|
Titre
du projet |
Transfert
d'un logiciel de calcul des ondes de rupture de barrage |
| Type
d'aléa |
Rupture
de barrage |
| Mots-clés |
Rupture
de barrage bidimensionnelle - Onde de submersion - Expérimentation
- Modélisation numérique - Saint-Venant |
| Champs
disciplinaires |
Physique
expérimentale, mécanique des fluides, métrologie |
1) Organismes et auteurs
| Organisme
pilote |
Cemagref
Nivologie |
| Organisme(s)
associé(s) |
SOGREAH
(suivi) |
| Coordonnateur |
Mohamed
NAAIM |
| Participants |
Pierre-Yves
COLIN |
2) Contexte du projet
|
Contexte
de l'étude |
Le
laboratoire de nivologie du Cemagref de Grenoble, dont le domaine
de recherche est la neige et les avalanches, a réalisé
une série d’expériences destinées
à étudier l’écoulement de l’eau
lors d’une rupture de barrage. Lors de la rupture d’un
barrage hydraulique, l’eau s’écoule vers
l’aval selon un mouvement gravitaire rapide. Pour étudier
cet écoulement, la division nivologie du Cemagref procède
en suivant deux approches différentes : une modélisation
numérique (simulation sur ordinateur) et une modélisation
physique (étude expérimentale sur modèle
réduit). Ces deux approches sont ensuite confrontées,
les résultats de la modélisation physique permettant
de valider ou d’invalider la modélisation numérique. |
|
Initiation
du projet |
Participation
du PGRN |
| Montant
du financement
(k€) |
10,67
k€ (70 kF) |
Part
du CG38 - PGRN |
~
30 % |
| (Co)-Financements |
|
| Appréciation
du rôle du financement CG38 - PGRN |
Gros
surplus qui a contribué à la mise en place de
l’expérimentation + 1 DEA. |
3)
Objectifs, méthodes et résultats
| Objectifs |
Etudier
expérimentalement l’écoulement de l’eau
lors d’une rupture de barrage |
| Méthodologie |
Modélisation
physique :
Réalisation d’essai sur un dispositif expérimental
constitué d’un canal horizontal allongé,
laissé libre dans sa partie supérieure, avec un
fond métallique et des parois latérales en plexiglas
transparent épais. Ce canal est divisé en deux
parties par une paroi en PVC perpendiculaire à son axe
et figurant le barrage : la partie amont, d’une
longueur de 1,40 m, représente le lac réservoir
(niveau d’eau variable selon l’expérience)
; la partie aval, d’une longueur de 3,80
m, reçoit l’écoulement de l’eau lors
de la rupture du barrage. La paroi en PVC comporte
une partie amovible sur le côté, qui permet de
simuler la rupture du barrage et permet aux phénomènes
tourbillonnaires de se développer en largeur.
- L’écoulement est étudié via des
mesures de hauteur d’eau à l’aide de trois
détecteurs de houle (chacun formé d’une
sonde conductimétrique, d’un module de mesure et
d’un module d’alimentation), des mesures de la vitesse
de l’eau dans la zone située à l’amont
de la digue à l’aide d’un anémomètre
à moulinet, et des observations par visualisation à
l’aide d’un appareil photographique et d’une
caméra ccd.
- Le paramètre principal qui varie selon les expériences
est la hauteur d’eau dans le bassin amont avant rupture,
mais il est également possible de placer divers obstacles
sur le fond du canal aval.
- Le système d’acquisition, de type numérique,
est constitué de 4 voies en parallèle se rejoignant
au niveau du multiplexeur. Il comprend 4 capteurs (3 sondes
conductimétriques et 1 sonde anémométrique),
4 conditionneurs de signaux (formé chacun d’un
convertisseur de mesure, d’un amplificateur et d’un
dispositif de filtrage), une carte d’acquisition (composée
d’un multiplexeur temporel, d’un échantillonneur-bloqueur
et d’un convertisseur analogique-numérique), et
un ordinateur PC qui permet de piloter la carte d’acquisition
et de traiter l’information (langage informatique Asyst).
Modélisation numérique :
Le modèle, développé en 1989, est applicable
à de nombreux phénomènes étudiés
en mécanique des fluides (effets hydrodynamiques provoqués
par un glissement solide dans une retenue, par exemple), dont
les dimensions peuvent être très variables. Il
est bidimensionnel, et son principe est le
suivant :
- le fond du canal (parties amont et aval) est découpé
en surfaces élémentaires, de dimension moyenne
(delta)l chacune repérée par ses coordonnées
x, selon la direction parallèle à l’axe
du canal, y selon la direction perpendiculaire à cet
axe et z, ou cote,
- pour chaque surface élémentaire, on définit
3 variables fonction du temps : la hauteur d’eau h(t)
et les composantes du vecteur vitesse, considérées
constantes sur toute la hauteur d’eau, soit u(t) selon
x et v(t) selon y,
- les conditions initiales, entrées par l’utilisateur,
sont, pour chaque surface élémentaire, h(0), u(0)
et v(0),
- le pas de temps (delta)t utilisé est calculé
par le modèle en fonction de (delta)l, de la hauteur
d’eau maximale et de la vitesse maximale. Ainsi, pour
(delta)l = 0,1 m, (delta)t = 1/50 s environ.
- à chaque pas de temps, le modèle calcule h(t),
u(t) et v(t) pour toutes les surfaces élémentaires.
Les résultats peuvent être présentés
de deux façons différentes :
(1) courbes h(t), u(t) et v(t) pour un ou plusieurs
éléments du maillage,
(2) cartes h(t), u(t) et v(t) donnant pour
t = t0 et pour tous les éléments du maillage ;
on peut ainsi visualiser des hauteurs d’eau (à
l’aide de différentes couleur, par exemple) ou
des vitesses (à l’aide de flèches orientées
de longueur proportionnelle…). |
| Résultats |
Dans
le rapport préliminaire :
Graphiques des hauteurs d’eau après rupture en
fonction du temps, pour des hauteurs avant rupture de 10,
15, 20, 25, 30, 35, 40, 50, 55 et 60 cm. Une
trentaine d’expériences avaient été
réalisées lors de la remise de ce rapport…
Suite
? |
4)
Débouchés du projet
| Utilisateurs
finaux potentiels |
Cemagref
, chercheurs et, gestionnaires impliqués dans la prévention
du risque de rupture de barrages |
|
Production
scientifique |
-
Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles |
| Produits
délivrables |
Logiciel |
|
Partenariats |
-
Préexistant
- Qui se poursuit |
|
Retombées
du projet |
Perspectives
: une cinquantaine d’autres expériences devaient
suivre et les résultats devaient être analysés
par différentes méthodes et comparés avec
ceux fournis par le modèle numérique. Les résultats
définitifs devaient être présentés
en septembre 1993 dans le cadre d’un rapport de DEA.
Ce modèle numérique est aujourd’hui utilisé
au Cemagref pour l’expertise. |
5)
Valorisation du projet
| Publications
et communications |
Rapport
de DEA de Pierre-Yves Colin, UJF |
| Pages
Web |
|
|
