Assistance au calage de modèles numériques en hydraulique ... - TEL

2.3 PARAMÈTRES EN HYDRAULIQUE FLUVIALEans de la persistance de cette équation empirique face aux développements théoriquesdans le domaine de la mécanique des fluides :It is truly surprising that engineering practice has depended to such an extent on aformula as empirical as this one, derived nearly a century ago. Many engineers havebecome very proficient at estimating the value of n to apply to a given channel. [..]Because n must be estimated, its determination is a matter of judgement and not anindependent measure of specified physical attributes of the channel.Cette prédominance de la formule de Manning peut s’expliquer par des considérationssur la notion d’échelle pour la résistance à l’écoulement : les travaux de mécaniquedes fluides sur les écoulements à surface libre ont permis d’inclure le coefficient adimensionnelf dans les notions de résistance à la paroi et de couche limite 17 . Il est ainsiregardé comme une valeur locale de la résistance à l’écoulement, relié à la distributiondes vitesses et associé au concept de moment de cisaillement. Le rayon hydraulique Rse trouve alors être la profondeur de l’eau. D’autre part, les expériences à l’origine dela détermination des coefficients C et n ont toutes été basées sur des mesures de pertede charge, et ceux-ci se révèlent naturellement adaptés pour exprimer une résistance àl’échelle d’une section ou d’un bief. Yen (2002, p. 36) conclut de la sorte en recommandantl’utilisation d’un coefficient de résistance à l’échelle de la section ou du tronçondans des simulations unidimensionnelles :While in 2D or 3D simulations of local phenomena, the use of local resistance is required,in 1D simulation of open-channel flows, it is the reachwise or cross sectionalresistance coefficient that is practically useful.Dans la suite du document, et notamment dans le chapitre 4, nous considéreronssuivant ces recommandations que le coefficient n de Manning est associé à un bief, ouplus précisément à un tronçon homogène d’un bief.En conclusion, la formule de Manning sera utilisée pour calculer la résistance àl’écoulement dans les modèles considérés dans la suite du document. Le choix de cecoefficient particulier dans ces travaux repose sur le nombre de connaissances existantesliées précisément à l’estimation de ses valeurs 18 .Sources de la résistance à l’écoulementLa résistance à l’écoulement est un effet cumulatif de plusieurs phénomènes. Àpartir de la classification de Rouse (1965), quatre types de résistance à l’écoulement ontété identifiés par Yen (2002) et sont détaillés dans les paragraphes suivants.Résistance de surfaceCe premier type de résistance correspond aux effets induits dans le profil vertical devitesse par le degré de turbulence de l’écoulement, par la rugosité relative du lit, maisaussi par la forme de la section en travers. L’influence de la résistance de surface seraconsidérée comme prépondérante dans le cas des écoulements en rivière étudiés ici.17. Pour plus de précisions, le lecteur pourra se référer à Carter et al. (1963) et Yen (2002).18. Le même choix a été réalisé dans le cadre du projet Reducing Uncertainty in River Flood Conveyance,sur la base de l’avis d’un groupe d’experts (DEFRA/Environment Agency, 2004a, p. 6).36