Développement d'un modèle numérique d'impact pour la quantification de la vulnérabilité du bâti exposé au risque de coulées de débris et crues éclair

Les lahars, ou coulées de débris d’origine volcanique, génèrent des dégâts humains et matériels importants, en particulier lorsqu’ils sont amenés à traverser des zones urbanisées. Les outils existants pour modéliser ces écoulements restent imprécis dans l'estimation des pressions d’impact surtout si on s’intéresse à la contribution des blocs, représentant les plus gros débris solides présents dans l’écoulement. Un modèle numérique discret est développé pour évaluer les pressions d'impact des coulées de débris à l'échelle du voisinage proche d'une structure. Les blocs sont modélisés explicitement à l'aide de la méthode des éléments distincts et le reste de la phase solide est intégré dans la phase fluide qui génère deux effets sur le mouvement des particules : la force d’Archimède et la force de traînée. Le champ de vitesse du fluide et la position de sa surface libre sont calculés à l'aide d'un code CFD (Computational Fluid Dynamics), puis importés dans la simulation discrète selon un couplage unidirectionnel. L'influence des caractéristiques de l'écoulement, telles que la profondeur, la vitesse, la granulométrie des blocs, sur les efforts d'impact subis par l'obstacle est alors étudiée. Les résultats numériques obtenus sont en accord avec des modèles empiriques existantes dans la littérature. De plus, une augmentation des efforts est observée quand le diamètre maximal des blocs augmente. La pression engendrée par la coulée de débris, incluant l’effet de la taille des blocs, peut finalement être utilisée pour améliorer l’évaluation des dommages sur l’obstacle et quantifier sa vulnérabilité. Lahars, or volcanic debris flows, generate significant human and material damages, especially when they cross urbanized areas. Existing tools to model these flows remain imprecise in estimating impact pressures, especially regarding the contribution of blocks, which represent the largest solid particles. A discrete numerical model is proposed to evaluate the impact pressures of debris flows at the local scale of a structure. Solid particles, or blocks, are modeled explicitly using the Distinct Element Method and finer particles are embedded in the fluid phase that generates two effects on block motion: the buoyancy force and the drag force. The fluid velocity field and its free surface position are calculated using a CFD code (Computational Fluid Dynamics) and then imported into the main discrete simulation using a one-way coupling scheme. The influence on the impact fo