PROJET DE FIN D'ETUDES RAPPORT FINAL

PROJET DE FIN D’ETUDES
RAPPORT FINAL



CONCEPTION D’UN BANC D’ESSAI TRIAXIAL, ETUDE
RHEOLOGIQUE DE LA NEIGE DU SVALBARD ET
ADAPTATION AUX AVALANCHES


Auteur : Adrien GALINIER
INSA Strasbourg, Spécialité Génie Civil

Tuteur Entreprise : Aleksey MARCHENKO
UNIS, Directeur de département Arctic Technology

Tuteur INSA Strasbourg : Saïda MOUHOUBI
Coordonnatrice de département Génie Civil

Septembre 2009 Adrien GALINIER INSA Strasbourg

Sommaire

Chapitre 1 : Introduction :........................................................................................... - 10 -
1. Cadre général : ..................................................................................................... - 10 -
2. Cadre du projet : .................................................................................................. - 11 -
3. Objectifs du projet : .............................................................................................. - 12 -

Chapitre 2 : Étude bibliographique ............................................................................. - 13 -
1. Le cycle de vie de la neige :.................................................................................. - 13 -
1.1. Création des cristaux dans l’air : ................................................................. - 13 -
1.2. Les transformations de la neige au cours de sa chute : .............................. - 15 -
1.3. Les transformations de la neige lors de son dépôt au sol : .......................... - 15 -
1.4. Les transformations de la neige au sein du manteau neigeux :.................. - 16 -
1.4.1. Métamorphisme « équitempérature » : ................................................. - 17 -
1.4.1.1. Décomposition des cristaux : .......................................................... - 18 -
1.4.1.2. Constitution des ponts de glace : .................................................... - 21 -
1.4.2. Métamorphisme dû au gradient de température : ................................ - 24 -
1.4.2.1. Création de grains à facettes : ........................................................ - 24 -
1.4.2.2. Création de « Depth hoars » : ......................................................... - 24 -
1.4.3. Synthèse et cinétique :............................................................................ - 26 -
1.5. Identification des différents types de neige : ................................................ - 27 -
2. Les avalanches : ................................................................................................... - 31 -
2.1. Définition : .................................................................................................... - 31 -
2.2. Mécanisme de déclenchement : .................................................................... - 33 -
2.2.1. Avalanche à déclenchement artificiel : ................................................. - 34 -
2.2.2. Avalanche à déclenchement naturel : ................................................... - 35 -
2.3. Influence de la stratification : ...................................................................... - 35 -
2.4. Exemple de Gruvefjellet : ............................................................................. - 36 -
3. Les propriétés mécaniques de la neige : .............................................................. - 39 -
3.1. Paramètres physiques : ................................................................................. - 39 -
3.1.1. Paramètres intrinsèques : ...................................................................... - 39 -
3.1.1.1. Densité : ........................................................................................... - 39 -
3.1.1.2. Granulométrie : ............................................................................... - 39 -
3.1.1.3. Nombre et dimension de liens inter-granulaires : ......................... - 40 -
3.1.1.4. Synthèse :......................................................................................... - 41 -
3.1.2. Paramètres extérieurs : .......................................................................... - 42 -
3.1.2.1. Température : .................................................................................. - 42 -
3.1.2.2. Vitesse de déformation : .................................................................. - 43 -
3.1.2.3. Influence du Confinement : ........................................................... - 44 -
3.2. Description macroscopique du comportement de la neige : ........................ - 45 -
3.2.1. Classification du matériau neige :......................................................... - 45 -
3.2.2. Comportement de la neige en cisaillement et en traction : .................. - 45 -
3.2.3. Comportement de la neige en compression : ........................................ - 46 -
3.2.4. Influence de l’historique : ..................................................................... - 47 -
3.3. Description microscopique du comportement de la neige :......................... - 48 -
3.3.1. Principe de la chaine : ........................................................................... - 49 -
- 2 -
Rapport final de PFE Septembre 2009 Adrien GALINIER INSA Strasbourg

3.3.2. Comportement élastique : ...................................................................... - 50 -
3.3.3. Comportement visqueux : ...................................................................... - 51 -
3.3.4. Comportement plastique : ...................................................................... - 53 -
4. Synthèse ................................................................................................................ - 54 -

Chapitre 3 : Protocole expérimental ........................................................................... - 55 -
1. Essais in situ : ...................................................................................................... - 55 -
1.1. Fosse de neige : ............................................................................................. - 55 -
1.1.1. Protocole expérimental : ........................................................................ - 55 -
1.1.2. Pertinence de ces essais : ....................................................................... - 57 -
1.2. Boîte à cisaillement : ..................................................................................... - 58 -
1.3. Conclusion à propos des essais in situ : ....................................................... - 60 -
2. Essai triaxial : ...................................................................................................... - 61 -
2.1. Description de l’essai triaxial ....................................................................... - 61 -
2.1.1. Historique des essais mécaniques sur la neige ..................................... - 61 -
2.1.2. L’essai triaxial « classique » .................................................................. - 61 -
2.1.3. Application a la neige : .......................................................................... - 62 -
2.2. L’appareil expérimental : ............................................................................. - 63 -
2.2.1. Le matériel utilisé : ................................................................................ - 63 -
2.2.2. Les deux solutions :................................................................................ - 68 -
2.2.2.1. Solution 1 : ...................................................................................... - 68 -
2.2.2.2. Solution 2 : ...................................................................................... - 71 -
2.2.2.3. Comparaison des deux solutions : .................................................. - 72 -
2.3. Les échantillons : .......................................................................................... - 73 -
2.3.1. Démarche : ............................................................................................. - 73 -
2.3.2 Protocole d’échantillonnage : ................................................................ - 74 -
2.3.3. Stockage des échantillons : .................................................................... - 76 -
2.3.4. Extraction des échantillons : ................................................................. - 77 -
2.4. Travail en laboratoire : ................................................................................. - 77 -
2.4.1. Mise en place de la neige : ..................................................................... - 77 -
2.4.2. Phase de préconsolidation : ................................................................... - 77 -
2.4.3. Phase de test : ......................................................................................... - 78 -

Chapitre 4 : Essais réalisés : ....................................................................................... - 79 -
1. Première campagne d’essais : tria