"banner top"

Des ouvrages paravalanches qui protègent aussi des chutes de pierres

Download

Avec le réchauffement climatique, le risque de chutes de pierres augmente dans les zones de départ d’avalanches. Les claies métalliques utilisées comme ouvrages paravalanches devraient donc aussi protéger des éboulements. Dans ce contexte, la Haute école spécialisée bernoise (BFH) a développé une solution appropriée en coopération avec un partenaire économique.

En coopération avec l’entreprise haut-valaisanne Krummenacher AG, l’Institut du développement urbain et de l’infrastructure (ISI) de la BFH met au point des claies métalliques qui doivent résister non seulement aux effets statiques liés à la pression de la neige en hiver, mais aussi aux sollicitations dynamiques dues aux chutes de pierre en été. Pour cela, l’un des ouvrages paravalanche de l’entreprise a été renforcé grâce à un choix approprié et un agencement judicieux d’éléments amortissants: ces derniers ont permis d’augmenter d’un facteur dix sa capacité d’absorption de l’énergie due aux chutes de pierres.

Fig. 1: Claies métalliques dans la zone de décrochement d’une avalanche

Techniques actuelles

Dans la zone de départ d’avalanche, les ouvrages paravalanches ont pour fonction d’empêcher le décrochement de la couche neigeuse. Pour cela, on installe plusieurs rangées d’ouvrages de stabilisation (fig. 1). On distingue principalement les installations rigides et les installations flexibles. Les ouvrages rigides sont en fait des claies métalliques dont la structure en acier ne se déforme que de quelques centimètres lorsqu’elle absorbe la charge due à la pression de la neige. Les ouvrages flexibles tels que les filets à neige, en revanche, sont capables de suivre les mouvements de reptation et de glissement de la couverture neigeuse sur plusieurs dizaines de centimètres. De nos jours, dans les zones de décrochement concernées par les éboulements rocheux, les systèmes paravalanches sont composés de filets à neige ou de claies métalliques combinés à des filets de protection contre les chutes de pierre. Toutefois, ces deux types de filets coutent bien plus cher que les claies métalliques si l’on tient compte de leur durée de vie et des couts d’investissement, d’entretien et de réparation qu’ils induisent. C’est la raison pour laquelle la BFH et son partenaire économique ont développé des claies adaptées aux chutes de pierre, en veillant à optimiser ces frais. Placées en dessous des massifs rocheux d’où partent les pierres, ces claies sont utilisées sur une ou deux rangées en amont des autres ouvrages de protection, afin de les préserver des éboulements.

Utilité économique et sociale

Fig. 2: Vue latérale de l’installation d’essai avec sa technique de mesure
Fig. 3: Comparaison de la déformation plastique au point d’impact avec l’ancien système et le nouveau

Avec le réchauffement climatique, le risque de chutes de pierres augmente dans les zones de départ des avalanches: la hausse des températures déplace la limite du pergélisol vers des altitudes plus élevées et le volume des glaciers diminue. Les rochers, les éboulis et les moraines encore stables vont donc devenir de plus en plus vulnérables dans un avenir proche, si bien que les pierres libérées de leur matrice gelée augmenteront le risque d’éboulements. Dans ce contexte, l’entreprise de construction métallique Krummenacher AG souhaite maintenir et développer sa position sur le marché des ouvrages paravalanches en proposant un modèle de claie breveté et novateur.

Dans le cadre de son mandat consistant à protéger la population et les biens de valeur contre les dangers naturels, l’Office fédéral de l’environnement (OFEV) soutient la construction d’ouvrages paravalanches au moyen de subventions, et est intéressé à ce que les dispositifs de protection soient les plus efficients possible. Ces nouvelles claies permettent de diminuer les importants travaux d’entretien et de réparation que nécessitent les ouvrages paravalanches.

En zone alpine, les ouvrages de protection sont implantés dans des terrains abritant une flore et une faune sensibles. Les équipements de chantier et les matériaux de construction étant usuellement transportés par hélicoptère dans le versant, le bruit et les émissions de CO2 de ces vols perturbent fortement l’écosystème. Les nouvelles claies récemment mises au point nécessitent quant à elle moins de trajets en hélicoptère, préservant ainsi l’environnement.

Réduire la pression dynamique

L’approche retenue consiste à renforcer la structure porteuse des claies avec des éléments amortissant les chocs. Ces éléments ont pour fonction de réduire la pression dynamique maximale, qui ne dure que quelques millisecondes. Ils répartissent aussi sur une plus grande surface la charge ponctuelle liée à l’impact de la pierre.

Essais dynamiques et analyse

Fig. 4: Montage de deux ouvrages expérimentaux

Pendant 18 mois, les scientifiques ont effectué de nombreux essais préalables et évalué diverses variantes. Début mars 2017, la meilleure variante a été testée au «Dynamic Test Center» (DTC) de la BFH: une grue pneumatique a laissé tomber verticalement une masse d’1,1 tonne à partir d’une hauteur variant entre 4,5 et 23,2 mètres. Cet élément en béton armé a heurté perpendiculairement le tablier de la claie métallique. Les accélérations et les ralentissements du projectile ont été enregistrés à l’aide de deux capteurs redondants. L’évolution temporelle de la force a été mesurée sur les points d’appui à l’aide de dynamomètres. Le processus d’impact et de freinage a été filmé frontalement et latéralement par trois caméras numériques ultrarapides. Pour une énergie maximale de 250 kJ au milieu du système, on a mesuré un temps de freinage de 45 millisecondes, une distance d’arrêt de 50 cm et une déformation plastique sur le lieu d’impact de 27 cm. La figure 3 présente une comparaison de la déformation plastique au point d’impact entre l’ancien et le nouveau système.

Brevet et perspectives

Un brevet a été déposé en avril 2018. Au mois d’aout de la même année, deux claies métalliques ont été mises en place dans les environs de Zermatt, afin de tester leur facilité d’installation ainsi que leur comportement dans des conditions d’enneigement réelles durant l’hiver 2018/2019. A partir de ce retour d’expériences, il sera possible d’améliorer encore la facilité d’installation et le temps requis pour le montage. La vérification de la capacité de l’équipement à résister à la pression de la neige doit se faire en mai-juin de cette année, après la fonte des neiges. L’ouvrage fait actuellement l’objet d’une certification pour les chutes de pierres, en partenariat avec l’OFEV.