Objectifs (en termes de compétences)

- Initiation aux fondements de l'hydraulique à partir de la mécanique des milieux continus
- Maîtrise théorique et pratique des problèmes principaux de l'hydraulique en charge (conduites et réseaux de conduite) et à surface libre (canaux et collecteurs)
- Introduction aux problèmes transitoires

Objet de l'activité (principaux thèmes à aborder)

- Hydrostatique
- Equations générales et modèles d'écoulement
- Orifices et déversoirs
- Conduites en charge

Résumé : Contenu et Méthodes

- Introduction : domaines d'intervention de l'hydraulique, propriétés des liquides, théorème de base sur la pression (2 heures) ;

- Hydrostatique (4 heures) :
* équations différentielles et intégrales,
* manomètres,
* résultante de pression et centre de poussée sur des surfaces et des volumes divers,
* théorie statique et dynamique des flotteurs ;

- Equations fondamentales de l'hydraulique (2 heures) : approches lagrangienne et eulérienne, déplacement, déformation et rotation ;

- Les modèles d'écoulement :
* modèle du liquide parfait (5 heures) :
cinématique des écoulements irrotationnels : lignes de courant et potentiel, potentiel complexe, transformations conformes ; applications aux piles de pont en rivières, au déversement, aux profils hydrodynamiques,
dynamique : équation d'Euler, équations intégrales de Lagrange et de Bernoulli ;
* modèle du liquide visqueux (2 heures) :
hypothèse de Stokes et équations de Navier-Stokes,
écoulement laminaire en conduite : loi parabolique de vitesse et intégrale de débit (Poiseuille) ;
* modèle du liquide turbulent (8 heures) :
turbulence : approche statistique, analogie de Reynolds, équations de Navier-Stokes-Reynolds-Boussinesq, longueur de mélange (Prandtl) loi logarithmique de vitesse en écoulements turbulents lisse et rugueux ;
pertes de charge : théorie de la similitude, pertes générales en conduite (Darcy, Moody-Nikuradse), pertes singulières ;
* champ d'application des modèles et choix des approximations ;

- Applications :
* interaction liquide-paroi (2 heures) :
forces hydrodynamiques,
couche limite ;
* orifices et déversoirs (2 heures) ;
* conduites en charge et réseaux de conduites :
mouvement permanent (3 heures) : conduites simples; réseaux ramifiés; réseaux maillés : méthode des mailles (Hardy-Cross), méthode des noeuds (Newton-Raphson) ;
mouvement transitoire (5 heures) : coup de bélier de masse; coup de bélier d'onde : méthode de Bergeron, équations aux dérivées partielles d'Alliévi, méthode des caractéristiques (conduites simples et réseaux) ;
* écoulement à surface libre : canaux et collecteurs (10 heures) :
écoulement uniforme : équations de Chézy et de Manning, section optimale, canaux composés et composites, calcul de la profondeur uniforme en canaux et en collecteurs ;
écoulement graduellement varié : énergie spécifique, profondeur critique, pente critique, axes hydraulique : théorie et calcul pratique ;
écoulement brusquement varié : ressaut hydraulique, ressaut noyé ;
applications élémentaires : axes d'amont et d'aval, changements de pente ou de largeur

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

- Module réduit de la matière "hydraulique"
- Cours préalable : "mécanique des milieux continus"
- Pédagogie : cours, exercices élémentaires, laboratoire sur les conduites
- Evaluation : examen écrit d'exercices, examen oral de théorie

Autres crédits de l'activité dans les programmes