MicroBarrage

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Les écoulements à surface libre

Les écoulements à surface libre se différencient des écoulements en charge par le fait que la surface des écoulements est en contact avec l'atmosphère. Ce qui n'est apparemment qu'un détail a une importance fondamentale : la pression à la surface des écoulements est constante quelque soit les conditions d'écoulement et elle est égale à la pression atmosphérique.
Il y a deux façons de faire transiter un certain débit Q dans un canal :
- soit la hauteur d'eau h est faible et la vitesse moyenne V est importante, au quel cas Q=h x V
- soit la hauteur d'eau H est importante et la vitesse moyenne v est faible, au quel cas Q=H x v
Les deux possibilités précédentes existent dans la nature, et correspondent à des états d'équilibre différents. Le premier cas est qualifié d'écoulement torrentiel, parce que principalement rencontré pour des pentes importantes. Le second est qualifié de fluvial et est généralement rencontré pour les pentes très faible. Le passage d'un régime fluvial à un régime torrentiel passe par le régime critique, qui est une configuration particulière des écoulements qui minimise l'énergie spécifique de l'écoulement. Le contraire est beaucoup plus tumultueux, et on observe un ressaut hydraulique.

Ecoulement en canal

canal
 Coefficient K de Manning-Strickler
Caractéristiques des chenaux K
lit rocheux irrégulier, canal en terre en mauvais état, beaucoup de végétation et de blocs 25
lit rocheux uniforme, développement important de végétation 30
lit globalement régulier mais présentant de nombreuses imperfections de surface, présence de végétation, gros gravier 35
canaux en terre sans végétation, fossé en bon état 40
lit de gravier fin, fond en pierres grossièrement cimenté 45
surfaces en terre très régulière, béton grossier, pas de végétation 50
béton coffré et non lissé, mousses ou algues sur le fond, métal très incrusté, surface en moellons soignée 55
béton lissé, métal riveté, 65
béton revêtu de mortier, métal lisse, bois sans aspérité 75
mortier exceptionnellement lisse, métal sans aspérités, absence de dépôts 85


b  m
m  m/m
K
i m/m

h connu et Q à calculer                        Q connu et h à calculer
h                   Q 

                                                                                                   

Q m3/s          h



Précision

La formule de Manning-Strickler utilisée est une simplification des équations de l'hydraulique dans le cadre des écoulements turbulents à surface libre. Bien qu'empirique, cette formule est universellement utilisée. Les résultats ne doivent néanmoins pas être interprétés au litre près! Et l'imprécision des différents paramètres ne doit pas être oubliée!