De nombreuses incertitudes liées aux mécanismes d'interaction entre les blocs rocheux et le versant naturel lors des chutes de blocs persistent ; la prévision de tels événements reste de ce fait encore incertaine. Néanmoins, les outils numériques et la puissance de calcul ne cessent d'évoluer. Si, auparavant, les calculs trajectographiques étaient restreints à des géométries simplifiées et à des mouvements balistiques en deux dimensions, il devient désormais possible d'y intégrer des raffinements tels que la forme complexe des blocs, des modèles numériques tridimensionnels de terrain d’une grande définition ou une prise en compte fine des mécanismes dissipatifs au niveau du point d'impact entre le bloc et le versant de propagation.L’objectif principal de la thèse est d’analyser, avec un code numérique discret en trois dimensions, l’influence des paramètres de forme et d’interaction sur la nature du rebond dans un contexte d’ingénierie. Nous présentons tout d’abord une méthodologie d'identification et d'étude de sensibilité des paramètres de contact, élaborée et validée à partir d’expérimentations de laboratoire. Cette méthodologie a été appliquée par la suite à deux expérimentations de chute de blocs menées sur sites réels à moyenne et à grande échelle.L’étude réalisée à moyenne échelle a permis de confronter le modèle numérique à des données obtenues lors d'une campagne expérimentale sur voies ferroviaires commanditée par la SNCF et menée en collaboration avec IRSTEA. Les analyses qui ont été réalisées ont porté sur les vitesses d’impact des blocs avec le ballast et les distances de propagation.L’étude menée à grande échelle s’appuie sur plusieurs séries de lâchés de blocs réalisées sur le site expérimental de la carrière d'Authume dans le cadre d’un Benchmark proposé dans le cadre du Projet National C2ROP. L’objectif principal du Benchmark est de tester et de comparer entre eux des logiciels trajectographiques, des codes de calculs numériques et les pratiques d’ingénierie pour en définir la pertinence et les domaines de validité. Dans le cadre de la thèse, ce travail a été conduit en plusieurs phases (à l’aveugle puis avec des données partielles mesurées lors de la campagne d'essais) et nous présentons l'évolution de ces analyses à l'issue de chacune des phases. L’étude a porté principalement sur les vitesses, les hauteurs et les énergies de passage des blocs en certains points du profil de propagation, ainsi que sur les positions d’arrêt des blocs. Une étude sur l'influence de la forme des blocs sur les distances de propagations est également présentée.Enfin, un Benchmark interne réalisé au sein de l'entreprise IMSRN montre l’importance, sur les analyses, de l'expertise de l'opérateur, et des conséquences de l'utilisation de différents outils trajectographiques (en 2D et en 3D). Ces travaux mettent en lumière les problématiques actuelles auxquelles sont souvent confrontés les bureaux d'études et les ingénieurs en charge des études de risques. / Numerous uncertainties related to the machanical interaction between rock boulders and the natural slope during block falls persist; and the forecast of such events is therefore still uncertain. Nevertheless, digital tools and computing power are constantly evolving. Previously, trajectory calculations were restricted to simplified geometries and two-dimensional ballistic movements, but it is now possible to incorporate refinements such as the complex shape of the blocks, three-dimensional numerical models of terrain of large sizes, as well as a better accounting of the dissipative mechanisms at the point of impact between the block and the run-out slope.The main objective of this work is to analyze, with a discrete elements code in three dimensions, the influence of the shape and interaction parameters on the nature of the rebound in an engineering context. We first present a methodology for identifying and studying the sensitivity of contact parameters, developed and validated from laboratory experiments. This methodology was subsequently applied to two block fall experiments conducted on medium and large real-scale scenarios.The study conducted on a medium scale allowed the numerical model to be compared with data obtained during an experimental rockfall tests campaign commissioned by the SNCF and conducted in collaboration with IRSTEA in a railway. The analyzes that were carried out mainly focused on the impact velocities of the blocks with ballast and propagation distances.The large-scale study is based on a series of block releases performed at the experimental site (Authume quarry, France) as part of a Benchmark proposed inside the National Project C2ROP. The mainly goal of this Benchmark is to access and compare trajectory softwares, numerical computation codes and engineering practices to define their relevance and validity domains. As part of the thesis, this work was conducted in several phases (blind phase and then conducted taking in account partial data measured during the experimental tests) and we present the evolution of these analyzes at the end of each one of these phases. The study focused on the velocities, heights and energies of the blocks at certain points of the propagation profile, as well as on the stopping positions of the blocks. The influence of block shapes on run-out distances is also presented.Lastly, an internal Benchmark performed within the IMSRN company shows the importance, on the analyzes, of the expertise of the operator, and the consequences derived from the application of different trajectography tools (in 2D and in 3D). This work highlights the current issues that are often faced by engineering offices and engineers in charge of risk quantification.

En République Démocratique du Congo (RDC), les provinces densément peuplées du Nord et du Sud-Kivu sont exposées à plusieurs types d’aléas d’origine géologique, tels que les glissements de terrain et les éruptions volcaniques des volcans Nyiragongo et Nyamulagira. En outre, la région souffre d'un faible niveau économique et de conflits récurrents qui contribuent à affaiblir encore davantage la population menacée.Cette recherche doctorale a été réalisée dans le cadre du projet GeoRisCA (Belspo, programme SSD, SD/RI/02A ;http://georisca.africamuseum.be), dont l'objectif global répond à la nécessité d'étudier les risques d’origine géologique dans la région du lac Kivu, afin de contribuer à la prévention des risques, à l’échelle régionale et locale. Cette recherche tente spécifiquement de répondre à la question de l’évaluation de la vulnérabilité d'une population confrontée à des aléas d’origine géologique, dans un contexte de rareté de données.L'étude a été menée dans deux sites urbains :Bukavu, chef-lieu de la province du Sud-Kivu qui compte environ 870.000 habitants, une ville affectée par des mouvements de terrain fréquents, et Goma, chef-lieu de la province du Nord-Kivu où vivent environ 775.000 personnes sous la menace des coulées de lave du volcan Nyiragongo dont la dernière éruption date de 2002. Pour combler le manque de données socio-démographiques fiables, une méthodologie adaptée à ce contexte particulier et s'appuyant sur la télédétection combinée à des enquêtes quantitatives, des entretiens approfondis et une connaissance détaillée de la zone étudiée a été développée. Deux bases de données démographiques comprenant des variables individuelles et de ménages ont été construites - une pour chaque ville étudiée. Ces données ont constitué la base de la réalisation de cartes détaillées de densité de population et ont permis l’analyse spatiale des caractéristiques socio-économiques des deux zones urbaines. Un indice de vulnérabilité sociale a ensuite été élaboré à partir de l’analyse en composantes principales (ACP) d’un large éventail de ces données socio-économiques. Un indice de vulnérabilité dit « opérationnel » a ensuite été déduit de l’indice de vulnérabilité sociale, afin de refléter davantage le contexte local et faciliter la reproductibilité du travail de terrain. La dernière étape de notre étude consistait à combiner spatialement l’évaluation de la vulnérabilité et la densité de la population aux analyses de susceptibilité aux glissements de terrain et de probabilité d’invasion des coulées de lave développées par des experts dans le cadre du projet GeoRisCA. Les cartes de risques obtenues constituent de nouveaux outils d'aide à la décision ;elles ont été transmises aux autorités locales et permettent d’une part le renforcement des politiques de réduction des risques de catastrophes et des programmes de prévention des catastrophes, et d’autre part une nouvelle approche de l’aménagement du territoire. Enfin, il est important de souligner que cette recherche n’aurait pu être réalisée sans un étroit partenariat avec les institutions scientifiques et les autorités locales, et a significativement contribué à améliorer les interactions entre ces différentes parties prenantes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L’élaboration des Plans de Prévention des Risques Littoraux (PPRL) « prioritaires », définis suite à la tempête Xynthia de 2010, a provoqué des débats, souvent conflictuels, entre l’Etat et les collectivités territoriales au sujet des cartes d’aléas submersion marine ou recul du trait de côte. Cette recherche doctorale s’attache à la compréhension du processus de construction de ces cartes. Elle analyse les facteurs influençant cette cartographie à partir de ce que représentent les cartes d’aléas pour chaque acteur. Les résultats de cette recherche mettent en évidence que les études d’aléas sont peu issues des connaissances territoriales et abordées sous un angle expert complexe. Les acteurs locaux s’approprient ainsi difficilement les nouvelles connaissances sur les aléas littoraux. La forte présence des aspects techniques et la mécanique d’élaboration du zonage réglementaire conduisent à une cristallisation des débats des PPRL sur la cartographie des aléas. Ces débats cachent aussi souvent des conceptions distinctes de la politique de prévention et des intérêts divergents entre acteurs agissant à échelles spatiales et temporelles différentes. L’ouverture restreinte des discussions par l’Etat lors de la cartographie des aléas de référence et de l’élaboration du zonage conduit à une faible territorialisation des PPRL et rend difficile leur intégration au sein des politiques locales de prévention des risques littoraux et d’aménagement du territoire. Cette thèse révèle ainsi l’importance cruciale de la concertation et d’une entrée par le territoire, pour mettre en place une appropriation active des connaissances sur les aléas et favoriser l’intégration du PPRL au sein de l’action publique territoriale. / The development of Coastal risks prevention plans, identified as priorities after Xynthia storm in 2010, has revealed divisive debates, between the state services and territorial authorities, about coastal flooding or coastline recession mapping. This PhD research deals with the understanding of coastal hazards mapping. It analyses the factors which influence this process based on what do the maps represent for each stakeholder.The research results highlight that hazards studies sparsely come from territorial knowledge and are often approached from a complex expert angle. Thus, new knowledge is hardly managed by local stakeholders. Significant debates about technical aspects and the process of regulatory zoning conception lead to the fact that hazards mapping crystallizes the PPRL debates. Actually, these debates often hide different conceptions of prevention policy and opposing interests of stakeholders acting at different spatial and temporal scales. The few opened discussions purposed by state services during reference hazards mapping and zoning conception lead to a low territorialization of the PPRL and make their integration in local policies of coastal risks prevention and of land use planning difficult.Thus, this PhD highlights the crucial role of dialogue and of an input by the territory, in order to start an active appropriation of hazards knowledge and to enable the PPRL integration within the territorial public policy.

En cas d’alerte aux inondations, l'information en temps réel et sa diffusion à un large public sont des éléments cruciaux pour limiter les comportements à risque, détecter les premiers dégâts ou préparer les acteurs locaux à gérer la crise. Face à ces enjeux, les technologies smartphones apparaissent, deplus en plus, comme des solutions logicielles et matérielles qui pourraient compléter de façon positiveles dispositifs d’alerte institutionnels, notamment grâce à la dynamique des contenus partagés et auxnombreuses interactions dont ils sont le support. Alors que plusieurs pays (États-Unis, Norvège, Pays-Bas, Suède, Philippines) utilisent déjà de tels outils, et même si le Ministère de l'Intérieur a lancé uneapplication urgentiste (SAIP) le 8 juin 2016, la population et les services de l’État semblent beaucoupplus réticents en France. La défense de la propriété individuelle, le manque de crédit attribué auxmessages postés et les verrous technologiques sont les principaux facteurs de blocage avancés. Aprèsavoir mené une enquête dans plusieurs communes rurales des départements du Var et du Vaucluse(qui confirme la méconnaissance des applications déjà existantes alors que les besoins sont bien réelsface aux crues rapides), une nouvelle application a été développée (Al’in). Le prototype créé vise àréduire les écarts entre une approche étatique descendante (top-down), qui positionne et impose l’Étatcomme le seul lanceur d’alerte, et une initiative citoyenne (approche « Bottom-Up »), qui érigel’individu au rang de « citoyen capteur », à la fois capable de remonter ou de diffuser une alerte àtravers l’usage de son smartphone. Répondre à ce défi ne s’avère toutefois pas si simple au regard descontraintes juridiques et techniques préexistantes en France. / The information given on flash floods in real time should undoubtedly answers to the citizens needs aswell as to the politic and the safety services. Face to such objective, Smartphone could positivelycomplete the official institutional systems, especially thanks to the dynamic and nature of postedmessages, and to the social interactions they support. This study questions the opportunity ofdeveloping a proactive and innovative alert system using the Smartphone technologies to face therisks due to flash flood hazards. A first study focuses on several alert systems existing actually inFrance but we quickly aim at identifying limits (legal rules, technologies and scientific problems) andchallenges usefulness and opportunities in the numeric sphere) of our objective in general manner.Finally, a local study in Var and Vaucluse permits us to see if population and local stakeholdersshould be interested (or not) by a smartphone application. The proposed solution tries to achieve amajor challenge: reducing the gap between a state approach (top-down), which positions and imposedthe state as the main official alert source, and the citizen action (bottom-up) which establishes theindividual as “Citizen sensor” (both in go up or disseminate information) through the use of issmartphone. Meeting this challenge is indispensable if we hope effectively minimizing material andhuman damages especially when high temporal acuity phenomena such as flash floods happen.

Lors des récentes crues "éclair" survenues dans le sud de la France, la submersion des routes est apparue comme un problème majeur : 1) c'est une source importante de danger pour les automobilistes, 2) les services de secours doivent connaître en permanence l'état du réseau. Il est donc crucial de déterminer les points du réseau routier susceptibles d'être submergés lors de tels événements. L'objectif de ce travail de thèse est de proposer les bases d'un outil de prévision de ces coupures de routes. Le département du Gard, exposé à ce risque, est pris comme terrain d'étude. De plus, il bénéficie d'un inventaire des routes ayant connu une submersion lors des quarante dernières années. Celui-ci a montré que l'ensemble du réseau routier pouvait être touché, les ouvrages de franchissement étant très souvent à l'origine de ces débordements. Notre approche s'est décomposée en trois étapes. D'abord la vulnérabilité structurelle des points de coupure, liée à la position de la route dans son environnement, ainsi qu'aux caractéristiques du bassin versant amont, a été étudiée. Pour cela, nous avons analysé l'ensemble de l'information géographique disponible pour caractériser, puis évaluer cette vulnérabilité. Ensuite, l'aléa a été quantifié. Un modèle pluie-débit semi-distribué a été utilisé pour simuler les crues des bassins versants de tous les points de coupure identifiés. Enfin, ces deux informations de niveau de sensibilité (vulnérabilité) et de débit simulé (aléa) ont été combinées pour évaluer le risque de coupure affecté à chaque prévision de point de coupure. Cette approche a été validée avec succès sur cinq événements récents pour lesquels des cartes d'état du réseau routier avaient été établies.

En raison de leur caractère torrentiel, les « crues rapides » qui apparaissent en périodes printanière et estivale dans les régions du nord de la France constituent aujourd'hui la forme la plus originale et la plus dangereuse des inondations rencontrées dans ces régions. Le poids des activités humaines dans le fonctionnement de ces crises hydrologiques est incontestable. Ces crues turbides prennent naissance sur des territoires agricoles où les espaces cultivés ne cessent de se développer. L'urbanisation croissante et la place du réseau routier dans les axes majeurs d'écoulement aggravent la rapidité des flux et la vulnérabilité des biens et des personnes. Afin d'améliorer la connaissance sur ces événements, un inventaire a été réalisé à partir des dossiers « CatNat ». L'approche comparative menée sur les 189 bassins versants recensés (1983-2005) a permis de faire ressortir l'influence de la morphologie à différentes échelles. La vitesse de concentration de l'écoulement rapide est principalement liée à la combinaison entre le système de pentes, l'organisation des réseaux de talwegs et la forme des bassins versants. Il n'existait cependant aucune méthode permettant de mesurer, de manière synthétique et continue, le rôle de cette composante sur la dynamique hydrologique d'un bassin versant. Les approches quantitatives se sont limitées à des mesures séparées des composantes morphologiques (indices de compacité, rapport de confluence d'Horton, courbe hypsométrique...). En s'appuyant sur la théorie des systèmes complexes, et en particulier sur les automates cellulaires, il a été possible de développer des méthodes permettant de quantifier l'efficacité de la structuration en trois dimensions du « bassin versant ». L'adaptation de ces nouvelles méthodes d'analyse spatiale, encore peu employées en géomorphologie, nécessitera une réflexion sur la validité des outils et la pertinence des<br />résultats en réintégrant progressivement les autres variables de l'hydrosystème. Tous ces résultats aboutissent à la réalisation de différentes cartes de sensibilité dans ces régions du nord de la France.

Les risques naturels constituent une contrainte forte pour l'aménagement des zones de montagne. Cette thèse s'intéresse aux méthodes mises en œuvre par les pouvoirs publics pour gérer les risques d'inondations, d'avalanches et de mouvements de terrain dans les montagnes du Valais en Suisse, de la Vallée d'Aoste en Italie et des Hautes-Pyrénées en France. Une attention particulière est accordée au système politique en tant que facteur de différenciation.<br />Il existe, depuis deux siècles, une certaine convergence des discours et des politiques publiques ayant trait aux risques : le discours sur le changement climatique a succédé au discours sur le déboisement des montagnes, et le zonage réglementaire, a remplacé le reboisement et la protection des forêts. <br />Une analyse plus fine révèle cependant des différences importantes dans la répartition des compétences entre les différents acteurs, dans l'importance accordée à l'information préventive et surtout dans la pratique du zonage des risques.<br />L'organisation politique, qui confère aux collectivités locales un rôle plus ou moins important dans l'élaboration du zonage, constitue un facteur d'explication de ces différences. Entrent également en ligne de compte la culture politique au sens large ainsi que la philosophie du risque, qui associe une certaine tradition héritée de plusieurs siècles d'histoire, le contexte politique, social, économique et culturel actuel ainsi que les représentations dominantes dans les administrations.

Cette thèse porte sur la modélisation et la caractérisation mécanique sous sollicitation dynamique d'impact d'une structure de protection contre les chutes de blocs rocheux. L'ouvrage est un merlon construit à partir d'un assemblage de cages grillagées parallélépipédiques remplies d'un matériau granulaire (ou cellules). Une approche multi-échelles est utilisée pour l'étude du comportement de l'ouvrage. La méthode aux éléments distincts est employée pour la modélisation numérique de la structure et de ses composants. Le grillage à maille hexagonale des cellules est modélisé à partir d'une description discrète de la nappe. Le comportement élasto-plastique du métal est décrit jusqu'à la rupture. Après le couplage du grillage avec le milieu granulaire effectué sous le même environnement de calcul, le comportement mécanique d'une cellule est étudié suivant différents chemins de sollicitation en conditions quasi-statiques puis dynamiques. De ces essais, un modèle constitutif représentatif du comportement macroscopique d'une cellule est proposé permettant le passage à l'échelle de la structure. Cette dernière est modélisée à partir d'éléments discrets dont les interactions sont décrites par le modèle constitutif. L'étude du comportement de l'ouvrage face à une sollicitation dynamique localisée est effectuée dans le but d'identifier l'influence des paramètres structurels et l'influence des conditions d'impact.

Cette thèse a pour objet l'étude du comportement d'un nouveau système de galerie de protection contre les chutes de blocs appelé Pare-blocs Structurellement Dissipant (PSD). L'innovation majeure, par rapport aux solutions classiques, est de dissiper l'énergie d'impact directement dans la dalle en béton armé ou dans des appuis fusibles, et non plus dans une couche de matériau amortissant. Les phénomènes dynamiques ayant lieu lors de l'impact d'un bloc sur la dalle sont analysés au moyen d'expérimentations sur une structure PSD à l'échelle 1/3. Les efforts de percussion appliqués à la dalle, durant la phase de contact avec le bloc, sont estimés ainsi que les différents transferts et dissipations d'énergie. Les résultats ont permis de valider le principe de fonctionnement et de réparation des PSD et font apparaître que la dalle est endommagée par trois mécanismes majeurs : le poinçonnement, la mise en flexion et la déstructuration de surface de la zone impactée. Les principales grandeurs expérimentales sont retrouvées à l'aide de simulations numériques des essais avec un code éléments finis. Un modèle mécanique simplifié « masses-ressorts-amortisseur » est également développé dans le but de concevoir des méthodes de dimensionnement applicables en bureau d'études. Les perspectives de ce travail sont d'aboutir à l'établissement de recommandations sur la conception et la réalisation des pare-blocs structurellement dissipants.

Cette thèse reprend les termes d'une étude préalable d'aménagement de la vallée de La Clarée ( Névache) . Les diférentes données naturelles sont étudiées : géologie, géotechnique, climatologie...