2021-2022 / GCIV2035-1

Hydrodynamique fluviale

Durée

26h Th, 26h Pr, 30h Proj.

Nombre de crédits

 Master : ingénieur civil des constructions, à finalité5 crédits 

Enseignant

Pierre Archambeau, Benjamin Dewals

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue française

Organisation et évaluation

Enseignement au deuxième quadrimestre

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Ce cours introduit deux thématiques fondamentales pour l'ingénieur des constructions. D'une part, il présente le calcul des écoulements instationnaires qui interviennent dans la gestion des crues, des ouvrages hydrauliques de régulation ou encore des aménagements hydroélectriques.D'autre part, le cours traite de l'interaction entre ces écoulements turbulents et les mécanismes d'emportement de matériaux du lit, susceptibles de provoquer des affouillements au droit d'ouvrages hydrauliques (barrages, seuils, ...) et d'obstacles (piles ou culées de ponts, pipelines ...) ou encore de causer l'érosion de digues et d'ouvrages de protection des berges. Les matières suivantes sont abordées :

  • Principes fondamentaux applicables aux écoulements instationnaires à surface libre (séance n°1) ;
  • Propriétés du système, forme caractéristique, solutions analytiques et application à un estuaire idéalisé (séance n°2) ;
  • Application aux écoulements consécutifs à des manœuvres de vannes dans des canaux d'amenée ou de restitution d'ouvrages hydrauliques, ainsi qu'à des crues accidentelles (séances n°3 et 4) ;
  • Modèles simplifiés (ondes cinématique et diffusive), application à la propagation de crues en rivière et discussion du concept pratique de courbe de tarage (séance n°5) ;
  • Application à la gestion opérationnelle d'un aménagement hydroélectrique (séance n°6)
  • Mécanismes de transport des sédiments par charriage et en suspension, critères de mise en mouvement et conception de chenaux stables (séance n°7) ;
  • Ondulations du lit des cours d'eau en présence de transport solide (rides, dunes, antidunes), conséquences en matière de résistance à l'avancement, navigabilité, et risques d'inondation (séance n°8) ;
  • Modélisation quantitative des érosions et dépôts, schémas numériques adaptés et techniques d'accélération du calcul (séance n°9) ;
  • Impacts des constructions sur la stabilité du lit des rivière (érosion / exhaussement) et mesures de remédiation (séance n°10) ;
  • Exemples d'applications réelles : sédimentation dans des réservoirs, renaturation de rivières et stabilité du fond (séance n°11) ;
  • Application aux affouillements locaux (piles et culées de ponts, seuils, pipelines, ...) et mesures de remédiation (séance n°12) ;
  • Préparation à l'examen (séance n°13).
Ce cours complète celui d'Ecoulements à surface libre (GCIV2034-1), qui étudie les écoulements permanents en l'absence de mise en mouvement de matériaux du lit.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

Au terme du cours, les étudiants seront capables de :

  • modéliser des écoulements instationnaires en réseaux de rivières ou autres réseaux hydrauliques,
  • de comprendre la physique de ces écoulements (propagation d'ondes, vitesses caractéristiques),
  • calculer les écoulements dans des applications réelles simples, par l'analyse des caractéristiques,
  • de comprendre et appliquer à bon escient les modèles d'écoulement simplifiés (ondes cinématique, diffusive et dynamique),
  • de déterminer la stabilité de sédiments soumis à un écoulement et, ce faisant, de dimensionner des chenaux stables,
  • d'estimer le taux de transport de matériaux charriés ou en suspension dans un écoulement,
  • d'appréhender les zones à risque de dépôts ou d'érosion sur base de la connaissance de l'hydrodynamique d'un cours d'eau,
  • de comprendre les différents niveaux de modélisation de la turbulence en écoulements à surface libre,
  • d'estimer la profondeur d'affouillements à proximité d'ouvrages hydrauliques ou d'obstacles (piles ou culées de ponts, pipelines, ...) et de concevoir des mesures de remédiation.
Les étudiants auront également acquis une très bonne maîtrise du logiciel de calcul Matlab utilisé au cours des séances de travaux pratiques.
De manière générale, ce cours fournit aux étudiants les bases nécessaires pour aborder des cours de fin de cursus, tels que Conception et exécution des constructions hydrauliques en rivière (GCIV0009-1) ainsi que Conception et exécution des ouvrages de régulation en rivière et des réseaux hydrauliques (GCIV2065-1).
Une liste complète des Acquis d'apprentissage est disponible via le lien suivant : https://www.programmes.uliege.be/cocoon/20182019/formations/descr/A2UCON01.html.

Savoirs et compétences prérequis

L'exposé théorique et les applications traitées exploitent des connaissances de base en hydraulique à surface libre (écoulement uniforme, calcul de lignes d'eau, estimation des pertes par frottement ...) ainsi qu'une compréhension fondamentale des méthodes numériques (notion de décentrement, critères de stabilité, prescription de conditions limites ...).
Les étudiants ayant suivi les deux cours ci-dessous sont en principe parfaitement préparés pour aborder le cours d'Hydrodynamique fluviale :

  • GCIV2034-1 Ecoulements à surface libre (écoulements à surface libre stationnaires)
  • GCIV0185-7 Méthodes numériques en génie civil et géologique, Linéaires
Sur demande, des pistes de remédiation peuvent être envisagées avec l'enseignant, en particulier pour les étudiants en échange Erasmus.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Le cours est dispensé sous la forme de séances théoriques ex cathedra et de séances obligatoires de travaux pratiques. Toutes les notions théoriques vues au cours des séances ex cathedra sont contextualisées par rapport à des applications réelles et illustrées en séance par la résolution d'exemples réalistes. Afin de d'augmenter l'implication des étudiants au cours théorique, ceux-ci sont invités à tour de rôle à effectuer certains développements au tableau, avec l'appui du groupe et sous la guidance de l'enseignant. Les travaux pratiques, obligatoires et cotés, s'articulent en trois parties :

  • un projet de programmation visant à calculer par volumes finis des écoulements instationnaires dans des configurations réalistes (ex. crues en rivière, écoulements induits par des manœuvres d'ouvrages hydrauliques) ;
  • des exercices dirigés portant sur le dimensionnement hydraulique de chenaux stables et d'ouvrages de décantation ;
  • l'ajout d'un module de calcul du transport sédimentaire au programme volumes finis précédemment mis au point et son application à une situation réaliste (ex. alluvionnement d'un réservoir).

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Le cours est composé de séances en présentiel comprenant chacune une partie théorique de cours ex cathedra et une partie pratique obligatoire donnant lieu à la remise d'une note de calcul individuelle en fin de séance ou d'un rapport de synthèse au terme de plusieurs séances.

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Les supports visuels (PPT) projetés au cours sont mis à disposition sur la plateforme eCampus.
Pour compléter ces supports et aider l'étudiant, des notes de cours et des références à des chapitres de livre ciblés sur la plupart des parties de la matière sont également disponibles sur la plateforme eCampus.

Modalités d'évaluation et critères

Examen(s) en session

Toutes sessions confondues

- En présentiel

évaluation écrite ( questions ouvertes )

Travail à rendre - rapport

Evaluation continue


Explications complémentaires:

Les travaux pratiques sont indissociables de l'unité d'enseignement et considérées comme obligatoires.  L'étudiant qui n'aurait pas participé à ces activités et/ou qui qui n'aurait pas remis les rapports attendus dans les délais fixés ou dans les formes prescrites ne sera pas admis à présenter l'examen.
Les notes de calcul et rapports de travaux pratiques donnent lieu à une cote individuelle.  
Une évaluation écrite pour l'ensemble du cours a lieu en session en juin ou en septembre. Elle comprend une partie théorique et une partie d'exercices.
Les évaluations ont lieu à livre fermé.
La cote finale est obtenue par pondération des cotes partielles.
Il n'y a pas de dispense partielle du cours.
Dans la mesure du possible, l'examen sera organisé en présentiel, dans le respect des règles en vigueur.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Le cours est dispensé au second quadrimestre. La distribution de la matière en séances est précisée dans la section « Contenus du cours » ci-dessus. Des aménagements pourront avoir lieu dans le courant de l'année.
Les séances théoriques et pratiques sont données en français, tandis que les supports de cours sont essentiellement en anglais.
Pour les travaux pratiques, une partie du travail est à réaliser durant les séances prévues à cet effet à l'horaire. Durant ces séances, les étudiants sont invités à interagir avec les encadrants pour résoudre leurs problèmes. Une partie du travail doit également être réalisée par les étudiants à domicile.
La plupart des travaux pratiques sont réalisés par groupes de deux étudiants. La composition des groupes est imposée par l'encadrant.
Pour une meilleure réussite, il est très vivement recommandé d'assister à toutes les séances de cours.

Contacts

Benjamin Dewals : b.dewals@uliege.be
Pierre Archambeau : pierre.archambeau@uliege.be
L'enseignant se tient à la disposition des étudiants. Il est néanmoins conseillé de prendre rendez-vous par courriel.
Les assistants impliqués dans l'encadrement des travaux pratiques sont également disponibles pour répondre aux questions des étudiants.
Un espace de cours en ligne est disponible sur eCampus.