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Physics-based estimates of drag coefficients for the impact pressure calculation of dense snow avalanches.

Résumé

In avalanche engineering and hazard mapping, computing impact pressures exerted by avalanches on rigid structures has long been a difficult task that requires combining empirical equations, rules of thumb, engineering judgment and experience. Until the 1990s, well-documented avalanches were seldom, and the main source of information included back-analysis of damage to structures and scarce field measurements. By the 1990s, several field sites were equipped across Europe, and since then they have provided new insights into the physics of impact. The main problem has been the difficulty in interpreting and generalizing the results to propose sound methods for estimating impact pressure. Testing a wide range of flow conditions has also been difficult in the field. To go a step forward in the elaboration of new guidelines for computing avalanche forces, we developed a numerical code based on the Discrete Element Method (DEM), which made it possible to simulate how an avalanche interacts with a rigid obstacle and to study how impact pressure depends on obstacle shape and size, as well as the avalanche flow regime. We extracted pressure and velocity data from the Vallée de la Sionne database to validate the DEM code, calibrate the model parameters, and elaborate avalanche scenarios. We studied four avalanches scenarios related to distinct flow regimes of the avalanche’s dense core. In these scenarios, snow cohesion and velocity were imposed at the upstream boundary of the computational domain. Building on earlier work, we generalized an empirical equation for computing impact pressure as a function of snow cohesion, velocity, flow regime, and structure shape and size. Various coefficients were defined and calibrated from our DEM data. Within the range of tested values, we found good agreement between estimated pressure and field data.

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Cratère d'impact
Un cratère d'impact est une dépression de forme plus ou moins circulaire issue de la collision d'un objet sur un autre de taille suffisamment grande pour qu'il ne soit pas complètement détruit par l'impact. Quand la dépression est beaucoup moins profonde que large, on parle d'un bassin d'impact. L'expression est particulièrement utilisée en astronomie pour désigner la dépression résultant d'un impact cosmique, c'est-à-dire de la collision d'objets célestes (un astéroïde ou une comète) percutant la Terre, la Lune ou tout autre corps solide se mouvant dans l'espace et suffisamment gros pour que la puissance de l'impact ne cause pas sa destruction.
Facteur d'impact
Un facteur d'impact ou FI (en anglais, impact factor ou IF, journal impact factor ou JIF) est un indicateur qui estime indirectement la visibilité d'une revue scientifique. Pour une année donnée, le FI d'une revue est égal à la moyenne des nombres de citations des articles de cette revue publiés durant les deux années précédentes. Ce facteur d'impact, qui mesure une certaine visibilité, est considéré par certains gestionnaires de la recherche et certains chercheurs comme un critère pertinent : une revue avec un FI élevé serait ainsi considérée comme plus importante (parce que plus visible : plus lue et plus citée) qu'une revue avec un FI faible.
Avalanche
Une avalanche () de neige est d'abord un phénomène physique : une masse de neige qui se détache puis dévale un versant de montagne sous l'effet de la pesanteur, ou, formulé autrement, le mouvement rapide sur une grande pente d'un volume de neige, à la suite d'une rupture d'équilibre dans le manteau neigeux initial. Une avalanche de neige est aussi un aléa avec la possibilité qu'une telle menace (déclenchement, écoulement, impact) se réalise dans un lieu donné à un instant donné.
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