Laboratoire d'Hydraulique Environnementale LHE

Hydraulique : crue, rupture de barrage, vague

Contenu du cours (42 h) : 3 crédits

Salle de cours : le cours a lieu le lundi de 8 h 15 à 11 h en salle GC B 330.

Matériel de cours

• Livret de cours
• Plan du cours .
• Support écrit : Notes de cours (version 17.1 du 17/01/2023). Pour approfondir les aspects mathématiques, on peut se reporter au complément des notes de cours.
• Slides du cours
• introduction
• chapitre 1 : équations de Saint-Venant.
• chapitre 2 : ondes de crue et inondations
• chapitre 3 : rupture de barrage.
• chapitre 4 : vagues.

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Séances d'exercices

La salle pour les séances d’exercices est CM1 107.

• séance du XX : initiation à Iber (écoulement dans un canal).
• séance XX : introduction à la discrétisation des équations. On fournit ici quelques-uns des scripts Matlab utilisés dans le TD.

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Examens

L'évaluation des étudiants se fait sur la base d'un examen oral (50 % projet + 50 % oral). Pour l'oral, le sujet comporte 3 types de question : question générale sur les bases (niveau bachelor, connaissances de base en hydraulique : calcul d'un régime permanent, etc.), question sur le cours vu ce semestre ; question plus générale sur l'approche considérée pour résoudre le problème.

Examen oral : date non fixée par le SAC.

Projet à rendre

Vous devez rendre avec le 10 juin 2022, 18 h (par voie électronique, pdf uniquement, à Tomás Trewhela) un ou l'autre des deux projets suivants :

• Projet n° 1 : discrétisation de l'équation de diffusion linéaire.
• Projet n° 2 : rupture de barrage. Données topo : Topo simplifiée ou Topo (complète, avec plusieurs jeux de raster). Documentation sur Iber : rupture de barrage et création d'une topographie.

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Bibliographie

• Hydraulique des crues (dans un contexte de barrages et lacs d'accumulation/retenue)
  • Marche, C., Barrage, crues de rupture et protection civile, Presses Internationales Polytechniques, Montréal, 2004.
  • ICOLD, Étude d'onde de submersion de barrage, synthèse et recommandations, International Commission on Large Dams, Paris, 1998.
• Barrages et digues
  • ICOLD, Évaluation du risque dans la gestion de la sécurité du barrage, International Commission on Large Dams, Paris, 1998.
  • Peyras, L., and P. Mériaux, Retenues d'altitude, Quæ éditions, Versailles, 2009.
  • Royet, P., Sécurité des barrages en service, Cemagref édition, Antony, 1994.
  • Degoutte, G., Les déversoirs sur digues fluviales, Editions Quae, Versailles, 2012.
  • Sinniger, R.O., and W.H. Hager, Constructions hydrauliques, 439 pp., Presses Polytechniques Romandes, Lausanne, 1989 ; Hager, W.H., et A. Schleiss, Constructions hydrauliques: écoulements stationnaires, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 2009.
  • Schleiss, A., and H. Pougatsch, Les barrages : du projet à la mise en service, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 2011.
• Hydraulique générale
  • Thual, O, Hydrodynamique de l'environnement, Presses de l'Ecole Polytechnique, Paris, 2010
  • Graf, W.H., et M.S Altinakar, Hydraulique fluviale, PPUR, Lausanne, 1996. Voir chapitre 5.
  • Degoutte, G., Diagnostic, aménagement et gestion des rivières - hydraulique et morphologie fluviales appliquées, Lavoisier, Paris, 2006.
  • Chanson, H., The Hydraulics of Open Channel Flow: An Introduction, Elsevier Butterworth Heinemann, Amsterdam, 2004. Voir chapitres 13 à 17.
• Hydrologie générale
  • Spreafico, M., R. Weingartner, M. Barben, and A. Ryser, Evaluation des crues dans les bassins versants de Suisse, OFEG, Berne, 2003.
  • Hingray, B., B. Picouet, and A. Musy, Hydrologie 2 : une science pour l'ingénieur, Presses Polytechniques et Universitaires Romands, Lausanne, 2009.
  • Meylan, P., A.-C. Favre, and A. Musy, Hydrologie fréquentielle, 173 pp., Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 2008.
  • Musy, A., and C. Higy, Hydrologie 1. Une science de la nature, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne, 2004.
• Méthodes numériques
  • Wu, W., Computational River Dynamics, Taylor \& Francis, London, 2007.
  • Goncalvès, E., Résolution numérique (cours de l'INPG, Grenoble, 2005).
  • LeVeque, R.J., Finite Difference Methods for Ordinary and Partial Differential Equations, Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia, 2007.
  • LeVeque, R.J., Numerical Methods for Conservation Laws, Birkhäuser, Basel, 1992.
  • LeVeque, R.J., Finite Volume Methods for Hyperbolic Problems, Cambridge University Press, Cambridge, 2002.
  • Toro, E.F., Shock-Capturing Methods for Free-Surface Shallow Flows, Wiley, Chichester, 2001.

Logiciels de calcul (shareware ou libres)

• iber code de calcul hydraulique développé par l'université polytechnique de Catalogne. Voir TD ci-dessus pour l'initation à Iber.
• ClawPack est une bibliothèque en Fortran 77 développée par Randall LeVeque et David George (Université de Washington) en collaboration avec d'autres personnes. La bibliothèque comprend maintenant des développements pour la modélisation des tsunamis (TsunamiClaw) et des écoulements géophysiques (GeoClaw). On se reportera à la page pour l'installation de ClawPack sur une machine avec un système linux de type Ubuntu.
• Basement un code de calcul développé par le VAW de l'ETHZ.
• Programme CASTOR développé par le Cemagref de Lyon pour le calcul de l'onde de rupture d'un barrage. En cas de souci pour récupérer le code (site en cours de reconstruction en 2009), vous pouvez télécharger la version 2005 du logiciel. Le concepteur du programme André Paquier a décrit le produit a décrit la méthode de résolution dans un article publié dans Journal of Hydraulic Engineering en 1997. Un complément de documentation peut être trouvé ici également.
• code mascaret développé par les services Recherche et Développements d'EDF.
• code de calcul damflow des universités espagnoles de Séville et Malaga.
• HEC RAS"calcul filaire en hydraulique avec plusieurs modules (transport solide, section en travers, etc.). Version 2D (beta).
• NAYS2DH calcul (2D) d'écoulement à surface libre, transport de sédiment et évolution de la morphologie développé par l'université d'Hokkaido par Yasuyuki Shimizu. C'est une partie de la suite logicielle i-Ric.
• Telemac logiciel phare du centre de recherches d'EDF. Egalement disponible Telemac.
• Center for Computational Hydroscience and Engineering (CCHE) : codes CCHE1D et CCHE2D.
• Mike Hydro River pour le calcul 1D (successeur de Mike 11).
• Delft 3D et SOBEK développés par Delft Hydraulics pour modéliser des écoulements en 1D, 2D, et 3D.

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Liens utiles

• Documentation de l'OFEN sur les rivières suisses (en allemand).
• Documentation de l'OFEN sur les barrages.
• Documentation de l'OFEN sur les ondes de submersion dans les retenues d'accumulation.
• Vagues sur les lacs suisses (cartes intensité/fréquence établies par Hydrique pour le compte de l'OFEV).
• Documentation de l'OFEN sur les ondes de rupture de barrage (voir présentation de Rudolf Müller).
• Historique des barrages depuis l'antiquité. (Comité français des barrages et réservoirs)
• Page de l'AIRH sur les tsunamis.
• Les grands accidents dus à une rupture de barrage.
• Support de cours Hydromécanique (université de Karlsruhe).
• Retour d'expérience sur les ruptures de barrage
• Quelques exemples de rupture de barrage

Quelques événements récents

• Rupture de barrage du lac Bib Bay (Missouri, EUA, mars 2004).
• Rupture du barrage Taum Sauk (Missouri, EUA, décembre 2005).
• Rupture du barrage Marmot sur la rivière Sandy (Oregon, EUA, 2007).
• Endommagement de l'évacuateur de crue du barrage d'Oroville (Californie, EUA, février 2017). L'évacuateur en 2011. L'évacuateur en 2017.