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Ecoulement hydraulique partiellement noyé - barrage de Venette sur l'Oise

De Wikhydro

Sommaire

Fiche d'identité

Écoulement Partiellement noyé
Ouvrage Vannes à clapets seuil mince
Localisation Barrage de Venette à Compiègne
Date 16 mars 2003

Documents visuels


WIKHYDRO - Ecoulement hydraulique partiellement... par Wikhydro

Explication physique

La video ci-dessus montre un déversoir avec pied de nappe déversante recouvert par le ressaut, caractérisé par une faible connexion amont-aval créée par les vannes à clapet du barrage de Venette. Cette vidéo a été enregistrée le 16 mars 2013. Les photos suivante et la vidéo montrent:

  1. l'écoulement amont est lent, de type fluvial ;
  2. au niveau de la vanne, la lame d'eau au dessus de la tête de vanne est mince, l'écoulement est très rapide de type torrentiel de quelques décimètres d'épaisseur (on aperçoit la tête de vanne par transparence);
  3. en aval immédiat de la tête de vanne, l'écoulement est très turbulent, caractérisé par une forte dissipation d'énergie. L'écoulement amont n'est pas totalement déconnecté de l'écoulement aval. Le ressaut hydraulique est partiellement "noyé par en-dessous" car il est situé au pied de la vanne ;
  4. la photo suivante extraite du document VNF[1] montre que les vannes sont minces. Il s'agit donc d'un déversoir à crête mince en écoulement dénoyé;
  5. plus à l'aval (voir photo ci-dessous), bien que l'écoulement soit turbulent, il se régule et tend vers un écoulement fluvial plus calme.

Conclusion : l'écoulement sur les vannes de type seuil mince du barrage de Venette le 16 mars 2003 est de type noyé en-dessous

Quelques petits calculs de coin de table

A partir de quelques informations, il est possible de quantifier les caractéristiques de l'écoulement ce jour là sur le barrage de Venette à Compiègne.
Le débit de la rivière ce 16 mars 2013 était de 100 m3/s (il s'agit d'une estimation : la valeur finale sera actualisée lorsque le débit sera publié sur la banque HYDRO). Le barrage est constitué de deux passes navigables 31m, d'un pertuis de 12m, ce qui représente un linéaire de passage de l'eau de 74 m[2]. Le débit par mètre linéaire est donc de 1,35 m3/ml/s. Or si l'on se réfère à la notice du CETMEF[3], le débit d'un déversoir à crête mince en écoulement dénoyé peut s'exprimer par la formule suivante:

LaTeX: <br />
Q=K \mu L C_v h_1^{3/2} \sqrt{2g}
avec
LaTeX:  Q = débit total transitant par les vannes
LaTeX:  K = coefficient de noyage. Ce coefficient sera pris égal à l'unité pour exprimer la quasi déconnexion des écoulements amont-aval
LaTeX:  \mu = coefficient de débit pour un déversoir dénoyé du même type. Ce coefficient sera pris égal à l'unité compte tenu du fait que le l'écoulement est proche de l'état dénoyé
LaTeX:  L = longueur totale du passage du débit
LaTeX:  C_v = coefficient de vitesse d'approche du déversoir. Les vitesses à l'amont du déversoir étant assez faibles, ce coefficient sera pris égal à l'unité
LaTeX:  h_1 = hauteur d'eau amont au-dessus du seuil

Ressaut noyé.jpg

La seule inconnue qui nous reste à estimer de manière implicite dans ces deux formules est donc la hauteur d'eau au-dessus de la vanne clapet.
La valeur calculée est LaTeX:  h_1 = 0,45 m.

Le barrage de Venette : historique et fonction

Venette est localisé en France, dans la région Picardie, au Nord de Paris. Les caractéristiques des ouvrages du barrage de Venette sont reprises du document de VNF[4]

Carte France.jpg Compiègne.jpg Situation géographique.jpg

Situés sur la rivière Oise, entre les communes de Venette en rive droite et Compiègne en rive gauche, les ouvrages de Venette se composent d’un barrage de navigation, constitué de deux passes navigables de 31m, d'un pertuis de 12m et de deux écluses : l'une de 85m et l'autre de 125m, celle de 125m étant située sur un bras secondaire de l’Oise.

Schéma barrage.jpg

Hors période de crue, ces barrages de navigation, en créant des retenues artificielles, permettent la circulation des bateaux de commerce et de plaisance. Ils contribuent également à fiabiliser l’alimentation en eau potable. En période de crue, ils sont totalement ouverts pour rendre toute sa capacité d’écoulement à la rivière.
Le principe de fonctionnement d’un barrage à clapets est le suivant : dans chaque passe, un volet métallique, le clapet pivote sur une semelle en béton armé, le radier. Les clapets sont actionnés par des vérins.

Chantier vannes.jpg Fonctionnement vanne à clapet.jpg

Commandés de manière automatique, ils assurent une régulation du plan d’eau efficace et sûre en maintenant une hauteur d’eau constante en amont du barrage, hors période de crues. Lors des crues, le clapet est couché en fond de radier et le barrage est alors dit " effacé " afin de ne pas créer d’obstacle à l’écoulement des crues.
Sur l’Oise, la modernisation et l’automatisation de l’ensemble des barrages jusqu’à la confluence avec la Seine, permettra une gestion précise, rapide et synchronisée des manœuvres afin de fiabiliser l’effacement des barrages face aux crues.

Conclusion

Cet exemple d'exploitation rapide de vidéos et de photographies nous permet de visualiser un type de singularité hydraulique : un ressaut partiellement noyé. Quelques petites formules empiriques permettent en complément de caractériser de manière un peu plus précise les caractéristiques de l'écoulement le jour de l'enregistrement de la vidéo avec un smartphone.
La recherche sur Internet a rendu possible l'accès à des documents de l'exploitant VNF qui ont fourni quelques éléments contextuels reliés à l'ouvrage.

Bibliographie

  1. Reconstruction du barrage de Venette - lettre d'information VNF avril 2009
  2. Reconstruction du barrage de Venette - lettre d'information VNF avril 2009
  3. Notice sur les déversoirs - Synthèse des lois d'écoulement au droit des seuils et déversoirs - CETMEF février 2005
  4. Reconstruction du barrage de Venette - lettre d'information VNF avril 2009


Le créateur de cet article est Jean-Michel Tanguy
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