Description du banc exp´ erimental

Le dispositif exp´erimental est constitu´e d’un canal d’essai rectangulaire de 1.6 m de longueur, 50 cm de largeur et 15 cm de hauteur (figures 4.3 et 4.4). Au fond du canal sont coll´es des grains de sable de 1 `a 2 mm de diam`etre pour cr´eer un fond rugueux (figure 4.4). L’ensemble est peint en blanc pour mieux distinguer les s´ediments (qui sont de couleur rouge) des grains de sable. Les cˆot´es du canal sont gradu´es en centim`etres pour permettre une estimation facile de l’´epaisseur de la lame d’eau. L’extr´emit´e amont du banc est ferm´ee et accueille le tube d’alimentation en eau. Au niveau de l’entr´ee d’eau, une zone de 50 cm est am´enag´ee pour stabiliser l’´ecoulement et le rendre laminaire (figure 4.3). `A cette zone succ`ede le dispositif d’alimentation en s´ediments situ´e `a une distancedde la zone exp´erimentale dont la longueur est de 53 cm. La distancedest de 9.5 cm pour la premi`ere s´erie d’exp´eriences et de 8 cm pour la deuxi`eme. Cette distance prot`ege les s´ediments du splash produit par l’impact des gouttes dans les exp´eriences avec pluie.

Au niveau de la partie aval est plac´e un seuil l´eg`erement incurv´e qui s’´etend sur 30 cm.

Il est r´eglable en hauteur ce qui permet de choisir la hauteur de la lame d’eau. Cette sortie d´everse l’eau dans un entonnoir prolong´e d’un tuyau mobile facilitant la r´ecup´eration de l’eau

`

a la sortie du banc dans des bacs (figure 4.4).

4.2.3.2 Alimentation en eau

L’alimentation en eau se fait `a travers un tube horizontal comportant des trous de 3 mm repartis r´eguli`erement sur sa longueur. Pour avoir une bonne homog´en´eit´e du d´ebit de sortie en chaque trou, le tube comporte trois points d’entr´ee d’eau (figures 4.3, 4.4, 4.5). Ces entr´ees sont aliment´ees par un premier tuyau qui r´epartit l’´ecoulement (tuyau de r´epartition). Un second tuyau connect´e `a une pompe alimente l’ensemble. Des valves, situ´ees sur ce tuyau et sur le tube permettent d’´evacuer l’air du circuit. Le dispositif est maintenu par un tr´epied qui permet de r´egler la distance entre le fond du banc exp´erimental et le tube.

L’agitation cr´e´ee par l’apport d’eau est apais´ee dans la zone de stabilisation grˆace `a la porosit´e de tampons `a r´ecurer et `a l’aide de grillages (figure 4.5b). Ces ´el´ements permettent d’´eliminer les effets turbulents et de r´epartir de fa¸con homog`ene l’´ecoulement sur toute la

(a)

Figure 4.3 – Dispositif exp´erimental, (a) vue d’ensemble de cˆot´e (b) vue sch´ematique de dessus.

Exutoire de mise à niveau de la hauteur d'eau

Figure4.4 – Banc d’essai. Source : Pierre Courtemanche, INRA.

largeur du banc. Des plaques de polystyr`ene expans´e flottant en surface sont utilis´ees pour filtrer les vagues qui se forment `a la surface de l’eau. L’´ecoulement ainsi stabilis´e passe dans la zone exp´erimentale et est ensuite r´ecup´er´e `a l’exutoire dans un bac. L’eau collect´ee et purifi´ee des s´ediments est r´eutilis´ee grˆace `a une pompe qui permet la recirculation de l’eau, formant ainsi un circuit ferm´e. Le d´ebit d’eau est r´eglable grˆace `a une vanne situ´ee `a l’entr´ee du tuyau de r´epartition.

(a) (b)

Figure4.5 – (a) Dispositif d’alimentation en eau. (b) Zone de stabilisation de l’´ecoulement.

4.2.3.3 Alimentation en s´ediments

La composante d’alimentation en s´ediments permet de distribuer de mani`ere homog`ene les s´ediments sur toute la largeur du banc (figure 4.6). Elle est constitu´ee d’une tr´emie contenant les particules et dont la partie inf´erieure permet l’acc`es `a un rouleau de distribution. Le rouleau est envelopp´e d’une toile ´emeri (de 200µm de granulom´etrie) pour permettre l’entraˆınement des s´ediments. De part et d’autre du rouleau se situent deux barres m´etalliques amovibles support´ees par des chˆassis. L’´ecartement des barres peut ˆetre r´egl´e avec des boulons de serrage ce qui permet de faire varier le d´ebit de s´ediments. Ce d´ebit est aussi contrˆol´e par la vitesse de rotation du rouleau de distribution. En effet, celui-ci est reli´e `a un moteur pas `a pas `a vitesse de rotation r´eglable, utilis´e en mode micro-pas pour ne pas avoir d’accoups. Une plaque m´etallique dont l’inclinaison est r´eglable permet de diriger les s´ediments jusqu’au point de chute choisi.

Dans toutes les exp´eriences, la vitesse de rotation du moteur est r´egl´ee sur un tour en 44 s.

Ainsi le d´ebit moyen de s´ediments est de 0.23 g min⁻¹cm⁻¹ avec une r´epartition homog`ene sur toute la largeur du banc dont l’´ecart type est de 0.02 g min⁻¹cm⁻¹.

4.2.3.4 Toits de protection contre la pluie

Les parties amont et aval de la zone exp´erimentale sont prot´eg´ees de la pluie avec des toits. Le toit amont prot`ege les dispositifs d’apport en eau et en s´ediments et la zone de stabilisation de l’´ecoulement, tandis que sous le toit de la protection aval se trouve la sortie, le bac de r´ecup´eration d’eau et les tamis pour collecter les s´ediments. Ces toits de protection sont recouverts de toile g´eotextile pour empˆecher le splash des gouttes de pluie vers la zone d’´etude.

Pour ce mˆeme objectif, les cˆot´es des toits orient´es vers la zone d’´etude portent des goutti`eres

(a)

Figure4.6 – (a) Dispositif d’alimentation en s´ediments (vue de face). (b) Sch´ema de la coupe transversale du dispositif. Source : Pierre Courtemanche, INRA.

recouvertes de tampons `a r´ecurer qui ´evacuent l’eau de pluie en dehors de la zone sans g´en´erer de splash.

4.2.4 M´ethodes de mesure et d’´echantillonnage