[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le Cemagref ETNA

Titre du projet

Etude exploratoire de l'effet de singularités (ruptures de pente, élargissements, rétrécissements) sur le charriage hyperconcentré en torrents

Type d'aléa
Erosion - crues et laves torrentielles
Année

1996-97

Mots-clés
Hydraulique torrentielle - Singularités - Transport solide - Charriage torrentiel - Expérimentation sur modèle réduit - Modélisation numérique - Lois de perte de charge
Champs disciplinaires
Hydraulique torrentielle


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Cemagref ETNA
Organisme(s) associé(s)
SOGREAH
Coordonnateur
Didier RICHARD
Participants
Ph. ALEXANDRE


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
*
Contexte de l'étude
Ce projet s’inscrit dans le cadre de la thèse de Ph. ALEXANDRE, et dans le cadre plus vaste du projet Européen EROSLOPE 2 (4ème PCRD).

La dynamique du transport solide au passage de singularités est mal connue et correspond pourtant à des situations fréquentes (cas des plages de dépôt par exemple). Des formules semi-empiriques existent, établies à partir d’essais en laboratoire, dans des conditions qui restent pour certaines notablement éloignées de caractéristiques fréquemment présentées par les cours d’eau de montagne et leurs écoulements. Ces formules usuelles de transport solide n’en restent pas moins, « à défaut de mieux », des outils importants pour l’ingénierie des risques torrentiels. Il est donc important d’évaluer jusqu’à quel point il est légitime malgré tout d’en faire usage en dehors de leur strict domaine de validité.
Programme plus vaste
Projet Européen EROSLOPE 2 (= sur ce fragment de projet)
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
21,34 k€ (140 kF : 60 kF en 1996 + 80 kF en 1997 = 50% de l’action couverte)
Part du CG38 - PGRN
50 %
(Co)-Financements
50% par EROSLOPE 2
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Il a apporté la "moitié manquante" : coûts expérimentaux (matériel, prestation Sograh, 3 semaines d’essais, 2 stagiaires rémunérés).


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
Evaluer jusqu’à quel point il est légitime de faire usage des formules usuelles de transport solide en dehors de leur strict domaine de validité (régime permanent uniforme), pour leur extrapolation au charriage dans les cours d’eau de montagne (qui présentent des situations non permanentes, non uniformes ou non canalisées).

Contribuer à la validation d’un modèle numérique de simulation de l’évolution d’un lit torrentiel.

Observer, sur la base d’essais expérimentaux, le développement d’un lit torrentiel soumis à un apport solide donné, sous diverses configurations.

Confronter les résultats expérimentaux ainsi obtenus aux résultats de calcul des modèles développés en appliquant néanmoins des lois de transport solide du régime permanent uniforme, respectivement par le Cemagref et Sogreah, afin de préciser les domaines de vallidité correspondant aux deux approches.
Méthodologie
Confrontation des résultats d’essais expérimentaux sur modèle réduit aux résultats de calcul d’un modèle numérique de l’évolution d’un lit torrentiel :

- Réalisation de 28 essais (érosion, engravement, stabilité de la pente) dans 3 canaux de géométrie différentes, et test de 3 singularités (ruptures de pente type « bosse » ou « creux », présence d’un seuil, rétrécissement ou élargissement brusque).

- Développement d’un modèle numérique de simulation de l’évolution du niveau du lit d’un torrent affouillable, reposant sur un système d’équations hydrauliques et de transport solide, résolu par différences finies sur maillage régulier (après adimensionnalisation).
Résultats
 Constat expérimental que les variations du niveau du lit sont au moins aussi importantes que la hauteur d’écoulement dans le cas des écoulements à forte pente avec transport solide intense.

Confirmation de la possibilité d’utiliser une formule de transport solide usuelle en régime non uniforme (particulièrement dans le cas d’un changement de section transversale), à condition d’utiliser non plus la pente géométrique mais la pente énergétique, qui tient compte des gradients de hauteur d’écoulement et de vitesse. Les modélisations issues de ce type de formule permettent de rendre compte de la hauteur du décrochement qui apparaît dans le profil en long du lit au voisinage du changement de section.

Ajustement des paramètres introduits pour les calages des résultats expérimentaux / calcul, essai par essai (hauteur du décrochement au niveau de la singularité et évolution du niveau du lit au cours du temps).

Validation du modèle.

Mise en évidence des limites des lois de perte de charge existantes.


4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Chercheurs en hydraulique torrentielle
Production scientifique
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
 
Partenariats
- Préexistant
- Qui se poursuit
Retombées du projet

Projet "en standby": modèle de recherche non transférable, utilisé en interne.

Dans le cadre du projet européen EROSLOPE 2 (1996-1999), le travail du Cemagref a principalement consisté à développer un modèle numérique de simulation de l'évolution morphologique du lit d'un cours d'eau torrentiel soumis à un transport par charriage torrentiel éventuellement hyperconcentré. L'accent a été mis sur deux manifestations importantes de ce type de transport solide : les effets bidimensionnels tels que méandrage et tressage, et le tri granulométrique, pouvant générer la formation d'une couche pavée à la surface du lit. Des expérimentations sur modèle réduit physique ont permis d'approfondir la connaissance des mécanismes élémentaires.



5) Valorisation du projet

Publications et communications
DEA :
- BIGILLON F., 1997 – Evolution d’un lit torrentiel à section transversale graduellement variée. Cemagref, Rapport de DEA, 93 p.
- FINDELING A., 1996 – Etude de la dynamique du transport solide par charriage torrentiel hyperconcentré au passage de singularités. Cemagref-ENGREF, Rapport de DEA, 89 p.

Thèse :
ALEXANDRE P., 1997 – Modélisation numérique de l’évolution du lit des torrents. E31-Ingénierie et prévention des risques naturels en montagne.
(cf. BD Cemagref-publications : http://cemadoc.cemagref.fr)

Communication à un congrès :
FREY P., ALEXANDRE P., BIGILLON F., RICHARD D., 1999 – Physical and numerical modelling of the movable bed in non-uniform steep channels with a sudden narrowing or widening. ALTEAURISK / DYNAL, 27ème congrès de l’AIRH, Graz, AUT, 22-27 août 1999.
Pages Web

cf. site ETNA (rubrique projets régionaux)...

Sur le dispositif expérimental pour l'étude du charriage torrentiel : cf. Site du Cemagref ETNA > Equipements scientifiques > Le canal d’étude du charriage torrentielle.

 

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