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Risques naturels

La notion de risque naturel est aujourd’hui entrée dans le vocabulaire courant. Elle combine l’aléa et l’enjeu (ou la vulnérabilité) du site soumis aux phénomènes naturels. C’est l’une des cinq composantes (avec les risques liés à la technologie, au transport collectif, à la vie quotidienne et aux conflits) du risque majeur, que H. Tazieff définissait comme la « menace sur l’homme et son environnement direct, sur ses installations ; la menace dont la gravité est telle que la société se trouve absolument dépassée par l’immensité du désastre ».

Les risques naturels comprennent classiquement les feux de forêt, les volcans, les avalanches, les cyclones, les tempêtes, les séismes et tsunamis, les inondations et les mouvements de terrain.

Le GiS vise à structurer une réponse globale en se concentrant sur 5 axes de complémentarité et d’excellence.

 

Inondations

Les inondations constituent à l’échelle mondiale le risque naturel le plus fréquent induisant les dommages matériels et humains parmi les plus importants. On estime que les inondations en Europe ont provoqué en dix ans la mort de 700 personnes, le déplacement d'environ un demi-million de personnes et des pertes économiques d’au moins 25 milliards d'euros couvertes par les assurances. La directive européenne du 6 novembre 2007, fixe le cadre de la politique de réduction des risques liés aux inondations. Les recherches croisent les compétences du GeM en analyse géo-statistique et celles de l’IFFSTAR sur les approches bayésiennes et la connaissance des mécanismes. Elles consistent:

  • à approfondir les connaissances sur les mécanismes générateurs des crues et la cinétique de réponse des bassins versants en relation avec leur occupation des sols, leurs caractéristiques pédologiques et géologiques ;
  • à améliorer les méthodes de cartographie des risques, et notamment les outils de traitement statistiques des données hydrologiques ;
  • à développer de nouvelles méthodes de prévision des crues, en particulier un outil de prévision des coupures de routes par inondation et une méthode experte d’aide à la prévision des crues.

Séismes

Le tremblement de terre qui a dévasté Haïti, le 12 janvier 2010, a fait 200.000 morts, 300.000 blessés et 1.000.000 personnes jetées à la rue. Le séisme qui vient de se produire au Japon, selon les chiffres officiels à ce jour, a causé la mort de plus de 10.000 personnes, provoqué des dégâts équivalents à  309 billion $  et il est à l'origine d'un très sérieux incident nucléaire. Le contexte de la prise en compte du risque sismique évolue puisque la nouvelle carte d’aléas sismiques étend sensiblement les zones du territoire exposées à un aléa non négligeable et demande le développement des capacités de vérification de la vulnérabilité des constructions et ouvrages. La mise en application de l’Eurocode 8 (ouvrages sous séismes) accroît également les besoins de connaissance et d’innovation en la matière, en particulier dans les zones de faible à moyenne sismicité (France métropolitaine, Allemagne, Belgique …). Les recherches proposées s’appuient sur la présence en Région de moyens expérimentaux exceptionnels et d’équipes couvrant la gamme complète d’études de la propagation d’ondes en milieux granulaires et dans sols aux calculs de structures pour la majorité des matériaux (acier, béton et mixte acier-béton) pour amorcer la création d’un pôle permettant une approche holistique des problèmes de génie parasismique en relation avec le sol. Dans ce cadre les thématiques de recherches complémentaires suivantes seront regroupées permettant des développements théoriques expérimentaux et numériques: 

  • propagation d’ondes dans les milieux granulaires modèles et les sols,
  • simulation de séismes en modèles réduits centrifugés et développements instrumentaux
  • modélisation numérique de l’interaction sol-structure et structures – sol - structure
  • problématiques sismiques urbaines (formes urbaines, réseaux, gestion du risque)

Tempêtes

La côte Atlantique a subi 2 fortes tempêtes en 10 ans générant les dégâts matériels les plus importants de toute l'Europe de l'Ouest. Le nombre de tués et de blessés reste important, malgré la mise en application de règles de construction anticipant ces aléas mais auxquels tous les ouvrages ne sont pas soumis. La transmission vers le grand public des connaissances scientifiques élaborées après des dizaines d'années d'études pourrait être lancée dans le cadre du GIS au travers d'outils numériques adaptés. Les actions de recherche visent à structurer une collaboration nouvelle en:

  • tirant partie des expérimentations pour améliorer les modèles de calcul, notamment pour les structures innovantes comme les éoliennes offshore  flottantes ou les structures gonflables ;
  • mettant en ligne des outils de conception simple des effets du vent.

Erosion interne des digues

Sous chargement hydraulique fluvial ou maritime, les ouvrages hydrauliques en terre (digues, levées et barrages) peuvent être le siège d’écoulements internes qui engendrent un arrachement et une migration de particules constitutives de l’ouvrage ou de ses fondations. Ce phénomène complexe et mal connu, appelé érosion interne, est directement responsable de la moitié des destructions d’ouvrages hydrauliques en terre. Cette problématique se caractérise par son ampleur (la France compte 8000 km de digues de protection, 6700 km de voies navigables, plus de 1000 km de digues d’aménagement et de grands canaux et plusieurs milliers de barrages) et par son importance sanitaire et économique.

Chaque étape de l’érosion (détachement, transport et filtration) se caractérise par la complexité de l’interaction fluide – grains. Dans le cadre du projet R2GC et par plusieurs co-encadrements d’étudiants de Master, les partenaires du GiS ont déjà engagé une dynamique. On propose de se concentrer sur :

  • d’un point de vue expérimental, la caractérisation hydromécanique de l’érosion et de ses conséquences complétée par une caractérisation géophysique ;
  • d’un point de vue modélisation, la description locale des interactions entre le fluide interstitiel et la phase granulaire solide d'une part; et d'autre part la dégradation des propriétés constitutives hydrauliques et mécaniques du sol en relation avec la modification de sa micro-structure induite par l'érosion. 
  • d’un point de vue soutien à l’ingénierie, le développement de modèles à caractère prédictif applicables à l'échelle des ouvrages développés sur la base des connaissances acquises par l'expérimentation et la modélisation locale.

Climat

Durant ces dix dernières années et de manière accentuée depuis 5 ans, l’intérêt porté à ce sujet a particulièrement augmenté à cause des fortes incertitudes concernant les variations climatiques produites par le réchauffement climatique et plus fondamentalement la représentation de la réalité. La Région dispose d‘équipements remarquables de simulation de climats et de modèles numériques probabilistes permettant d’avoir une contribution forte au niveau international, ceci à très court terme. Dans ce contexte, cette action du projet vise principalement à évaluer l’influence des variations climatiques sur la fiabilité des ouvrages. Sur la base de cette évaluation, nous proposerons de nouveaux modèles et protocoles pour l’amélioration de la conception et de la gestion des structures afin d’optimiser les coûts de construction et d’opération ainsi que d’assurer des niveaux optimales de sûreté pendant sa durée de vie. Parmi ces actions, nous nous intéressons à l’interaction « climat réel » et « processus de dégradation ». Cette action s’appuie sur deux volets :

  • la modélisation probabiliste du climat et des processus de dégradation ;
  • la modélisation physique des structures ou composants sous environnement changeant.