Portion de la méthode qui n’est pas affectée par les limites de Rockyfor3D

limites de Rockyfor3D

Dans cette section sont discutés les éléments qui ne sont pas ou peu affectés par les limites du logiciel Rockyfor3D. En premier lieu, les caractéristiques associées aux sources sont abordées. Elles sont suivies de celles concernant les terrains cartographiés à l’aide des outils développés. S’en suit une discussion au sujet des trajectoires simulées et finalement au sujet de l’évaluation de l’atteinte.

5.2.1. Caractéristiques des sources

Les simulations étant de type lumped-mass, la taille des projectiles n’a que peu d’influence sur les résultats obtenus lorsque la végétation n’est pas considérée, à part pour les énergies cinétiques (fonctions de la vitesse au carré et de la masse). C’est surtout le rapport entre la taille des particules et les rugosités utilisées (Rg10,

Rg20 et Rg70) qui est important. Par exemple, des particules de 30 cm de côté simulées sur des terrains

avec des rugosités de 10 cm vont engendrer des résultats similaires à ceux de particules de 9 m sur des terrains avec des rugosités de 3 m. Comme les énergies ne sont pas utilisées en premier lieu dans l’analyse, le fait que la taille des particules ait été fixée arbitrairement n’est pas un problème puisque les rugosités de terrains ont été choisies en conséquence.

Aussi, le fait d’utiliser les mêmes différents types de terrains et taille des particules pour l’ensemble du territoire pourrait être critiqué, car la taille des blocs qui pourraient éventuellement chuter peut varier d’un site à l’autre. Cependant, la taille des particules présentes dans les talus d’éboulis formant les rugosités de terrain devrait être proportionnelle à la taille des blocs pouvant chuter des parois, à moins qu’un site soit plus affecté par la fracturation lors des impacts qu’un autre. On peut ainsi estimer que le ratio entre la taille des particules et les rugosités de terrain ne devrait pas beaucoup varier d’un site à l’autre, du moins pour les talus d’éboulis. L’utilisation des mêmes différents types de terrain et d’une taille de particule fixe pour l’ensemble du territoire n’est donc pas si problématique, même si les tailles réelles de particules et de rugosités de surfaces sont variables.

5.2.2. Caractéristiques des terrains

Des terrains abrupts constitués de matériaux meubles ne devraient pas être rencontrés, puisque les pentes maximales des dépôts meubles ne peuvent pas dépasser une certaine limite. L’association des terrains abrupts au roc est donc appropriée.

L’inverse est cependant un peu plus critiquable. Il est vrai que de nombreux terrains peu pentus sont constitués de matériaux granulaires et de sable. Ils pourraient cependant aussi être constitués de roc, particulièrement lorsqu’il y a des replats au niveau des parois rocheuses. Certains pourraient donc critiquer leur attribution de paramètres de terrain qui absorberaient trop d’énergie.

Il a cependant été montré que les impacts à angle d’incidence élevé, voir près de la perpendiculaire ont une absorption d’énergie plus grande que les impacts à faible angle d’incidence (Ammi et al., 2009 ; Asteriou et al., 2012 ; Beladjine et al., 2007 ; Chau et al., 2002 ; Wyllie, 2014). Comme les impacts sur les replats de parois rocheuses ont la plupart du temps des angles d’incidence élevés, il est pertinent que les paramètres de terrain en ces secteurs absorbent plus d’énergie.

Seuls les secteurs où des impacts à faible incidence peuvent se produire sur les terrains plats rocheux peuvent être moins bien représentés par la cartographie automatisée des terrains, puisque ceux-ci sont plutôt associés à des dépôts meubles. Dans cette situation, les paramètres des terrains plats absorbent plus d’énergie que ce qui devrait l’être sur des terrains rocheux.

Pour obtenir de faibles angles d’impact sur terrains plats, on doit se trouver en aval du pied des parois et des talus d’éboulis, car la vitesse verticale de la particule en chute doit être transférée vers l’horizontale. De tels secteurs à plat en aval des talus d’éboulis sont rarement constitués de roc, et lorsqu’ils le sont, ils vont généralement être recouverts d’une couche de mort terrain et de blocs.

Ainsi, la situation des terrains plats rocheux erronément identifiés en terrains constitués de matériaux granulaires et de sable compact n’est pas problématique pour les impacts à fort angle d’incidence. De plus, elle a peu de chances d’être présente pour les faibles angles d’incidence.

Concernant la cartographie automatisée, la remplacer par une cartographie manuelle à une échelle permettant la réalisation rapide des cartes engendrerait plus d’imprécision, car les limites tracées manuellement pourraient elles aussi souffrir d’une importante imprécision au niveau des terrains abrupts.

De plus, il ne serait pas justifiable, pour les simulations de chutes de pierre préliminaires couvrant l’ensemble du territoire, de consacrer un temps important à cartographier avec précision manuellement les différents secteurs, car certains travaux (Asteriou et al., 2012 ; Wyllie, 2014) ont montré que les angles d’impact ont plus d’influence sur les vitesses restituées que les types de terrain ou matériaux impactés. Aussi, le choix des seuils semble approprié aux terrains rencontrés, puisque les limites tracées correspondent la plupart du temps aux limites des différentes unités de terrain.

Avec les résultats des simulations de calibration au Cap-Tourmente et celles réalisées le long du chemin de fer, on constate que les rugosités utilisées et les coefficients de restitution associés engendrent des distances de parcours un peu trop élevées. Cela est dû aux paramètres de terrain utilisés qui n’absorbent pas beaucoup d’énergie et au lissage des terrains pouvant être dû à une classification de la végétation trop agressive et à la rastérisation des données d’élévation. Les résultats sont tout de même réalistes, mais ont des propagations un peu plus importantes, car l’objectif pour ces simulations en début de projet est d’identifier toutes les parois pour faire un premier tri. C’est pourquoi l’on souhaite utiliser les valeurs des paramètres d’entrée qui facilitent la propagation des blocs, tout en demeurant dans une plage de valeurs réalistes.

Le choix des seuils de pentes et de l’utilisation de la cartographie automatisée avec les paramètres de terrain restituant des vitesses élevées est donc approprié pour les simulations automatisées couvrant un vaste territoire. Les résultats conservateurs obtenus sont adaptés à des simulations comportant de nombreux inconnus. Finalement, les paramètres de terrain engendrant une bonne marge de sécurité pourraient ultérieurement être ajustés localement aux sites d’intérêt à mesure que les inconnus diminuent afin d’améliorer le réalisme des simulations, tout en réduisant la marge de sécurité.

5.2.3. Caractéristiques des simulations

Les trajectoires vont généralement un peu plus loin que ce qui semble être observé au niveau des talus d’éboulis et des blocs exceptionnels notés au pied du Cap-Tourmente, à cause des paramètres conservateurs utilisés. Pour le point miliaire 50, les trajectoires dépassent légèrement le talus d’éboulis et les vitesses maximales obtenues semblent excessives. Il n’est malheureusement pas possible de comparer les vitesses maximales à celles moyennes et de rotation, car elles ne sont pas exportées par le logiciel Rockyfor3D. Le fait que les lignes d’énergie obtenues ont des angles légèrement inférieurs à celui des talus d’éboulis correspond avec le fait que les trajectoires dépassent légèrement le talus. Les trajectoires exceptionnelles avec des lignes d’énergie inférieure à 30 ° sont plutôt extrêmes, car de tels angles ne sont généralement pas observés (Jaboyedoff et Labiouse, 2011).

Pour le secteur des canyons entre les points miliaires 150 et 153 environ, l’aspect 3D des trajectoires est observé en de nombreux endroits. Les trajectoires prennent sources souvent au niveau de parois qui ne sont pas parallèles à la voie ferrée, puis elles changent de directions pour suivre les pentes des terrains et parfois atteindre l’infrastructure. Un tel comportement n’aurait pu être simulé le long de profils 2D.

Les hautes parois du versant opposé de la vallée engendrent de nombreuses trajectoires dépassant souvent la borne supérieure de l’échelle de couleur utilisée (bourgogne). Comme ce côté n’a pas à être analysé en détail, la mauvaise visualisation des résultats engendrée par la saturation des valeurs au niveau de la borne supérieure de l’échelle n’est pas problématique. Cela indique aussi que le chemin de fer se trouve du côté le moins exposé à d’éventuelles trajectoires de chutes de pierres.

Aux environs du point miliaire 152 (figure 4.7 b et e), un talus d’éboulis suivi d’un replat a retenu une bonne proportion des trajectoires simulées. Celles-ci se sont arrêtées principalement à la base du talus d’éboulis puis au niveau du replat. Cela correspond plutôt bien avec la position des blocs observés sur les photographies prises par hélicoptère du site.

Le choix des paramètres de terrain, bien que conservateurs, produit des résultats qui s’approchent de la réalité. Bien que les résultats soient généralement précis, une marge de sécurité est obtenue en employant des paramètres de terrains plutôt conservateurs et en négligeant la végétation. Cette marge fait en sorte que les résultats exagèrent légèrement la situation pour de nombreux sites. Ainsi, l’incertitude concernant la cartographie automatisée des types de terrain, le choix des paramètres de ceux-ci, l’identification des sources, leurs paramètres et le modèle de simulation employé par le logiciel Rockyfor3D qui ne tient pas compte de l’effet d’angles d’impact sur les coefficients de restitution est compensée par la marge de sécurité.

Au niveau des lacs, les trajectoires simulées atteignent des distances irréalistes, car la topographie des lacs est simplifiée à une surface plane et que les paramètres de terrain associés sont donc identiques à ceux des terrains plats. Il faut donc se méfier des éventuels secteurs où il y a atteinte de l’infrastructure par des trajectoires traversant des lacs. Cette situation n’a cependant pas été observée dans le cas des terrains étudiés.

Concernant la précision des directions que prennent les particules après les impacts, il est difficile de comparer les résultats obtenus avec ce qui peut se produire en réalité. En effet, des essais de chutes de pierres réels n’ont pas été effectués pour ce projet. Seules les comparaisons des positions d’arrêt au Cap- Tourmente et aux sites analysés sur nuages de points lorsque des blocs présents en pied de talus étaient visibles ont été réalisées. On doit donc faire confiance au logiciel Rockyfor3D et espérer que la variabilité introduite, qui se base sur des essais réels, corresponde à celle qui surviendrait naturellement sur les terrains étudiés.

Faire des simulations en 3D de chutes de pierres sur d’aussi vastes territoires en employant des modèles de terrain à haute résolution, avec des pixels d’un mètre carré à plat, est probablement une première ! Cette résolution ne semble toutefois pas suffisante pour bien considérer l’efficacité de captage des fossés, bien qu’ils retiennent une bonne proportion des trajectoires simulées. En effet, la pente et l’orientation des terrains étant calculées à partir des cellules voisines, un lissage limitant la capacité de captage des irrégularités de terrain est engendré (figure 5.1). Les résultats s’appliquent donc aux parois éloignées et aux éventuelles chutes de blocs de volumes suffisants pour qu’ils ne soient pas captés par les fossés. Le réalisme est plus limité concernant les autres situations. C’est entre autres pourquoi les coupes adjacentes à l’ouvrage n’ont pas été classées, bien qu’elles aient été considérées dans les simulations et les histogrammes d’atteinte.

5.2.4. Évaluation de l’atteinte

Il faut rappeler que le potentiel de ruptures n’est pas considéré à ce niveau de la méthode. L’atteinte n’est ici fonction que du nombre de sommets identifiés et des trajectoires simulées qui se rendent jusqu’à l’ouvrage. Les histogrammes combinant les trois scénarios de sources sont utiles pour évaluer le potentiel que l’infrastructure puisse être atteinte. Le scénario des sources identifiées avec le seuil de pente à 40 ° n’est que rarement représentatif des parois, mais permet d’attirer l’attention sur certains secteurs. Les résultats des deux autres scénarios permettent alors de repérer les secteurs potentiellement problématiques et de vérifier qu’elles sont les sources qui représentent le mieux les parois du secteur.

Pour obtenir des résultats préliminaires rapidement sur l’ensemble du territoire, un potentiel d’atteinte est directement déterminé en considérant le nombre de trajectoires atteignant l’ouvrage en chaque mètre. Comme

la méthode pour identifier les sources et effectuer les simulations est appliquée de la même manière pour l’ensemble de l’ouvrage, les valeurs de trajectoires atteignant l’ouvrage obtenues peuvent être comparées entre elles. Les secteurs d’intérêt par rapport à l’atteinte de l’ouvrage peuvent donc être identifiés relativement aux autres. Une priorisation peut alors être établie, même si les probabilités d’atteintes ne sont pas connues. Lorsqu’il y a plusieurs falaises à proximité d’un point le long de la voie ferrée, le nombre de trajectoires atteignant cette dernière est plus élevé, ce qui est normal puisque de nombreuses trajectoires y sont simulées. Il est cependant difficile de discerner les secteurs constitués d’une seule paroi produisant de nombreuses trajectoires atteignant l’ouvrage des secteurs entourés par plusieurs parois ne produisant qu’une faible proportion de trajectoires atteignant l’ouvrage. Pour ces deux cas, un nombre équivalent de trajectoires pouvant atteindre l’ouvrage en un point est obtenu.