Influence de quelques obstacles simples sur l'écoulement dans un " ruisseau" expérimental

Abstract

Dans une installation d'essai, l'écoulement a été observé en présence d'obstacles simples, pour des vitesses moyennes variant de 1 à 100 cm/s. La technique utilisée a été la chronophotographie de particules d'aluminium en suspension dans l'écoulement. Ce procédé de visualisation a permis d'établir le tracé des lignes de courant et de connaître les valeurs des vitesses en des points précis. La valeur des pressions et l'amplitude des variations de pression ont été mesurées sur le fond du canal d'essai.

1. - L'évolution de l'écoulement a été observée à l'amont et à l'aval des obstacles en fonction de l'accroissement de la vitesse moyenne. Aux vitesses moyennes faibles, on observe un petit rouleau stable en aval des obstacles. Le mouvement est plus lent qu'en pleine eau. Avec l'augmentation des vitesses moyennes, à ce mouvement moyen se superpose une agitation de plus en plus importante des particules. Cette agitation traduit l'existence d'une turbulence qui devient intense aux vitesses moyennes élevées. L'instabilité du point d'attachement du rouleau entraîne l'existence de battements. Un petit rouleau évolue de façon semblable à la face amont de certains obstacles.

2. - En aval des obstacles, la longueur d'attachement du rouleau est très réduite pour des vitesses moyennes faibles. Cette longueur augmente ensuite très rapidement avec l'accroissement de la vitesse moyenne et le rouleau devient très long. L'attachement du rouleau se rapproche ensuite de l'obstacle et demeure relativement stable aux vitesses moyennes supérieures.

3. - Le rouleau aval est le plus stable pour des obstacles à arêtes vives et à face amont normale au courant. En présence d'obstacles mieux profilés, et surtout en présence d'une rampe, l'instabilité de l'écoulement est plus grande que pour les autres obstacles.

4. - Les échanges entre les rouleaux et l'écoulement général sont très réduits pour les vitesses moyennes faibles. Ils deviennent de plus en plus importants au fur et à mesure de l'augmentation des vitesses moyennes.

5. - Les variations de pression ont été enregistrées en plusieurs points du fond du canal. L'amplitude maximale des variations de pression correspond à la zone d'attachement du rouleau aval. A l'abri de l'obstacle, les oscillations sont les plus faibles sur la face aval. Sur la face amont, les variations de pression peuvent être différentes suivant la stabilité de l'écoulement au point de décollement et suivant le relief de l'obstacle.

6. - L'agitation qui règne dans les "eaux mortes" pour des vitesses moyennes élevées peut se traduire par les variations de pression. L'étude de ces variations de pression dans le temps devrait permettre une meilleure connaissance des conditions de vie au niveau même de la faune benthique.