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Contribution À L'évaluation De L'aléa Éboulement Rocheux (Rupture)

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Contribution À L'évaluation De L'aléa Éboulement Rocheux (Rupture) Contribution à l’évaluation de l’aléa éboulement rocheux (rupture) Magali Frayssines To cite this version: Magali Frayssines. Contribution à l’évaluation de l’aléa éboulement rocheux (rupture). Géologie appliquée. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2005. Français. tel-00011605 HAL Id: tel-00011605 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011605 Submitted on 14 Feb 2006 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. THESE Ecole Doctorale Terre, Univers et Environnement Présentée par Magali Frayssines pour obtenir le titre de Docteur de l’université Joseph Fourier - Grenoble I Spécialité : Géomécanique Contribution à l’évaluation de l’aléa éboulement rocheux (rupture) Soutenue publiquement le 20 décembre 2005 , devant le jury composé de : Michel Jaboyedoff Université de Lausanne Président Jean-Louis Durville Conseil général des Ponts et Chaussées Rapporteur Yves Guglielmi Université Nice Sophia Antipolis Rapporteur Claudio Scavia Politecnico di Torino Examinateur Didier Hantz LIRIGM, Grenoble Directeur de thèse Denis Jongmans LIRIGM, Grenoble Directeur de thèse Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche Impliquant la Géologie et la Mécanique Remerciements Je remercie tout d’abord Didier Hantz et Denis Jongmans pour m’avoir accordé leur confiance et m’avoir ainsi permis de réaliser cette thèse. Un merci tout particulier à Didier qui a suivi l’ensemble de mon travail et qui a été à l’écoute lorsque je me remettais en questions. Je remercie aussi M Durville et M Guglielmi d’avoir accepté d’être les rapporteurs. Ce travail a été l’occasion de collaborations avec un certain nombre de personnes. Merci à Claudio Scavia ; grâce à l’accent italien, les discussions que nous avons eues à propos de la mécanique de la rupture avaient une touche de poésie. Je remercie aussi Pietro Alfonsi, pour son aide précieuse et sa grande générosité. Je remercie Sylvine Gédon-Dubied, François Martineau et bien entendu Marion Bost pour l’intérêt qu’ils ont porté à mon travail et aussi pour leur sourire. Je tiens aussi à remercier Yves Orengo et michel Sintès pour leur aide scientifique et technique précieuse mais aussi pour avoir été là tout simplement. Je remercie aussi Bernard Durand (SETE) et les membres du bureau d’étude Géolithe pour m’avoir offert de leur temps ainsi que de très précieux renseignements. J’ai une pensée toute particulière envers les participants du projet Interreg III A, avec qui j’ai découvert différentes communautés scientifiques. Les discussions que nous avons eues, n’ont pas manqué de m’ouvrir les yeux sur l’extérieur. Malgré quelques moments un peu difficiles, j’ai toujours eu beaucoup de plaisir à travailler dans une ambiance chaleureuse. La présence de Zou’, Marylise, Véronique, Françoise, Sara, David, Yves et bien sûr Rodolphe y est pour beaucoup. Merci aussi à tous les thésards et en particulier Timo, Jean et Jacques avec qui nous avons beaucoup échangé sur notre vision du monde… Merci aux amis, amoureux de la montagne ou des grasses matinées, d’avoir été présents. Une pensée toute particulière pour mes parents et mes deux « fragueules » qui m’ont accompagné et soutenu. Pour finir, un merci plus grand que tout à Cyril pour m’avoir écouté, supporté et qui a partagé mes moments de joies et de doute. 1 2 Résumé La détection de masses rocheuses potentiellement instables et l’évaluation de leur probabilité de rupture pour une période donnée sont des éléments clés dans la prévention du risque d’éboulement. 25 éboulements rocheux (25-30 000 m3) survenus dans les massifs subalpins ont été analysés en détail. Une typologie des configurations d’instabilités en falaises calcaires a ainsi été élaborée et constitue un outil pour la détection de masses rocheuses potentiellement instables. Une analyse statistique portant sur 51 cas d’éboulements, montre que le gel/dégel est le principal facteur déclenchant. Les analyses en retour réalisées par des méthodes d’équilibre limite et d'éléments distincts, montrent que la prise en compte des ponts rocheux est primordiale dans l’analyse de la stabilité et que leur cohésion obtenue par analyse en retour, est en moyenne 3 fois plus faible que celle fournie par les essais en laboratoire. Nous avons donc proposé et testé différents modèles permettant de déterminer le temps à la rupture, pour différents processus. Les paramètres des lois modélisant le processus de propagation de fissures sous-critiques ont été estimés par des analyses en retour historique, en considérant un modèle d'érosion à l'échelle du versant, pour estimer la durée de vie moyenne des compartiments rocheux. Des essais en laboratoire seront nécessaires pour une meilleure estimation. Les vitesses de dissolution pour des plaquettes de roche exposées à la pluie sont trop faibles pour expliquer la décroissance surfacique des ponts rocheux. Des essais préliminaires ont montré l’influence du gel/dégel sur la propagation des fissures. 3 4 Abstract The detection of prospective rock falls and the evaluation of their probability of failure for a given period are a key stage in rock fall hazard assessment. 25 rock falls (25-30 000 m3) occurred in French Subalpine Ranges have been described in details. Typical failure configurations have been identified and can be used for the detection of prospective rock falls. From a statistical analysis of 51 rock falls, we have shown that freeze-thaw cycles represent the main triggering factor. Back analyses realised with limit equilibrium method and distinct element method have shown that the presence and the extension of rock bridges considerably influence the stability and must be taken into account in hazard evaluation. The cohesion of rock bridges determined by laboratory tests on intact rock specimens must be divided by 3 to account for the analysed failures. Presently, the evaluation of the failure probability as a function of time is only based on expert judgement. We have proposed and tested different models to assess time to failure, for different processes. Parameter values for sub-critical crack propagation models have been estimated by historic back analyses, using an erosion model to estimate the expectancy of life of rock masses. Laboratory tests are needed for a better estimation. Dissolution rates under rainfall are too small to explain the decrease of rock bridges. Preliminary experiments have shown the influence of freeze/thaw cycles on crack propagation. 5 6 Table des matières Table des matières INTRODUCTION GENERALE----------------------------------------------------------------- 11 PARTIE 1. PROBLEMATIQUE ET ETAT DE L’ART --------------------------------- 13 1. INTRODUCTION--------------------------------------------------------------------------------------------------------------13 2. LES PHENOMENES D’INSTABILITES DE VERSANTS : CLASSIFICATION ET OBJET DE L’ETUDE -------------15 2.1. Classifications des mouvements de versant-------------------------------------------------------------------15 Nous nous intéresserons uniquement à ce dernier type de mouvement de terrain.----------------------15 2.2. Caractéristiques générales des éboulements rocheux -----------------------------------------------------15 2.3. Objet de l’étude : les éboulements de taille moyenne------------------------------------------------------16 3. CADRE DE L’ETUDE ET ENJEUX LIES AU RISQUE EBOULEMENT--------------------------------------------------17 3.1. Contexte géographique et géologique--------------------------------------------------------------------------17 3.2. Développement urbain et gestion du risque ------------------------------------------------------------------18 4. PROBLEMATIQUE ET OBJECTIF DE L’ETUDE --------------------------------------------------------------------------20 4.1. Problématique générale -------------------------------------------------------------------------------------------20 4.2. Objectif de notre étude---------------------------------------------------------------------------------------------21 5. ETAT DE L’ART --------------------------------------------------------------------------------------------------------------22 5.1. Détection des instabilités potentielles--------------------------------------------------------------------------22 5.2. Evaluation de la stabilité actuelle-------------------------------------------------------------------------------26 5.3. Evolution de la stabilité dans le temps-------------------------------------------------------------------------29 6. CONCLUSION----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 34 PARTIE 2. FAILURE MECHANISMS IN CALCAREOUS CLIFFS OF THE SUBALPINE RANGES (FRENCH ALPS)----------------------------------------------------------- 37 1. INTRODUCTION--------------------------------------------------------------------------------------------------------------40 2. GEOLOGICAL, GEOMORPHOLOGICAL AND SEISMIC CONTEXT ----------------------------------------------------41 2.1. Geology ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------41
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