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RAPPELS SUR L’ECOULEMENT A SURFACE LIBRE
Quelques définitions
Il est essentiel de définir certains termes sur quelques types de régime pour facilite la compréhension de l’écoulement a surface libre.
Régimes permanents
Le régime permanent désigne un écoulement dont les caractéristiques ne varient pas dans le temps. C’est à dire que le débit Q est constant dans le temps.
Régime transitoire
Naturellement, le régime est dit non-permanent ou transitoire lorsque les paramètres (le débit Q et le tirant d’eau) de l’écoulement varient dans le temps c’est-à-dire qu’il s’agisse d’une perturbation instantanée dans le temps. (Exemples : une ouverture de vanne, une régulation de barrage, une rupture d’ouvrage hydraulique, un pompage, etc.)
Ecoulement uniforme
Par définition du régime uniforme, Q, V et h sont constants tout au long de l’écoulement considéré. Puis la perte de charge linéaire est aussi égale à la pente de l’écoulement.
TRANSPORT SOLIDE EN HYDRAULIQUE FLUVIALE
Le transport solide désigne le transport de sédiments par un cours d’eau. Il est fonction de la granulométrie des matériaux. Les matériaux granulaires transportent par la rivière proviennent soit du bassin versant soit du fond ou des berges.
Charriage et suspension des matériaux non-cohérents
Par définition, le charriage est le mouvement des grains près du fond par roulement ou glissement des grains les uns sur les autres ou par petits sauts. Les sables, graviers, galets et blocs sont les matériaux le plus concerne les par le charriage, autrement dit le charriage est une translation en masse des matériaux du fond dans ce cas les grains se déplacent à une vitesse inférieure à celle de l’eau moins d’un mètre par heure. La suspension est un phénomène dont les matériaux prélevés sur le fond sont emportés par le courant à une vitesse plus élevé dans toute la section d’écoulement. La suspension concerne plus particulièrement les argiles, les limons et les sables. Ceci dit, la limite précise entre charriage et suspension reste un peu arbitraire : la figure si dessous montre la continuité entre ces deux processus car il y a la continuité entre ces deux mécanismes. Encore avec des vitesses plus élevées, les matériaux prélevés sur le fond sont emportés par le courant : ce phénomène est appelé transport en suspension. Voici quelques formules empiriques de Mayer-Peter et Muller en 1948 qui permet de déterminer la capacité de transport solide par charriage dans le cas où les sédiments ont une taille uniforme.
?? = 45(?. ? − 0,047)3⁄2?3⁄2 = 22(?. ?. ? − 0.08?)3⁄2
Erosion du fond et dépôt
Quelques définitions sur les différents types d’érosions :
Ce type d’érosion continue d’exister même si la pluie sèche. Mais cela ne signifie pas qu’il y a érosion à chaque point de la rivière, à certains endroits, il se peut qu’il y ait des dépôts. On appelle érosion aréolaire l’érosion qui se passe au niveau du bassin versant. Et qui se produit souvent soit on nappe soit en rigole. Ce type d’érosion se divise en deux types de parcours, l’une est retenue sur le bassin versant et l’autre parvient au réseau hydraulique. Dans une rivière naturelle, l’écoulement n’est jamais uniforme à cause du changement des paramètres géométriques comme la pente, largeur ou aussi à cause de l’existence de la singularité comme les seuils. Pour cela, la vitesse dans certaine zone est plus fort et d’autre est plus faible. Dans les zones à plus fortes vitesse appelé zones d’érosions du fond, il y a davantage de matériaux prélevés et dans les zones à plus faible vitesse appelé zone de dépôt, les matériaux prélevés sur les berges (en amont) ou le fond peuvent se redéposer. Dans ce dernier cas, les dépôts prennent les formes de banc ou plage ou grèves. On appelle érosion linéaire les types d’érosions qui se passent au niveau du fond ou sur les berges.
Au niveau de la concavité de la rivière, il y a trop d’érosion tandis que au de la zone convexe, les solides se déposent. Une rivière naturelle présente alors une et des zones doubles variabilité de son support :
– Dans l’espace, il y a des zones privilégiées de dépôt et des zones privilégiés d’érosion.
– Dans le temps, des matériaux fins déposés en régime moyen pourront être emportés lors des crues.
Saturation en un débit solide
On définit le débit solide comme volume de matériaux granulaire transportes par le courant par unité de temps. Il s’exprime par m3/s. Pour une vitesse donnée, le cours d’eau a une capacité de transport solide, liée à l’énergie de l’eau. Le cours d’eau transporte toujours autant de matériaux qu’il est capable d’en transporter, à condition bien sûr que ces matériaux soient disponibles sur place, c’est-à-dire sur le fond ou sur les berges. À tous moments, l’écoulement est donc saturé en débit solide (charriage et suspension). Dans ce cas-là, le tronçon de rivière considère est en équilibre et le débit solide entrant est égal au débit solide sortant. Autrement dit, le taux d’érosion est égal au taux de dépôt. Il existe une érosion de fond ou de berge dans le tronçon considéré si le débit solide est supérieur, et un dépôt si le débit solide sortant est inférieur.
Force tractrice par unité de surface ou contrainte de cisaillement engendré par l’écoulement de l’eau dans une rivière
Sous l’action des forces de l’hydrodynamique appliquée par l’écoulement et par son propre poids, les sédiments d’un cours d’eau sont faciles de déplacer. Dans le cas des berges, la force de pesanteur et la force tractrice s’ajoute pour faciliter le début de mouvement. Prenant un écoulement permanent uniforme de tirant d’eau y. L’eau étant en mouvement et il y a aussi une force de frottement qui s’exerce sur la paroi de chenal qu’on note par ?? = ?0?? Avec ?0 la force de frottement par unité de surface ou on l’appelle aussi contrainte tangentielle à la surface. Mais le terme spécial est la force tractrice car il s’agit d’une force par unité de surface. On parle donc ici la contrainte tractrice.
Les unités utilisées sont :
N/m²
Bar = kgf /cm²
Pascal = N/m²
La masse fluide comprise entre deux sections rapprocher est en équilibre sous l’effet de son poids et les frottements sur les parois, la contrainte tangentielle peut s’exprimer par ?0=ɣ? ? ?
Avec R : Rayon hydraulique
i : Pente de l’écoulement Tapez une équation ici.
Calcul du débit solide
Il y a des nombreux hydrauliciens qui ont cherché d’établir la relation permettant d’estimer le débit solide d’un fleuve. Ces relations empiriques établis par des modèles réduits ou sur terrain sur des fleuves donne des résultats comparables et ne permet pas d’obtenir des formules universelles pour le calcul des débits solides, car il n’y a pas de formule universelle dans le transport des solides.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre 1 RAPPELS SUR L’ECOULEMENT A SURFACE LIBRE
I. Quelques définitions
1. Régimes permanents
2. Régime transitoire
3. Ecoulement uniforme
II. Grandeurs caractéristiques et les différents régimes
1. Nombre de Froude
2. Ressaut hydraulique
3. La loi du seuil et les différents types de seuil
4. Tirant d’eau critique
5. Définitions des différents types de lits
Chapitre 2 TRANSPORT SOLIDE EN HYDRAULIQUE FLUVIALE
I. Charriage et suspension des matériaux non-cohérents
II. Erosion du fond et dépôt
III. Saturation en un débit solide
IV. Etude sur les grains
1. Force tractrice par unité de surface ou contrainte de cisaillement engendré par l’écoulement de l’eau dans une rivière
2. Calcul du débit solide
1. Cours d’eau
2. La dégradation des berges
3. La digue
4. Barrages
5. Affouillement
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
