) LAHARISK LAHARS (coulées de débris volcaniques et inondations associées) : métrologie, modèles d’écoulement, évaluation quantitative des dommages, prévention
• INSU LEFE/IDAO : INEV Interaction Neige et Vent (Meteo France, LGGE, Cemagref, LEGI) (2011-2013)
• INSU EC2CO CYTRIX Tri granulométrique (IPGP, Univ. Colombie Britannique, Univ. St Etienne, Cemagref)
• INSU EC2CO CYTRIX Caractérisation et le traçage des matières en suspension dans des petits bassins versants par une approche multi-outils (LTHE, LSCE, Edytem, Cemagref)
• CNRT Nouvelle-Calédonie : fonctionnement des petits bassins versants miniers (2009-2013)
•  ECANA (2008-2011) - Étude climatologique de l’activité avalancheuse au cours des 5O dernières années sur les Alpes françaises (DGPR- MEDDTL)

Projets régionaux

• Mesures de surveillance au glacier de Tête Rousse (LGGE, LTHE, ISTerre CNRS-UJF, Cemagref), préfecture de la Haute-Savoie
• CENACLAM (Climatologie des Echanges Neige-Atmosphère  de la Couche Limite Atmosphérique et du Manteau Neigeux (LGGE, Cemagref, CEN) – (Services d’observation de l’OSUG)
• CPER PACA (2007-2013) RHYTMME - Risques HYdrometeorologiques en Territoires de Montagnes et MEditérranéens "exploitant un réseau de radars de nouvelle technologie en bande X"

Publications

Article de revue scientifique à comité de lecture

ANCEY, C., DAVISON, A.C., BöHM, T., JODEAU, M., FREY, P. - 2008. Entrainment and motion of coarse particles in a shallow water stream down a steep slope. Journal of Fluid Mechanics, vol. 595, p. 83 - 114

BELLOT, H., TROUVILLIEZ, A., NAAIM-BOUVET, F., GENTHON, C., GALLEE, H. - 2011. Present weather sensor tests for measuring drifting snow. Annals of Glaciology, vol. 52, n° 58, p. 176 – 184

BERTRAND, D., NAAIM, M., BRUN, M. - 2010. Physical vulnerability of reinforced concrete buildings impacted by snow avalanches. Natural Hazards and Earth System Sciences, vol. 10, p. 1531 - 1545

BOURRIER, F., NICOT, F., ECKERT, N., DARVE, F. - 2010. Comparing numerical and experimental approaches for the stochastic modeling of the bouncing of a boulder on a coarse soil. European Journal of Environmental and Civil Engineering, vol. 14, n° 1, p. 87 - 111

BOURRIER, F., ECKERT, N., NICOT, F., DARVE, F. - 2009. Bayesian stochastic modeling of a spherical rock bouncing on a coarse soil. Natural Hazards and Earth System Sciences, n° 9, p. 831 - 84615 p.

CHAMBON, G., BOUVAREL, R., LAIGLE, D., NAAIM, M. - 2011. Numerical simulations of granular free-surface flows using smoothed particle hydrodynamics. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, vol. 166, n° 12-13, p. 698 - 712

CHAMBON, G., NAAIM, M. - 2010. Scaling relationships for constant-volume snow avalanches. Annals of Glaciology, vol. 51, n° 54, p. 129 – 138

CHAMBON, G., GHEMMOUR, A., LAIGLE, D. - 2009. Gravity-driven surges of a viscoplastic fluid: An experimental study. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, vol. 158, n° 1-3, p. 54 - 629 p.

CHANUT, B., FAUG, T., NAAIM, M. - 2010. Time-varying force from dense granular avalanches on a wall. Physical Review E, vol. 82, n° 4, 12 p.

CIERCO, F.X., NAAIM, M., NAAIM-BOUVET, F. - 2008. Experimental study of particle concentration fluctuations in a turbulent steady flow. Annals of Glaciology, vol. 49, p. 121 - 1266 p.

DUMAISNIL, C., THOURET, J.C., CHAMBON, G., DOYLE, E.E., CRONIN, S.J., SURONO - 2010. Hydraulic, physical and rheological characteristics of rain-triggered lahars at Semeru volcano, Indonesia. Earth Surface Processes and Landforms, vol. 35, n° 13, p. 1573 - 1590

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ECKERT, N., CASTEBRUNET, H., GAUME, J. - 2011. Using spatial and spatial-extreme statistics to characterize snow avalanche cycles. Procedia Environmental Sciences, vol. 7, p. 224 - 229

ECKERT, N., NAAIM, M., PARENT, E. - 2010. Long-term avalanche hazard assessment with a Bayesian depth-averaged propagation model. Journal of Glaciology, vol. 56, n° 198, p. 563 - 586

ECKERT, N., PARENT, E., FAUG, T., NAAIM, M. - 2009. Bayesian optimal design of an avalanche dam using a multivariate numerical avalanche model. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, vol. 23, n° 8, p. 1123 - 1141

ECKERT, N., BAYA, H., DESCHâTRES, M. - 2010. Assessing the Response of Snow Avalanche Runout Altitudes to Climate Fluctuations Using Hierarchical Modeling: Application to 61 Winters of Data in France. Journal of Climate, vol. 23, p. 3157 - 3180

ECKERT, N., COLEOU, C., CASTEBRUNET, H., DESCHâTRES, M., GIRAUD, G., GAUME, J. - 2010. Cross-comparison of meteorological and avalanche data for characterising avalanche cycles: the example of December 2008 in the eastern part of the French Alps . Cold Regions Science and Technology, vol. 64, n° 2, p. 119 – 136

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ECKERT, N., PARENT, E., FAUG, T., NAAIM, M., - 2008. Optimal design under uncertainty of a passive defense structure against snow avalanches: from a general Bayesian framework to a simple analytical model . Natural Hazards and Earth System Sciences, vol. 8, p. 1067 - 1081

ECKERT, N., PARENT, E., RICHARD, D., NAAIM, M. - 2008. Bayesian stochastic modelling for avalanche predetermination: from a general system framework to return period computations. Stochastic Environmental Research and Risk Assessment, vol. 22, n° 2, p. 185 - 206

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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, vol. 80, n° 2, 13 p.

FAUG, T., CHANUT, B., NAAIM, M., PERRIN, B. - 2008. Avalanches overflowing a dam: dead zone, granular bore and run-out shortening. Annals of Glaciology, vol. 49, p. 77 - 82

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FREY, P., CHURCH, M. - 2011. Bedload: a granular phenomenon. Earth Surface Processes and Landforms, n° 36, p. 58 - 69

HERGAULT, V., FREY, P., METIVIER, F., BARAT, C., DUCOTTET, C., BöHM, T., ANCEY, C. - 2010. Image processing for the study of bedload transport of two-size spherical particles in a supercritical flow. Experiments in Fluids, vol. 49, n° 5, p. 1095 - 1107

LAVIGNE, A., BEL, L, PARENT, E., ECKERT, N. - 2011. Spatio-temporal modeling of avalanche frequencies in the French Alps. Procedia Environmental Sciences, 6 p.

LE BOUTEILLER, C., NAAIM-BOUVET, F., MATHYS, N., LAVE, J. - 2011. A new framework for modeling sediment _fining during transport with fragmentation and abrasion. Journal of Geophysical Research, vol. 116, 15 p.

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LOPEZ SAEZ, J., CORONA, C., STOFFEL, M., GOTTELAND, A., BERGER, F., LIEBAULT, F. - 2011. Debris-flow activity in abandoned channels of the Manival torrent reconstructed with LiDAR and tree-ring data. Natural Hazards and Earth System Sciences, n° 11, p. 1247 - 1257

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NAAIM-BOUVET, F., NAAIM, M., BELLOT, H., NISHIMURA, K. - 2011. Wind and drifting-snow gust factor in an Alpine context. Annals of Glaciology, vol. 52, n° 58, p. 223 – 230

NAVRATIL, O., LEGOUT, C., GATEUILLE, D., ESTEVE, M., LIEBAULT, F. - 2010. Assessment of intermediate fine sediment storage in a braided river reach (southern French Prealps). Hydrological Processes, vol. 24, p. 1318 - 1332

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PANISSOD, F., BAILLY, J.S., DURRIEU, S., JACOME, A., MATHYS, N., CAVALLI, M., PUECH, C. - 2010. Qualification de modèles numériques de terrain Lidar pour l'étude de l'érosion : application aux badlands de Draix. Revue Française de Photogrammétrie et de Télédétection, vol. 192, p. 50 - 57

PAYRAUDEAU, S., GALLIOT, N., LIEBAULT, F., AUZET, A.V. - 2010. Incertitudes associées aux données géographiques pour la quantification des vitesses de migration des méandres (application à la basse vallée de la Bruche). Revue Internationale de Géomatique, vol. 20, n° 2, p. 221 - 243

PUECH, C., THOMMERET, N., KAYSER, B., BAILLY, J.S., JACOME, A., REY, F., MATHYS, N. - 2009. MNT à très haute résolution dans les modelés fortement disséqués : des données aux tests d'application. Geomorphologie-Relief Processus Environnement, n° 2, p. 141 – 152

RASTELLO, M., RASTELLO, F., BELLOT, H., OUSSET, F., DUFOUR, F., MEIER, L. - 2011. Size of snow particles in a powder-snow avalanche. Journal of Glaciology, vol. 57, n° 201, p. 151 - 156

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RECKING, A., FREY, P., PAQUIER, A., BELLEUDY, P. - 2009. An experimental investigation of mechanisms involved in bedload sheet production and migration. Journal of Geophysical Research, vol. 114, 42 p.

RECKING, A., FREY, P., PAQUIER, A., BELLEUDY, P., CHAMPAGNE, J.Y. - 2008. Feedback between bed load transport and flow resistance in gravel and cobble bed rivers. Water Resources Research, vol. 44, 21 p.

RECKING, A., FREY, P., PAQUIER, A., BELLEUY, P., CHAMPAGNE, J.Y. - 2008. Bed-load transport flume experiments on steep slopes. Journal of Hydraulic Engineering-ASCE, vol. 134, n° 9, p. 1302 - 1310

RECKING, A. - 2008. Variation du nombre de Shields critique avec la pente. Houille Blanche-Revue Internationale de l eau, n° 5, p. 59 - 63

RICKENMANN, D., RECKING, A. - 2011. Evaluation of flow resistance in gravel-bed rivers through a large field data set. Water Resources Research, vol. 47, n° W07538, 22 p.

ROGNON, P.G., CHEVOIR, F., BELLOT, H., OUSSET, F., NAAIM, M., COUSSOT, P. - 2008. Rheology of dense snow flows: inferences from steady state chute-flow experiments . Journal of Rheology, vol. 52, n° 3, p. 729 – 748

ROGNON, P.G., ROUX, J.N., NAAIM, M., CHEVOIR, F. - 2008. Dense flows of cohesive granular materials. Journal of Fluid Mechanics, vol. 596, p. 21 - 47

THEULE, J., LIEBAULT, F., LOYE, A., LAIGLE, D., JABOYEDOFF, M. - 2011. Sediment budget monitoring of a debris-flow torrent (French Prealps). Italian Journal of Engineering Geology and Environment, p. 779 - 786

THIBERT, E., VINCENT, C., ECKERT, N. - 2009. 60 anni di bilancio di massa sul Glacier de Sarennes. Nimbus  Rivista italiana di meteorologia, clima e ghiacciai, n° 53-54, p. 1 - 6

THIBERT, E., BLANC, R., VINCENT, C., ECKERT, N.  - 2008. Glaciological and volumetric mass-balance measurements: error analysis over 51 years for Glacier de Sarennes glacier, French Alps . Journal of Glaciology, vol. 54, n° 186, p. 522 - 532

YAMAKOSHI, T., MATHYS, N., KLOTZ, S. - 2009. Time-lapse video observation of erosion processes on the black marls badlands in the Southern Alps, France. Earth Surface Processes and Landforms, vol. 34, n° 1, p. 314 - 318

HDR en cours et récemment soutenues

• Thierry Faug (en cours). Ecoulement de fluide complexe autour d’obstacles et forces induites : Application aux structure soumises
• Philippe Frey , -2008. Transport solide par charriage à différentes échelles Application aux cours d'eau de montagne, HDR spécialité mécanique, Institut Polytechnique de Grenoble
• Dominique Laigle, -2008. La modélisation des écoulements gravitaires rapides : application à la gestion du risque laves torrentielles, HDR spécialité mécanique, Institut Polytechnique de Grenoble

Thèses en cours et récemment soutenues

• Assia Ghemmour (2008-2011), Rhéologie des lave torrentielles : influence et formation du front granulaire
• Joshua Theule (2008-2011), La production sédimentaire des bassins versants torrentiels pendant les événements extrêmes
• Paolo Caccamo (2009-2012), Étude expérimentale de l’influence des ouvrages de protection sur les avalanches et des pressions d’impact
• Johan Gaume (2009-2012), Prédétermination des volumes de départ d’avalanches : modélisation combinée statistique – mécanique
• Alexandre Trouvillez (2009-2012),  De la modélisation du bilan de masse de la neige en milieu extrême et des risques associés en montagne française
• Guénolé Mainsant (2009-2012), Étude de la transition glissement-coulée dans les sols argileux – application aux glissements du Trièves
• Mélanie Bertrand (2010-2013), Approches régionales de la susceptibilité torrentielle
• Philomène Favier (2010-2013), Cartographie du risque et optimisation d’ouvrages de protection paravalanche par analyse décisionnelle
• Mathieu Labbé  (2010-2013), Interactions entre écoulements à surface libre de fluides viscoplastiques ou granulaire
• Nicolas Lafarge (2010-2013), Modélisations hydrologique et rhéologique des écoulements Lahars (ANR Laharisk)
• Aurore Lavigne  (2010-2013), Modélisation spatiale de l’activité avalancheuse granulaires et un obstacle. Application aux laves torrentielles
• Pauline Leduc (2010-2013), Étude expérimentale de la dynamique des macro formes sédimentaires en territoires de montagne
• Sandrine Tacon (2010-2013), Dynamique des macroformes sédimentaires en rivières de montagne à forte charge solide
• Pascal Haguenmuller (2011-2014), Déclenchement des avalanches
• Denis Brossard, - 2010., Étude expérimentale de l'interaction entre un écoulement de gravité et son lit d'écoulement, Application aux avalanches de neige en aérosol, Doctorat de l’Université de Grenoble.
• Benoit Chanut, - 2010, Force exercée par une avalanche granulaire dense sur un obstacle. Application aux digues de protection paravalanche.  Doctorat de l’Université de Grenoble.
• Vito Bacchi, - 2011. Étude expérimentale de la dynamique sédimentaire d’un système à forte pente soumis à des conditions hydrauliques faibles. Doctorat de l’Université de Grenoble.
• Virginie Hergault, - 2011. Étude micro-structurelle du transport par charriage de mélanges bidispersés à forte pente. Doctorat de l’Université de Grenoble.
• Caroline Lebouteiller, - 2011. Dégradation des sédiments marneux et suspensions hyperconcentrées. Doctorat de l’Université de Grenoble.

Post-Doc en cours

• Hélène Castebrunet (2010-2011), Étude climatologique de l’activité avalancheuse naturelle. (faire un lien vers Postdoccastebrunet.doc)
• Oldrich Navratil (2010-2011), Observatoire des crues torrentielles dans les Alpes maritimes
• Evgeny Poldovskiy (2011), Comportement mécanique des couches fragiles : application au déclenchement des avalanches. (faire un lien vers Postdocpodolvskiy.doc)

Expertises

L’expertise est l’une des missions du Cemagref. Cette expertise n’a pas vocation à concurrencer des bureaux d’études privés, mais à transmettre notre savoir développé au sein de nos activités de recherche. En retour, la pratique de l’expertise permet d’identifier clairement les demandes des utilisateurs et de les transformer en questionnement de recherche. L’équipe Aléas participe ainsi à des expertises dans les domaines suivants :

• Avalanches
• Congères
• Laves torrentielles
• Erosion torrentielle
• Ondes de submersion
• Risques d’origine glaciaire

  Guides méthodologiques et techniques

• J.R, Malavoi, C.C. Garnier, N. Landon, A. Reking, Ph. Baran, 2011,  Eléments de connaissance pour la gestion du transport solide en rivière, ONEMA
• F. Naaim-Bouvet (coordination), 2010, Risques naturels en montagne : nouveaux outils, nouvelles connaissances et nouveaux savoir-faire, Sciences, Eaux et Territoire, n°2.
• P. Mériaux, L. Peyras (coordination), 2009, Retenues d’altitude, Editions QUAE
• M. Barbolini, U. Domaas, T. Faug, P. Gauer, K.M Kakonardottir, C.B. Harbitz, D. Issler,edited by T. Johannesson, K. Lied, M. Naaim, F. Naaim-Bouvet, L. Rammer, 2009, The design of avalanche protection dams : Recent practical and theoretical developments, European Communities, edited bt T. Johannesson, P. Gauer, D. Issler, K. Lied.
• F. Nicot, A. Limam (coordination), 2009, Neige, paravalanches et constructions, Traité MIM – Mécanique et Ingénierie des Matériaux – Risques Naturels - Hermes, Lavoisier

Organisation et co-organisation de colloques et d’Université d’été

• Université d’été « Avalanches : du risque à la gestion de crise » 2010
• Session annuelle « Avalanche » de l’ European Geosciences Union
• Journées annuelles de la section Glaciologie et Nivologie de la Société Hydrotechnique de France : l'eau en montagne, mieux observer pour mieux prévoir et journées glaciologie, nivologie.
• 12th Interpraevent Congress Protection of living spaces from natural hazards, 23th to 26th April 2012

Principaux partenariats

Partenariats nationaux

Laboratoire de rhéologie, LEGI, LGGE, ISTerre, LTHE, Laboratoire L3S-R (laboratoires grenoblois de l’Université et de l’Institut National Polytechnique de Grenoble, de l’INRIA, du CNRS et de l’IRD), ENGREF (AgroParisTech), IUSTI (Polytech’ Marseille), PMMH (ESPCI ParisTech), LGCIE (INSA Lyon), MIP (INSA Toulouse), Laboratoire Hubert Curien (Université de St Etienne), équipe  Géomorphologie (IPG Paris), Centre d’Etudes de la Neige (Meteo France) et services de la Restauration des terrains en montagne.

Partenariats internationaux

NGI (Norvège), IMO (Islande), Université de Turin, Université de Pavie, Politecnico di Torino (Italie), EPFL (Suisse), Université de Lausanne (Suisse), IFENA (Suisse), Université de Nagoya (Japon), Université de Colombie Britannique (Canada), Université de Leeds (GB), Université de Berkeley (USA) BOKU Vienne (Autriche), BWF (Autriche), OBB (Autriche) Moscow State University (Russie), Université de Barcelone (espagne).Université de Massey (Nouvelle Zélande), Ben Gurion University of Negev (Israel).

Thèmes de recherche

RIVAGE

Unités de recherche

ETGR

Composition de l'équipe