HYDRAULIQUE
Écoulements en conduites et à surface libre
Les problèmes d'écoulements en conduites se posent dans de nombreuses activités industrielles (distribution d'eau, usines hydro-électriques, irrigation, pipe-lines, etc.).
Pour transporter un débit Q sur une certaine distance, il faut déterminer les caractéristiques de la conduite par un calcul économique tenant compte de sa résistance mécanique, de la pression du fluide et des pertes de charge linéairement réparties ou localisées.
Les pertes de charges linéairement réparties se calculent (dans le cas des conduites circulaires rectilignes) à l'aide de la formule dite universelle :
Abaque de Moody
Encyclopædia Universalis France
Le coefficient de perte de charge peut être calculé à l'aide de formules empiriques ou déterminé à l'aide du diagramme de Moody.
Les écoulements en canal ou en rivière sont à surface libre. La force motrice de ces écoulements est la pesanteur. Selon leurs caractéristiques, on distingue les écoulements uniformes, graduellement variés et rapidement variés.
– Les écoulements uniformes. Les caractéristiques de l'écoulement (tirant d'eau, section mouillée, périmètre mouillé, etc.) ne varient pas d'une section à l'autre. La surface libre a même pente i que le fond. La perte de charge H sur un parcours L est H = Li.
Le débit se calcule par des formules empiriques telles que la formule de Chezy V = C √RHi ou la formule de Strickler V = K RH2/3i1/2 (dans chacune de ces formules, V désigne la vitesse moyenne de l'écoulement en m/s, RH le rayon hydraulique – c'est-à-dire le quotient de la surface mouillée par le périmètre mouillé – en m, i la pente du radier et C ou K des coefficients empiriques qui ne sont pas sans dimensions).
– Les écoulements graduellement variés. Les caractéristiques de l'écoulement varient très lentement en fonction de l'abscisse x le long du canal ou de la rivière. Les méthodes d'étude consistent toutes à remplacer le canal par une succession de tronçons prismatiques dans chacun desquels on admet que l'écoulement est uniforme. Parmi ces méthodes, qui ont pour objet le calcul de la position de la surface libre (ou courbe de remous), il faut citer celles de Bresse et de Bakhmeteff.
– Les écoulements rapidement variés. Lorsque les courbures des filets liquides sont importantes, l'écoulement est dit rapidement varié. C'est le cas lors du franchissement de seuils ou de déversoirs, ou lors de variations soudaines de profondeur donnant lieu au phénomène de ressaut hydraulique. Les méthodes précédentes deviennent alors inapplicables.
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Écrit par
- Pierre CORMAULT : docteur-ingénieur en hydrodynamique, chef de service adjoint à la direction des études et recherches, Électricité de France, Chatou
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Hulton Archive/ Getty Images
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D.R.
Écoulement de fitration à potentiel
Encyclopædia Universalis France
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