[PDF] 4 Les écoulements 41 Généralités sur les écoulements

d S = π4 D = vxS v = 2 S

d2 4 si d est le diamètre du cylindre • Il existe une relation entre le débit volumique et la vitesse d’écoulement D = vxS • Si on veut déterminer la vitesse d’écoulement, il faut modifier la relation précédente de la manière suivante v = D S Remarques : Attention aux unités : il faut utiliser les unités légales

4 Les écoulements 41 Généralités sur les écoulements

partir de la vitesse de rotation de lhélice selon la fonction de lhélice Etape 3 Calcul de la vitesse moyenne pour chaque verticale • Mesure V au 0 2 et 0 8 du profondeur, • Moyenne v et multiplier par W * D, • Additionner pour avoir le Débit total Q d- Exploration du champ de vitesse

gunt

Le changement d’écoulement de sous-critique à supercritique se fait avec une modifi cation continue de la profondeur de l’écou-lement h, de la vitesse d’écoulement v et de la charge spéci-fi que E, par ex en cas d’augmentation de la pente Le changement d’écoulement de supercritique à sous- critique

Écoulement et débit liquide - Exercices d’application directe

2 Rappeler la relation entre le débit sanguin D, la vitesse d’écoulement du sang v et l’aire S d’une section du circuit sanguin Préciser les unités SI de ces grandeurs D = v × S avec D en m3/s, v en m/s et S en m2 3 La vitesse d’écoulement du sang dans les artères coronaires de Samir est égale à v = 2,5 m s–1 En déduire

Fiche 1 à destination des enseignants Mesure de la vitesse d

- utiliser un logiciel de traitement d’images pour mesurer une distance sur une image Contexte : La durée de vidange d’un réservoir peut se déduire de la vitesse d’écoulement et de la hauteur de liquide restant C’est Torricelli qui proposa une expression de cette vitesse d’écoulement en 1636

1/- Description dun écoulement - Technologue Pro

-Tube de courant : C’est l’ensemble formé à partir d’un faisceau de lignes (sorte de canalisation) il n’y a pas d’écoulement de fluide latéralement ou transversalement au tube L’écoulement s’effectue par les sections d’entrée (S 1) et de sortie (S 2)

Chapitre 1 : Concepts de Base des écoulements diphasiques (suite)

L’expérience a montré que pour un écoulement unidimensionnel la vitesse de phase de la vapeur est normalement supérieure à la vitesse de phase du liquide dans les systèmes diphasiques en écoulement 1 5 Le rapport de glissement : est défini comme le rapport de vitesse de phase de la vapeur à celle du liquide, c'est-à-dire, (13)

4 Aérodynamique - Université de Montréal

4 1 Potentiel de vitesse et fonction de courant 4 1 1 Potentiel de vitesse Une fonction potentiel φayant des dérivées partielles à l’ordre 2 continues et telle que le champ de vitesse v =Ñφ; (77) sur un domaine D n’existe que si l’écoulement est irrotationnel, puisque Ñ v = ex ey ez ¶=¶x ¶=¶y ¶=¶z ¶φ=¶x ¶φ=¶y ¶φ=¶z

Cours Mécanique des fluides compressibles

de -56,5°C c'est-à-dire 216,5K la vitesse du son est donc de 295m/s (1062km/h) Mach 2 correspond à 2124km/h II-2 Nombre de Mach et différents régimes d’écoulement Par définition le nombre de mach est a c M = La valeur de ce nombre est fondamentale pour les écoulements compressibles Selon

L’âge de la Terre : anatomie d’une controverse

Exemple de vitesse : vitesse d’écoulement de la lave, en m/s Exemple de Datation absolue : la couche de lave x a été formée il y a 12,4 +/- 0 1 Ma Exemple de Datation relative : La couche de lave bleue foncée a été formée après la formation

[PDF] pression de refoulement définition

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4. Les écoulements

4.1. Généralités sur les écoulements

On distingue deux grands types d'écoulements, à savoir : les écoulements " rapides » et par

opposition, les écoulements souterrains qualifiés de " lents » qui représentent la part infiltrée de l'eau de

pluie transitant lentement dans les nappes vers les exutoires. Les écoulements qui gagnent rapidement

les exutoires pour constituer les crues se subdivisent en écoulement de surface et écoulement de

subsurface : L'écoulement de surface ou ruissellement est constitué par la frange d'eau qui, après une

averse, s' écoule plus ou moins librement à la surface des sols. L'importance de l'écoulement superficiel

dépend de l'intensité des précipitations et de leur capacité à saturer rapidement les premiers centimètres

du sol, avant que l'infiltration et la percolation, phénomènes plus lents, soient prépondérants.

L'écoulement de subsurface ou hypodermique comprend la contribution des horizons de

surface partiellement ou totalement saturés en eau ou celle des nappes perchées temporairement au-

dessus des horizons argileux. Ces éléments de subsurface ont une capacité de vidange plus lente que

l'écoulement superficiel, mais plus rapide que l'écoulement différé des nappes profondes.

Différents types d'écoulements

Les différentes composantes de l'écoulement dans le cas simple d'une averse uniforme dans le temps et

dans l'espace, sont les suivantes.

Répartition de la hauteur de

précipitations au cours d'une averse d'intensité constante Les éléments les plus importants dans la génération des crues sont finalement les

écoulements de surface et de subsurface et les précipitations directes à la surface du cours d'eau,

l'écoulement souterrain n'entrant que pour une faible part dans la composition du débit de crue.

Découpage de différentes phase

d'un hydrogramme de crue

4.2. Bilan annuel des écoulements

L'écoulement total Et représente la quantité d'eau qui s'écoule chaque année à l'exutoire d'un

bassin versant considéré. L'écoulement est la somme des différents termes : écoulement superficiel Es,

écoulement hypodermique Eh et écoulement de base (ou écoulement souterrain) Eb qui résulte de la

vidange des nappes. L'écoulement totale s'exprime ainsi : Et=Es+Eh+Eb

Le bilan hydrologique d'un bassin versant est également caractérisé par trois coefficients essentiels:

Le coefficient d'écoulement total Cet défini par le rapport entre les quantités d'eau écoulées et les quantités d'eau précipitées P P ECt et Le coefficient d'écoulement de surface Ces obtenu en calculant le rapport entre les quantités d'eau écoulées rapidement et les quantités d'eau précipitées P EEChs es Le coefficient de ruissellement Cr est défini par le rapport entre la quantité d'eau ruisselée à la surface du sol et celles des précipitations P ECs r Le débit Q d'un cours d'eau à l'exutoire d'un bassin versant varie en fonction du temps. Différentes techniques permettent la mesure de deux variables principales: La hauteur H de la surface d'eau libre du cours d'eau exprimé en mètres par un limnimètre. La courbe qui représente H en fonction du temps est un limnigramme. Le débit du cours d'eau Q exprimé en m3/s ou I/s. Il est mesuré directement ou par association de la courbe de tarage Q(H) à un limnigraphe H(t). La courbe du débit Q en fonction du temps est un hydrogramme.

Limnimètre

4.3. Mesure des paramètres de débits

Limnigraphe

Le limnigraphe à flotteur est un appareil qui maintient un flotteur à la surface de l'eau grâce à un

contrepoids, par l'intermédiaire d'un câble et d'une poulie. Le flotteur suit les fluctuations du niveau d'eau,

qui sont reportées sur un graphe solidaire d'un tambour rotatif (à raison d'un tour par 24h ou par semaine

ou par mois).

Hydrogramme

Limnigramme

4.3. Mesure des paramètres de débits

Limnimètre

Saumon

Le saumon est suspendu par un

câble éléctroporteur à un treuil

Saumon

Câbles de

déplacements

Câble

éléctroporteur

micomoulinet

Mesure

du Débit: a- Principe du jaugeage par micro-moulinet sur perche

4.3. Mesure des paramètres de débits

Mesure

du Débit: a- Principe du jaugeage par micro-moulinet sur perche

Mesure du

Débit:

b- Principe du jaugeage par moulinet

Mesure du

Débit:

c- Principe du jaugeage par limnimètre La vitesse jamais uniforme dans la section transversale cours . Le principe de cette méthode consiste donc à calculer le débit à partir du champ de vitesse déterminé dans une section transversale du cours d'eau (en un certain nombre de points, situés le long de verticales judicieusement réparties sur la largeur du cours d'eau). d- Exploration du champ de vitesse

Q =Ȉ Vi × Si

Le débit en appliquant à chaque surface élémentaire la vitesse

rapportant pour obtenir le débit élémentaire Qi. Le débit total Q est obtenu par la somme des

débits élémentaires, soit : ii n i iWDvQ 1

Etape 1. Calcul du nombre de tours

d'hélice par seconde N pour chacun des points des verticales.

Etape 2. Calcul de la vitesse

instantanée de en chaque point à partir de la vitesse de rotation de selon la fonction de .

Etape 3. Calcul de la vitesse moyenne

pour chaque verticale

Mesure V au 0.2 et 0.8 du profondeur,

Moyenne v et multiplier par W * D,

Additionner pour avoir le Débit total Q.

d- Exploration du champ de vitesse

Exercice

La figure ci-dessus représente une coupe cours . Calculer le débit de ce cours. La vitesse des écoulements est mesurée sur un ensemble de points. Faites un commentaire sur la vitesse en m/s des écoulements en fonction de la section du cours . (NB. Echelle des longueurs=échelles des largeurs) 15m 2 3 2 3 5 3

Mesure

du Débit: e- Principe du jaugeage par traçage chimique Cette méthode de jaugeages par dilution s'applique à des torrents ou des rivières en forte pente où l'écoulement est turbulent ou pour lesquels on ne trouve pas de section se prêtant à des jaugeages au moulinet. Le principe général consiste à injecter dans la rivière une solution concentrée d'un

traceur (sel, colorant,...) et à rechercher dans quelle proportion cette solution a été diluée

par la rivière, par prélèvements d'échantillons d'eau à l'aval du point d'injection. Cette

dilution est notamment fonction du débit, supposé constant le long du tronçon, concerné pendant la durée de la mesure. On a la relation suivante dans laquelle le rapport C1 / C2 représente la dilution :

Q : débit du cours d'eau [l/s] ;

C1 : concentration de la solution injectée

dans le cours d'eau [g/l] ;

C2 : concentration de la solution restante

dans des échantillons prélevés à l'aval du point d'injection dans le cours d'eau [g/l] ; k : coefficient caractéristique du procédé et du matériel utilisé. 2 1 C CkQ

Courbe de Tarage:

Courbe établie pour chaque

rivière.

Une fois cette courbe établie pour

telle rivière, il suffit de mesurer

Débit correspondant.

Cette courbe peut changer avec le

développement de la rivière Zi Qi 1 2

4. 4. La réponse hydrologique

La réponse hydrologique aux apports des précipitations se traduit par les

variations temporelles du débit à l'exutoire. Après une averse la réponse hydrologique à

l'exutoire peut être rapide lorsque prédomine les écoulements de surface; ou retardée lorsque les écoulements sont souterrains.

Illustration du principe de la

réponse hydrologique d'un bassin versant

4. 6. Transformation de la pluie en hydrogramme de crue

Selon le principe établi par Horton, la transformation de la pluie en hydrogramme de crue se traduit par l'application successive de deux fonctions: Fonction de production permet de déterminer le hyétogramme de pluie nette à partir de la pluie brute Fonction de transfert permet de déterminer l'hydrogramme de crue résultant de la

pluie nette (la pluie nette est la fraction de pluie brute participant totalement à l'écoulement).

Transformation de la pluie brute

en hydrogramme de crue. La pluie brute reçue par un bassin versant ne forme pas entièrement le débit du

cours d'eau à l'exutoire. Une part est intercepté par la végétation ou s'évapore, une part

s'infiltre. et une part ruisselle. Le passage d'un hyétogramme de pluie brute à un hydrogramme de crue nécessite la détermination de la pluie nette qui correspond à la

fraction de pluie brute participant totalement à l'écoulement de surface et qui fait intervenir

toutes les caractéristiques météorologiques, physiques et hydrologiques du bassin versant. L'écoulement de surface ne se produit que lorsque l'intensité de la pluie dépasse

la capacité d'infiltration. Au début de l'averse, c'est la capacité d'infiltration qui dépasse

l'intensité de la pluie et les eaux s'infiltrent intégralement. Lorsque les deux paramètres s'égalisent on atteint le seuil de submersion, après l'eau ne peut plus s'infiltrer et commence alors l'écoulement vers l'exutoire. L'analyse de séries de couples pluies-débits a permis d'établir la relation entre la pluie et hydrogramme de crue. De cette relation on définit les temps caractéristiques suivants:

4. 7. Analyse des événements pluies-débits

4. 7. Analyse des événements pluies-débits

Une averse, définie dans le temps et dans l'espace, tombant sur un bassin versant

de caractéristiques connues, et dans des conditions initiales données, provoque à l'exutoire

du bassin considéré un hydrogramme défini résultant d'un hyétogramme spécifique. Hyétogramme et hydrogramme résultant d'un événement pluie-débit

Pluie brute

tp tc tm tb Ecoulement de surface

4. 7. Analyse des événements pluies-débits

tp tc tm tb

Temps de réponse du bassin tp : Intervalle de temps qui sépare le centre de gravité, de la pluie nette et de

la pointe de crue ou parfois du centre de gravité de l'hydrogramme dû à l'écoulement de surface.

Temps de montée tm: Temps qui s'écoule entre l'arrivée à l'exutoire de l'écoulement rapide (décelable par

le limnigraphe) et le maximum de l'hydrogramme dû à l'écoulement de surface.

Temps de concentration tc : Temps que met une particule d'eau provenant de la partie du bassin la plus

éloignée " hydrologiquement » de l'exutoire pour parvenir à celui-ci. On peut estimer tc en mesurant la

durée comprise entre la fin de la pluie nette et la fin du ruissellement direct.

Temps de base tb : Durée du ruissellement direct, c'est-à-dire la longueur sur l'abscisse des temps de la

base de l'hydrogramme dû à l'écoulement de surface. La surface comprise entre la courbe de l'écoulement retardé et l'hydrogramme de crue/décrue

représente le volume ruisselé. Ce volume, exprimée en lame d'eau, est égal par définition au volume de la

pluie nette. Cependant, la distinction entre écoulement retardé de subsurface et ruissellement direct de

surface étant relativement floue, il n'est pas rare de considérer un volume de ruissellement direct

équivalent à celui de la pluie nette définie comme la surface comprise entre la courbe de l'hydrogramme

de crue/décrue et celle de l'écoulement souterrain. 21
Les méthodes de séparation des écoulements

Les méthodes graphiques

La méthode la plus simple [Blavoux (1978)],

citée par consiste à tracer une horizontale du point (A) qui marque le début de la courbe avec la courbe de tarissement.

Les méthodes simplifiées

Ces méthodes ont pour

objectif la simplification des le débit associé est le résultat de la superposition de deux

écoulements :

souterrain qui provient de la vidange des aquifères du bassin versant et le ruissellement total engendré par la pluie. Ce dernier regroupe à la fois le ruissellement direct et celui retardé (hypodermique). souterrain qui provient de la vidange des aquifères du bassin versant

Le ruissellement

total engendré par la pluie 22

La méthode de BARNES

consiste à représenter les courbes de décrue de chacune des composantes en coordonnées semi-

logarithmiques par des droites de pentes différentes permettant de les séparer.

C), on aura la courbe de décrue souterraine (ACB). En retranchant les ordonnées de cette courbe de

que ci- 23

La méthode des tangentes

consiste à représenter les courbes de décrue de chacune des composantes en coordonnées semi-

logarithmiques par des droites de pentes différentes permettant de les séparer. En prolongeant les partie terminales de deux hydrogrammes (courbes de tarissements) Q

Ruissellement

Ecoulement souterrain

Écoulement de base

A(t,QA)

B(t,QB)

'QQWI ' Le temps de concentration est des premiers paramètres à estimer correctement pour le

calcul des débits de crue. Le choix de la méthode appropriée, dépend de facteurs topographiques,

pluviométriques et aussi de facteurs liés à la taille du bassin versant.

1- Calcul du temps de concentration Tc en utilisant les formules

empiriques les plus utilisées au Maroc

Formule de Kirpich

- Tc : Temps de concentration (h). - Hmax : Altitude maximale (m). - Hmin - L : Longueur du talweg principal (Km). 85.0
minmax 115.1

945.0HH

LTc

Formule de Turazza

- Tc : Temps de concentration (h). - L : Longueur du talweg principal (Km). - S : Superficie du bassin versant (Km2). - I : Pente moyenne du bassin versant (%). I LSTc 3 108.0
min8.0 6 HH ALT moy c

Formule de Giandotti

- Tc : Temps de concentration (h). - A : Superficie du bassin versant (Km2). - L : Longueur du talweg principal (Km). - Hmoy : Hauteur moyenne du bassin versant en (m). - Hmim : Hauteur minimal du bassin versant en (m).

Exutoire du bassin

4.9. Facteurs influençant la réponse hydrologique

Une crue est une réponse hydrologique qui résulte d'une forte pluie. Les facteurs qui influencent la réponse hydrologique sont multiples: Les facteurs liés aux précipitations ainsi qu'aux conditions climatiques sont des facteurs

externes au milieu tandis que la morphologie, les propriétés physiques du versant, la structuration du

réseau et les conditions antécédentes d'humidité sont des facteurs internes. Le calcul hydrologique reste la partie la plus délicate de toute étude de protection contre les inondations car de sa fiabilité que dépend le modèle hydrodynamique, et donc toute surestimation ou sous-estimation lors de cette phase se répercutera sur le reste de à savoir tous les aménagements projetés . vise, principalement, à estimer les débits de pointe (Qp), pour différentes périodes de retour, au niveau bassin versant. Pour l'estimation des débits de pointes des différentes périodes de retour au droit d'un site, Il faut suivre les étapes suivantes : ¾Utilisation des données géométriques (superficie, longueur du talweg, dénivelée maximale, pente moyenne ) ¾Calcul des temps de concentrations Tc en utilisant les formules empiriques. Cette approche se basera principalement sur l'étude des Hydrogrammes de crues avant le choix de ces formules empiriques.

¾L'estimation des débits de crues au droit d'un site en utilisant les différentes méthodes

à savoir:

Les méthodes analogiques ;

La méthode rationnelle ;

La méthode du Gradex ;

Les méthodes empiriques de débits et/ou de transformation Pluies-

Débits.

¾L'étude des Hydrogrammes de crues pour la détermination des temps de base et le calcul des volumes de crues. Les estimations des paramètres se basent sur 3 approches:

1er approche: Cas des bassins versants jaugés

Estimation des paramètres par procédure de calage sur les débits observés

2ème approche : cas de bassins versants non jaugées

Estimation des paramètres à partir des descripteurs des bassins et /ou des paramètres obtenus sur bassins.

3ème approche : cas intermédiaire de bassins versants partiellement jaugées

Approche combinatoire.

1er approche: Cas des bassins versants jaugés

Si la série des débits est disponible. De ce fait le calcul des débits de crues pour les différentes périodes

de retour, (10ale, 20ale, 50ale et 100ale voir plus) procédera comme suit :

Analyse des données de débits de crues au droit de la station et comparaison avec les données

jaugées. Calculs des débits de crues au droit du site étudié.

Etude des hydrogrammes de crues

Estimations des volumes de crues au droit du site concerné.

Agglomération

Station de jaugeage

2ème approche: Cas des bassins versants non jaugés

Agglomération

Station de jaugeage

BV2

Si la séries des débits est non disponible. De ce fait le calcul des débits de crues pour les différentes

périodes de retour, (10ale, 20ale, 50ale et 100ale voir plus) procédera comme suit :

¾ Estimation des paramètres à partir des descripteurs des bassins et /ou des paramètres obtenus

sur bassins.

Analyse des données de débits de crues au droit de la station et comparaison avec les données

jaugées. Calculs des débits de crues au droit du site étudié.quotesdbs_dbs5.pdfusesText_10