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Avalanches de recherches en montagne !

© Irstea - P. Poulet

Février 1970 : une avalanche tue 39 jeunes gens dans un centre de vacances à Val d’Isère. En plein essor des sports d’hiver, alors que les activités de plein air gagnent des zones de montagnes jusqu’alors difficiles d’accès, on prend conscience que ce phénomène naturel est un risque sérieux pour l’Homme et ses infrastructures.

Dossier des échos d'Irstea n°8 - Décembre 2013/Janvier 2014

"Après cette catastrophe nationale, l’État s’est engagé dans un vaste plan pour prendre en compte le risque avalanches", explique Didier Richard, directeur de l’unité de recherche "Érosion torrentielle, neige et avalanches" au centre Irstea de Grenoble.

Parmi les actions lancées, la création de l'équipe dédiée à la nivologie au sein du CTGREF . "Si nous avons été identifiés à l’époque, c’est que nous avions déjà une expertise dans le domaine de la prévention des risques en montagne. Cette recherche, appuyée sur les données d’observation de l’Office national des forêts (ONF) et conduite en lien étroit avec la Direction générale de la prévention des risques du ministère chargé de l’environnement, vient appuyer les politiques publiques des ministères (écologie, intérieur, forêt). Nous faisons partie des organismes qui présentent encore ces caractéristiques", poursuit le chercheur.

Vue générale du système paravalanche de défense passive du site de Taconnaz, avec les sommets du Mont Blanc, du Tacul et du Mont Maudit. Banc de mesures de transport de neige par le vent. Les chercheurs effectuent des maintenances régulières.

Des sites expérimentaux grandeur nature

Les travaux menés par l’institut sur le risque "avalanches" balaient désormais des domaines aussi vastes que la mécanique des fluides, la statistique, la géomorphologie, le génie civil, l’aide à la décision, etc. Pour mieux comprendre les avalanches et s’en prémunir, les chercheurs travaillent sur des sites expérimentaux permettant d’étudier ce phénomène naturel "grandeur nature". C’est le cas du couloir de Taconnaz, dans la vallée de Chamonix. Son histoire est emblématique des évolutions liées au développement des dispositifs paravalanche.

"Dans les années 80, une avalanche importante a atteint les habitations. Deux grosses digues ont été construites pour contenir les coulées mais elle sont été dépassées en 1988, quand plus de 750 000 m3 de neige ont dévalé la pente. En 1991, le dispositif a de nouveau été révisé. En 1999, il a de nouveau débordé et les ouvrages amont, c'est-à-dire les murs déflecteurs et les tas freineurs, ont été lourdement endommagés. Le problème, c’est que ces aménagements successifs n’ont jamais tenu compte de l’historique complet des avalanches dans le couloir. Ils ont seulement été dimensionnés pour se protéger contre la dernière grosse avalanche survenue. C’était une vision à court terme", analyse Mohamed Naaim, spécialiste des phénomènes gravitaires et directeur adjoint scientifique du thème de recherche dédié aux risques liés aux phénomènes gravitaires rapides, au centre Irstea de Grenoble.

En 1999, Irstea a été chargé par le SIVOM de la haute-vallée de l’Arve de préciser le phénomène à prendre en compte et le niveau de risque. Pour cela, les chercheurs ont dû exploiter les données historiques de la zone.
"Quand on veut se protéger d’une avalanche, il faut regarder ce qui s’est passé sur plus d’un siècle ! Il faut revenir sur chaque avalanche et savoir quel volume de neige a été mobilisé, quand elle s’est déclenchée, comment elle s’est comportée, etc. Ce sont ces informations qui nous permettent de dimensionner les dispositifs paravalanches afin qu’ils soient capables de résister à une avalanche centennale généralement retenue comme référence. Mais on ne peut pas se protéger contre l’avalanche maximale : quand on installe un ouvrage, un débordement reste possible. C’est ce qu’on appelle le "risque résiduel". C’est important de le connaître, et surtout de l’expliquer aux communes concernées, à leurs habitants tout comme aux résidents temporaires", explique Mohamed Naaim.

1431 sites sensibles aux avalanches

Chantier de défense passive paravalanche de Taconnaz 2007Forts de ces données historiques et des connaissances accumulées sur les mécanismes d’écoulement de la neige, les modèles de propagation d’avalanche peuvent entrer en action. Leur but : déterminer la zone susceptible d’être affectée par une avalanche, depuis sa zone de départ à sa zone d’arrêt. "Ces résultats sont essentiels pour affiner les dispositifs de protection contre les avalanches. Ils sont aussi utiles aux communes, pour la mise en place de leur Plan Communal de Sauvegarde, qui prévoit notamment comment et où évacuer les habitants en cas de risque d’avalanches", explique Didier Richard.

Après l’avalanche meurtrière de Chamonix-Montroc, en 1999, les chercheurs d’Irstea ont, avec le ministère de l’Environnement et le service de la restauration des terrains en montagne de l’ONF, élaboré un nouveau classement répertoriant des sites sensibles aux avalanches. Celui-ci combine des informations relatives à la morphologie du site, l’historique des avalanches, la nivologie et la climatologie locale ainsi qu’aux enjeux liés aux constructions et à leurs habitants. En 2011, le dispositif a identifié 1431 sites dits sensibles aux avalanches. D’autres programmes, comme l’Enquête permanente sur les avalanches (EPA) ou la Carte de localisation des phénomènes d’avalanches (CLPA) fournissent des données essentielles sur ce phénomène en France.

"Ces travaux scientifiques sont très riches et servent les enjeux d’observations liés au changement climatique que s’est fixée la France à long terme", analyse le spécialiste.

Des dispositifs paravalanches mieux dimensionnés

"La neige reste un élément très complexe. Il n’y a pas une neige, mais des neiges", expose Mohammed Naaim. "Le manteau neigeux est constitué d’une superposition de milliers de feuillets dont chacun évolue selon l’impact du sol et de l’atmosphère. Il est très difficile de prévoir le déclenchement d’une avalanche. Tout comme de prévoir comment la neige va s’écouler : chaque neige frotte de façon différente dans le couloir, selon sa qualité". Celle-ci peut être poudreuse, dense, humide, etc. En laboratoire, les scientifiques continuent à étudier cette neige. Ils tentent de percer les mystères des interactions entre les grains de neige et de comprendre leur écoulement en reproduisant le phénomène des avalanches à échelle réduite, sur des maquettes. Sur le terrain, ils équipent aussi les dispositifs paravalanches d’instruments de mesures. 

C’est le cas à Taconnaz, le plus grand couloir d’Europe, long de 7500 m. Certains ouvrages du dispositif sont équipés de capteurs de pression, capables de mesurer jusqu’à 100 t par m2, et de capteurs de vitesse, capables de mesurer des vitesses jusqu’à 60 m par seconde. À chaque déclenchement d’avalanche, lorsque la neige impacte les capteurs, l’enregistrement se met en marche et alimente le système en nouvelles données. Grâce aux travaux d’Irstea, qui a bénéficié du soutien de deux programmes européens Interreg , les anciens murs en béton armé du dispositif paravalanche de Taconnaz ont été remplacés par des tas freineurs plus résistants, fabriqués en terre armée de 4% de ciment.

Tas freineurs sur le site de Taconnaz en terre "armée"

Trois nouveaux tas freineurs ont également été ajoutés, et la digue frontale a été rehaussée. La digue latérale droite a quant à elle été déplacée, pour laisser plus de place à l’avalanche pour s’étaler. "Nos modèles considèrent que l’avalanche la plus dangereuse serait celle qui déplacerait 1,6 millions de m3, avec peu de frottements, et qui irait donc loin", explique le chercheur. "En passant de 14 à 25 mètres de hauteur, on a augmenté le volume que le dispositif peut contenir de 0,75 million de m3 à ce volume de 1,6 millions de m3". Mis à niveau, le couloir de Taconnaz est paré contre cette avalanche centennale : les données accumulées par le système d’enregistrement du couloir sont jusque là venues confirmer les prévisions établies par les scientifiques. Pour son niveau d’innovation, ce système d’acquisition a reçu le premier prix catégorie "Système embarqué" aux NiDays 2010, un rassemblement international de scientifiques et d’ingénieurs qui permet d’échanger sur les développements les plus innovants de logiciels et de plateformes matérielles informatiques.