2021-2022 / MECA0518-1

Environmental hydrodynamics

Durée

26h Th, 26h Pr

Nombre de crédits

 Master : ingénieur civil physicien, à finalité5 crédits 

Enseignant

Benjamin Dewals

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

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

L'Hydrodynamique environnementale couvre l'étude des écoulements ainsi que des processus d'érosion et de déposition dans les rivières. 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).

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

Le cours poursuit l'objectif de fournir aux étudiants des éléments de compréhension de la physique et la mécanique qui gouvernent les écoulements instationnaires et le transport sédimentaire en rivière, ainsi que leur réponse face à des perturbations naturelles ou anthropiques.
Ces sujets s'avèrent particulièrement utiles dans l'appréhension de nombreuses problématiques pratiques, impliquant des processus complexes, telles que la gestion du risque d'inondation, le maintien d'un barrage subissant de l'alluvionnement, le contrôle des affouillements à proximité de piles de ponts, ou encore l'évaluation de l'habitat pour des poissons ou d'autres organismes.
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.

Savoirs et compétences prérequis

L'exposé théorique et les applications traitées exploitent des connaissances de base en méthodes numériques (notion de décentrement, critères de stabilité, prescription de conditions limites ...).
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.

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

La participation de l'étudiant aux séances de travaux pratiques est obligatoire et constitue un préalable pour pouvoir présenter l'examen.
Les notes de calcul et rapports de travaux pratiques donnent lieu à une cote individuelle.  
Une évaluation écrite et orale pour l'ensemble du cours a lieu en session en juin ou en septembre. Elle comprend une partie théorique (orale) et une partie d'exercices (écrite).
Les évaluations théoriques ont lieu à livre fermé, les évaluations pratiques à livres ouverts.
La cote finale est obtenue par pondération des cotes partielles.
Il n'y a pas de dispense partielle du cours.

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.
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

Prof. Benjamin Dewals
Hydraulics in Environmental and Civil Engineering (HECE)  
Département ArGEnCo
Quartier Polytech 1, Allée de la Découverte 9
Bâtiment B52/3, niveau +1, bureau +1/542
Tél. : 04/366.92.83
b.dewals@ulg.ac.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, offrant notamment un forum de discussion permettant des échanges interactifs entre les étudiants, l'enseignant et les encadrants des travaux pratiques.