Objectifs Jaugeage d’un modèle physique d’une section de la rivière Etchemin
a. Étudier la distribution des vitesses d’écoulement sur une section d’écoulement à partir de profils verticaux
et de procéder à un jaugeage au moyen d’un ADV ;
b. Procéder à un jaugeage au moyen de méthodes plus classiques ;
c. Caractériser l’écoulement sur la maquette ;
d. Étudier de façon qualitative les courbes de remous.
Jaugeage d’un canal
Manipulations relatives à l’ADV (section S10)
- Tracer le quadrillage de prises de mesures à partir de l’annexe C et selon la procédure décrite ci-dessous ;
Selon l’axe des y :
1.1 Mesurer la largeur au miroir, puis diviser en n parties égales et équidistantes. En pratique, on vise
environ 𝑛 = 20 mais du fait que le jaugeage est fait sur un modèle physique réduit, on vous suggère
de le fixer 𝑛 = 5 ;
1.2 Attribuer une coordonnée en y à chacun des axes verticaux de mesure à partir d’un référentiel
préalablement déterminé ;
1.3 Tracer les axes verticaux sur une feuille quadrillée.
Selon l’axe des z :
1.4 Mesurer la profondeur d’eau maximale 𝐻 de la section S10 ;
1.5 Pour chacun des axes verticaux et dans la mesure du possible, prévoir un point de mesure à 0,2𝐻,
0,4𝐻, 0,6𝐻 et 0,8𝐻.
Notez bien : En hydrométrie, la référence est généralement fixée à la surface de l’eau, alors que
l’équation (1) considère la référence au fond du canal ;
1.6 Sur la même feuille quadrillée qu’en 1.3, tracer les axes horizontaux correspondants aux profondeurs
ci-dessus.
- Pour chaque point de mesure crée par la jonction entre les axes verticaux et horizontaux, positionner l’ADV, puis enregistrer une série de vitesses d’une durée d’environ 60 secondes ;
- Pour chaque point de mesure crée par la jonction entre les axes verticaux et horizontaux, positionner l’ADV, puis enregistrer une série de vitesses d’une durée d’environ 60 secondes ;
Jaugeage d’un canal
Manipulations relatives aux méthodes classiques
- À partir de l’interface de DASYLab, prendre en note les niveaux d’eau mesurés par les piézomètres.
- Pour les sections munies de piézomètres, mesurer également à l’aide d’un ruban le niveau d’eau sur le
piézomètre afin de contrevérifier les valeurs captées par les piézomètres. - Mesurer les longueurs des différents tronçons de la maquette (voir annexe A) au moyen d’une chaîne et en suivant au mieux les sinuosités du lit principal de la maquette ;
- Pour chaque section monitorée présente dans le tableau Vitesses de surface de l’annexe C, mesurer la
vitesse d’écoulement en surface au moyen d’un flotteur et d’un chronomètre.
Objectifs
Pertes de charge d’un écoulement sous pression dans des conduites circulaires
a. Comparer des valeurs de coefficients de pertes de charge locales expérimentaux avec ceux indiqués dans la littérature ;
b. Vérifier l’équation de Darcy-Weisbach ;
c. Dresser le diagramme d’énergie d’un système hydraulique ;
d. Observer l’influence du diamètre et du matériau (rugosité) d’une conduite sur les pertes de charge par frottement.
Cadre théorique
Pertes de charges
Re < 2500 = ?
Re > 5000 = ?
Régime d’écoulement laminaire
Régime d’écoulement turbulent (avec film laminaire 0,1D)
Cadre théorique
Jaugeage d’un canal
Qu’est-ce que le jaugeage d’une rivière?
défini comme étant l’ensemble des opérations, des mesures et des calculs destinés à quantifier un débit.
Cadre théorique
Jaugeage d’un canal
Deux aspects qui fonts que le modèle théorique est imprécis
- vitesse d’écoulement maximale en surface alors qu’en pratique, la vitesse
maximale est souvent observée légèrement sous la surface ; - ne prend pas en considération le gradient des vitesses près des berges.
Cadre théorique
Jaugeage d’un canal
Qu’est-ce que les équations de Prony et de Fargue?
Les équations de Prony et Fargue sont des équations empiriques qui permettent d’estimer grossièrement la vitesse moyenne d’un écoulement 𝑈𝑖 d’une section donnée simplement à partir de la vitesse d’écoulement en surface observée 𝑈𝑖𝑠.
Cadre théorique
Pertes de charges
L’équation de Bernoulli permet de…
Calculer la charge hydraulique (H)
Cadre théorique
Pertes de charges
La différence de charge entre deux points d’un système…
est égale à la perte de charge entre ces deux points
Cadre théorique
Pertes de charges
La perte de charge est principalement composée de…
pertes de charges par frottement (linéaires) [parois]
pertes de charges singulières (locales) [obstacle]
Manipulations - Pertes de charges
Banc d’essai manuel
- Fermer complètement la vanne de contrôle de débit et s’assurer que la dénivelé de chaque manomètre est nulle. Dans le cas où des dénivelées seraient observées, les prendre en note; vous devrez en tenir compte dans vos calculs ;
- À l’aide de la vanne de contrôle de débit, ajuster le débit à une valeur très faible. Faire la lecture de la dénivelée à l’obstacle 12, puis évaluer le débit à partir de l’équation 11;
- Toujours à l’aide de la vanne de contrôle de débit, ajuster le débit à une valeur très élevée.
Évaluer ensuite le débit ; - Valider la mesure du débitmètre à l’aide du réservoir gradué :
i) S’assurer que la vanne sous le réservoir est fermée et que le tuyau rouge se
déverse dans le réservoir;
ii) Ouvrir la vanne située sur le tuyau rouge;
iii) Fermer la vanne de contrôle de sortie de débit;
iv) Noter le débit indiqué sur le débitmètre (il est possible de le modifier à l’aide
de la vanne noir);
v) Calculer manuellement le débit à l’aide d’un chronomètre et du réservoir
gradué pour comparer les valeurs;
5. Connaissant les débits extrêmes pouvant circuler dans le circuit, choisir quatre débits entre
10 et 90% du débit maximale. À cette étape, il serait recommandable de produire une table des débits en fonction des dz, de manière à faciliter le prise de mesure (quatres débits et 4 dz);
- À l’aide de la vanne de contrôle de débit, injecter un votre premier débit expérimental.
Attendre environ une minute afin que le régime puisse bien s’établir, puis procéder aux
mesures suivantes :
i) Noter la température de l’eau
ii) Mesurer et noter les dénivelée dz de chaque manomètres
iii) Notez les valeurs des manomètres électroniques - Répéter l’étape 5 pour chacun des débits expérimentaux.
Manipulations - Pertes de charges
Banc d’essai automatique
- Lancez l’application DASYLab et choisir le mode simplifié d’affichage ;
- Ouvrir les vannes V2, V3, V4, V10 et V11 au complet et s’assurer que les vannes V5 à V9
sont fermées, de manière à isoler les conduites ø3’’ en PVC et ø3’’ en fonte ductile ;
Notez bien : À votre arrivée au laboratoire, il se pourrait que ces étapes soient déjà
complétées. Vous devrez alors vous assurer de la bonne configuration des vannes. - Laissez le système se stabiliser pendant environ une minute, puis prendre les mesures de
débit et de pertes de charge qui sont affichées sur l’interface de DASYLab ; - Diminuer l’ouverture de la vanne V11 graduellement pour obtenir cinq débits différents, de
manière à prendre des mesures pour chacun de ces débits ; - Ouvrir les vannes V5, V6 et fermer les vannes V3 et V4. La conduite testée sera alors la
conduite ø2½’’ en PVC. Attention : Afin de ne pas endommager les capteurs, il est
nécessaire de respecter l’ordre d’ouverture et de fermeture des vannes demandé ; - Diminuer l’ouverture de la vanne V11 graduellement pour obtenir cinq débits différents, de
manière à prendre des mesures pour chacun de ces débits ; - Ouvrir la vanne V9 et fermer les vannes V5 et V6. La conduite testée sera alors la conduite
ø2’’ en PVC. Attention : Afin de ne pas endommager les capteurs, il est nécessaire de
respecter l’ordre d’ouverture et de fermeture des vannes demandé ; - Diminuer l’ouverture de la vanne V10 graduellement pour obtenir cinq débits différents, de
manière à prendre des mesures pour chacun de ces débits; - Mesurer la température de l’eau.
Pertes de charges
À quoi sert le banc manuel?
Les essais au sur le banc d’essai manuel servent principalement à évaluer expérimentalement les
pertes de charges locales de différents obstacles.
Pertes de charges
À quoi sert le banc automatique?
Les essais sur le banc d’essai automatisé permettent d’évaluer expérimentalement l’influence du
diamètre et du matériau d’une conduite sur les pertes de charges linéaires.
Objectifs
Ressaut hydraulique
L’objectif général de ce laboratoire est de se familiariser avec deux ouvrages d’évacuation, soient la vanne de fond et le déversoir à paroi mince, de même qu’avec une technique de dissipation d’énergie, le ressaut hydraulique.
a. Évaluer le débit et les niveaux d’eau à l’amont et à l’aval d’une vanne de fond ;
b. Évaluer le débit passant par-dessus un déversoir rectangulaire à paroi mince ;
c. Comparer les courbes de remous théoriques et expérimentales au-dessus d’un déversoir ;
d. Mesurer et évaluer les caractéristiques d’un ressaut hydraulique.
Ressaut hydraulique
Les écoulements peuvent être caractérisés par…
leur variabilité dans le temps (permanent ou non permanent) et leur variabilité dans l’espace (uniforme ou non uniforme).
Ressaut hydraulique
Les vannes de fond sont utilisées afin de…
contrôler le niveau à leur amont
Ressaut hydraulique
les déversoirs à paroi mince permettent de…
conserver le niveau d’eau à l’amont à la valeur voulue de manière à contrôler le débit.
Ressaut hydraulique
Un ressaut hydraulique c’est…
Pour un écoulement permanent à surface libre, le passage du régime torrentiel au régime fluvial est marqué par une surélévation brusque de la surface libre, qui représente en fait la conversion de l’énergie cinétique de l’écoulement en énergie potentielle.
Ressaut hydraulique
Le nombre de Froude 𝐹𝑟, qui caractérise…
le type d’écoulement en surface libre
(torrentiel si 𝐹𝑟 > 1, Fr = 1 critique ou fluvial si 𝐹𝑟 < 1)
Ressaut hydraulique
L’énergie spécifique 𝐸 d’un écoulement à surface libre est définie comme…
la somme de la hauteur d’écoulement et de la hauteur de l’énergie cinétique en un point
Manipulations
Ressaut hydraulique
Vanne de fond et ressaut hydraulique
- Mesurer la largeur du canal ;
- Mesurer l’ouverture de la vanne, puis mesurer les niveaux d’eau à l’amont et à l’aval de la vanne.
- Mesurer le niveau d’eau à l’amont du ressaut ;
- Mesurer le niveau d’eau à l’aval du ressaut ;
- Mesurer la longueur du ressaut.
Manipulations
Ressaut hydraulique
Déversoir à paroi mince
- Évaluer le débit à l’aide de la courbe de tarage du déversoir triangulaire situé dans la salle des réservoirs ;
- Mesurer le niveau d’eau au-dessus du déversoir ;
- Mesurer la hauteur du déversoir ;
- Mesurer plusieurs cotes de niveau d’eau du déversoir jusqu’au stabilisateur d’écoulement (± 20 mesures), de manière à tracer une courbe de remous expérimentale.
