Cours : Aménagement des cours d'eau et transport solide

Aménagement des cours d'eau et Transport solide

Assurer que le cours d'eau est en équilibre dynamique: sans débordement, sans érosion, sans dépôt de sédiment, sans glissement.....
Un cours d'eau peut être un lieu de loisir........

Fiche de contact

Faculté : Technologie
Département : Hydraulique
Public cible : 2ème année Master (spécialités OH, HU)
Intitulé du cours: Aménagement des cours d'eau et transport solide
Crédit :02
Coefficient :01
Durée : 15 semaines
Horaire : 1H30 cours et 1h30 TD

Enseignant :
Chargé de la matière : Mr. HASBAIA Mahmoud
Contact : mahmoud.hasbaia@univ-msila.dz
Disponibilité :
Au département : Jeudi 8h00 au 12h00.
Par E-mail: mail professionnel.

Disponibilité en ligne

Je serai en ligne pendant les séances programmées dans l'emploi du temps officiel affiché dans les espaces de département d'hydraulique

Pré-requis

prerequis

Pour la bonne compréhension de cette matière, l'étudiant doit avoir Les bases de:

- La mécanique des fluides,

- L'hydraulique des écoulements à surface libre,

- l'hydrologie de surface et urbaine,

- La mécanique des sols,

Objectifs

objectif

Cette matière a pour objectif de donner aux étudiants les principes de conception et de dimensionnement des différents ouvrages hydrauliques qui peuvent être projetés dans un cours d'eau: Seuils, Épis,digue de dérivation, riprap, endiguement, correction torrentielle,..........

Généralités et définitions

1. Les cours d’eau

Un cours d'eau est un terme général désignant tous les chenaux naturels, superficiels ou souterrains, qui véhiculent de l'eau de façon temporaire ou permanente.

2. Les oueds

L’oued est un cours d'eau temporaire ou intermittent dans les régions arides ou semi-arides (principalement en Afrique du Nord et au Moyen Orient). Son écoulement dépend des précipitations et il peut rester à sec pendant de très longues périodes. Les oueds peuvent se transformer rapidement en torrent à cause de la nature violente des pluies de ces régions, et du manque de couvert végétal.

3. Les rivières

Se sont les cours d’eau qui coulent dans des larges vallées, avec des pentes (relativement) ne dépassant pas 1%. Elles transitent des volumes important d'eau, leurs crues sont prolongées et lentes.

4. Les rivières torrentielles

Elles forment les affluents des rivières, « leurs vallées sont moins longues et plus resserrées que celles des rivières ; la variation de la pente longitudinale est plus rapide. Elles ne divaguent pas ou divaguent peu parce que leurs berges sont plus solides et mieux encaissées » Surell (1841). Les rivières torrentielles sont caractérisées généralement par des crues et débordements rapides, affouillements intenses, et un transport solide important.

5. Les torrents

Ce sont des cours d'eau à forte pente des régions montagneuses ou accidentées, à débit rapide et très irrégulier. Ils sont des cours d’eau dont les caractéristiques géométriques et hydrauliques sont très variables. « Leur pente excède 6% sur la plus grande longueur de leur cours, mais varie très vite et ne s’abaisse pas au dessous de 2%. Ils coulent dans des vallées très courtes et quelquefois même dans de simples dépressions » Surell (1841). Ils sont caractérisés par des phénomènes rares, mais souvent catastrophiques comme les fortes inondations, les laves torrentielles et les glissements des berges.

6. L'amont/l'aval

La partie la plus élevée du cours d'eau s'appelle l'amont, la partie la moins élevée vers lequel s'écoule l'eau s'appelle l'aval. Il faut se mettre dans le sens du cours d'eau (de l'amont vers l'aval) pour définir la rive droite et la rive gauche.

7. Le lit

Le lit désigne tout l'espace occupé en permanence ou temporairement par un cours d'eau. On distingue le lit majeur du lit mineur. Le lit mineur est l’espace limité par les berges, il peut être constitué d’un ou plusieurs chenaux bien marqués.

Le lit majeur est l'espace occupé par le cours d'eau lors de ses plus grandes crues, c’est la pleine inondable. Ces zones sont généralement plates et leurs limites ne sont facilement à délimiter.

8. Rive et berge

La rive est une partie souvent plate et relativement étendue séparant la berge et le milieu terrestre. Par contre la berge est le talus incliné qui se trouve entre le lit mineur et le lit majeur.

9. L’alluvion et le substratum

Les eaux coulent dans les cours d’eau généralement sur des alluvions. Ces derniers sont des sédiments fins et grossiers qui recouvrent le substratum rocheux ou composé d’une roche plus ou moins tendre.

10. Classification des cours d’eau

10.1 Selon leur substrat

Les cours sont selon ce critère en cours d’eau à sable et à gravier. Les cours d’eau à sable sont caractérisés par des matériaux du lit relativement fins (d₅₀ inférieur à 2 mm) avec une granulométrie peu étendue. Leur pente est généralement faible, et le fond peut se configurer selon les conditions de l’écoulement en plusieurs formes (dunes, rides, antidunes).

Tandis que, les cours d’eau à gravier sont caractérisés par un substrat constitué de sédiments grossiers (d₅₀ supérieur à 2 mm) avec une granulométrie assez étendue. Leur pente est plus grande que ceux à sable, et le les sédiments se déplacent le plus souvent par charriage.

10.2 Selon leurs formes en plan

Les cours d’eau ne présentent pas les mêmes formes en allant de l’amont vers l’aval ou d’un cours d’eau à un autre. De l’amont vers l’aval la taille des sédiments va (généralement) en diminuant, et la pente va en décroissance. En amont les cours d’eau naissent de la montagne, les lits sont de très forte pente, et les tracés sont relativement rectilignes. Vers l’aval les cours d’eau prennent d’autres formes parfois successives en stresse, en style divagant à bras multiples, et à méandres. Une autre forme dite l’anastomose est identifiée il s’agit d’un style à chenaux multiples mais stables. Ce style se rencontre dans les régions à très faible pente, il se compose de plusieurs bras semblables qui se recoupent et qui forme un graphe désordonné

formes

Protection des berges contre l'érosion

1. Introduction

L'érosion des berges est l'un des problèmes las plus fréquent dans les cours d'eau naturels, la violence de l'écoulement, notamment en période de crue, est la cause primordiale de ce problème en plus de la vulnérabilité du sol des berges. Plusieurs techniques sont proposées pour protéger les berges contre ce phénomène nous présentons dans ce cours la technique la plus utilisée et la plus efficace dite Rip-Rap ou enrochement.

2. Dimensionnement

Pour dimensionner l’enrochement posé sur le fond pour protéger les talus contre l’érosion, plusieurs modèles et méthodes existent, nous citons la formule d'Isnash comme exemple :

Le diamètre d de l’enrochement pour proposé le lit d'un cours d'eau contre l'érosion est calculé en fonction de la vitesse du courant :

V_f : Vitesse d'écoulement près du revêtement, cette vitesse est supérieure à la vitesse moyenne. On peut l'approximer comme suit :

F est un coefficient qui tient compte de la turbulence, F varie de 1 à 4 (pour une forte turbulence on opte pour F = 2),

d : diamètre moyen de l’enrochement de protection des lits des cours d’eau,

S : est la densité des sédiments s = 2.6,

Pour un enrochement dimensionner pour protéger la berge contre l'érosion, E. W. Lane propose de corriger le diamètre d par une division sur un coefficient C qui tienne compte de la pente du talus

avec, ß est l’angle du talus et φ l’angle de repos des sédiments

Pour une meilleure imbrication des pierres de l'enrochement on étale la granulométrie, comme exemple on peut adopter ces pourcentages:

d_min = 0.7d ; d₅₀ = d ; d_max = 2d

3. Les Gabions

gabion

Les gabions sont des structures fermés sous forme de cages grillagées remplis de cailloux et des galets. Ils sont utilisés généralement pour les soutènements des talus plutôt que pour les revêtements. Les gabions semelles sont placés entre les gabions et le sol de fondation alors que les Matelas Reno sont destinés spécialement pour revêtir les berges des cours d’eau et des Canaux

Le Strickler des matelas Reno est en fonction de la taille des pierres de remplissage, il est de l’ordre de 30 à 37 m^1/3s^-1

La présence de grillage dans le matelas Reno permet d’augmenter la vitesse limite d’entrainement des sédiments de 20 à 50%. Pour éviter la déformation excessive des gabions, il faut respecter la vitesse d’écoulement admissible de chaque type de structures utilisées

4. Protection du pied de l'enrochement

Pour lutter contre les risques des enfoncements généralisés des revêtements des berges et les affouillements localisés qui peuvent se produire à cause des tourbillons, on doit:

. - soit une recharge en sédiment

- soit on prolonge notre protection au dessous du lit

pied de revetement

Pour la détermination de Dz, on peut utiliser l’approche de Sogreah pour des pentes comprises entre 2.5‰ et 2% en suivant les étapes suivantes :

a- Déterminer la profondeur d’eau de début d’entraînement des sédiments (d_s) du lit

he = 0.075 (d_s/I), I la pente du cours d’eau ;

b- Estimer la profondeur du fond perturbé fp, selon les travaux laboratoire national d’hydraulique (LNH-France) peut être estimé par les formules suivantes :

coude

- Pour des angles de courbure intermédiaire il faut interpoler les valeurs de l’enfoncement par rapport au fond (Dz) ;

- Si la pente des talus est m = 2, il faut corriger la valeur de Dz par un coefficient 0.9 ;

- Si la pente des talus est m = 1, il faut corriger la valeur de Dz par un coefficient 1.1 ;

Si d₈₅ des berges est inférieur à 0.2 d₁₅ de l’enrochement de revêtement, un risque d’entraînement de particules fines se manifeste. Pour éviter ce risque, on prévoit généralement une couche de transition composée de sédiments d’une granulométrie intermédiaire respectant les conditions suivantes :

0.1 mm < d₁₅ (transition) < 5 d₈₅ (berge)

5d₅₀ (transition)< d₅₀ (protection) < 10 d₅₀ (transition)

Un coefficient d’uniformité de Hasen Cu = d₆₀/d₁₀ de la transition compris entre 2 et 8

Application

Soit un cours d’eau de pente 0.004 de largeur L = 50 m, de pente de talus m = 2, de sédiment de lit caractérisé par un diamètre médian d₅₀ = 40 mm. Si on décide de protéger les berges dans un coude de ce cours d’eau dont le rayon de courbure R = 5.5 L avec enrochement pour éviter le risque d’érosion pendant la crue de projet Q = 600 m³/s

1. dimensionner l’enrochement ;

2. calculer l’affouillement maximal à la base de l’enrochement ;

3. proposer et dimensionner une protection de cette zone ;