Impact grille dans une rivière, vitesse, débit, ...

[bernard45160]

Bonjour,
Je n’ai aucune compétence en physique et en hydraulique, et je cherche de l’aide.
Voici mon problème (voir schéma joint) :
Une petite rivière est issue d’une résurgence alimentée par un sous-sol karstique.
A 200 mètres en aval existe une grille composée de barreaux verticaux. On peut estimer à 10% l’obturation créée par la grille (j’aurai bientôt les mesures précises).
L’amont de la grille est composé de sables vaseux, et l’aval, plus profond, de graviers et de cailloux, différence sans doute crée par l’accélération créée par la grille.
Le phénomène de la résurgence est très complexe, car une pression trop forte créée par exemple par l’arrivée importante d’eaux de pluie superficielles peut aller jusqu’à provoquer un inversac en repoussant l’eau dans son réservoir souterrain et la faire ressortir plus loin par d’autres résurgences…
Je voudrais pouvoir démonter les méfaits (s’ils existent) de cette grille :
- sédimentation en amont et creusement en aval : dans quelle mesure ?
- différence de hauteur d’eau entre amont et aval ?
- effet sur le débit ? sur la pression en sortie de résurgence ? importance de l’impact ? négligeable ?
- autres aspects à explorer ?
- quelles mesures dois-je réaliser ?
Merci d’avance à ceux qui voudront bien se pencher sur ce problème.
Bien amicalement.
Bernard
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[aurelienbis]

De quelle matière est faite cette grille?

[bernard45160]

Bonjour,
La grille est métallique (voir photo jointe).
Bien cordialement.

[aurelienbis]

Bien, à part la rouille et la peinture je ne vois pas.
Éventuellement, elle peut empêcher des "gros" animaux amphibie de passer, faut voir avec les pêcheurs du coin si ça à une importance.
Sinon je ne vois pas en quoi géologiquement cette grille pose problème, à force de s'entasser, les déchets bloqueront probablement en partie l'écoulement et il se fera sans doute un peu plus par les cotés. Alors à moins d'une inondation qui pourrait faire sortir l'eau de son lit et qu'il y ait des habitations proches, cette grille ne fait rien de mal.
Mais là, c'est le scénario catastrophe style 2012.

[A voir en vidéo sur Futura]

[bernard45160]

Merci pour cette réponse simpliste.
J'avais pourtant pensé que cette grille de type"barrage à aiguilles" devait notablement influer sur le flux de la rivière...
Mais peut-être n'êtes vous pas le bon interlocuteur...

[Gilgamesh]

Merci pour cette réponse simpliste.
J'avais pourtant pensé que cette grille de type"barrage à aiguilles" devait notablement influer sur le flux de la rivière...
Mais peut-être n'êtes vous pas le bon interlocuteur...

Je vois que ça vous tient à coeur, mais faite un effort d'amabilité quand même.

La grille ne limite pas le débit de l'eau mais provoque une sédimentation avale d'après la photo (elle retient des débris grossiers qui à leur tour vont retenir des sédiments plus fins, ce qui réhausse le lit de la rivière).

En quoi est-ce un problème ?

a+

[bernard45160]

Bonjour,
Oui, c’est vrai que c’est un sujet qui me turlupine d’autant plus que je me sens complètement impuissant pour expliquer un phénomène que je ne perçois que de façon intuitive.
Je vous prie de m’excuser pour mes propos.
Je vais essayer d’être plus clair dans ma demande :
A débit constant en sortie de résurgence, il me semble que l’obturation partielle de la grille devrait provoquer une différence de hauteur d’eau entre l’amont et l’aval ? ou bien l’eau prend simplement de la vitesse pour compenser (complètement ?) la réduction ?
S’il y a différence de hauteur, ça se calcule ?
En bout de réflexion, je me demande si le frein exercé par la grille pourrait être suffisant pour réduire le débit de la résurgence, une partie de l’eau empruntant alors un autre chemin souterrain, un peu selon le principe des robinets plus ou moins ouverts dans une habitation.
Le seul moyen de mesure du phénomène ne passe peut-être que par une opération sur le terrain de suivi du débit avec et sans la grille… Mais avant d’en arriver là, je voulais savoir si la théorie pouvait m’aider à éclaicir mes impressions.
Merci d’avance.
Bien amicalement.
Bernard

[Gilgamesh]

A débit constant en sortie de résurgence, il me semble que l’obturation partielle de la grille devrait provoquer une différence de hauteur d’eau entre l’amont et l’aval ? ou bien l’eau prend simplement de la vitesse pour compenser (complètement ?) la réduction ?
S’il y a différence de hauteur, ça se calcule ?
En bout de réflexion, je me demande si le frein exercé par la grille pourrait être suffisant pour réduire le débit de la résurgence, une partie de l’eau empruntant alors un autre chemin souterrain, un peu selon le principe des robinets plus ou moins ouverts dans une habitation.
Le seul moyen de mesure du phénomène ne passe peut-être que par une opération sur le terrain de suivi du débit avec et sans la grille…

Un petit cours ici : Éléments d’hydraulique fluviale

page 18 et suivantes.

A mon sens on est en régime d’écoulement dit pseudo-uniforme :
- Les caractéristiques de l’écoulement sont identiques d’une section à l’autre (même surface mouillée, même hauteur d’eau, même vitesse, ….)
- La pente de la ligne d’eau est à peu près la même que la pente du fond

Dans ce cas, un résultat important sur ce type d'écoulement est que le débit ne dépend que de la hauteur d’eau en amont de la section de contrôle (pas d’influence de l’aval), la section de contrôle, cad là où on mesure le débit en régime critique, étant représentée ici par la grille.

a+

[bernard45160]

Merci Gilgamesh,
Effectivement, l'écoulement semble bien pseudo-uniforme, mais l'est-il réellement ?
Les barreaux de grille créent un rétrécissement certes pas très important (de l'ordre de 10%), mais qu'en serait-il si le rétrécissement atteignait 50% par exemple ? La hauteur d'eau en amont serait-elle modifiée, ou bien seule l'accélération du flux compenserait-elle le manque d'espace ? peut-on calculer ces évolutions ?
Merci d'avance.

[aurelienbis]

Merci pour cette réponse simpliste.
J'avais pourtant pensé que cette grille de type"barrage à aiguilles" devait notablement influer sur le flux de la rivière...
Mais peut-être n'êtes vous pas le bon interlocuteur...

L'avis d'un néophyte est toujours le bienvenue,
votre problème semble être que l'eau s'écoulerait par un passage souterrain à cause de cette grille? Si c'était le cas, en quoi est-ce néfaste?

[bernard45160]

Bonjour Aurelienbis,
En fait le système karstique qui alimente la résurgence est très fragile et en équilibre instable. L'eau du réservoir souterrain dispose d'un réseau de drains et de résurgences géographiquement dispersées.
Il a déjà été vérifié qu'une pression exercée par un excès d'eaux superficielles (à peine quelques dizaines de centimètres) créait un inversac.
J'ai le sentiment que la grille crée un rétrécissement, et par là même une augmentation de la pression, et ensuite une baisse du débit. Et je cherche à expliquer de façon rationnelle cette théorie intuitive.
La conséquence est importante : l'eau utilise toujours le chemin le plus facile. Les autres drains souterrains deviennent alors prioritaires, et le chemin superficiel est ensuite délaissé et se sédimente.
Et je n'ai aucune connaissance en hydraulique fluviale...
Bien amicalement.

[Gilgamesh]

Merci Gilgamesh,
Effectivement, l'écoulement semble bien pseudo-uniforme, mais l'est-il réellement ?
Les barreaux de grille créent un rétrécissement certes pas très important (de l'ordre de 10%), mais qu'en serait-il si le rétrécissement atteignait 50% par exemple ? La hauteur d'eau en amont serait-elle modifiée, ou bien seule l'accélération du flux compenserait-elle le manque d'espace ? peut-on calculer ces évolutions ?
Merci d'avance.

La grille rajoute une rugosité sur l'écoulement, c'est comme si on avait rajouté quelques cailloux saillants sur le trajet de l'eau. C'est pas forcément aisé à calculer (même en théorie je veux dire, donc pas de formule miracle), mais ça se réfléchit ainsi : le flux perd de l'énergie en la communicant aux surfaces (qu'il échauffe in fine). A combien de surface supplémentaire, de rugosité de coef disons K=50 (correspondant à un fond lisse cf.p12) correspond le passage de la grille, en faisant avec et sans, en appliquant la formule de Manning-Strickler (p12 également). Pour la définition du rayon hydraulique, cf p9.

a+

[bernard45160]

Bonjour,
Nous sommes allés prendre les dimensions sur le terrain:
La grille est constituée de 197 barres de 6x25mm régulièrement espacées selon un entre-axe de 60mm.
J'ai calculé hors barreaux la surface mouillée 14,75m2 et le périmètre 13,21m.
La surface des barreaux immergés correspond à 10% de la surface mouillée, et leur longueur de 245,83m.
Faut-il ajouter les 2 côtés des 245m de barreaux pour avoir le périmètre mouillé total ?
Hors grille, j'arrive à Rh=1,12 et C=50,93
Avec grille, jarrive à Rh=0,029 et C=27,75
Si je ne me suis pas trompé, que peut-on en déduire ? Que la vitesse est réduite de moitié par la grille ?
J'avoue que je suis perdu...

[obi76]

Si je ne me suis pas trompé, que peut-on en déduire ? Que la vitesse est réduite de moitié par la grille ?
J'avoue que je suis perdu...

Bonjour,

ha non pas du tout. Si c'était le cas ou part la masse restante ? Elle s'accumulerait indéfiniment derrière les barreaux ?

Le seul impact que ça aura sera une légère augmentation de la hauteur d'eau en amont. C'est tout.

Quant à l'impact sur la turbulence, le seul impact est de créer ce qu'on appelle une turbulence de grille qui, dans votre cas, ne devrai pas perdurer plus de quelques mètres en aval (la viscosité de l'eau étant relativement élevée)

Cordialement,

[bernard45160]

J'ai oublié d'écrire que nous avons mesuré une différence de niveau de 6mm entre l'amont et l'aval de la grille (propre, sans accumulations)

[obi76]

Oui, ces 6mm correspondent à une augmentation de la pression hydrostatique en amont, qui suffit à contrecarrer l'augmentation de pression du au ralentissement du fluide.

Cordialement,

PS : de toutes façons, de part la conservation de la masse, le débit (donc masse volumique * vitesse * section) restera le même en amont et en aval.
PS2 : le seul impact que je vois serai effectivement sur la sédimentation.

[bernard45160]

Le problème est là : quel est l'impact de cette pression artificielle ?
Dans quelle mesure la masse retenue peut ralentir le flux de la résurgence et en détourner une partie vers d'autres drains souterrains ?
Hypothèse impossible ?

[Gilgamesh]

Le problème est là : quel est l'impact de cette pression artificielle ?
Dans quelle mesure la masse retenue peut ralentir le flux de la résurgence et en détourner une partie vers d'autres drains souterrains ?
Hypothèse impossible ?

1 mm d'eau = 1/10 000e de la pression atmosphérique. Tout ce qu'on peut dire c'est que c'est très faible...

a+

[bernard45160]

Je conçois que l'augmentation de pression est très faible. Mais nous sommes dans le cas d'un système karstique affleurant.
Les 6mm mesurés ne sont-ils pas le résultat de l'équilibrage naturel entre la résistance de la grille et la pression de la résurgence ?
En l'occurrence, c'est le débit de la résurgence que nous cherchons à favoriser.
Je pense devoir passer par une série de mesures avec et sans la grille...
Mes calculs avaient donné hors grille Rh=1,12 et C=50,93 et avec grille Rh=0,029 et C=27,75
Cela a-t-il un sens d'avoir compté les côtés des barreaux dans le périmètre mouillé ? Théoriquement, comment commenter ces données ?
Merci d'avance.

[obi76]

L'augmentation de 3mm d'un cours d'eau, surtout si elle est très locale, n'est pas un problème majeur.

Pour la sédimentation, elle sera plus faible en aval (sur quelques mètres) et plus fortes en amont (idem).

[Gilgamesh]

.
Mes calculs avaient donné hors grille Rh=1,12 et C=50,93 et avec grille Rh=0,029 et C=27,75
Cela a-t-il un sens d'avoir compté les côtés des barreaux dans le périmètre mouillé ? Théoriquement, comment commenter ces données ?

Y'a un os, y'a pas de doute . Manifestement le rayon hydraulique ne peut pas passer de 1,12 mètre à 2,9 cm du fait de la pose de la grille, physiquement ça n'a pas de sens. Désolé de vous avoir orienté sur cette piste piegeuse.

a+

[bernard45160]

Bonjour,
J'ai trouvé ce site avec une formule de calcul de perte de charge:
http://hydroland.pagesperso-orange.fr/Hydro_Divers.htm
Cela a-t-il un sens de l'appliquer à mon problème ?
J'ai essayé de renseigner au mieux les différentes valeurs, et j'arrive à un résultat de 6m (hauteur de colonne d'eau). Quel rapport y aurait-il avec la différence de niveau de 6mm constatée entre l'amont et l'aval ?
Je pose peut-être des questions stupides, mais je suis complètement ignare dans ce domaine.
Merci d'avance.

[bernard45160]

J'ai fait une grossière erreur dans la feuille excel :
J'obtiens 0,02471m et non 6m !
Mais ma question subsiste : quel rapport avec la différence de niveau d'eau entre amont et aval ?
Merci.

[Gilgamesh]

Tu calcules la perte de charge (la page donnant le calcule pour un grille a l'air tout à fait adaptée au problème) et tu mets une hauteur d'eau h supplémentaires en amont telle que rho.g.h (rho:masse volumique de l'eau 1000 kg/m3, g l'accélération de la pesanteur 9,81 m/s2, h la hauteur d'eau à rajouter, en m) égale la perte de charge.

a+

[bernard45160]

Merci Gilgamesh,
Mais pourrais-tu être plus explicite avec un novice tel que moi ?
Merci d'avance.

[bernard45160]

Tu calcules la perte de charge (la page donnant le calcule pour un grille a l'air tout à fait adaptée au problème) et tu mets une hauteur d'eau h supplémentaires en amont telle que rho.g.h (rho:masse volumique de l'eau 1000 kg/m3, g l'accélération de la pesanteur 9,81 m/s2, h la hauteur d'eau à rajouter, en m) égale la perte de charge.
a+

Bon, j'obtiens une perte de charge de 0,02471m .
En clair, qu'est-ce que cela signifie ?
Quel rapport avec la différence de niveau d'eau entre amont et aval ?
Ignare dans ce domaine, j'ai besoin d'un peu d'explications pratiques...
Merci d'avance.

[obi76]

Que la différence de pression induite par la pression de la grille est contrecarrée par l'augmentation du niveau d'eau que vous avez calculée.

Cordialement,

[bernard45160]

Merci OBI76,
Mais je n'ai pas calculé l'augmentation du niveau d'eau. Je l'ai mesurée.
Ce que j'aurais voulu pouvoir calculer, c'est justement cette hauteur d'eau à partir de la perte de charge.
C'est possible ?

[obi76]

ben , c'est ce que l'on vous a donné...

[bernard45160]

Pour vérifier si j'ai bien compris:
0,02471=1 * 9,81 * h ???
h= 0,02471 / 9,81 = quasiment rien ???
J'ai une erreur d'unité ?