HYDRAULIQUE

Études sur modèles réduits, mesures hydrauliques

Le modèle réduit physique est souvent le seul moyen de résoudre un problème d'écoulement impossible à étudier par le calcul. Il en est ainsi pour la mise au point d'ouvrages tels que les évacuateurs de crues, les dissipateurs d'énergie, les barrages et prises d'eau en rivière, etc.

Les forces agissant sur les fluides et le corps en contact avec eux sont principalement dues à l'inertie, à la pesanteur, à la viscosité et à la capillarité. On doit, dans un modèle, conserver les rapports entre les diverses catégories importantes de forces. En général, il est impossible de réaliser une similitude permettant la représentation simultanée de plus de deux types de forces.

Dans la similitude de Froude, on conserve dans le même rapport les forces de pesanteur et d'inertie. On obtient ce résultat en réalisant un même nombre de Froude V/gD sur le modèle et dans la nature. Ceci nécessite souvent d'introduire une distorsion dans le modèle (échelles horizontales et verticales différentes).

Dans la similitude de Reynolds, on conserve dans le même rapport les forces d'inertie et les forces de viscosité. Les nombres de Reynolds homologues VD/ν doivent alors être les mêmes sur le modèle et dans la nature. Pour y parvenir, on peut être amené à étudier des phénomènes hydrauliques au moyen de modèles à écoulement d'air (ou inversement).

Beaucoup des domaines traditionnellement réservés aux modèles physiques sont maintenant accessibles aux modèles mathématiques. C'est notamment le cas en hydraulique maritime des problèmes de protection des ports contre la houle, de propagation de la marée dans les estuaires, et même de comportement des fonds mobiles (sables et vases) soumis à l'action des courants et des vagues. Il ne convient pas cependant de croire à une réelle concurrence entre les deux techniques. Elles sont beaucoup plus complémentaires que concurrentes. Par ailleurs, les modèles réduits utilisent eux aussi des ordinateurs, tant pour assurer leur réglage et leur conduite automatique que pour la collecte des informations qu'ils recèlent.

Les grandeurs que l'on a le plus fréquemment à mesurer en hydraulique sont les niveaux liquides, les pressions, les vitesses et les débits.

Les niveaux sont mesurés à l'aide d'échelles limnimétriques, de limnigraphes à pointe vibrante, de détecteurs à capacité, de sondeurs à ultrasons.

Les pressions statiques et dynamiques sont mesurées à l'aide de manomètres à liquides et de capteurs de pression traduisant un microdéplacement en un signal électrique.

Pour la mesure des vitesses d'écoulement, on dispose de moulinets (hélices à axe parallèle à la vitesse), de tubes de Pitot, d'anémomètres à fil chaud, ou d'anémomètres laser à effet Doppler.

Enfin la mesure des débits utilise les déversoirs, les venturis, tuyères, diaphragmes, les rotamètres, ou les débitmètres électromagnétiques ou à ultrasons.

L'hydraulique moderne recouvre un vaste domaine de connaissances à la fois théoriques et pratiques qui constituent, pour tout ce qui touche le mouvement de l'eau, ce qu'il est convenu d'appeler « l'art de l'ingénieur ».

Pendant longtemps on a distingué d'une part, l'hydrodynamique, branche des mathématiques appliquées et, d'autre part, l'hydraulique. Cette distinction, due aux différences dans l'approche et la résolution des problèmes, est de moins en moins justifiée. L'hydraulique a, en effet, cessé d'être seulement une science de formules empiriques et de coefficients.

L'essor des techniques numériques mises en œuvre sur des ordinateurs sans cesse plus puissants et plus nombreux permet aux ingénieurs hydrauliciens d'aujourd'hui d'apporter, à la résolution de problèmes concrets, la rigueur mathématique qui était[...]