Ecoulement rapidement varié (HU)

Traduction anglaise : Rapidly varied flow

Dernière mise à jour : 09/04/2024

Régime d'écoulement tel que les conditions hydrauliques varient rapidement en fonction de l’espace (suivant l’axe principal de l’écoulement ou transversalement) et/ou du temps.

Écoulements rapidement variés dans les réseaux d'assainissement et dans les rivières

En hydraulique les écoulements rapidement variés sont principalement causés par une modification brutale de la géométrie du lit (figure 1). Dans les réseaux d'assainissement, ce type d'écoulement se rencontre principalement au passage d'un ouvrage spécial (déversoir, vanne, seuil, chute, etc.) ou dans le cas d'un ressaut hydraulique (passage brutal d'un régime torrentiel à un régime fluvial). On peut l’observer aussi bien dans le cas d’un écoulement permanent que dans celui d’un écoulement transitoire.

Figure 1 : Les écoulements rapidement variés constituent la règle dans les torrents de montagne ; crédit photo Bernard Chocat.

Une autre cause possible est une variation brutale du débit causée par exemple par une rupture de barrage ou d'embâcle.

Modélisation des écoulements rapidement variés

Dans les écoulements rapidement variés, la courbure de la ligne d'eau et/ou l'accélération sont trop prononcées pour pouvoir être négligées et il n'est plus possible de faire l'hypothèse d'une répartition hydrostatique de la pression.

La détermination précise de la forme de la ligne d'eau est bien évidemment difficile. Il existe cependant un grand nombre de méthodes, soit analytiques, soit purement numériques. Les méthodes analytiques reposent généralement sur des approches empiriques diverses, et sont souvent assez performantes du fait des effets peu importants des conditions aux limites. Les méthodes numériques se généralisent cependant avec le développement de codes de calcul informatiques de plus en plus performants capables de représenter les écoulements dans des géométries très compliquées (voir Mécanique des fluides numériques). Voir aussi les ouvrages indiqués dans la rubrique "pour en savoir plus".

Utilisation en métrologie

Une obstruction à l'aval, un élargissement ou un rétrécissement brusque, un changement brutal de pente (passage d'une pente faible à une pente forte) peuvent également être à l'origine d'un écoulement rapidement varié. Cette propriété est souvent exploitée pour mesurer le débit dans le cas des écoulements à surface libre. En effet, lors du passage d'un écoulement torrentiel à un écoulement fluvial, il existe une relation univoque entre la hauteur d'eau (qui est dans ce cas égale à la hauteur critique) et le débit.

Pour en savoir plus

• Ancey, C. (2022) : Hydraulique à surface libre ; cours master EPFL ; 257p. ; disponible sur http://lhe.epfl.ch
• Vazquez, J () : Hydraulique à surface libre ; cours formation initiale ENGES ; 104p. ; disponible sur https://fr.scribd.com/document/528611767/Cours-hydraulique-a-Surface-Libre.