HYDRAULIQUE Écoulements à Surface Libre

Aménagements des rivières Basse chute (Hb < 30 m) http://www.swissworld.org W=ρgQH

ENERGIE HYDRAULIQUE Turbine hydraulique

Base de l’hydro-électricité des cours d’eau 2 paramètres : Le débit turbiné Q La hauteur de chute H

Régulation des canaux

Déversoir de crues

Une Rivière La Lèze (au sud de TOULOUSE)

Un canal Canal de la Neste

Canal de la Neste Vanne AVIO en tête du canal de la Neste Vannes télécommandées en tête du canal de la Neste Vannes automatiques en tête de secondaire

ÉCOULEMENTS NON PERMANENTS Rapidement variés : manœuvre de vannes, rupture de barrage, … Lentement variés : crues

raidissement du front d’onde Onde de compression raidissement du front d’onde Onde de détente étalement du front d’onde

THEORIE DESCARACTERISTIQUES

Ondes de translation

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT Hauteur d ’eau initiale 1,6 m Vitesse initiale 2 m/s Temps de fermeture de la vanne T = 4 secondes T=1 seconde

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT Hauteur d ’eau initiale 1,6 m Vitesse initiale 2 m/s Temps de fermeture de la vanne T = 4 secondes T=2 secondes

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT Hauteur d ’eau initiale 1,6 m Vitesse initiale 2 m/s Temps de fermeture de la vanne T = 4 secondes T=3 secondes

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT Hauteur d ’eau initiale 1,6 m Vitesse initiale 2 m/s Temps de fermeture de la vanne T = 4 secondes T=4 secondes

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT Hauteur d ’eau initiale 1,6 m Vitesse initiale 2 m/s Temps de fermeture de la vanne T = 4 secondes T=5 secondes

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT Hauteur d ’eau initiale 1,6 m Vitesse initiale 2 m/s Temps de fermeture de la vanne T = 4 secondes T=6 secondes

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT Hauteur d ’eau initiale 1,6 m Vitesse initiale 2 m/s Temps de fermeture de la vanne T = 4 secondes T=7 secondes

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT Hauteur d ’eau initiale 1,6 m Vitesse initiale 2 m/s Temps de fermeture de la vanne T = 4 secondes T=8 secondes

FERMETURE D ’UNE VANNE EN AMONT Hauteur d ’eau initiale 1,6 m Vitesse initiale 2 m/s Temps de fermeture de la vanne T = 4 secondes T=10 secondes

Rupture d’un barrage

ETUDE D ’UNE CRUE FICTIVE Crue rapide en 2 heures Le débits augmente de 10 m3/s à 50 m3/s Trois stations rapprochées x = 0 , x = 1500 m et x = 3000 m Crue avec dissipation

EXEMPLE SIMULATION D’UNE CRUE CRUE DU 10 AU 14 JUIN 2000 GARONNE ENTRE VERDUN ET BOURRET

Données nécessaires Profils en travers en différents PK Parfois incomplets ( lit majeur) Coefficients de Frottement (Strickler) Souvent inconnus à forts débits ( lit majeur) Loi Q(Z) dans la section en aval Incomplète à forts débits Hydrogramme de la crue en amont

PROFILS DES SECTIONS EN TRAVERS

Coefficients de Frottement (Ks) Lit majeur Ks faible et inconnu Lit moyen Ks modéré

HYDROGRAMME Diminution du maximum

Temps de propagation

Limnigramme

Passe à poissons Différents types Choix fonction: Passe à bassins successifs Passe à ralentisseurs Passe à fente verticale Ascenseurs à poissons Écluses à poissons Choix fonction: du type des espèces de poissons devant transiter par la passe des capacités de nage et de saut de l’environnement de la passe Dimensionnement de la passe et implantation dans le mémoire technique

Passes à poissons Exemple des passes à bassins successifs Dimensionnement fonction des espèces

Passes à poissons Passes à jets plongeant Passes à jet de surface

Exemple des passes à bassins successifs Mettre illustration

Courbes de remous des écoulements graduellement variés

Changement de pente Rupture de pente

Exemple de courbe de remous

Courbe de remous d’un élargissement progressif de section

Écoulement en aval d’une vanne de fond sans ressaut Écoulement en aval d’une vanne de fond avec ressaut

Le ressaut hydraulique Le ressaut hydraulique est un “écoulement rapidement varié” passage d ’ un écoulement torrentiel (supercritique) à un régime fluvial (infra-critique)

Objectifs L'étude des écoulements à surface libre en canal ou en rivière est certainement un des aspect les plus complexes de l'hydraulique. Ce module présente les concepts de base des écoulements unidirectionnels (approche filaire) à surface libre en régime permanent ou transitoire. L'utilisation de codes de calculs pour les écoulements à surface libre permet une approche plus réaliste des situations industrielles et des écoulements en rivière.

Caractéristiques des écoulements à surface libre : équations de Barré de Saint Venant Écoulements uniformes: hauteurs de référence (normale et critique), nombre de Froude, régimes (fluvial ou torrentiel). Écoulements permanents variés (remous, ressaut), applications à travers des exemples : modélisation d'un écoulement naturel, calage d'une ligne d'eau sur la base de cas concrets. Présentation des écoulements non permanents (Théorie des caractéristiques, intumescences, crues). Les problèmes posés par la modélisation numérique 1D sont abordés par l'utilisation de logiciels (SIC, MAGE, HECRAS).