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 Entonnoir

Tuyau d'alimentation Répartiteur d' eau

Pompe de recirculation Bac de mesure de débit Vanne de réglage du débit

Bac de récyclage d'eau

13 Valve d'évacuation de l'air 10

10 Support de tamis Sortie d'eau

70 cm

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 200➭m 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