Analyse des risques liés à la subsidence des terrains suite à des exploitations minières souterraines. Ali Saeidi Olivier Deck, Thierry Verdel

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1 Analyse des risques liés à la subsidence des terrains suite à des exploitations minières souterraines Ali Saeidi Olivier Deck, Thierry Verdel

2 Contexte de développement du simulateur 2

3 Objectifs du simulateur de dommages 1- Méthode de prévision des affaissements. 4- RESULTATS 1-4 Cartographie de l aléa : 2-4 Cartographie des dommages : Dommages pour un scénario 2- Fonctions de vulnérabilité Fonction de vulnérabilité Module de Calcul Moyenne et écart-type des dommages pour plusieurs scénarios. 3- Base de données :(Ville de Joeuf) 3

4 Objectifs du simulateur de dommages La ville de Joeuf Moyenne des dommages de chaque bâti pour tous les scénarios 4

5 1 Développement d une méthode pour la prévision des affaissements Méthode choisie : La méthode des fonctions d influence (K z ) Cette méthode est basée sur le principe de superposition S S max A K z da Avec cette méthode on peut calculer les déplacements dans la direction X et Y en chaque point de la surface «Modification de la méthode» Possibilité d utilisation des angles d'influence différents Possibilité de calculer la déformation horizontale 5

6 1 Développement d une méthode pour la prévision des affaissements Application dans le bassin ferrifère Lorrain (Roncourt) Observé Iso valeurs de l affaissement vertical Profils d affaissement vertical sur la coupe A-B Calculé 6

7 2 Développement des fonctions de vulnérabilité basées sur les méthodes analytiques ou empiriques Principe des fonctions de vulnérabilité et procédure pour leur développement Les courbes de vulnérabilité définissent la moyenne des dommages en fonction de l intensité pour un type de bâtiment. D PD i I N D i n PD i D i Courbe Courbe vulnérabilité de vulnérabilité Les courbes de vulnérabilité sont un compromis entre validité, précision des résultats et simplicité d utilisation. Cohérence avec ce qui est fait avec d autres aléas (séismes, tsunamis, volcans ) Les courbes de fragilité représentent, pour un type de bâtiment, la probabilité d'atteindre ou d'excéder chaque catégorie de dommage en fonction de l intensité. 7

8 2 Développement des fonctions de vulnérabilité basées sur les méthodes analytiques ou empiriques Procédure/algorithme Choix d une méthode d évaluation des dommages Choix d un critère intensité (ε) Choix d une échelle de dommages Choix d une typologie du bâti 1- Méthodes empiriques 2- Méthodes analytiques Simulation d une base de données de 1000 bâtiments pour chaque type. Evaluation des dommages des 1000 bâtiments pour chaque intensité. Calcul de la probabilité d'atteindre ou d'excéder chaque catégorie de dommage en fonction de l intensité Calcul de la moyenne des dommages pour chaque intensité Courbes de fragilité Courbes de vulnérabilité 8

9 2 Développement des fonctions de vulnérabilité basées sur les méthodes analytiques principes des méthodes analytiques Bâtiment 1 - On modélise le bâtiment par une poutre (RDM) avec ses paramètres géométriques et mécaniques (L,H,q ou p, E, G) 2 - On impose un déplacement vertical (effet de la courbure) et une déformation horizontale à la poutre (effet de l affaissement) =F(q,L,H,E,I,G, ) 3 - On calcule la déformation maximale du bâtiment associée à la flexion et au cisaillement et on la compare à des valeurs seuils. Terrain =f(l/h,e/g,, Terrain ) d d b 9

10 2 Développement des fonctions de vulnérabilité basées sur les méthodes analytiques Valeurs seuils de déformation horizontale 0-0,5 mm/m 0,5-0,75 0,75-1,5 1,5-3 >3 Catégorie de dommage Négligeable Très légères Légères Modérée à Sévère Très Sévères On peut définir le niveau de dommage d un bâtiment en fonction de la déflexion et de la déformation horizontale transmise au bâti. 10

11 2 Développement des fonctions de vulnérabilité basées sur les méthodes analytiques Modifications et développements La courbe développée n est valable que pour L/H=1, E/G=2,6 Développement de courbes d évaluation des dommages pour n importe quels paramètres géométriques (L/H) et mécaniques (E / G, ) E/G compris entre 0,5 et 12,5 mais E/G=2(1+ ) 3 On considère un modèle isotrope transverse pour justifier des valeurs indépendantes de E, G, Hypothèse :E x = E y = E et xy = xz = On peut justifier les valeurs de E/G > 2,6 11

12 2 Développement des fonctions de vulnérabilité basées sur les méthodes analytiques Prise en compte de l'interaction sol structure Case 1: terrain sans bâti Case 2: Terrain avec bâti Avant l'affaissement Après l'affaissement structure K Terrain structure K Terrain K et K définis à partir des résultats de Boscardin et Cording (1989) et Potts et Addenbrook (1996) 12

13 2 Développement des fonctions de vulnérabilité basées sur les méthodes analytiques Bâtiment Sol et interaction sol structure Type de bâtiment L H E/G K site K K M açonnerie non renforcée (URM ) ,2-0,3 0,1 0, % 10-30% M açonnerie renforcée (RM) ,3 0,1 0, % 1 à 20% Comparaison avec les résultats observés dans le bassin ferrifère Lorrain 13

14 3- Base de données :(ville de Joeuf) Présentation de Joeuf > 7000 habitants > 1600 bâtiments Majorité des bâtiments en maçonnerie Nombreuses zones homogènes (cités minières) Quelques zones très hétérogènes 4 couches exploitées Mines exploitées sous une grande majorité de la surface de la ville. Affaissement maximal prévisible de 2 m avec une déformation horizontale > 40 mm/m (DRIRE) 14

15 3- Base de données : (ville de Joeuf) Définir différents scénarios d affaissement possibles Couche Grise Couche S3 2 3 Hypothèses de travail pour les scénarios 15

16 3- Base de données :(ville de Joeuf) Typologie retenue à Joeuf (6 types principaux) Zonage consolidé sur la base des époques de construction et des visites sur le terrain. Définition de 6 types de bâtiments 2 types de bâtiments en maçonnerie non renforcée (UR1, UR2) 2 types de bâtiments en maçonneries renforcée (R1, R2) 1 type de bâtiments en béton armé (CF) 8 16

17 4- Résultats du simulateur de dommage 1- Pour chaque scénario d affaissement : Déformation Horizontale par bâti (Aléa) D : Moyenne de dommage 2- Pour plusieurs scénarios d affaissement (approche probabiliste) Scénario Probabilité d occurrence (mm/m) D 1 P 1 ok ok 2 P 2 ok ok ok ok n P n ok ok Les probabilités d occurrence P 1, P 2 P n sont inconnues. Si on considère les scénarios équiprobables, on peut calculer l espérance et l écart type de (Aléa) et D (Moyenne de dommage) 17

18 4- Résultats du simulateur de dommage Moyenne de dommage pour un scénario 18

19 4- Résultats du simulateur de dommage Espérance et écart type de E pour plusieurs affaissements (Aléa) Espérance de Ecart type de Histogramme de la déformation horizontale dans un bâtiment 19

20 4- Résultats du simulateur de dommage Espérance et écart type de D pour des scénarios équiprobables (Dommage) Ecart type de la moyenne de dommages Espérance de la moyenne de dommages Nombre de scénarios Histogramme de la moyenne de dommage dans un bâtiment Catégorie de dommages 20

21 5- Conclusions et perspectives : Conclusions: Objective atteint: Développement d un simulateur de dommages : Perspectives Possibilité de calculer des fonctions de vulnérabilité pour les bâtiments en zone d'affaissement minier. Une approche probabiliste afin d exploiter l ensemble des résultats. Volet prévision des affaissements : Développement d une méthodologie d'ajustement de la méthode des fonctions d influence pour chaque bassin minier. Volet développement «théorique» du simulateur de dommages : Poursuivre le développement de l approche probabiliste en identifiant et justifiant les principaux résultats pertinents et leur mode de représentation, dans une optique d amélioration des politiques de gestion des risques (+ pondération des scénarios) Volet développement «pratique» du simulateur de dommages : Développer l ergonomie du logiciel en permettant une modélisation simplifiée de la ville sur la base de données existantes (SIG, plans Autocad ) et l ajustement des différents paramètres (choix des scénarios, attribution des fonctions de vulnérabilité ). 21

22 Merci de votre attention