Hauteur critique (HU)

Traduction anglaise : Critical depth

Dernière mise à jour : 20/10/2022

En hydraulique : profondeur d'eau $ hc $ correspondant au minimum de la charge spécifique $ formule $H pour un débit donné.

Importance de la hauteur critique

La hauteur critique joue un rôle très particulier en hydraulique.

Séparation entre le régime fluvial et le régime torrentiel

Elle permet en particulier de définir le régime d'écoulement (figure 1) :

• fluvial ou infracritique si $ h\ >\ hc $ ;
• torrentiel ou supercritique si $ h\ <\ hc $ ;
• critique si $ h\ =\ hc $

Figure 1 : La hauteur critique correspond au minimum de la charge spécifique pour un débit donné ; le régime est torrentiel si la hauteur d'eau est inférieure à la hauteur critique et fluvial si elle est supérieure.

Dissipation d'énergie

La transition entre les deux régimes est brutale car lorsque la hauteur d'eau devient voisine de la hauteur critique dans un bief uniforme, la pente de la ligne d'eau devient théoriquement infinie. Dans le cas d'une transition d'un régime torrentiel vers un régime fluvial, le passage de la hauteur critique provoque l'apparition d'un ressaut hydraulique qui dissipe une grande quantité d'énergie (figure 2).

Figure 2 : Au passage d'un seuil hydraulique on observe souvent une double transition : fluvial-torrentiel à l'amont et torrentiel-fluvial à l'aval avec formation d'un ressaut hydraulique ; le Rhône à l'amont de Lyon ; crédit photo : Bernard Chocat.

Intérêt en métrologie

Un autre intérêt de la hauteur critique est d'être directement liée au débit par exemple par la relation $ (1) $ :

$ Q^2.B=g.S^3 \quad (1) $

Avec :

• $ Q $ : débit (m³/s) ;
• $ B $ : largeur miroir (m) ;
• $ g $ : accélération de la pesanteur (m³/s) ;
• $ S $ : section mouillée (m²).

De ce fait on utilise souvent des seuils hydrauliques de forme adaptée (rectangulaires ou triangulaires, avec ou sans contraction), associés à une mesure de la hauteur d'eau à l'amont, comme débitmètre.