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Le support du cours d'hydraulique fluviale de 3° année de l'ENTPE (Patrick FOURMIGUE - 2009)

De Wikibardig

Le support du cours d'hydraulique fluviale de 3° année de l'ENTPE (Patrick FOURMIGUE - 2009).

 

Depuis 1999, Patrick FOURMIGUE, alors au Cete Méditerranée, intervient dans le cursus de formation des élèves-ingénieurs de l'ENTPE (école nationale des travaux publics de l'état – MEDDE). Dans le cadre de l'actuelle voie d'approfondissement GCEL (gestion des cours d'eau et du littoral), il assure le rôle de professeur principal du cours d'hydraulique fluviale, avec l'assistance d'Élodie PAYA (Cerema - Aix). Il intervient également comme professeur associé pour le projet d'hydraulique fluviale, piloté par Patrick CHASSE (Cerema - Compiègne).

En 2009, fort de ses dix ans d'expérience, Patrick FOURMIGUE décide de renouveler ses divers supports de cours d'hydraulique fluviale et de les regrouper dans un document polycopié unique. Les élèves peuvent ainsi y retrouver parties théoriques, diaporamas, énoncés des exercices et TD sur logiciels.

C'est ce document qui est joint à cette brève présentation. Il est encore étiqueté "Cete Méditerranée", mais sera prochainement "rhabillé" aux couleurs du Cerema. Ce sera l'occasion de lui apporter quelques modifications, cinq ans après sa première version.

OBJECTIFS

Ce cours et son "poly" associés visent trois objectifs principaux :

  • Apporter aux élèves les notions essentielles, pour réaliser le projet d'application d'hydraulique fluviale,
  • Développer leur "intelligence hydraulique" et leur sens critique, sur les études qu'ils pourront réaliser ou commander lorsqu'ils seront en activité professionnelle,
  • Ouvrir leurs yeux sur la complexité hydraulique d'un cours d'eau, qu'un modèle ne résumera jamais.

Le document de Patrick FOURMIGUE n'ambitionne surtout pas de rivaliser avec les livres scientifiques beaucoup plus complets écrits dans ce domaine. Ainsi, les parties qui relèvent plus de la mécanique des fluides, telles que la turbulence ou la viscosité, ne sont délibérément pas abordées.

MÉTHODE PÉDAGOGIQUE

Elle tient en quatre grandes idées :

  1. maîtriser les choses simples, avant de monter progressivement en complexité,
  2. faire passer la compréhension physique avant les équations mathématiques,
  3. apprendre par des exemples et exercices manuels ou travaux dirigés sur des logiciels d'utilisation facile,
  4. alterner les séances de cours et du projet d'application, qui motive toujours plus les élèves.

UN FIL DIRECTEUR : le canal rectangulaire de 10 m de largeur

Bien sûr, il ne s'agit pas d'un canal de laboratoire, mais de l'exemple type utilisé tout au long du cours. Cela permet aux élèves de voir comment on peut introduire progressivement, à partir d'une géométrie basique, la complexité des phénomènes hydrauliques.

  • Canal infiniment lisse, pente nulle :
    1. appréhender la notion de charge hydraulique et construire la courbe Charge spécifique(Hauteur d'eau), soit Hs(y).
    2. aborder le minimum d'énergie et les notions de régime fluvial, torrentiel et critique (Froude). Application au déversoir rectangulaire dénoyé.
  • Introduction d'un convergent/divergent progressif (Venturi) : mise en vitesse, jusqu'à provoquer un changement de régime par une contraction trop forte.
  • Pertes de charges singulières (à la Borda) dans un convergent/divergent brutal.
  • Pertes de charges linéaires par frottement, dans un canal rugueux, en pente. Introduction des notions d'écoulement uniforme, de hauteur normale, de pente et hauteur critique.
  • Équation de la ligne d'eau et forme des courbes de remous.

Les élèves découvrent l'écoulement en lit composé en adjoignant un lit majeur au lit mineur rectangulaire précédent. Ils calculent à la main la vitesse de propagation du maximum de débit et la vérifient ensuite avec le logiciel.

Les supports de cours et de TD relatifs à la modélisation 2D (sous Telemac), présentée par Anne-Laure TIBERI et Mathieu ALQUIER (Cerema, resp. Brest et Aix) ne sont pas intégrés dans ce polycopié.

OUTILS LOGICIELS

Pour bien maîtriser le B-A-BA de l'hydraulique fluviale, les élèves utilisent le logiciel pédagogique CANAL21 (coproduction Irstea & Cerema, au début des années 2000). Ils découvrent ensuite le logiciel 1D Mascaret (coproduction EDF/LNH & Cerema), utilisé d'abord en permanent puis en transitoire, pour mieux comprendre la propagation des crues.

Enfin, le tableur EXCEL est régulièrement mis à contribution, pour les calculs simples ou le post traitement des fichiers de sortie des logiciels.

Remerciements à :

  • Francis FRUCHART, pour les cours d'hydraulique fluviale qu'il m'a délivrés à l'ENTPE en 1984 (voilà 30 ans de cela),
  • Patrick CHASSE, pour ses conseils sur Mascaret, l'introduction de la modélisation 2D Telemac dans le cours, son projet d'application (modélisation de la boucle de la Marne à St Maur) et surtout pour notre amitié,
  • David GOUTX, pour ses riches guides méthodologiques CETMEF et son intervention en sédimentologie,
  • Mes collègues du Cerema qui m'appuient pour ce cours et le projet.
  • Enfin, Dominique CHATARD, Jean-Paul MIZZI et actuellement Bernard CLEMENT, mes principaux interlocuteurs à la direction des études de l'ENTPE.

Glossaire : ENTPE, Cerema, hydraulique fluviale, crues, CANAL21, Mascaret

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