Thèse soutenue par Céline Longchamp le 28 avril 2016, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
Les avalanches rocheuses sont des événements de grande ampleur, impliquant un grand volume (>106 m3) circulant à haute vitesse jusqu’à 100 m/s) et pouvant atteindre des distances de propagation inhabituelles. L’énergie libérée par ces événements ainsi que leur volume les rendent catastrophiques. ll est impossible de faire des mesures de protection active (filets, déviation de trajectoire, digues, etc.). Seules des mesures passives, comme des cartes de danger ou des plans d’évacuation des terres peuvent être mises en æuvre.
Une fois une zone instable identifiée, un système de surveillance peut être instauré afin de suivre l’évolution de I’instabilité et d’évacuer les personnes exposée en cas de nécessité. Heureusement, ces grands événements sont rares. En raison de cette rareté, elles sont peu obseruées dans la nature et donc leur mécanisme de rupture, leur propagation et leur dépôt sont encore mal compris. Pour pallier ce manque d’informations, des expériences en laboratoire et le développement de modèles numériques sont nécessaires pour comprendre la propagation de ces masses.
Ce projet de thèse vise à mieux comprendre les mécanismes de propagation de ces phénomènes. Une première partie de cette étude a été de développer une installation pour étudier la propagation d’une masse granulaire en laboratoire. L’installation se présente sous la forme d’un plan incliné dont on peut varier l’inclinaison. Le dépôt est numérisé à l’aide d’un numériseur 3D (Konica Minolta 9i vive micro-LiDAR). Le résultat de cette analyse est un nuage de points de haute précision. Ces nuages de points ont permis par la suite de connaître le centre de masse et la hauteur de chaque dépôt, comparer les dépôts de plusieurs expériences ou d’avoir un modèle numérique d’élévation (DEM) pour étudier les structures dans le dépôt.
De par leur rareté, les mécanismes influant la propagation des avalanches rocheuses sont encore peu connues. Les seules déductions que nous faire apprendre se font en observant les dépôts existants et essayer de reconstruire une dynamique de propagation. La deuxième partie de ce travail est une étude détaillée des structures observées dans les dépôts obtenus en laboratoire. En effet, les structures parallèles et perpendiculaires à la direction d’écoulement sont visibles. lls permettent de spéculersur la propagation de la masse. L’étude de ces structures se base sur des photographies, de films et de nuages de points. Grâce à l’utilisation de filtres sur Matlab, il est possible de détecter et même de souligner ces structures et leur distribution sur la surface du dépôt. Le fait que ces structures dans les dépôts ont été observées et étudiées en détail dans plusieurs cas réels nous a permis de valider les hypothèses sur la dynamique de propagation.
Bien qu’il existe déjà de nombreux programmes numériques permettant de simuler la propagation, ils n’ont pas donné des résultats probants à notre problématique. Pour modéliser la propagation de masse granulaire en laboratoire, un outil a été développé sur Matlab. La dernière partie de ce travail propose un modèle résolvant les équations de Saint-Venant, fondées sur l’hypothèse de faible épaisseur. Le code informatique traite la masse en mouvement comme un fluide équivalent régie par une loi rhéologique simple. Le code permet de modifier des paramètres tels que l’inclinaison de la pente, les angles de frottement interne et de la base, la hauteur de chute de la masse, le volume ou la densité du matériau. Le modèle a été validé par les expériences de laboratoire.
Ce projet de thèse propose une analyse complète de la mobilité des avalanches rocheuses. En effet, sur la base d’observations en laboratoire couplées avec des études de terrain existantes, des clarifications importantes ont été avancées sur la dynamique de ces phénomènes.
