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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 |
| 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
|
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) |
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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 |
|
Partenariats |
-
Préexistant
- Qui se poursuit |
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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.
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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.
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| Pages
Web |
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