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La recherche sur les chutes de pierres au SLF : les expérimentations servent de base aux modèles

Le SLF a une longue expérience couronnée de succès dans l’étude de la neige et des avalanches. De cette expérience est né le logiciel de simulation RAMMS, développé pour les applications pratiques. Le module éprouvé avalanches a été complété ces dernières années par les modules laves torrentielles, glissements de terrains et chutes de pierres. Les données d’études de cas, mais également de plus en plus les études sur le terrain sont les principaux renseignements pour tester et valider RAMMS::ROCKFALL. Le but ici est d’enregistrer expérimentalement la trajectoire entière d’un rocher y compris les vitesses de rotation, les forces d’impact, les hauteurs et distances des rebondissements, etc. Les expérimentations commencent par le choix des rochers adéquats en termes de forme et de taille qui seront ensuite équipés de capteurs. Actuellement, ces capteurs sont capables de mesurer des accélérations atteignant 400 fois celle de la pesanteur (les pilotes de voltige subissent environ 10 fois l’accélération de la pesanteur) ainsi que des rotations jusqu’à 11 tours par seconde. Les hauteurs et distances des rebondissements sont évaluées grâce aux enregistrements vidéo donnant une image de la trajectoire sur le terrain et aux informations temporelles des capteurs.

Workflow im Feld
Procédure de travail sur le terrain : marquage, numérisation et instrumentation des rochers utilisés suivi de l’enregistrement des données de trajectoires et du modèle de terrain ainsi que l’utilisation des données comme valeurs d’entrée et de référence pour la simulation RAMMS::ROCKFALL.

Expériences au col de la Flüela (GR)

Au cours de l’automne 2017, des chercheurs du SLF effectuent des expériences de chutes de pierres près de Chant Sura au col de la Flüela. Pour ceci, ils n’utilisent pas de rochers naturels, mais des blocs artificiels en béton. Lors d’une première série d’expériences, ils ont tous la même forme cubique, mais leur poids varie. Le plus léger pèse 44 kilogrammes, le plus lourd pratiquement 820 kilogrammes. Utiliser des blocs artificiels présente l’avantage de pouvoir très facilement les comparer les uns aux autres, et de faciliter la production de nombreux blocs identiques. Ainsi, il est possible d’étudier l’influence du poids sur le type de mouvement, sans que les différences de forme aient une influence sur le résultat. La détermination de l’influence de la forme sera au cœur des prochaines expériences. Pour ceci, on mettra en œuvre également des rochers de forme plus cylindrique.

On utilise comme site d’essai un versant de 300 m de long avec une inclinaison d’environ 40°. Dès que les chercheurs lâchent un rocher en haut de la pente, des capteurs intégrés mesurent les rotations et accélérations sur les trois axes. Les distances sur la trajectoire sont mesurées par un GPS de haute précision. En outre, les chercheurs utilisent pour la première fois la photogrammétrie synchronisée. Pour ceci, deux caméras enregistrent sous des angles différents deux images à la seconde. Il est ainsi possible d’observer la longueur des rebonds et dans le meilleur des cas, de reconstruire la trajectoire complète du rocher en 3D à partir des images stéréo.

Les données recueillies vont permettre de valider les développements du logiciel de simulation RAMMS::ROCKFALL. En effet, les séries d’essais systématiques menées par les chercheurs au col de la Flüela livrent des jeux de données précis et complets pour des études de cas.

Steinschlagforscher Caviezel mit dem 800-kg-Betonstein

Andrin Caviezel, chercheur en chutes de pierres, avec l’exemplaire de 800 kg, avant que ce dernier ne soit transporté par hélicoptère en haut du versant d’essai. Les blocs artificiels de béton sont peints d’un orange fluorescent pour être bien visibles sur les prises de vues photogrammétriques. Photo: SLF

Anflug des Steins auf die Startplattform

Atterrissage d’un bloc de 200 kg sur la plate-forme de départ à Chant Sura.

Absetzen des Steins oben im Testhang

Le pilote d’hélicoptère dépose la charge en haut de versant avec une grande précision. Un collaborateur du SLF et l’assistant du pilote positionnent le bloc sur la plate-forme de lancement avant l’essai.

Expérimentations au Spitzberg

En septembre, les membres de l’équipe du RAMMS saisiront l’occasion de se retrouver sur l’île isolée de Spitzberg pour une journée d’expérimentation de chutes de pierres dans le cadre d’un atelier pour les étudiants tenu à l’Université du Svalbard (UNIS). Avant la conférence et les exercices, les chercheurs du SLF et les étudiants effectuent des expérimentations. Ils numérisent les rochers, les équipent de capteurs et déterminent leur trajectoire et leur point d’arrêt. De plus, avec les chercheurs de l’UNIS, ils établissent un modèle de terrain par balayage laser terrestre. Ils ensuite utilisent les données recueillies dans la session d’exercices afin de simuler exactement les mêmes conditions et ainsi de confronter puis comparer le modèle à la réalité.

Steine im Wäge- und Steinformkartierungsprozess

Neuf des quelque 70 rochers supplémentaires jetés pendant l'expérimentation de l'année passée, lors du processus de pesage et de cartographie de forme.

Les résultats des expériments précédents indiquent que les mouvements semblables à ceux d’une roue dans les processus de chutes de pierres sont encore plus importants que ce qui était supposé jusqu’ici. Les connaissances acquises sont en permanence intégrées dans la planification de futures expériences et dans le perfectionnement des capteurs et des enregistrements de données. Dès lors, des simulations RAMMS::ROCKFALL peuvent maintenant être également comparées avec des expérimentations. Cela aide le programme de simulation à être de plus en plus proche de la réalité. Ainsi, un précieux instrument étalonné devrait être mis à la disposition des praticiens afin de les aider dans leur travail d’analyse et de cartographie des dangers.

Video (Youtube)

Steinschlag Video

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