CHAPITRE : ÉCOULEMENTS RAPIDEMENT VARIÉS

Les écoulements rapidement variés se rencontrent soit en cas de changements de géométrie brutaux en plan (convergents, divergents), soit dans le cas d’écoulements dont les lignes de courant deviennent très courbes (en profil).

1- Le ressaut

Le ressaut hydraulique se caractérise par une variation importante et croissante de la hauteur d’eau de l’amont vers l’aval du phénomène sur une courte distance. Dans la plupart des cas, une agitation importante de la surface libre permet rapidement de localiser le phénomène, comme par exemple dans le cas d’une ressaut fort.

Un ressaut est obtenu lorsqu’un écoulement torrentiel «rencontre» un écoulement fluvial. Le passage se fait avec une forte discontinuité du tirant d’eau, et une importante agitation qui dissipe une grande part de l’énergie acquise dans le tronçon torrentiel. L'observation montre de grands tourbillons, des remous ainsi que de nombreuses bulles d'air entraînées..

1.6.2 - Typologie et longueur du ressaut

Figure 1. 15 - typologie des ressauts

2.1.2 Dommages causés par les inondations

ÉCOULEMENTS EN CHARGE - PERTES DE CHARGE LIN ÉAIRES

Définition

Expression générale

Les écoulements en charge, dans les conduites circulaires rectilignes, sont régis par une équation (1.22c) : g

, que l'on appelle coefficient de perte de charge ou facteur de résistance, est sans dimension et fonction du nombre de Reynolds, Re, et de la rugosité relative

D

La perte de charge dans une conduite de longueur unitaire, ou perte de charge linéaire, sera représentée par i) soit:

Ainsi, i représente la perte de charge par unité de poids écoulé et par unité de longueur de la conduite, et est sans dimension.

4.2 - Nombre de Reynolds. Mouvement laminaire et mouvement Turbulent Pour déterminer le nombre de Reynolds, il est nécessaire de connaître la viscosité du fluide.( Voir rappel ).

4.3 - Distribution des vitesses. Film laminaire Pour le cas de l'écoulement laminaire en tuyaux, la distribution des vitesses obéit à une loi parabolique. La vitesse est nulle près des parois et maximale au centre. Si le tuyau est circulaire, de rayon rOI la vitesse Vr , àla distance r du centre sera (n° 2.17):

Où U est la vitesse moyenne. La vitesse maximale sera: V M = 2U et près de la paroi, on aura, théoriquement: Vr= 0

La distribution des vitesses dans un écoulement turbulent varie à chaque instant, par suite de la turbulence; par conséquent, on ne peut parler que d'une vitesse moyenne dans le temps, en chaque point.

Les mouvements transversaux des particules tendent à uniformiser les vitesses ; la différence entre la vitesse moyenne et la vitesse maximale est plus faible qu'en écoulement laminaire.

Comme ordre de grandeur, nous dirons que la vitesse maximale VMvarie entre 1,25 U et 1,10 U.

4.4 - Rugosité absolue et rugosité relative

La rugosité absolue, E, est donnée par la mesure des rugosités du tuyau.

La rugosité relative D

 , est le rapport de la rugosité absolue E au diamètre de la conduite D.

Dans la pratique, la rugosité absolue n'est pas uniforme(1), mais on peut la caractériser par une valeur moyenne qui, au point de vue des pertes de charge, correspond à une rugosité uniforme. On a cherché à définir une méthode pour déterminer directement ces valeurs. Cependant, dans l'état actuel de nos connaissances, c!est par des mesures sur les tuyaux et conduites réels que lion établit la valeur de la rugosité uniforme correspondant à un matériau et à une finition détenuinés. La connaissance de E est très importante, surtout pour les grandes conduites en béton, en acier ou en bois (voir la table 32).

- Dans les conduites en béton, la valeur de la rugosité absolue dépend essentiellement de la fruition, ainsi que de la fréquence et de l'alignement des joints.

- Dans les conduites métaUiques soudées, la valeur de E dépend, principalement, du type et du mode d'application du revêtement.

- Dans les conduites métalliques rivées, le revêtement nia qu1une importance secondaire ; le facteur principal est le procédé de rivetage : nombre et écartement des files longitudinales et transversales de rivets.

- Dans les conduites en bois, c'est surtout l'alignement des joints qui importe.

4.5 - Tuyaux lisses et tuyaux rugueux

Dans le cas contraire, les irrégularités de la paroi pénètrent dans la région turbulente de l'écoulement, accentuent la turbuience et influent par conséquent sur la perte d'énergie; on dit alors que l'écoulement a lieu en tuyaux rugueux.

Par conséquent, l'écoulement turbulent pourra s'effectuer en tuyaux lisses - écoulement turbulent lisse - ou en tuyaux rugueux - écoulement turbulent rugueux.

4.6 - Coefficient de perte de charge À. Diagramme de Moody a) Régime laminaire

Dans le cas du régime laminaire, À. est indépendant de la rugosité relative; il est uniquement fonction du nombre de Reynolds et est donné par l'expression:

2.6. - Les seuils et déversoirs

Le seuil crée un obstacle dans un canal, qui oblige le tirant d’eau à augmenter et donc l’eau à passer par dessus. Dans le cas d’un seuil dénoyé, l’eau chute à l’aval du seuil. Dans le cas ou le tirant d’eau à l’aval de l’ouvrage est important, la chute d’eau ne peut plus avoir lieu. Dans ces circonstances, le seuil est dit noyé.

En fonction de la forme du seuil et de la vitesse de l’écoulement, il peut apparaître une zone de dépression à l’aval du seuil.

CHAPITRE RESSSAUT HYDRAULIQUE Notes and references

1. ↑ Poiseuille, “Experimental research on the movement of liquids in tubes of very small diameters; I-IV ”, 1840-41.