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MOPERA est un projet de recherche financé par l'Agence Nationale de la Recherche ANR à hauteur de 560 k€ suite à l'appel d'offre RISKNAT 2009 (Décision N° ANR-09-RISK-007). Il court sur période 2010-2013.
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| Dépôt d'avalanche dense recouvrant partiellement un chalet | |
| Savoie, Alpes Françaises. Photo Cemagref |
| En zone de montagne, l'espace est limité. Les communautés humaines qui y vivent et l'industrie touristique sont donc fortement soumises au risque avalanche. Le projet MOPERA est centré sur sa gestion à long terme, mais s'intéresse à l'ensemble de la chaîne de risque depuis l'acquisition des données jusqu'à l'aide à la décision pour l'occupation du sol et le dimensionnement et l'optimisation de mesures de protection. Le support de l'étude est principalement l'espace alpin au vingtième siècle pour lequel l'analyse de données historiques et de témoignages est possible. |
| Contrairement à la plupart des approches existantes qui ne considèrent pas explicitement le caractère probabiliste des avalanches de référence utilisées pour le zonage, la modélisation probabiliste est au cour du projet MOPERA. Elle est utilisée comme le langage d'intégration commun permettant d'assembler les connaissances déjà existantes est les savoirs nouveaux: données historiques, descriptions naturalistes et géomorphologique des sites avalancheux, modèles numériques et analytiques représentant l'écoulement avalancheux et son interaction avec des obstacles, et évaluation de la vulnérabilité physique des structures soumises à l'aléa. |
| Une attention toute particulière est accordée au problème de la quantification des différentes sources d'incertitude afin d'assurer des prédictions raisonnables sur le long terme. Sont en particulier concernées les incertitudes liées au manque d'information locale (données incomplètes) et aux changements d'origine naturelle et anthropogénique (changement climatique). |
| Les résultats et délivrables du projet MOPERA sont listés sur ce site web ou figureront les rapports définitifs publics à la clôture du projet. En outre un workshop et des cours seront organisés, vraisemblablement en 2013, afin de diffuser plus largement les résultats du projet auprès des différents acteurs impliqués dans la gestion du risque avalanche. |
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| Assemblage des connaissances au sein d'un modèle probabiliste pour l'évaluation du risque d'avalanche |
| MOPERA associe 5 partenaires dont les compétences pluridisciplinaires sont destinées à traiter les différents aspects de la problématique du risque avalanche : |
Outre les personnels permanents des 5 organismes impliqués, MOPERA accueille 3 doctorantes/doctorants et une post-doctorante:
1. Estimation locale des avalanches extrêmes
Cette part du travail correspond à l’évaluation aussi précise que possible des avalanches extrêmes susceptible de se produire sur un site dans une perspective d’aménagement à long terme. L’ensemble des informations disponibles sont combinées, notamment un modèle numérique de propagation et l’information historique au travers d’un modèle probabiliste d’aléa. Les travaux effectués jusqu’à présent ont permis la finalisation d’un premier modèle d’inférence et de simulation (publié, voir ci dessous). Ils se poursuivent à présent pour explorer le comportement de ce modèle et des résultats qu’il produit vis-à-vis de la théorie statistique des valeurs extrêmes.
2. Validation et enrichissement grâce aux données
dendrogéomorphologiques
Les travaux effectués jusqu’à présent concernent principalement un site qui a été échantillonné très exhaustivement, puis dont les données recueillies ont été soigneusement traitées et confrontées aux données historiques. Les travaux portent à présent sur la comparaison de ces données aux résultats de simulation avec un objectif de validation des événements extrêmes prédits, puis leur intégration dans la modélisation afin d’enrichir l’apprentissage. Parallèlement, un effort supplémentaire de modélisation statistique est en cours pour une meilleure reconstruction événementielle (détection des années avec avalanches et extension associée). Enfin, les campagnes de terrain se poursuivent de manière à échantillonner au moins encore un site de façon exhaustive, ainsi que deux ou trois sites répartis dans différentes zones des Alpe de manière plus légère.
3. Détection et prise en compte des non-stationnarités temporelles
L’ensemble des méthodes de prédiction d’avalanches rares fait l’hypothèse que le phénomène est stationnaire dans le temps, ce qui néglige l’effet des fluctuations climatiques. Pour y remédier, le projet a mis un fort accent sur la mise en évidence de non stationnarités dans des séries temporelles complexes, notamment non gaussiennes (extrémales) et impliquant des liens non linéaires avec des covariables. Ce travail méthodologique a notamment été validé par deux publications et une communication concernant des phénomènes rares apparentés (précipitations, moussons), ainsi que par un article traitant effectivement des fluctuations des altitudes d’arrêt des avalanches. Les travaux se poursuivent à présent en termes de développements supplémentaires de modèles statistiques, de leur application à diverses variables caractérisant l’aléa avalancheux, et de la prise en compte des non stationnarités avérées dans les méthodes de calcul d’avalanches extrêmes.
4. Evaluation spatialisée de l’aléa avalancheux
Les données d’avalanche françaises sont très denses pour une large sélection de couloirs mais inexistantes pour d’autres. Un axe de travail du projet concerne donc la description de la répartition spatiale de l’activité avalancheuse dans les Alpes de façon à caractériser la dépendance inter-site et à en tirer profit pour prédire l’activité des couloirs non documentés. Suivant des travaux antérieurs, un travail important de développement de modèles spatio-temporels complexes à covariance non séparable adaptés à l'ensemble des données d’occurrence d’avalanches disponibles dans les Alpes Françaises a été mené. Ce travail n’est pas déconnecté de la tache précédente, puisqu’il permet la détection et de la prise en compte de non-stationnarité temporelles présentant des disparités régionales. Parallèlement, des travaux similaires sont menés pour caractériser la répartition spatiale des chutes de neige extrêmes, en lien avec un autre projet. L’ensemble de ces travaux vont se poursuivre sont en cours d’extension aux variables d’intensité utiles au zonage, notamment la distance d’arrêt.
5. Vulnérabilité physique du bâti
Dans un premier temps, l’étude de la vulnérabilité physique des structures de génie civil faces aux risques naturels ou anthropiques a été entreprise (séisme chocs, explosion, etc.). Compte tenu de la spécificité de la sollicitation avalancheuse, une réflexion a été menée pour la définition d’un ou plusieurs critères de défaillance représentant de manière fidèle l’état de ruine de la structure. Pour cela, des simulations numériques décrivant de manière fine le comportement d’une structure type en béton armé (structure en forme de U) ont été mises en place. En outre, des modélisations simplifiées d’éléments de structure ont été également effectuées dans le cadre d’approches fiabilistes. Plusieurs approches ont été testées (FORM, SORM, Monte carlo, Tirage d’important, etc.) afin de produire des courbes de fragilités. Ces dernières permettent de prendre en compte les incertitudes liées à la géométrie ou à la résistance. Comme les courbes de vulnérabilité et/ou de fragilité sont obtenues à partir de simulation numérique et nécessitent un grand nombre d’appel au code de calcul, l’établissement de modèles simplifiés est également en cours de réflexion afin d’optimiser les temps de calcul.
6. Vulnérabilité des réseaux
routiers alpins face à l’aléa avalanche.
Le travail effectué jusqu’ici a consisté à intégrer dans un système
d’information géographique (SIG) les évènements ayant ou pouvant
potentiellement affecter le réseau routier des Alpes du sud. Pour ce faire nous
nous somme les différentes bases de données existantes tant pour les événements
avalancheux (RTM, EPA, CLPA, CG 05) que pour les données routières à
différentes échelles (IGN) ont été utilisées. La première partie du travail a
donc consisté en l’analyse des événements passés. Ensuite, les dommages directs
(vulnérabilité structurelle) et les perturbations engendrées sur le réseau
(vulnérabilité fonctionnelle) par ces événements passés ont été évalués. Enfin,
pour finir les réseaux routiers pouvant potentiellement être impactés ont été
déterminés en effectuant un croisement géographique entre les emprises de la
CLPA et les réseaux routiers au 1/25 000 (BD TOPO IGN).
7. Dimensionnement fonctionnel d’ouvrages et quantification du risque
résiduel
L’effort de recherche concernant le
dimensionnement fonctionnel des ouvrages de protection paravalanche et la
quantification du risque résiduel a essentiellement porté sur la synthèse des
lois analytiques existantes pour décrire (i) l’effet des digues sur les
écoulements et (ii) la pression exercée sur ces digues dans les différents
régimes d’avalanche (de gravitaire à inertiel). Les lois analytiques récemment
développées ont été dérivées de simulations numériques discrètes combinées à
des expériences en modèle réduit sur des avalanches granulaires en interaction
avec des obstacles, puis validées sur la base de données de terrain quand ces
dernières sont disponibles.
8. Evaluation formelle du risque d’avalanche et approche décisionnelle
La notion d’aléa de référence s’applique imparfaitement aux avalanches du fait de leur caractère multivarié. De plus, les méthodes d’ingénierie qui en découlent négligent les enjeux et leur vulnérabilité. Le calcul de risque et l’analyse décisionnelle pour le dimensionnement d’ouvrages de protection constituent des pistes novatrices permettant de s’affranchir de ces difficultés. Dans le projet, il est fait le lien entre les méthodes d’évaluation de la vulnérabilité physique du bâti, les lois d’interaction avec des ouvrages de protection et les modèles probabilistes d’occurrence d’avalanches rares au travers du cadre de travail de la statistique décisionnel. Un article de revue impliquant trois partenaires du projet est en cours de soumission. Les travaux se poursuivent à présent sous la forme de développements de modèles décisionnels adaptés aux situations rencontrées dans les situations d’ingénierie.
Articles:
Bertrand, D.,
Naaim, M., Brun, M. (2010). Physical vulnerability of reinforced concrete
buildings impacted by snow avalanches. Natural Hazards and Earth System
Science. Vol. 10, Issue 7. pp 1531-1545.
Eckert, N., Naaim, M., Parent, E. (2010). Long-term
avalanche hazard assessment with a Bayesian depth-averaged propagation model.
Journal of Glaciology. Vol. 56, N° 198. pp 563-586.
Eckert, N., Baya,
H., Deschâtres, M. (2010). Assessing the response of snow avalanche runout
altitudes to climate fluctuations using hierarchical modeling: application to
61 winters of data in
Gazeaux J., Flaounas E.,
Naveau P. and A. Hannart (2011). Inferring change points and nonlinear trends
in multivariate time series: Application to West African monsoon onset timings
estimation. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 116, D05101, doi:10.1029/2010JD014723
Kallache M., M. Vrac,
P. Naveau and P.-A.
Michelangeli (2011). Non-stationary probabilistic downscaling of extreme
precipitation. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 116, D05113,
doi:10.1029/2010JD014892, 2011
Actes de colloque:
Eckert, N., Castebrunet, H., Giraud, G. (2011). Impact
des fluctuations climatiques sur l’activité avalancheuse dans les Alpes
Françaises. Proceedings colloque SHF :
«Eaux en montagne», Lyon, 16-17 mars 2011. pp 83-90.
Eckert, N., Gaume, J., Castebrunet, H. (2011). Using spatial and
spatial-extreme statistics to characterize snow avalanche cycles. 1st
Conference on Spatial Statistics 2011: Mapping Global Change. 23-25 March 2011,
Eckert, N. (2011). Application of Hierarchical Bayesian Modelling to long term avalanche
forecasting. Invited paper, special Topic Session: Short and Long Term Forecasting of Avalanche
Hazard. 58th World Statistics Congress, International Statistical
Institute,
Faug T., Chanut B.,
Naaim M. (2011). Granular forces from steady and avalanche flows on a wall-like
obstacle: contribution to avalanche dam design. Fluid Structure Interaction VI, WIT Transactions on the Built
Environment, 115, pp 157-167.
Gaume, J., Eckert, N.,
Chambon, G., Naaim, M. (2011). Prédétermination des hauteurs de départ
d’avalanches : Une approche par extrêmes spatiaux. Proceedings colloque SHF : «Eaux en montagne», Lyon, 16-17 mars 2011. pp
145-152.
Lavigne, A. (2011). Répartition spatiale et temporelle
de la fréquence d'avalanches dans les Alpes françaises. Actes des Journées de
Statistiques, Gammarth, Tunisie, 23-27 mai 2011, 6p
Lavigne, A., Bel, L., Parent, E., Eckert, N. (2011). Spatio-temporal
modeling of avalanche frequencies in the French Alps. 1st Conference
on Spatial Statistics 2011: Mapping Global Change. 23-25 March 2011,
Autres
communications:
Bel L.,Weiss J., Boreux J.-J., Tapsoba D. (2011). Temporal evolution and extreme value analysis of
precipitations in
Chanut
B., Faug T., Naaim M. (2011). Force from granular flows on a wall-like
obstacle: contribution to snow avalanche dam design. European Geosciences Union (EGU), Vienne, Autriche,
3-8 avril 2011.
Eckert, N., Naaim, M. (2010). Assessing the
response of snow avalanche activity to climate fluctuations using hierarchical
Bayesian modelling: application to 61 winters of data in
Eckert, N., Guin, O. (2011). Evaluating extreme
snow avalanches in long term forecasting. 7th Conference on
Extreme Value Analysis, Probabilistic and Statistical Models and their
Applications. June 27th-July 1st, 2011,
Favier, P., Eckert, N., Bertrand,
D., Naaim, M. (2011). Optimal design of snow avalanche passive defense
structure using extreme value run-out models. European Geosciences Union (EGU), Vienne, Autriche, 3-8 avril
2011. Poster.
Gaume, J, Eckert, N., Chambon, G., Naaim, M. (2010). Predetermination of
avalanche release depths. Session
« avalanche dynamics ». European Geosciences Union (EGU), Vienne,
Autriche, 20-24 avril 2010. Présentation orale.
Naaim, M. (2010). A
hydrodynamic formulation of snow avalanche drag coefficient. International
symposium on snow, ice and humanity in a changing climate.
Schläppi, R. ,
Jomelli, V., Stoffel, M., Grancher, D., Brunstein, D., Schneuwly-Bollschweiler,
M., Deschâtres, M. (2011). Improvement
of snow avalanche hazard and vulnerability assessment in the French Alps using
a combination of dendrogeomorphic and statistical approaches. European
Geosciences Union (EGU),
Nicolas Eckert, coordinateur du projet