ALÉA ROCHEUX MÉTHODE D’EVALUATION DU ZONAGE DE …

BRGM SERVICE GÉOLOGIQUE NATIONAL WWW.BRGM.FR

ALÉA ROCHEUXMÉTHODE D’EVALUATION DU ZONAGE DE L’ALEA CHUTE DE PIERRES

(MEZAP)

PRINCIPES / METHODE /

DEVELOPPEMENTS /

EXEMPLES


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


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


• 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


• 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


• 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


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.


Note MEZAP … provisoire

Cadrage

méthodologique

Principes de scénarios

de référence

Prise en compte des

occurrences

.. et des intensités


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



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



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


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)


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


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 …


• 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)



• 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


• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie– Définition d’une « aire normalisée » (An) par évènement



• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie : relation corrélée

Evènements de la Réunion



• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie : proposition de distribution b / An selon les atteintes



• Recherche sur l’impact de la morphologie de versant sur la valeur d’angle d’énergie : proposition de distribution b / An selon les atteintes


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


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) :


Hyp non validées




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




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)




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


• 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



• 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


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



• 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



• Analyse of LE vs An et IC (3566 évènements)



• 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?



• 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)




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




En évolution/discussion:• méthode de spatialisation

des résultats?


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)


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)


Occurrences…

conséquence en matière d’évaluation des aléas rocheux :

Pocc. = Prupt. x Patteinte


Occurrences…



Occurrences…


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


Intensité…

• L’intensité est définie à partir du volume unitaire :

0.63 m

1.0 m

2.15 m

MEZ

AP


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


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


• 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



• 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

https://www.protection-dangers-naturels.ch/files/media/Fachebenen/Sturz/TEgli/s1.jpg

https://www.protection-dangers-naturels.ch/files/media/Fachebenen/Sturz/GVG/GVG_11-E-63.jpg



• Et dépend aussi de la nature de sols en versant …. et la morphologie (cf. propagation)

RD117 Savoie, 02/2015 ©France Bleu)


• 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 ?


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


Merci

Termeno (Italie), janvier 2014. Rupture de 4000 m3

(source images : France TV info / http://galeries.lalibre.be/)

Documents

ALÉA ROCHEUX MÉTHODE D’EVALUATION DU ZONAGE DE …