Conservatoire National des Arts et Métiers, Paris-France.

Transcription

1 Gestion d un risque rocheux en zone urbanisée : le cas des Rochers du Néron près de Grenoble (Isère France) Management of rock fall hazard in an urban area: The Rochers du Néron, near Grenoble (French Alps) Denis Fabre 1, Lionel Lorier 2, Alex Mathy 2, Didier Hantz 3 1 Conservatoire National des Arts et Métiers, Paris-France. denis.fabre@cnam.fr 2 Société Alpine de Géotechnique Gières-France. l.lorier@sage-ingenierie.com, a.mathy@sage-ingenierie.com 3 Laboratoire ISTERRE, Université Joseph Fourier Grenoble, didier.hantz@ujfgrenoble.fr Abstract. A detailed inspection of the 6 km long cliff of the Rochers du Néron, near Grenoble, has allowed the detection of a potentially unstable rock compartment of 4700 m 3, which threatened a hamlet of 70 inhabitants. The stability analysis has leaded to set up a continuous monitoring device in 2006, consisting of four extensometers, one clinometer and one thermometer, with an alarm triggering threshold. Moreover, a 9 m high and 300 m long protection embankment was built in After several movements along the monitoring period, a significant acceleration occurred in the beginning of August 2011, which leaded to the evacuation of the hamlet in the evening of August 13. On August 14, at 3:30 a.m., a part of the monitored rock compartment (2000 m3) detached from the cliff. The more distal blocks were stopped by the embankment. As the residual risk was still high, the remaining 2700 m 3 of rock were mined on December Résumé Une inspection détaillée des 6 km de falaise des Rochers du Néron près de Grenoble a permis de détecter un compartiment potentiellement instable de 4700 m 3, qui menaçait un hameau de 70 habitants. L'étude de stabilité de ce compartiment a conduit à la mise en place en 2006, d'un dispositif de surveillance continue, constitué de quatre extensomètres, d'un clinomètre et d'un thermomètre, avec déclenchement d'alarme sur détection de seuil. Un merlon de protection de 9 m de hauteur et 300 m de longueur a été construit en Après une succession de phases de mouvements, une accélération importante, début août 2011, conduit à organiser, par sécurité, l'évacuation du hameau le 13 août au soir. Le 14 août à 3h30mn, une partie du compartiment surveillé (2000 m 3 ) se détache de la falaise, les blocs les plus distaux étant arrêtés par le merlon. Le risque résiduel étant encore important, la décision est prise de miner avec un plan de tir adapté les 2700 m 3 restants, ce qui est réalisé avec succès le 13 décembre Keywords: Rock fall hazard, Rock fall risk, Rock fall management, Rock fall propagation, Rock wall monitoring, Rock wall blasting.

2 1. Introduction Une partie de l'agglomération grenobloise est dominée par des falaises calcaires pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres de hauteur. Ces dernières années, des habitations, des véhicules et des infrastructures ont été endommagés par des chutes de roche issues de celles-ci. Un inventaire des éboulements survenus au cours des dernières décennies, établi par le service de Restauration des Terrains de Montagne (RTM) de l'isère et complété par l'institut des Sciences de la Terre, a permis d'estimer la fréquence des chutes (Hantz et al., 2003). On estime que sur les 120 km de falaise étudiés, il se produit chaque siècle environ 90 chutes de plus de 100 m 3, 25 de plus de 1000 m 3, 7 de plus de m 3, 2 de plus de m 3 et 0,6 de plus d'un hectomètre cube. En général, les compartiments rocheux qui s'éboulent, n'ont pas été identifiés auparavant ni surveillés. Cet article montre qu'une inspection détaillée couvrant environ 6 km de falaise permet de détecter des compartiments potentiellement instables de quelques milliers de mètres cubes. Il présente également la manière dont le risque a été évalué en effectuant une étude trajectographique, et la manière dont il a été géré grâce à une surveillance continue, à la construction d'ouvrages de protection et à l'abattage final à l'explosif d'un compartiment instable. Les falaises concernées sont celles qui entourent le massif du Néron (1298 m d'altitude), situé quelques kilomètres au nord-ouest de Grenoble sur les communes de Saint-Martin-le-Vinoux et Saint-Egrève (Figure 1). La structure de ce massif est globalement celle d un synclinal perché d'axe nord-sud, dont le flanc ouest a été presque entièrement érodé. L'arête de la montagne est un crêt découpé dans les couches de calcaire urgonien (crétacé inférieur) appartenant au flanc oriental de ce synclinal. Figure 1. Localisation du massif du Néron.

3 2. Système de surveillance mis en place pour le secteur du Néron Lors de «l été de la canicule» (2003), un incendie de broussaille et de forêt, d origine très probablement naturelle (foudre) se déclare sous la crête du Néron (versant Sud) ; C est une zone très peu accessible et toutes les méthodes d intervention contre le feu seront en échec : les poches d eau lâchées par les avions Canadair et les hélicoptères ne suffisent pas à arrêter l incendie dans la partie haute où le feu progresse entourant progressivement la falaise sommitale. La petite végétation arbustive qui s y trouve brûle également. Dans la partie basse, on arrive tout au plus à humidifier les zones périphériques, pour éviter la progression du feu vers les habitations du bas de la pente. Pendant près d un mois, l incendie du Néron illumine les nuits de St-Egrève, St-Martin-le- Vinoux et au-delà d une bonne partie de l agglomération grenobloise. C est enfin un orage, avec un abat d eau de 7 mm le 16 août 2003, qui vient à bout de l incendie Suite à cet évènement, une inspection détaillée de la crête du Néron est effectuée. On redoute une recrudescence des chutes de pierres. Les rares sentiers du massif et notamment le parcours d alpinisme classique des «arêtes du Néron» sont interdits. L inspection du site à l aide de photos prises lors de missions héliportées en 2004 attire particulièrement l attention sur une colonne rocheuse dans la falaise, entre 1210 et 1260 mètres d altitude, au dessus du hameau de Ripaillère où résident 70 habitants dans une vingtaine de maisons (Photos 1 et Figure 2). Photos1. Le versant SE du Néron et la colonne en 2007

4 Figure 2. Morphologie du versant du Néron au-dessus du hameau de Ripaillère La mission au sol en conditions de travail sur cordes confirme l instabilité potentielle d un volume évalué alors à 4700 m 3 (Figure 3). La colonne instable, désolidarisée de la falaise, est constituée par un ensemble de blocs calcaires dont les cinq plus gros éléments atteignent des volumes unitaires compris entre 200 et 2000 m 3. D un point de vue structural, au niveau de la falaise stable, on relève les trois principaux plans de discontinuités suivants : - plans de stratification (S0) : N15, pentés de 45 vers l Ouest, - plans de fracture : N70, pentés de 80 vers le Sud à verticaux, - plans de fracture : N125, pentés de 70 vers le Nord à verticaux. Le report de la géométrie des cavités situées à l'arrière des blocs montre que l ensemble de la colonne repose sur un plan incliné vers l aval, de direction N10, dont la pente est comprise entre 53 et 60.

5 Figure 3. Coupe de la colonne instable et fils extensométriques mis en place Face à cet aléa, la commune de St-Martin-le-Vinoux décide d instrumenter la colonne rocheuse et confie à la Société Alpine de Géotechnique (SAGE) une mission de conception, de réalisation et de maintenance ainsi que l'assistance à l'exploitation du dispositif de surveillance. La masse en mouvement est équipée d un dispositif de surveillance automatique composée de plusieurs extensomètres, d un clinomètre, d un thermomètre et d une centrale Paratronic. Les extensomètres mesurent l écartement de la colonne rocheuse par

6 rapport à la falaise «saine» (voir figure 3). Les données acquises par scrutation continue avec envoi d alarme automatique sur dépassement de seuil sont régulièrement analysées par SAGE et le système devient opérationnel dès l été Les mesures sont réalisées et transmises en continu 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 par radio à la centrale de surveillance. En cas de mouvement important, des alertes automatiques peuvent être déclenchées vers le personnel d astreinte de la SAGE et de la commune de St-Martin-le-Vinoux. 3. Stratégie de gestion du risque Au cours de l été 2004, une première étude de stabilité réalisée par SAGE a permis de déterminer les conditions d'équilibre de la colonne et d ébaucher avec la commune les différents scénarios de prévention et de parades envisageables. La solution d évacuer le hameau et d effectuer rapidement un tir de purge de la colonne est envisagée, mais ce type de protection active présente des risques importants de dommages aux habitations dont le Maire serait alors responsable. Ce dernier a une obligation d agir mais ce sont d abord des solutions de protection passive qui s imposent. Afin de mieux gérer une rupture annoncée, sur la base des premiers déplacements mesurés, il est donc décidé, courant mars 2007 : - de renforcer le système de surveillance en place par des dispositifs d alarmes sonores automatiques en pied de versant afin d alerter immédiatement les habitants en cas d évolution brutale, - d entreprendre les travaux de construction d un merlon de protection pare-blocs destiné à protéger le hameau exposé, - de doter la commune d un plan communal de sauvegarde PCS pour faciliter la gestion de la crise à venir, - d informer les habitants de la menace en présence au cours de réunions publiques successives, - d envisager le minage ultérieur de la masse instable en falaise. L étude trajectographique avec le logiciel ADRGT (Azimi et al., 1982 ; Labiouse et al. 2001), l étude géotechnique et le dimensionnement d un merlon de protection (Photo 2) son sont finalisées en mars Après recours à une procédure d urgence impérieuse, les travaux de construction du merlon de 9 mètres de haut érigé sur 300 mètres de long visant à protéger le cœur du hameau à forte densité d habitation sont confiés à l entreprise Carron qui est réquisitionnée. Les travaux débutent courant mai 2007 et s achèveront fin décembre L optimisation des mouvements des terres permettra de réaliser cet ouvrage sans apport de matériaux hormis les enrochements constituant le parement amont de la digue.ces travaux ont été réalisés pour un montant global de 1M sous maîtrise d œuvre commune SAGE-RTM.

7 Photo 2. Le merlon de protection et le hameau de Ripaillère 4. Suivi des déplacements de 2006 à 2011 L analyse détaillée des déplacements montre sur la période 2006 à 2011 une évolution très irrégulière des déplacements marquée par une succession de phases actives alternant avec des phases de ralentissement voire même d arrêt total des mouvements. Les années 2007 à 2011 sont marquées par une succession de plusieurs crises d activité exceptionnelles au cours desquelles des évolutions importantes se produisent en falaise (départ de blocs, fortes accélérations des déplacements). A plusieurs reprises (mars 2007, mars 2008, février 2010, juillet à novembre 2010) des vitesses d évolution très rapides sont constatées sur de courtes périodes laissant présager un scénario d évolution rapide (rupture brutale). Mais, jusqu en août 2011, ces crises alternert toujours avec des phases de ralentissement de mouvements ce qui évitera à plusieurs reprises et de justesse, l évacuation préventive du hameau. Durant toute la période , face à la menace d évacuation toujours présente, la population est informée régulièrement de l évolution de la colonne rocheuse au cours de réunions publiques et participe activement à deux exercices d évacuation en temps réel. En parallèle, la SAGE étudie le projet de minage de la colonne rocheuse et remet un rapport en juin Avant l éboulement naturel de l écaille, les vitesses d écartement des capteurs (Figure 4) ont été les suivantes : - à la suite de fortes pluies (130 mm d eau en 9 jours), on observe une nette reprise d activité le 22/07/11 qui se traduit par des vitesses d écartement journalières moyennes de 1,2 cm/jour sur la période du 22 au 28/07/11 ; - entre le 28/07 et le 7/08/11 : ralentissement global des mouvements (0,3 cm/jour) ;

8 - du 7/08 aux 13/08/11 : nouvelle accélération avec des vitesses d écartement journalières de l ordre du centimètre/jour, alors qu aucune pluie ne s est produite ; le 13/08 : écartement de 5 cm par rapport à la falaise ; - le 14/08/11 entre 1h30 et 3h30 : 4 minutes avant la rupture finale, on relèvera un écartement de 3 cm en 2 heures (voir plus loin ). Figure 4. Courbes de déplacements pour la période

9 5. La crise d août 2011 Dès le 8/08/2011, la SAGE prévient les services de la préfecture et de la commune de St- Martin-le-Vinoux d une forte accélération des mouvements. Entre le 8/08 et le 13/08, ces services en état de pré-alerte sont informés quotidiennement par la SAGE de l évolution rapide et inquiétante déduite de l analyse des valeurs d écartement de la colonne rocheuse (voir figure 5). Figure 5. Courbes de déplacements pour la crise d août 2011 (fil 1) Le 13/08/11, une réunion de crise est organisée en urgence afin d envisager une éventuelle évacuation préventive du hameau avant rupture. Après concertation, la décision d évacuation du hameau par déclenchement du plan de secours est prise le soir du 13 août 2011 sur conseil de SAGE. L évacuation bien orchestrée par la commune s est déroulée dans le calme et s est avérée effective à 23h00, les sirènes d évacuation se sont déclenchées vers 23h30, l éboulement naturel s est produit à 3h30 le 14/08 au matin. Le volume éboulé est estimé à 2000 m 3 ; de nombreux blocs rocheux se sont propagés dans le versant et ont ouvert une large trouée dans la végétation. Une quinzaine de blocs de 3 à 10 m 3 ont été arrêtés par le merlon de protection prévu à cet effet. Les blocs se sont répartis sur tout le linéaire de l ouvrage, soit 300 m de long sans causer aucun dégât particulier. Un seul est passé latéralement un peu au-delà du merlon sans dommages heureusement (coté nord).

10 Les reconnaissances par hélicoptère et en technique alpine réalisées au niveau de la falaise au cours de la journée du 14/08/11, ont permis de constater que seule la partie la plus instable de la colonne instrumentée, située dans le premier tiers inférieur de la masse rocheuse, s était effondrée. Les risques résiduels après éboulement sont élevés et concernent au total 2700 m 3 de matériaux encore instables (figure 6). Figure 6. Ecaille résiduelle instable après l éboulement du 14 août 2011

11 Après maintien de l interdiction d accès au site pendant quelques jours, le temps que la cicatrice d éboulement se purge de ces éléments les plus instables et après remise en état du système de surveillance détruit, les habitants ont pu réintégrer leur maison, le temps de préparer un nouveau chantier d urgence en vue de traiter les risques résiduels en présence. 6. La purge finale par tir maîtrisé Compte-tenu des risques d éboulements résiduels en présence, la décision de miner les 2700 m 3 de rochers instables est prise en préfecture courant octobre Les travaux de sécurisation (installation d un écran de filet complémentaire de 60 m de long pour protéger une habitation isolée et minage en falaise) sont décidés et confiés à l entreprise Hydrokarst. Ces travaux ont été réalisés pour un montant global de 0,4 M sous maîtrise d œuvre SAGE Les travaux débutent immédiatement malgré l arrivée brutale de l hiver. Un plan ORSEC spécifique intégrant un dispositif de sécurité civile est alors établi. Figure 7. Schéma retenu pour le plan de tir (forages subhorizontaux) La préparation du minage (figure 7 et photo 3) a nécessité le recours à une procédure particulière visant à limiter au maximum les risques pris par l entreprise (création d une base vie sur les arêtes, forage avec commandes déportées, utilisation d une potence permettant le dégagement des foreurs en cas de mouvement).

12 Photo 3. Préparation du tir en falaise Le plan de tir comporte plusieurs séries de forages : verticaux pour la partie sommitale, subhorizontaux en falaise (photo 3) pour le gros bloc massif de la partie centrale. Les forages sont remplis de cartouches explosives encadrées par deux détonateurs (figure 7). Au total 400 kg d explosif sont mis en place. Le tir a lieu le 13/12/2011 après évacuation préventive du hameau et application du plan ORSEC. Après contrôle de la falaise, l opération de minage s est avérée être un succès : la menace d éboulement qui pesait sur le hameau depuis 5 ans est supprimée, et les habitants sont autorisés à regagner leurs habitations dès le lendemain du tir. Les blocs produits par le minage se sont propagés dans le versant. L efficacité des protections passives réalisées en pied de versant a été une nouvelle fois confirmée : - 7 nouveaux blocs supplémentaires de 10 à 15 m 3 ont été arrêtés par le merlon, - l écran de filet complémentaire mis en place a permis d intercepter un bloc isolé de 3 m 3 en fin de trajectoire, A l heure actuelle, les ouvrages de protection ont été purgés des matériaux qu ils ont interceptés, et le hameau de Ripaillère a retrouvé toute sa sérénité. 7. Bilan Un organigramme très précis de gestion de crise a été mis en place pour le cas du Néron (figure 8). Le seuil d alerte théorique était fixé à J-5 (rupture probable sous 5 jours) et entrainait un point de situation détaillé toutes les 12 heures. En cas de mouvement brutal non anticipé, l alerte maximale d évacuation du hameau pouvait être transmise automatiquement par appel téléphonique aux cadres d astreinte de la mairie et de la SAGE, mais également aux habitants par l activation automatique de 5 sirènes réparties sur le hameau et par l envoi de SMS.

13 Figure 8. Schéma de gestion du risque Photos 4. Vue de la falaise après l éboulement du 14/08/2011 et après le minage du 11/12/2011

14 Le système de gestion du risque s appuie sur les mesures de déplacement mises en place dans la falaise et demande une grande expérience dans le domaine. L interprétation des courbes se fait très régulièrement par des équipes spécialisées. Lors de la période de crise d Aout 2011, cette interprétation a été réalisée en continu, nuit et jour, et la date de rupture a pu être anticipée quelques jours avant l éboulement grâce à des modèles mathématiques propres à la SAGE calés sur d autres cas d éboulements (Azimi et al., 1988 ; Azimi et Desvarreux, 1996). Au final, la maîtrise du risque et le bon déroulement de la crise reposent essentiellement sur : - une bonne préparation et une forte sensibilisation de tous les acteurs et du public (réunions de concertation technique, réunions publiques très bien organisées ici par les services techniques et administratifs de la mairie de St-Martin-le-Vinoux, - un système de surveillance fiable, adapté et performant avec une chaine robuste de transmission de l information, - une vigilance permanente apportée à l interprétation et au suivi des déplacements, - une expertise forte fondée sur l expérience acquise dans le traitement de cas similaires. On peut retenir que même si les éboulements rocheux surviennent parfois de manière brutale et très rapide, il est quand même possible de détecter des compartiments rocheux particulièrement menaçants et d anticiper leur rupture finale quelques jours auparavant, en mettant en œuvre des moyens de surveillance adaptés. Références Azimi C., Desvarreux P., et al (1982). Méthode de calcul de la dynamique des chutes de blocs. Application à l étude du versant de la montagne de la Pale (Vercors). Bull. Liaison Labo. Pts et Ch., 122, Azimi C, Biarez J., Desvarreux P., Keime F. (1988). Forecasting Time Of Failure For A Rockslide In Gypsum (In French). Proc 5th International Symposium On Landslides, Lausanne, Vol. 1, Azimi C., Desvarreux P. (1996). Quelques aspects de la prévision des mouvements de terrain. Revue française de géotechnique, 76: Hantz, D., Vengeon, J.M., Dussauge-Peisser, C. (2003). An historical, geomechanical and probabilistic approach to rock-fall hazard assessment. Natural Hazards and Earth System Sciences, 3: Labiouse V., Heidenreich B., Desvarreux P., Viktorovitch M., Guillemin P. (2001). Etudes trajectographiques. in Prévention des mouvements de versants et des instabilités de falaises, Programme INTERREG IIC : Falaises, Aosta, Sites internet Hydrokarst : Paratronic : Sage :