MODELISATION DES ECOULEMENTS A SURFACE LIBRE

Abstract

Les écoulements à surface libre à fond lisse ou rugueux trouvent leurs applications en plusieurs domaines industrielles et hydrauliques, leurs traitements sont difficiles à réaliser. Pour pouvoir étudier le comportement de ces écoulements on fait appel aux méthodes numériques et expérimentales. L’étude de la surface libre dans le cas d’un écoulement gravitaire présente de nombreux intérêt, que ce soit au niveau environnemental ou industriel, une des principales applications environnementales ; les inondations et dans l’industrie ; le dimensionnement des ouvrages hydraulique. L’allure de la surface libre fait l’objet de nombreuses études car il est important de connaitre cette dernière. Le traitement numérique des écoulements à surface libre à fond plat est difficile est devient encore plus complexe en présence d’obstacles. Les écoulements en rivières présentent une grande variété de comportements de leur surface libre. Les variations de bathymétrie et de rugosités, que l’on rencontre tant en milieu naturel (e.g. gravats, algues, rochers) que dans les ouvrages hydraulique (pile de pont, canalisation,…), sont souvent à l’origine de cette diversité. Compte tenu de l’influence de l’inhomogénéité de la bathymétrie sur la sélection des phénomènes s’apparaissant à la surface libre, on peut voir cette interaction bathymétrie/surface libre comme un problème multi-échelles. En effet, en définissant l’échelle intégrale comme étant la hauteur d’eau et l’échelle locale comme étant une hauteur caractéristique de la bathymétrie, une perturbation de l’échelle locale engendre une modification de l’échelle intégrale. C’est ainsi que les macro-rugosités, obstacles multiples dont la dimension verticale caractéristique est de l’ordre de la hauteur d’eau, perturbent sensiblement le profil de surface libre. Par exemple, la connaissance de la modification de l’écoulement par la bathymétrie revêt un intérêtmajeur dans le cadre de la prévention des catastrophes naturelles, mais aussi dans la préservation de l’environnement et des écosystèmes, l’utilisation de rugosités disposées en rangées permet l'aménagement de dispositifs de franchissement dans lesquels les conditions d'écoulement sont compatibles avec les capacités de nage des espèces.