Elaboration d’un programme de calcul des évacuateurs de crues à seuils libres, et des bassins de dissipation. // Lien de téléchargement : http://whareotiv.com/UX8

Elaboration d’un programme de calcul des évacuateurs de crues à seuils libres, et des bassins de dissipation.

Résumé : 

 Le présent projet intitulé « Elaboration d‟un programme de calcul des évacuateurs de crues à seuils libres, et des bassins de dissipation » s‟inscrit dans le cadre de notre travail de fin d‟études à l‟Ecole Hassania des Travaux Publics, au sein de l‟équipe du professeur Mohamed TALEB qui s‟intéresse à l‟élaboration d‟un programme établi sur le logiciel Matlab, ce travail intègre tous les calculs concernant la géométrie de l‟évacuateur de crue à seuil libre, les calculs hydrauliques, ainsi que le dimensionnement des différents types de bassins de dissipation et pour un évacuateur avec un saut de ski et pour un évacuateur versant directement dans un bassin de dissipation. 

 Ce travail proposé par le bureau d‟étude NOVEC a pour principal objectif d‟étudier les écoulements à grandes vitesses sur les évacuateurs de crues, et de donner des solutions efficaces pour les problèmes qui y sont liés, notamment les problèmes liés à la cavitation, raison pour laquelle, une partie importante de ce rapport est consacrée à ce phénomène. Dans le but d‟affiner cette étude, on a fait l‟étude de trois études de cas qui sont : le barrage Mdez dans la province Sefrou, barrage Dar Khrofa dans la province de Larache et enfin le barrage Tamalout au sud-ouest de la ville de Midelt. Une grande partie de notre rapport sera consacrée aux bassins de dissipation, leurs types, les cas de leurs applications, leur dimensionnement, ainsi que les différentes recommandations pour les différents types de dissipation. Il est à noter que dans le cas d‟un évacuateur de crue avec un saut de ski (une cuillère), on utilisera une fosse d‟érosion. En ce qui concerne le choix du langage Matlab comme langage de programmation, on a jugé qu‟il est le plus performant et le plus scientifique dans ses démarches de programmation, ainsi qu‟on s‟intéresseraient à ses diverses options de tabulations et d‟affichages 2D et 3D. 

 Les interfaces graphiques de Matlab, quant à eux présentent une variété d‟options de calculs et de dessins. Ainsi on peut afficher des résultats numériques ou bien dessiner les différents profils et géométries.

INTRODUCTION : 

 Aujourd‟hui, grâce aux efforts consentis, le Maroc a intimement lié son développement économique et social à la maîtrise et à la valorisation de l‟eau. Ainsi, plus de130 grands barrages sont actuellement en service, totalisant près de 17.2 milliards de m3 de capacité, constituent le résultat de l‟effort entrepris dans la mise en œuvre de la politique des barrages. 

 Les grands ouvrages hydrauliques jouent un rôle clé dans l‟économie du pays. Ils contribuent de manière décisive à l‟approvisionnement en eau des secteurs de l‟eau potable, de l‟irrigation et de la production énergétique. Ils permettent également la protection contre les inondations de larges zones du territoire national, d‟améliorer l‟environnement et la qualité des eaux à l‟aval des cours d‟eau dominés par des grands réservoirs. Ils ont enfin contribué à un développement équilibré du pays en permettant l‟émergence de véritables pôles régionaux d‟activités économiques. Ces ouvrages constituent également les piliers des projets de transfert d‟eau entre les régions humides et les zones déficitaires en eau. Pour satisfaire tous ces besoins, une importance particulière est accordée aux ouvrages annexes, en l‟occurrence les ouvrages d‟évacuation et de dissipation. L‟évacuateur de crue est parmi les principaux ouvrages d‟évacuation, il est un organe essentiel pour la sécurité du barrage en permettant l‟évacuation des différentes crues. Les ouvrages de dissipation, quant à eux sont vitaux pour la protection des barrages contre la grande énergie véhiculée par l‟eau évacuée, Ces ouvrages permettent de palier l‟effet de l‟érosion à l‟aval de l‟ouvrage et maintiennent ainsi la stabilité des barrages. 

C‟est dans ce cadre que s‟inscrit notre projet, qui a pour but de permettre le dimensionnement des évacuateurs de crues à seuils libres; et de permettre aussi le dimensionnement des bassins de dissipation. Notre travail, vise à élaborer un logiciel pour le calcul complet des évacuateurs à seuils libres, les bassins de dissipation, et les enrochements de protection, en permettant un suivi de l‟évolution de l‟écoulement au-dessus de la section déversante et sur le coursier. Ainsi que de donner des critères de choix entre ces différents ouvrages.

Nos recherches en termes de bibliographie nous ont montré qu‟il y a eu une grande littérature concernant les évacuateurs de crues à seuils libres et les écoulements graduellement variés. La contribution du BET NOVEC (Organisme d‟accueil pour notre stage) dans ce travail, était importante, aussi bien au niveau de la documentation qu‟au niveau de l‟encadrement. La première partie de ce travail consiste à l‟étude descriptive des évacuateurs de crue à seuil libre, puisque c‟est le type le plus répandu des évacuateurs. La deuxième partie a été dédiée à l‟étude et le dimensionnement des différents ouvrages de dissipation, ainsi qu‟aux critères de choix entre ces différents ouvrages. 

La troisième partie, quant à elle est consacrée au logiciel élaboré : son utilisation et les grandes lignes de sa réalisation, puis son application pour le calcul des barrages Mdez, Dar Khrofa et Ain Tamalout

ETUDE DESCRIPTIVE DES EVACUATEURS DE CRUES A SEUIL LIBRE : 

I.1 Introduction :

 Le déversoir à seuil libre est le type le plus courant d‟évacuateurs de crues, et c‟est aussi le modèle le plus simple sans aucun organe mécanique. Sa débitance est donné par la formule hydraulique en h3 /2 .

Le niveau du seuil est normalement celui de la retenue normal avec un déversement par tropplein dès que le niveau a tendance à monter. Pour les barrages poids ou voûte, le déversoir est souvent placé dans l‟axe de la vallée en entaillant la crête de l‟ouvrage : un pont ou une passerelle, sous lequel il convient de vérifier le tirant d‟air, permet de rétablir la continuité de la circulation de rive à rive. On peut être amené à déporter le déversoir sur les rives.

Parce que la largeur L du seuil est trop importante, ce qui impose d‟implanter le seuil parallèlement aux rives avec déversement latéral, l‟eau étant ensuite conduite vers l‟aval dans un chenal ou une galerie. 

Le seuil en rive avec chenal latéral est fréquemment employé pour les barrages en remblai pour lesquels, il est impossible d‟admettre un écoulement important sur le corps du barrage qui risquerait d‟être érodé, Ceci dit, il reste plus préférable de localiser l‟évacuateur de crue sur l‟axe du cours d‟eau. Le seuil est fréquemment découpé par des becs de fractionnement qui ont pour but d‟assurer une bonne aération de la veine liquide écoulant sur le seuil. L‟absence de vanne apporte une sécurité importante de fonctionnement. Par ailleurs, l‟évacuateur de crue ne nécessite pas l‟intervention active d‟un personnel d‟exploitation.

La forme de la crête des déversoirs adoptée induit un état d‟écoulement, ayant des caractéristiques hydrauliques bien définies et spécifiques. La forme de la crête adoptée par le passé était de forme parabolique. Henri Emile Bazin (1829-1917), ingénieur hydraulicien français qui travailla au début de sa carrière avec H.P.G Darcy, fut l‟un des premiers à avoir entreprit des essais au laboratoire concernant la forme de la nappe déversante .L‟application pratique des mesures de Bazin conduit à une forme de la crête du déversoir coïncidant avec la face inférieure de la nappe aérée franchissant un déversoir à paroi mince. Théoriquement, l‟adoption d‟un tel profil dit « profil de Bazin » ne devrait pas engendrer de pression négative sur la crête du déversoir. En réalité ,des pressions négatives peuvent exister sur un tel profil en raison des frottements occasionnés par la rugosité du parement aval du déversoir et ces pressions peuvent mener à un effet néfaste de la cavitation .Différents profils ont été élaborés de par le temps :Le profil de De Marchi (1928) ,le profil Creager (1929) développé, par une approche mathématique, sur la base des mesures de Bazin, le profil Scimemi (1930), le profil Escande (1937) , le profil Smetana (1948), le profil Creager modifié (1950) issu des données de l‟U.S. Bureau of Réclamation (USBR). Ces divers profils ont été largement commentés et discutés dans l‟excellente étude de Grzywienski (1951). Pour illustrer le fonctionnement hydraulique de ces ouvrages d‟évacuation, on a choisi de ne présenter que quelques profils géométriques et notamment ceux les plus connus. Il s‟agit en l‟occurrence du barrage déversoir de type Creager (1929) et de types WES (1952),(US Army

I.2 Profil type Creager : 

 Soit un déversoir vertical, à mince paroi. L‟écoulement par-dessus le déversoir s‟effectue à nappe librement aérée, passant par l‟arête du déversoir. Le long du profil de la lame déversante, correspondant au profil limite, la pression est égale à la pression atmosphérique. Si l‟on remplissait de béton l‟espace situé sous cette lame, nous obtiendrions un barragedéversoir à seuil épais dont le coursier épouserait exactement la forme du profil inférieur de la nappe libre. La pression correspondrait également à la pression atmosphérique le long du barrage-déversoir obtenu, ce qui revient à conclure que la nappe n‟exerce aucune pression sur le coursier. 

I.4 le coursier :
I.4.1 profil en long : 

 Les coursiers lisses sont les plus utilisés dans les barrages, ils sont le type le plus standard pour les évacuateurs de crues, la nature du béton utilisé ainsi que son traitement, interviennent dans les paramètres de l‟écoulement et les problèmes qui y sont liés. Ce type de coursier permet le passage de débits importants contrairement à d‟autres types. Il est à noter qu‟au cours des deux dernières décennies, il y a eu un intérêt croissant concernant les déversoirs en marches d‟escalier dans différents laboratoires à travers le monde. Cela est dû aux progrès techniques dans la construction avec le béton compacté au rouleau (BCR), et le niveau considérable de la dissipation d'énergie le long de cet évacuateur menant à la réduction de la taille du bassin de dissipation. Cependant, l'utilisation des déversoirs en marches d‟escalier est limitée à un débit unitaire de 30 m3/s/m, en raison de la crainte de cavitation pour un débit plus grand. 

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