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Site expérimental du col du Lautaret

Problématique

Tous les organismes de recherche mondiaux traitant des avalanches disposent d’un ou plusieurs sites expérimentaux permettant d’étudier le phénomène à l’échelle naturelle et de confronter les modèles à des évènements réels.

On peut ainsi citer parmi nos voisins européens, l’Institut Fédéral pour l’Etude de la Neige et des Avalanches (IFENA, Suisse) qui a installé son site d’étude dans le Valais (Vallée de La Sionne, à proximité de Sion) et en Norvège, le Norvegian Geotechnical Institute (NGI) qui travaille sur le site du Ryggfonn (à Grasdalen, dans l’ouest de la Norvège).

En France, Irstea utilise depuis 1972 un site situé dans les Hautes-Alpes entre le Col du Lautaret et le Col du Galibier. Initialement consacré à la mise au point de dispositifs de déclenchement, le site est aujourd’hui utilisé pour étudier la sollicitation des avalanches sur les ouvrages de génie civil et la dynamique des avalanches.

Dispositif expérimental

Le choix de ce site s’est effectué à l’origine en raison de plusieurs facteurs : sa proximité de Grenoble (90 km), le déneigement permanent de la route départementale 1091 (anciennement RN91) Grenoble-Briançon malgré l’altitude élevée du Col du Lautaret (2058 m), les fortes chutes de neige et les forts vents observés sur ce site, et bien évidemment la présence de couloirs d’avalanches bien marqués dans la face sud-est de la crête de la Montagne de Chaillol (Figure 1).

Celle-ci est en effet sillonnée par sept couloirs rectilignes et prononcés, sujets à de nombreux écoulements coupant la route du Galibier fermée en hiver. Les pentes sont voisines de 45° dans la zone de départ et de 30° dans la zone d’écoulement. Les avalanches mettent en jeu des volumes de neige compris entre 500 et 2000 m3 pour des parcours allant de 300 à 800 m. La face Nord-Est de la montagne de Chaillol présente également un couloir beaucoup plus large (500 m de long, 100 m de large) dont la mise en exploitation est opérationnelle depuis 2006. Les différents types d’avalanches vont de l’avalanche humide à l’avalanche poudreuse avec une composante dense. Elles résultent le plus souvent de neige récente déposée sous la crête par le vent. La hauteur de cassure varie de 0,20 à 1,50 m, la hauteur du dépôt de 0,5 à 2 m, des vitesses de plus de 100 km/h peuvent être atteintes à l’emplacement des structures de mesure implantées dans les couloirs.

Le déclenchement

Après une période de déclenchement par Catex (le premier installé en France avec dispositif de mise à feu par le câble porteur), le déclenchement s’est effectué aujourd’hui à l’aide d'un Gazex (exploseur commercial propane-oxygène industriel) au couloir n°2. Le couloir n°1 est déclenché manuellement par charge glissée (tir électrique). Le couloir nord-est permettant de déclencher des avalanches de plus grande ampleur est équipé depuis 2005 d’un déclencheur autonome Avalhex (exploseur hydrogène-oxygène atmosphérique, objet d’un brevet Irstea-CEA). L’ensemble du travail expérimental sur ce site s’effectue dans le cadre réglementaire habituel des déclenchements d’avalanches (entre autres circulaire interministérielle n° 80-268 du 24 juillet 1980) qui exigent un arrêté municipal comportant un PIDA. De plus, pour assurer la sécurité des usagers circulant sur la RD 1091 (route Grenoble-Briançon), face aux risques liés aux avalanches déclenchées (zone de dépôt de l’avalanche pouvant couper la route, aérosol de neige limitant soudainement la visibilité), il y a lieu d’interdire temporairement la circulation des véhicules et des piétons. Il faut une équipe d’environ 10 personnes pour une opération complète de déclenchement des 3 couloirs (figure 1). Il y a en moyenne 2 à 3 journées de tir par hiver.

Les dispositifs de mesure

Les volumes de neige mobilisables sur ce site se prêtent bien à l’étude des sollicitations des ouvrages par les avalanches. Ainsi, depuis 2001 se sont développés plusieurs programmes de recherche visant à caractériser les sollicitations d’ouvrages de taille réelle impactés par des avalanches en utilisant des macro-capteurs. Il est en effet très difficile d’utiliser des capteurs ponctuels de pression de type commercial pour quantifier les pressions d’impact en raison des interactions entre les écoulements et les structures supportant les capteurs : il se forme en effet en amont de la structure un dépôt de neige (zone morte) qui perturbe la mesure. De plus, la forte variabilité spatiale de la pression rend délicat le calcul, à partir de mesures ponctuelles, d’une valeur moyenne à l’échelle d’un ouvrage de génie civil de taille réelle. L’idée est donc de faire des mesures d’impact d’avalanche à l’échelle macroscopique sur un ouvrage-capteur intégrant l’ensemble de la sollicitation. L’ouvrage instrumenté est une plaque montée sur une poutre encastrée dans le sol (Figure 2).

Le principe consiste à mesurer les déformations (par jauges de contrainte) et les accélérations de la structure, et à remonter aux sollicitations par une analyse inverse de ces 2 types de signaux.

L’étude de la dynamique de l’écoulement est réalisée au couloir n°2 où depuis l’hiver 2008 est installé un dispositif visant à mesurer le profil vertical de vitesse et de pression dans l’écoulement. La mesure de pression étant très intrusive, deux types de capteurs ont été installés pour étudier l’effet des interactions écoulement-capteurs. Les premiers, de type commercial classique, sont installés sur la face avant du mat porteur, les seconds issus d’un développement interne à Irstea sont déportés latéralement (Figure 3).

Les différents signaux de mesure sont acheminés, certains après amplification, vers l’abri hébergeant les opérateurs (Figure 4). Une centrale d’acquisition haute fréquence échantillonnant à plusieurs kHz enregistre les données sur un système informatique. Le site est équipé d’une station météorologique permettant de connaître les paramètres atmosphériques lors des chutes de neige des heures ou des jours qui précèdent les tirs de déclenchement. Le jour du tir, le manteau neigeux est caractérisé par un profil stratigraphique (type et taille des grains, température, dureté des couches, densité) dans les zones de départ, de dépôt et dans les zones « mortes » de neige déposées contre les ouvrages.

Afin d’accéder aux lois d’écoulement de la neige, la caractérisation des écoulements nécessite, entre autres, de déterminer les vitesses de l’avalanche. Celle-ci est mesurée localement sur les dispositifs d’instrumentation (vitesse Eulerienne), à l’endroit où sont également mesurées les hauteurs d’écoulement et les pressions. L’approche Lagrangienne consiste à suivre l’écoulement depuis la zone de départ jusqu’à la zone de dépôt de l’avalanche. Des paramètres tels que le volume (surface et hauteur de la zone de départ), la vitesse de l’écoulement et la hauteur du dépôt dans la zone d’arrêt sont des données clés, indispensables pour valider les modèles numériques simulant les écoulements. La mesure des volumes de neige déplacés est réalisable par laser scan, avec des relevés effectués avant et après les tirs de déclenchement. Mais l’acquisition nécessite également un temps de scan qui interdit toute mesure pendant l’écoulement pour accéder, par exemple, à la position du front de l’avalanche et par répétition de la mesure à intervalle régulier, à sa position et à sa vitesse. Une solution est d’utiliser des prises de vue photographiques numériques afin d’obtenir une vision stéréoscopique instantanée du terrain. La prise de vue synchronisée de couples d’images à la cadence de 1/s, leur orientation sur des points de contrôle au sol et la restitution photogrammétrique a ainsi permis de positionner les positions du front d’avalanches. La figure 5 illustre le positionnement du front d’une avalanche déclenchée artificiellement le 2 mars 2010 à partir de 17 couples d’images synchronisées.

Programme en cours

Ces campagnes de mesure sont actuellement organisées dans le cadre des projets européens de recherche INTERREG ALCOTRA DYNAVAL (soutenu également par l’ANR, le CG74, et le Ministère de l’Écologie) et INTERREG ALCOTRA MAP3 (soutenu également par  l’ANR et le CG74).

Collaborations

  • INSA de Lyon (URGC)
  • CETE LRPC de Lyon (Groupe Mécanique des Roches)
  • IFENA (Suisse)
  • Université de Nagoya (Japon)
  • Institut Polytechnique de Turin (Politecnico di Torino), Italie
  • Université de Turin (LNSA & NatRisk), Italie
  • Institut national d’Océanographie et de Géophysique (INOGS & INGV), Italie

Publications

THIBERT E.  X. RAVANAT (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 Avalanche, n°120, décembre 2007.

LIMAM A., D. BAROUDI, P. BERTHET-RAMBAUD, E. THIBERT (2007) De la mesure des efforts d'impact induits par une avalanche par analyse inverse, Actes du 8ème Congrès de Mécanique, 17-20 Avril 2007, El Jalida Maroc, CDM 2007 Volume 1, Mécanique des solides, pp 63-65.

THIBERT E., D. BAROUDI, A. LIMAM, P. BERTHET-RAMBAUD (2008). Avalanche impact pressure on an instrumented structure. Cold Regions Science and Technology. doi :10.1016/j.coldregions.2008.01.005.

BERTHET-RAMBAUD P., BAROUDI D., A. LIMAM, E. THIBERT, TAILLANDIER J.-M. (2008) Characterization of avalanche loading on impacted structures: a new approach based on inverses analysis. J. of Glaciology, 54(185), 324-332.

THIBERT E. X. RAVANAT (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 Avalanche, n°121. Mars 2008.

BAROUDI D., E. THIBERT, X. RAVANAT, LIMAM A. (2008). Impact pressure estimation of an avalanche on a structure as deduced from inverse analysis and Monte Carlo sensitivity simulations. Proceedings of the International Snow Science Workshop. 21-27 septembre 2008, Whistler, BC, Canada.

BAROUDI, D., THIBERT, E. - 2009. An instrumented structure to measure avalanche impact pressure: error analysis from Monte Carlo Simulations. Cold Regions Science and Technology, vol. 59, p. 242 – 250

THIBERT, E., BAROUDI, D. - 2010. Impact energy of an avalanche on a structure. Annals of Glaciology, vol. 51, n° 54, p. 45 - 54

FAUG, T., CHANUT, B., BEGUIN, R., NAAIM, M., THIBERT, E., BAROUDI, D. - 2010. A simple analytical model for pressure on obstacles induced by snow avalanches. Annals of Glaciology, vol. 51, n° 54, p. 1 – 8

TACNET, J.M., THIBERT, E., BERTHET-RAMBAUD, P., LIMAN, A., NAAIM, M., PERROTIN, P., RICHARD, D. - 2010. Conception et comportement dynamiques des structures de génie civil : application aux ouvrages paravalanches. Sciences Eaux et Territoires, n° 2, p. 46 – 57

THIBERT, E., RAVANAT, X., BELLOT, H., OUSSET, F., HUGUENY, B. - 2010. Le site d'étude des avalanches du Col du Lautaret. Neige, paravalanches et constructions, Hermès Science Publications ; Lavoisier, Paris, p. 113 - 131

BAROUDI, D., THIBERT, E., LIMAM, A. - 2010. L'analyse inverse appliquée à la caractérisation de la sollicitation dynamique des structures par les avalanches. Neige, paravalanches et constructions,  Hermès Science Publications ; Lavoisier, Paris, Mécanique et ingénierie des matériaux, p. 136 - 177

THIBERT, E., BAROUDI, D., LIMAM, A., BERTHET-RAMBAUD, P. - 2010. Pression d'impact d'une avalanche mesurée par un ouvrage capteur. Neige, paravalanches et constructions, Hermès Science Publications ; Lavoisier, Paris, Mécanique et ingénierie des matériaux, p. 118 - 207

FAUG, T., NAAIM, M., NAAIM BOUVET, F., ECKERT, N., THIBERT, E., CHAMBON, G. - 2010. Chapitre 3. Les récents progrès dans l'étude de la dynamique des avalanches de neige, des effets des obstacles et de la pression d'impact. Neige, paravalanche et constructions,  Hermès Lavoisier, Paris, p. 52 - 94

Contact

Dr Thibert Emmanuel
emmanuel.thibert@irstea.fr
Tél : +33 4 76 76 28 13 - Fax : 04 76 51 38 03
2 rue de la papeterie BP 76 38402 Saint Martin d'Hères Cedex
Qualifications : Instrumentation et mesures physiques

 

Xavier Ravanat
Tél : +33 4 76 76 27 20 - Fax : 04 76 51 38 03
2 rue de la papeterie BP 76 38402 Saint Martin d'Hères Cedex
xavier.ravanat@irstea.fr
Spécialités : Instrumentation et logistique de terrain