Objectifs (en terme de compétences)

- Connaissance et compréhension de la dynamique fluviale et sédimentaire en vue de la conception et du dimensionnement des ouvrages de génie fluvial

Objet de l'activité (principaux thèmes à aborder)

- Approfondissement de l'hydraulique à surface libre
- Introduction aux transitoires à surface libre et à l'hydraulique numérique
- Introduction à l'hydraulique des écoulements morphodynamiques et à la morphologie fluviale : transport de sédiments, écoulements de densité et de débris

Résumé : Contenu et Méthodes

- Introduction : domaines d'intervention de l'hydraulique fluviale, types de rivières, éléments morphologiques de base (2 heures) ;

- Compléments d'hydraulique à surface libre en écoulement permanent (5 heures)
* écoulement en rivières naturelles : mouvement pseudo-uniforme
* écoulements en géométrie non régulière : écoulement entre une vanne de fond et un réservoir, changements de pente, changements de largeur et obstacles : piles de pont et de barrage, canaux Venturi, seuils, déversoir à seuil épais
* écoulement dans les rivières à lits majeurs ;

- Transitoires à surface libre (10 heures)
* équations de Saint-Venant, analyse et solution par les caractéristiques
* ondes positives, ondes négatives
* méthodes numériques : différences finies, volumes finis, éléments finis, capture des discontinuités
* modèles de transitoires rapides ou instantanés : crues subites et ruptures de barrage ; introduction aux modèles numériques de turbulence
* extensions 2D dans un plan horizontal

- Sédimentologie (12 heures)
* définitions, morphologie générale d'une rivière, formes de fond et équation d'Exner
* modes de transport des grains et structure verticale des écoulements :
modes de transport : suspensions, contacts granulaires collisionnels et frictionnels, théorie des contraintes dispersives de Bagnold,
types de transport : écoulements de densité, écoulements granulaires secs, écoulements de débris, écoulements fluviaux : charriage, saltation et suspension ;
* variables adimensionnelles de la sédimentologie :
distribution de vitesse, vitesse moyenne et vitesse de frottement,
analyse dimensionnelle et nombres caractéristiques ;
* seuil d'érosion des lits sédimentaires :
critère de la vitesse limite : profil d'équilibre d'une rivière,
critère de force tractrice limite : diagrammes de Shields et de van Rijn ;
* rugosité des rivières alluvionnaires et relation débit-profondeur : analyse d'Einstein ;
* transport solide par charriage :
principes de du Boys,
analyse de Meyer-Peter et Müller,
autres approches courantes (Einstein, Bagnold, etc.) ;
* transport solide en suspension :
équations de transport,
distribution de la concentration (théorie de Vanoni-Rouse),
transport en suspension (intégration d'Einstein) ;

- Evolution morphologique des rivières (10 heures)
* équilibre sédimentologique d'une rivière :
formules pratiques : notion de régime sédimentologique,
résistance à l'érosion des talus, profil d'égale résistance à l'érosion ;
* réponse morphologique aux travaux fluviaux :
engraissement par déversement locaux de sédiments,
élargissements et rétrécissements locaux,
canalisation et dérivation d'eau claire,
influence des affluents,
érosions locales : piles de pont, aval de seuil ;
* principes d'aménagement d'une rivières :
courants secondaires hélicoïdaux,
lois et règles de Fargue,
aménagements locaux : panneaux de surface, bandalling, panneaux de fond, améliorations des seuils et des coudes, protection des berges,
régularisation d'une rivière : principes de Fargue et de Girardon ;
* modèles numériques en morphologie fluviale :
notion de non-équilibre et modèles de chargement,
modèles morphologiques en équilibre et en non-équilibre : profil en long d'équilibre, rupture de pente, rupture de barrage sur lit mobile ;

- Autres modes de transport en hydraulique fluviale et torrentielle (6 heures)
* courants de densité et de turbidité
* écoulements de débris : avalanches et laves torrentielles
* transport des pollutions en rivière : mécanisme de mélange en écoulement turbulent, diffusion verticale et transversale, dispersion longitudinale

Autres informations (Pré-requis, Evaluation, Support, ...)

- Module complémentaire de la matière "hydraulique"
- Cours préalable : AMCO 2152 "hydraulique"
- Méthode pédagogique : cours, travaux pratiques et laboratoires intimement liés
- Evaluation : Test d'exercices en fin de quadrimestre (20 % du total) ; projet de programmation d'un problème de transitoire à surface libre durant le quadrimestre (20 %) ; examen oral (60 %)
- Support : syllabus

Autres crédits de l'activité dans les programmes