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ALÉA ROCHEUXMÉTHODE D’EVALUATION DU ZONAGE DE L’ALEA CHUTE DE PIERRES
(MEZAP)
PRINCIPES / METHODE /
DEVELOPPEMENTS /
EXEMPLES
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RN1 © BRGM, éboulement 14/3/2017
Contexte• Phénomène « Chute de blocs » :
– Rapide, avec peu ou pas de
précurseur
– Destructeur, énergie à l’impact
de plusieurs centaines de kJ
– Dangereux… « coup au but »
Nécessaire prise en compte de
l’aléa
– Pour les zones urbanisées… à
urbaniser
– Le long des itinéraires (routes,
voies ferrées notamment)
… puis du risque associé
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Contexte
• Chutes caractérisées par :
– une zone de départ,
– une zone de propagation,
– une zone d’épandage (arrêt / atteinte)
caractérisation de l’aléa intégrant :
– Rupture
– Transit / propagation
– Intensité
… et une donnée temporelle : période de
référence de définition de l’aléa
OccurenceAlea
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• Démarche « aléa »
Identification et
localisation des
instabilités
Caractérisation des
compartiments
/volumes détectés
Evaluation de la
propagation
Approche qualitative
Trajectographie
Qualification de
l’aléa de rupture
Intensité
Probabilité
Délai d’occurence
Contexte
INTENSITE /
ZONES DE
DEPARTSRUPTURE ATTEINTE
Approche valable quelle que soit l’échelle…du site à la cartographie régionale
Lumbin, massif de la Chartreuse
© IRMa, éboulement 2/1/2002
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• Existence de guides techniques pour la cartographie :
o Guide PPR mouvement de terrain
o Caractérisation des aléas rocheux
o Guide pratique Versants rocheux
qui orientent les pratiques sans les formaliser
• Conséquence
o Manque d’harmonie dans les approches
o Difficulté pour les donneurs d’ordre de justifier les analyses engagées d’un praticien à l’autre
o Seuils variables entre quantification et qualification
Méthode de cartographie
Volonté du MEEM de clarifier les notions / approches
constitution du GT MEZAP
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• Constitution d’un GT piloté par IRSTEA
o BRGM, CETE, DGPR, DDT 06, DDT 38, DDT 74, IFSTTAR, Irstea, ONF‐RTM
o MEthodologie de Zonage de l’Aléa chute de Pierres,
o Proposition d’une note technique à l’attention des Services Déconcentrés de l’Etat en charge des procédures PPRn : Méthodologie de l’élaboration du volet « aléa rocheux » d’un PPRn
MeZAP
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MEZAP : Principes fondamentaux
MEZAP sous contraintes…
1) approche proportionnée aux attentes (application
urbanisme) et aux moyens (financiers, humains et
temporels)
2) Conséquence = impossible de dérouler pour chaque site
des approches scientifiques poussées, pour pallier
l’état des connaissances insuffisant
3) Approche pragmatique de fait facilement reproductible
4) Qualification de l’aléa pour connaissance de
l’exposition aux risques imposés par les PPRN (finalité)
5) But d’objectiver les démarches garantie de
cohérence des productions d’un territoire à l’autre.
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Note MEZAP … provisoire
Cadrage
méthodologique
Principes de scénarios
de référence
Prise en compte des
occurrences
.. et des intensités
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Note MEZAP … à venir début 2020
Identification des zones
exposées
1- Choix de zone géographique
homogène
2- Définition du scénario de référence
par zones définies
Scénario de type
Chute isolée
Scénario de type
Phénomène de grande
ampleur
Cartographie de l’aléa
de référence par
application d’une
matrice d’aléa (intensité
/ probabilité
d’occurrence)
Etude spécifique
complémentaire en
fonction des enjeux
menacés
Non
traité
Cadrage méthodologique
Principes de définition de l’aléa de référence
Modification de la prise en compte des occurrences
.. et des intensités
Scénario de type
Eboulement
Cartographie de l’aléa
avec traitement
spécifique en fonction
des enjeux menacés
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Note MEZAP … à venir début 2020
Définition de zones homogènes
à partir de scénarios pour une
période de référence de 100 ans
Proposition d’aléa(s) de référence par
zone
Aléa exceptionnel
Niveaux d’intensité adaptés
Un référentiel pour la propagation
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Note MEZAP … à venir début 2020
Matrices occurrence / atteinte
modifiées
Prise en compte d’obstacles ?
Mise à disposition d’outils d’aide à la
décision
o Zonage des zones de départ potentiel
o Propagation via méthode de la ligne d’énergie
Cadrage des attendus / livrables
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Propagation
• La propagation est fonction de :
• la position de la zone de départ
• la pente du versant
• la taille, de la forme et du
volume des blocs éboulés
• de la nature de la couverture
superficielle
Plusieurs approches (2D ou 3D) dont notamment :
- Ligne d’énergie (méthode des cônes), analyse
empirique des dépôts de blocs sur site
- Trajectographie : modèles basés sur des processus
physiques
Simulations en 3D (STONE à gauche) et profil 2D (pointillé noir) équivalent (RocFall® à droite) (Tagliavini et al., 2009)
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Propagation : ligne d’énergie
• Synthèse bibliographique MEZAP, 2014
Source / AuteurValeur angle d'énergie
(géométrique)
Shreve (1968) 26,57° ‐ 38,66°
Hsü (1975) 32°
Onofri & Candian (1979) 28,84 ° ‐ 41,73°
Grunder (1984) 33,1° ‐ 34,4°
Moser (1986) 34° ‐ 43°
Domaas (1985 in Toppe 1987) 33°
Mac ewen (1989) 30,96°
Gerber (1994) 33,5° ‐ 38°
Meissl (1998) 29,5°‐ 48,5°
Heinimann et al. (1998) 33,5° ‐ 38°
Focardi & lotti (2001) 27,5° ‐ 30°
Ayala‐carcedo et al. (2001) 29,1° ‐ 38,9°
Jaboyedoff & Labouise (2003) 33°
Jaboyedoff & Labouise (2011) 32,6° ‐ 35,6°
Corominas et al. (2003) 27° - 55°
Dorren & Berger (2005, 2006) 31,9° ‐ 38 °
Scheidegger (1973) 29,68° ‐ 39,69°
Deparis et al (2008) 31,61° ‐ 47,20°
Hyndman & Hyndman (2009) 33°
Berger et al. (2009) 27,67° ‐ 33,88°
Base de données RTM (données 2011-2013) 24,65° ‐ 58,42°
Reach angleAuthor / source
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Propagation : ligne d’énergie
• Synthèse bibliographique MEZAP, 2014
Source / AuteurValeur angle d'énergie
(géométrique)
Shreve (1968) 26,57° ‐ 38,66°
Hsü (1975) 32°
Onofri & Candian (1979) 28,84 ° ‐ 41,73°
Grunder (1984) 33,1° ‐ 34,4°
Moser (1986) 34° ‐ 43°
Domaas (1985 in Toppe 1987) 33°
Mac ewen (1989) 30,96°
Gerber (1994) 33,5° ‐ 38°
Meissl (1998) 29,5°‐ 48,5°
Heinimann et al. (1998) 33,5° ‐ 38°
Focardi & lotti (2001) 27,5° ‐ 30°
Ayala‐carcedo et al. (2001) 29,1° ‐ 38,9°
Jaboyedoff & Labouise (2003) 33°
Jaboyedoff & Labouise (2011) 32,6° ‐ 35,6°
Corominas et al. (2003) 27° - 55°
Dorren & Berger (2005, 2006) 31,9° ‐ 38 °
Scheidegger (1973) 29,68° ‐ 39,69°
Deparis et al (2008) 31,61° ‐ 47,20°
Hyndman & Hyndman (2009) 33°
Berger et al. (2009) 27,67° ‐ 33,88°
Base de données RTM (données 2011-2013) 24,65° ‐ 58,42°
Reach angleAuthor / source
Valeurs « encadrantes » MAIS variations selon les contextes = importance de capitaliser les informations sur les évènements …
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• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la
valeur d’angle d’énergie
– Comparaison des profils et des atteintes sur une
BDD évènements (données bibliographiques,
inventaire RTM, BRGM, données suisses (# 2800)
– … et issues du partenariat RTA (# 6497)
Développements (LE)
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Développements (LE)
• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie– Comparaison des profils et des atteintes sur une BDD évènements
H1
H2
L1
L2
1
L2/H2
L1/H1
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• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie– Définition d’une « aire normalisée » (An) par évènement
Développements (LE)
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• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie : relation corrélée
Evènements de la Réunion
Développements (LE)
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• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie : proposition de distribution b / An selon les atteintes
Développements (LE)
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• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie : proposition de distribution b / An selon les atteintes
Développements (LE)
valeur d’angle associée à différents seuils de passage (probabilité d’atteinte faible, moyenne et élevée: 10-6,10-4,10-2)
Données filtrées pour An entre 0.07 et 0.70 suffisamment de valeurs présentes
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Analyse quantitative des probabilités d’atteinte
Approches testées :
Régression non linéaire de la
forme b= Cexp(-
BAn)
Transformer les variables
pour se ramener à une
régression linéaire classiq
ue
Régression sur les quantiles
extrêmes
Calage d’une loi de
probabilité de type logit-normale
régression avec résidus
paramétrisés
calage d’une loi de probabilité bi-
variable
Approches non testées (complexes) :
Développements (LE)
Hyp non validées
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Analyse quantitative des probabilités d’atteinte
Développements (LE)
Calage d’une loi de probabilité de type logit normale
0
20
40
60
80
100
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1
An
gle
d'é
ner
gie
Aire normalisée
limites partir des histogrammes de répartition des valeurs d’angles
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Analyse quantitative des probabilités d’atteinte
Développements (LE)
Calage du modèle de régression sur les quantiles extrêmes
Traitement des incertitudes(« Bootstrap »)
x3
10-2 10-4 10-6
mean of the predicted limits by bootstrap method, by linear model calibration on extreme quantiles (with power-log transformation) and curves derived from the logit-normal approach (dashed lines)
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Analyse quantitative des probabilités d’atteinte
Développements (LE)
Calage du modèle de régression sur les quantiles extrêmes
Traitement des incertitudes(« Bootstrap »)
x3
10-2 10-4 10-6
mean of the predicted limits by bootstrap method, by linear model calibration on extreme quantiles (with power-log transformation) and curves derived from the logit-normal approach (dashed lines)
• Loi logit ou loi des extrêmes = lois parmi d’autres possiblescontinuer les tests
• Réactualiser les résultats en utilisant les BD consolidées
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• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie : test sur site pilote
Crussol (Ardèche France). Eboulement
février 2014 © France 3 Région
Développements (LE)
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• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie : test sur site pilote
Crussol (Ardèche France). Eboulement
février 2014 © France 3 Région
Développements (LE)
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
angl
e (
°)
aire normalisée
échantillon
limite d'atteinte "faible"
limite d'atteinte "moyenne"
limite d'atteinte "forte"
Crussol-P1
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Développements (LE)
• Inclure un nouveau paramètre pour définir la morphologie: l’indice de concavité (IC)
NA
ELAConcavity index
IC = 2A / Dz
Dz
L
AL/2
IC definition: Langbein, W. (1964).Profiles of rivers of uniform discharge (USGS)
IC = 1
IC = 0
CNA
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Développements (LE)
• Analyse of LE vs An et IC (3566 évènements)
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Développements (LE)
• La méthode LE peut être essentielle pour l’ingénierie en chute de blocs: – Une bonne première (voir 2ème?) estimation de l'ordre de grandeur
des distances de propagation
– utile pour vérifier / préparer / calibrer des modèles numériques (trajectographie)
• Garder en tête que :– Cette approche simplifie beaucoup la réalité physique de la propagation
des éboulements
• Question ouverte: comment intégrer ces développements dans le panel d'outils mis à la disposition des experts? «Application» partagée? ROCK-EU et autres?
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Développements (LE)
• Outils en développement @BRGM : cartographie des distances d’atteinte avec valeurs locales de An et des angles d’énergie associés
zones de départ (cf. seuil de pente)
Classement en zones amont et aval
Enveloppes de propagation maximale avec ALE fixe(conefall ou rollfree)
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Développements (LE)
• Outils en développement @BRGM : cartographie des distances d’atteinte avec valeurs locales de An et des angles d’énergie associés
En évolution/discussion:• méthode de détermination des valeurs locales de
An? • choix d’une loi reliant An et LE?
Pixel de départ
trajet selon la plus grande pente
Profil
Limites de la loi logit (An, β)
Couples (An, β) du profil
Distances d’atteintes
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• Outils en développement @BRGM : cartographie des distances d’atteinte avec valeurs locales de An et des angles d’énergie associés
Développements (LE)
En évolution/discussion:• méthode de spatialisation
des résultats?
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Occurrences…
• JTC (JTC-1 Joint Technical
Committee, 2008) recommande des
seuils pour qualifier le risque (Hantz,
2012) (= acceptabilité du risque (Aust.
Geomachanics Society, 2000) :
> 10-3/an : risque très fort
10-4 à 10-3/an : risque fort
10-5 à 10-4/an : risque modéré
10-6 à 10-5/an : risque faible
< 10-6/an : risque très faible
// avec le milieu indutriel (INERIS)
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Occurrences…
1E-08
1E-07
1E-06
1E-05
1E-04
1 10 100 1 000 10 000 100 000
Probabilité d'occurence (P)
Nb de décès (N)
TOLERABLE
ACCEPTABLE
INTOLERABLE
Intolérable
IrréalisteALARP
Ex. représentation de la qualification du risque en fonction de la fréquence
(Leroi, Bonnard, Fell, & McInnes, 2005)
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Occurrences…
conséquence en matière d’évaluation des aléas rocheux :
Pocc. = Prupt. x Patteinte
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Occurrences…
conséquence en matière d’évaluation des aléas rocheux :
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Occurrences…
conséquence en matière d’évaluation des aléas rocheux :
Faible
Moyen
Fort
Activité Pannuelle
Très élevée
Très élevée
Probabilité d'atteinte
Faible
Très forte
Modérée
Modérée Modérée
Modérée
Elevée Elevée
Elevée
Elevée Très élevée
Faible
Faible
Très faible
Trèa faible
Très faible
Faible Moyenne Forte
Fort
(1 / an)
Probabilité d'atteinte
Indice
d'activité
Très élevée
Elevée
ElevéeModérée
Modérée
Modérée
1E-06 1E-05 1E-04 1E-03
1E-02
Moyen
(1 / 10 ans)1E-01
Faible
(1 / 100 ans)
1E+00
1E-08 1E-07 1E-06 1E-05
1E-07 1E-06 1E-05 1E-04
Faible
1E-03
Faible Modéré Fort Très fort
Indice
d'activité
1E-051E-06
Très faible
1E-04
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Intensité…
• L’intensité est définie à partir du volume unitaire :
0.63 m
1.0 m
2.15 m
MEZ
AP
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Intensité…
• L’intensité est définie à partir du volume unitaire :
0.63 m
1.0 m
2.15 m
0.37 m
Très faible Le volume unitaire pouvant se
propager est inférieur à 0,05 m3 (soit
environ 50 l)
Pas de dommages structurels,
dommages aux éléments fragiles
(ouvertures) et aux personnes
potentiellement
MEZ
AP
MEZ
AP
2
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Intensité…
• Proposition de modification des matrices d’aléa :
Faible
Modérée
Elevée
Très élevée
Faible Modéré Elevée Elevée Très élevée
Modéré Elevée Elevée Très élevée Très élevée
Elevée
Faible Faible Modéré Elevée Elevée
Très faible Faible Moyenne Elevée Très élevée
Probabilité
d'occurrence
Faible Faible Modéré Elevée
V <= 0.05 m3 V <= 0.25 m30.25 m3 < V
<= 1 m3
1 m3 < V <=
10 m3V > 10 m3
Intensité
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• Au sens strict les intensités dépendent de :
- volume (MEZAP) ET vitesse = ENERGIE CINETIQUE A L’IMPACT
• La méthode de la LE permet une évaluation préliminaire de l’énergie par définition :
TRAVAUX A DEVELOPPER
Intensité… et énergie
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Intensité… et énergie
• L’énergie cinétique à l’impact est LE critère pour appréhender le risque :
Risque = f ( aléa, enjeux, vulnérabilité)
La vulnérabilité s’exprime comme la capacité de l’enjeu à résister aux impacts :
Images : https://www.protection-dangers-naturels.ch
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Intensité… et énergie
• Et dépend aussi de la nature de sols en versant …. et la morphologie (cf. propagation)
RD117 Savoie, 02/2015 ©France Bleu)
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• les intensités MEZAP dépendent de :
- volume unitaire
Or : les volumes totaux ont une incidence forte :
- sur les propagations écroulements en masse : TVX EXISTANTS et EN COURS
- sur les intensités (en particulier en début de trajectoire) proposition
Intensité… et volumes ?
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Intensité… et volumes ?Evaluation en 2 temps
– 1) Ecroulement en
zone « proche » =
intensité élevée à très
élevée (fort pouvoir
destructeur avec
étalement cône
d’éboulis OU couloir
d’éboulis
– 2) Propagation de
blocs isolés (cf.
MEZAP)
RN1 La Réunion2016 ©AFP
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Merci
Termeno (Italie), janvier 2014. Rupture de 4000 m3
(source images : France TV info / http://galeries.lalibre.be/)
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