courscircul13amé
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courscircul13amé août. ' 04 B. Boudol 90 6 Quelques aménagements fluviaux ..... 61 Méthode des aménagements à courant libre 61. 1 Observations Elles fournissent les évolutions des formes des cours d'eau ce qui implique la possession de cartes. Il faut effectuer des sondages du fond, l'on obtient des profils en travers espacés de 10 mètres environ. 61. 2 Modèles réduits Bien souvent les observations ne suffisent pas ; on construit des modèles réduits fondés sur la similitude dynamique de Froude. 612. 1 Définition de la similitude dynamique Deux mouvements M 1 et M 2 sont semblables s'ils ont lieu sur des trajectoires géométriquement semblables et si pour deux points homologues il existe des rapports déterminés entre les caractéristiques. 612. 2 Théorie de la similitude Soit un mouvement réel M 1 ( rivière) Imaginons un mouvement M 2 (modèle réduit) en multipliant : les longueurs L par L. les masses spécifiques par m m le temps t par t. la pression p par p. Le mouvement est-il possible ? OUI , à condition de satisfaire les équations de continuité qui se traduisent par : = m. et = Donc si on se donne coefficient des longueurs et m coefficient des masses spécifiques, l'on a déterminé le modèle réduit d'un barrage et m connus entre ces deux inconnues une seule relation, citée supra, permet de déterminer les quantités, voir croquis infra Il faut que le pourcentage des forces appliquées reste le même dans la similitude. En pratique on réalise la similitude pour un facteur considéré ; exemple : pesanteur, et pour le reste on reste dans l'à peu près. courscircul13amé août. ' 04 B. Boudol 91 Rappel sur le nombre de Froude Il s'agit d'un nombre sans dimension [ F ] = 0, comme le nombre de Reynolds, la vitesse u figure au numérateur, il indique l’influence de la pesanteur sur l’écoulement F 2= u 2 R : rayon hydraulique de la rivière gR Ce nombre indique aussi l'érosion par la force tractrice des berges (frottement) On sait que τ = ρgRi avec u ² = C² Ri il vient i = g F² /C² voir graphique infra Si F 0, 6 la perte de charge augmente très vite entraînant l’érosion des berges pour que F baisse Il faut F 0, 6 pour éviter l'érosion des berges et du fond. Application à la similitude 1 Soit H la charge motrice en M 1 H = f ( Q, a, g ) a : largeur Soit H la charge motrice réduite en M 2 H=f(F,H) Les constructions de modèles réduits est fondée sur la similitude dynamique de Froude Cf. photographie ci-contre Barrage du Raviège sur l’Agout établi au Banlève par l’Ensseiht échelle 1 / 40 ème 1 Si viscosité, la similitude ne peut s’appliquer courscircul13amé août. ' 04 B. Boudol 92 612. 3 Application des modèles réduits en rivière Turbulence Pour disposer d'une turbulence suffisante donc d'un nombre de Reynolds de 12 000, on introduit une différence d'échelle entre les dimensions verticales et horizontales de l'ordre de 1 à 10. voir croquis infra Il existe des courants transversaux dans les méandres dus à une pente latérale et très difficiles à représenter en modèle. Rugosité Le modèle doit être plus rugueux que la nature (1) u=cR i Chézy (2 ) u 2 = similitude longueur/temps u 1 car posons1 / 1 00 ( 3 ) c = u D : distorsion 1 / 20 Ri D RH c : coefficient de rugosité du modèle = 1/ 100 / 1/ 20 = 0 , 45 Débit solide On effectue une crue dans le modèle. Si le dépôt s'avère supérieur à la réalité en respectant l'échelle de temps u , c'est que la crue modèle doit durer moins longtemps que la crue naturelle. Donc le modèle doit rester proportionnel à u 62 Aménagements 62.1 Choix d'un bras cf. croquis ci-contre 62. 2 Seuil Si on drague le seuil, il se reformera ; il vaut mieux augmenter la vitesse en diminuant la largeur. Cf. croquis infra courscircul13amé août. ' 04 B. Boudol 93 situation avant Si un ruisseau amène un cône de déjection dans la rivière, il suffit de draguer. 62. 3 Forme d'un méandre d'équilibre Le courant divague amenant des méandres. Quand le méandre a atteint l'équilibre, il existe un rapport entre sa longueur et la largeur du fleuve Longueur = 8 fois la largeur voir croquis ci-contre Selon que l'on se trouve avec des matériaux grossiers ou argileux la profondeur varie, les rivières argileuses sont les plus profondes 62. 4 Normalisation des profils en travers Q=u. u=cRi Si on veut réaliser un mouillage H de 2 mètres de fond pour un débit donné Q, l'on définit un rayon hydraulique R ω l . H On en déduit une largeur l largeur naturelle et on construit des digues pour resserrer le lit cf. croquis ci-contre MAIS courscircul13amé août. ' 04 B. Boudol d'une part la force tractrice (contrainte de frottement) d'alluvions an aval des digues 94 gRi va entrer en action et créer un dépôt cf. croquis ci-contre d'autre part le courant va tracer des sinuosités en travers d'une digue à l'autre cf. figure ci-contre 62.5 Régularisation des pentes Dans le dessein de fixer les mouilles et les seuils et pour obtenir une mouille M l'on crée une digue dont la courbure c est liée à la profondeur h par la loi de Fargue dc = a dh ds ds On peut mettre des jetées pour déporter le flot cf. figure ci-contre Pour approfondir l'on emploie des épis noyés ( non permanents ) En régime de charriage l’érosion se place à l’aval de l’épi. et l’engraissement à l’amont En régime de suspension c’est le contraire. cf. croquis ci-contre courscircul13amé août. ' 04 B. Boudol 95 Les courants de surface plongent dans le méandre et créent une fosse au pied de la berge concave Pour créer de tels courants de fond hélicoïdaux, on utilise des panneaux de surface maintenus par des flotteurs qui déportent le courant, amènent un écoulement hélicoïdal sur le fond, et le creusent créant une mouille. cf. croquis ci-contre N.B. Application aéronautique de la similitude dynamique des fluides Ci-contre maquette d’avion suspendue dans la soufflerie aérodynamique. Elle est calculée selon la similitude dynamique de Froude
