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Prévision de la trajectoire d'une avalanche dense Construction d’une simulation numérique de l’écoulement d’une avalanche dense Modélisation Mise en équation et résolution Traitement par un ordinateur Tracés Comment marche le programme ? Testons le réalisme de la simulation (C’est ici que votre aide est vraiment nécessaire ) Ecart avec le réel (diapo 11) Et les recherches actuelles ? ais en vert mes principales questions, ceci n’apparaitra pas dans la présen

Prévision de la trajectoire d'une avalanche dense ● Construction d’une simulation numérique de l’écoulement d’une avalanche dense ● Modélisation ● Mise

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Prévision de la trajectoire d'une avalanche dense

● Construction d’une simulation numérique de l’écoulement d’une avalanche dense

● Modélisation

● Mise en équation et résolution

● Traitement par un ordinateur

– Tracés

– Comment marche le programme ?

● Testons le réalisme de la simulation (C’est ici que votre aide est vraiment nécessaire )

● Ecart avec le réel (diapo 11)

● Et les recherches actuelles ?

J’indiquerais en vert mes principales questions, ceci n’apparaitra pas dans la présentation finale.

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Modélisation1) Modélisation d’une avalanche par des grains

● Visuellement: l’avalanche que ce soit l’observation de l’écoulement ou des dépôts présente une structure granulaire.

● Expérimentalement:

– L’avalanche de neige dense présente les même hauteurs de dépôts que l’avalanche de grains. Ici le profil du relief est dessiné en noir, la hauteur de dépôt est notée h.

– Les angles pour lesquels on peut observer un écoulement permanent et uniforme insensible aux perturbation sont les mêmes pour l’avalanche de neige dense et celle de grain. Ces angles sont notés Al1 pour l’angle à partir duquel il n’y a plus accumulation des grains et Al2 l’angle à partir duquel le système est sensible aux perturbations.

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Modélisation2) Utilisation de grains bidisperses

On utilise expérimentalement des grains bidisperses (c’est-à-dire de deux tailles différentes) afin de tenir compte des différentes répartitions des vitesses en fonction de la hauteur. En effet, les petits grains vont finir par se placer sous les plus gros créant une répartition des vitesses similaire à celle mesurée dans les avalanches réelles.

La simulation de ce TIPE ne prendra pas en compte cet aspect du phénomène et on modélisera l’avalanche par un ensemble de grains identiques. Quel en est l’impact ?

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Modélisation3) Bilan des forces

Un grain est modélisé par une masse ponctuelle. Il subit les forces suivantes:

● Le poids

avec et

● Les frottements

– Force de frottement solide coulombien:

– Force de frottement traduisant la dissipation turbulente (Modèle de Voellmy):

=

Avec Ɛ un coefficient variant entre 400 et 2000 selon les caractéristiques du milieu (présence d’arbre, rugosité des couloirs…) et h la hauteur caractéristique de l’écoulement (c’est à dire la hauteur

maximale atteinte). Que représente physiquement la dissipation turbulente ?

Avec µ un coefficient variant entre 0,1 et 0,8 selon les caractéristiques de l’avalanche (masse volumique, la viscosité..), V la vitesse et la réaction normale.

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Mise en équation du problème et résolution1) Résolution exacte dans un cas simple (angle A constant)

Principe fondamental de la dynamique

En projetant sur l’axe perpendiculaire à et en faisant l’hypothèse supplémentaire que l’avalanche ne subit aucun mouvement selon cet axe:

En projetant sur

En intégrant avec Si la vitesse est définie, sinon elle peut s’annuler pour

Si , on atteint une vitesse limite

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Mise en équation du problème et résolution2) Résolution approchée par ordinateur

Principe fondamental de la dynamique

Par itération

• On se place dans un repère indépendant du profil du relief.

• On regroupe sous la notation la somme +

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Mise en équation du problème et résolution2) Résolution approchée par ordinateur

• Calcul des forces• Le poids:

• La réaction normale• Direction et sens obtenus avec le terrain: On choisit deux vecteurs non

colinéaires du plan tel que le produit vectoriel de ces deux vecteurs aie une composante selon positive. On norme le produit vectoriel et on obtient un vecteur unitaire dans le sens et la direction de la réaction normale noté

• Norme obtenue par projection (produit scalaire) de sur

• Les frottements• Direction et sens obtenus grâce à , qu’on norme et ainsi • Norme

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Mise en équation du problème et résolution3) Comparaison des résultats

• Application numérique• Données: A = 0,64 rad, Ɛ=1000, µ = 0,5,h = 10m le profil est le suivant, on mesure la distance d’arrêt à partir du point O

D’après les calculs précédents d’où 166,98 mOn trouve avec le programme pour une vitesse V en O de et un pas de 0,01 on trouve = 167,27 m. L’erreur est due au pas qui pourrait être encore plus resserré.

4) Généralisation• La méthode utilisée ici pour un plan inclinée peut se généraliser à tout type de relief. En effet sur une

courte distance le relief peut être assimilé à un plan incliné et on peut utiliser les mêmes méthodes de calculs. On va rajouter une hypothèse supplémentaire pour simplifier la mise en œuvre du programme: les grains n’interagiront pas entre eux c’est-à-dire que la gestion des collision ne sera pas prise en compte.

• Ici on pourrait faire en sorte de tenir compte de certains échanges par exemple faire en sorte que certains grains donne un peu de leur masse à d’autres, le problème c’est de savoir combien selon quelle loi, d’où ça vient etc.. Et il est difficile d’avoir des informations à ce sujet.

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Traitement par ordinateurTracés

● Caractéristiques

pas = 0.01 en secondes

g = 9.8

largeur = 50 m

longueur = 50 m

épaisseur = 10 m

Ɛ = 1000

µ = 0.5

Masse volumique = 100.Kg

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Traitement par ordinateurDéfauts et sources d’erreurs du programme

● Le profil de la montagne est fait à partir d’une image en noir et blanc qu’on recouvre d’une texture (ici en blanc et bleu). Le blanc correspond à une hauteur élevée et le noir une hauteur faible. On dispose de 256 niveaux de couleurs donc 266 niveaux de hauteurs. Le rendu est l’image en bas.

● La précision du terrain est extrêmement approximative puisque seule 256 hauteurs peuvent être atteintes. De plus le logiciel utilisé pour faire les images noir et blanc (Gimp) peut être source d’erreur supplémentaire. Enfin les tracés sont fait sur une image plane (la texture) et donc les rendus en 3 dimension peuvent différer légèrement de ce qui a été calculé par le programme.

● Enfin les erreurs dues aux hypothèses de calcul: l’avalanche ne décolle pas, les grains n’interagissent pas entre eux, la méthode par itération, la validité des modèles utilisés.

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Comparaison avec le réel

C’est ici que j’ai vraiment besoin d’aide. Il faudrait que j’aie accès à un article assez précis pour pouvoir me permettre de dresser un profil de la montagne et vérifier les résultats de mon programme avec ceux donnés par l’article.

Et aujourd’hui ?Aujourd’hui la méthode pour construire les moyes de protection contre les avalanches est la suivante: elle est incomplète et peut être erronée est-ce que je pourrais avoir des précisions sur la méthode actuelle utilisée?• On observe une avalanche déjà tombée on mesure la hauteur des dépôts, la teneur en

eau liquide on arrive à en déduire le volume de l’avalanche, la masse de celle-ci et le coefficient de frottement solide (on le considère ici constant mais comment varie – t il en réalité ?).

• Avec un prototype expérimental on mesure la hauteur caractéristique de l’écoulement et on accède à des nombres caractéristiques (nombre de Froude)

• On a ainsi toutes les données d’entrées du programme qui peut donner l’énergie cinétique de l’avalanche à tout instant et prévoir l’effet qu’auront tas freineurs, digue déviatrice, tunnel paravalanche, digue d’arrêt ainsi que les dimensions et la résistance nécessaire de ces protections passives.