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CODEN: MSVNAU 2013 © Société vaudoise des Sciences naturelles Droits de reprodu

CODEN: MSVNAU 2013 © Société vaudoise des Sciences naturelles Droits de reproduction réservés ISSN 0037-9611 Mém. Soc. vaud. Sc. nat. 25: 175-187. 14. Modèles de trajectographie: atout ou contrainte par Luuk DORREN 1 & Frédéric BERGER 2 Résumé.–DORREN L. & BERGER F., 2013. Modèles de trajectographie: atout ou contrainte. Mémoire de la Société vaudoise des Sciences naturelles 25: 175-187. Cet article présente l’axe méthodologique à mettre en œuvre pour réaliser une étude trajectographique rigoureuse et transparente. Dans cet article nous présentons les étapes clés nécessaires à la réalisation d’une étude trajectographique, puis nous abordons le rôle de l’opérateur et finalement, nous décrions très brièvement les principaux types de modèles existants. L’axe méthodologique que nous proposons est composé de six étapes: 1) la préparation des données initiales, 2) la définition des scénarii de départ des projectiles, 3) la simulation des trajectoires, 4) la vérification du champ des possibles des résultats de simulation, 5) la détermination des résultats de simulation utilisable et 6) la transformation de ces résultats en cartes d’aléa. Avec cet article nous nous adressons aussi bien aux bureaux d’étude, qu’aux maîtres d’ouvrages et maîtres d’œuvre, ainsi qu’à tout autre bénéficiaire des expertises réalisées avec ces modèles. Mots clés: Modèle de simulation, chutes de blocs, étude trajectographique. Abstract.–DORREN L. & BERGER F., 2013. Rockfall trajectory models: advantage or limitation. Mémoire de la Société vaudoise des Sciences naturelles 25: 175-187. This article presents a workflow for carrying out a transparent and pertinent rockfall trajectory study. Firstly, we present the six key steps of the workflow, secondly, we will discuss the role of the expert using a trajectory model and finally we will shortly describe the main types of existing rockfall trajectory models. The six key steps are: 1) the preparation of the model input data, 2) the definition of the rockfall release scenarios, 3) the simulation of the trajectories, 4) the plausibility check or validation of the simulated results, 5) fixing the validity domain of the results and 6) transformation into a readable rockfall process maps (rockfall energy maps, jump heights map, runout zone map). This article is meant both for hazard expert bureaus and for those commissioning rockfall trajectory studies, as well as for all other beneficiaries of such studies. Keywords: Simulation model, rockfall, trajectory study. 1Office fédéral de l’environnement, CH-3063 Ittigen; tél.: +41 (0)31 324 10 24. E-mail: luuk.dorren@bafu.admin.ch 2Cemagref, Grenoble, France; tél.: +33 (0)4 76 76 28 00. E-mail: frederic.berger@cemagref.fr L. Dorren & F. Berger 176 Introduction Les chutes de blocs rocheux sont des processus spontanés, rapides et pouvant s’avérer dangereux pour les biens et les personnes. Les chutes de blocs génèrent des problèmes de sécurité à l’aval de nombreuses barres rocheuses et falaises à travers le monde. Pour prévoir les menaces potentielles occasionnées par les chutes de blocs, il est non seulement nécessaire d’estimer les points d’arrêt des projectiles rocheux, mais il est également essentiel de quantifier les paramètres cinématiques régissant leurs propagations (énergies cinétiques, hauteurs de passages), ainsi que les probabilités d’atteinte en tout point de leurs trajectoires. Ainsi, la réalisation d’une étude trajectographique est, au jour d’aujourd’hui, impensable sans l’utilisation d’un modèle de simulation de propagation. Cependant et malgré les progrès récents réalisés dans le domaine de la connaissance de la trajectographie de projectiles rocheux, le seul fait de disposer d’un modèle ne suffit pas pour réaliser une étude robuste et de qualité. L’obtention d’une étude de qualité nécessite de mettre en œuvre une procédure de travail rigoureuse et vérifiable en tout point. Dans cet article, nous présentons notre vision d’un tel processus de travail. En particulier, nous explorons trois sujets importants: - Les étapes clés nécessaires à la réalisation d’une étude trajectographique - Le rôle de l’opérateur - Le modèle de simulation Dans cet article nous nous adressons aussi bien à des bureaux d’étude ayant une activité d’expertise incluant l’utilisation d’un modèle de simulation trajectographique, qu’a des maîtres d’ouvrages et maîtres d’œuvre, et tout autre bénéficiaire des expertises réalisées avec ces modèles. Etapes clés de la trajectographie Le protocole de réalisation d’une étude trajectographique de chutes de blocs est composé de six étapes: 1. la préparation des données initiales 2. la définition des scénarios de départ 3. la simulation des trajectoires des blocs 4. le contrôle de la plausibilité 5. la détermination (fixation en anglais) des résultats utilisable 6. la transformation des résultats utilisable en cartes d’aléa Degré de détail La réalisation effective des six étapes mentionnées ci-dessus dépend du degré de détail de l’étude trajectographique. En général, trois degrés de détail peuvent être définis (OFEV 2011). Le premier degré (D1) a pour but de donner une vision générale (que l’on peut aussi qualifié d’impression générale) de l’aléa. La plupart du temps, mais pas obligatoirement, ce degré de détail est utilisé à une échelle régionale afin d’obtenir une première estimation globale des zones d’arrêt. En Suisse, ces cartes sont appelées les cartes indicatives de danger. Modèles de trajectographie: atout ou contrainte 177 Dans d’autres pays, celles-ci sont souvent dénommées cartes de susceptibilité. Le deuxième degré (D2) est une vision locale qui, en règle générale mais pas nécessairement, est mise en œuvre à l’échelle d’un territoire communal. Ce degré est souvent utilisé pour la réalisation des cartes des dangers. Le troisième degré (D3) ne concerne, quant à lui, qu’une échelle très restreinte telle que celle d’une pente voire d’un profil en long. Ce dernier niveau très détaillé peut être requis pour des questions très précises telles que, par exemple, la stabilité d’un pilier de pont menacé par des chutes de blocs. Le D1 correspond à des échelles cartographiques allant du 1:25’000 au 1:10’000, le D2 du 1:10’000 au 1:5’000 et le D3 du 1:5’000 au 1:2’000. Dans le cadre d’une analyse trajectographique de degré D1, les étapes 4 à 6 de l’axe méthodologique ne sont généralement pas réalisées. En effet, la vérification du champ des possibles à l’échelle d’une région est rarement possible. De plus, dans les cartes indicatives de dangers, ce sont bien souvent les résultats bruts des simulations qui sont affichés plutôt que des résultats analysés et interprétés. La préparation des données initiales L’obtention d’une étude trajectographique rigoureuse et robuste exige une préparation conséquente. Lors de cette étape, le cadastre des événements historiques, les études antérieures aussi bien que les documents historiques locaux doivent être recensés et leur pertinence évaluée. La vue d’ensemble des événements passés permet à l’opérateur de se faire une première idée de l’activité (intensité et fréquence) des chutes de blocs sur le site d’étude. Malheureusement, des cadastres exhaustifs n’existent que rarement. Au cours de cette phase, il est essentiel de procéder à une étude de terrain afin de caractériser et de pré-cartographier les zones de départ, de transit et d’arrêt probables, ainsi que les ouvrages de protection existants (figure 1). Dans la zone de départ, la stabilité de la masse rocheuse et ses propriétés structurales (discontinuités, etc.) doivent être analysées. Dans la zone de transit et d’arrêt, les caractéristiques de la surface de la pente doivent être cartographiées et caractérisées (figure 1). En général, l’élasticité et la rugosité de la surface des matériaux de couverture sont les paramètres utilisés pour décrire les caractéristiques de la surface de la pente. Ces données sont très importantes, car elles conditionnent en partie la cinématique des projectiles et en particulier la perte d’énergie et le transfert entre les composantes de translation et de rotation lors d’un rebond entre le projectile et le sol. Si des forêts sont présentes sur le secteur d’étude et que l’on souhaite caractériser leur effet protecteur, alors elles doivent être inventoriées, décrites et cartographiées. Les données sylvicoles à acquérir comprennent la composition en essence, le nombre d’arbre par unité de surface (densité), la distribution des diamètres des arbres, ainsi que la distribution spatiale des différents types de peuplements forestiers. Aujourd’hui, les données Lidar permettent d’automatiser la cartographie des peuplements forestiers en utilisant la différence entre le modèle numérique de surface (MNS) et le modèle numérique de terrain (MNT) (Persson et al. 2002). De plus, tous les témoins silencieux de l’activité de l’aléa doivent être recensés et cartographiés, comme par exemple: - les dimensions et la forme des projectiles générés par les zones de départ, ainsi que la position de leur point d’arrêt, L. Dorren & F. Berger 178 - les traces d’activités dans les zones de départ, - la distance entre les points d’impact au sol, ainsi que leur profondeur, - la distribution spatiale et la hauteur des blessures occasionnée par des chutes de blocs sur les d’arbres (Stoffel 2006). La population et les experts locaux représentent des sources importantes d’informations qu’il ne faut pas négliger. Néanmoins, nous conseillons d’effectuer les relevés de terrain avant toute consultation préalable des sources de données historiques. En effet, cela permet d’éviter de biaiser le raisonnement de l’expert en partant sur le terrain avec des idées préconçues, soit sur les volumes potentiellement instables, soit des distances d’arrêt possible. Une telle démarche offre aussi l’avantage d’optimiser la possibilité d’identifier des phénomènes inattendus. La dernière phase de cette étape de préparation, porte sur la création uploads/Geographie/14-dorren-memsvsn2013-c-li.pdf