aménagement de cours d'eau
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ÉCOLE PO LYT EC HN IQU EFÉDÉRALE DE LAUSANNE
Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Protection contre les érosions du lit
Protection contre les érosions du lit
Augmentation de la résistance du lit lit artificiel (canal bétonné)
pavage du lit par des blocs en pierre (couche de pavage artificiel)
renforcer le lit par de gros blocs (rocher ou éléments en béton)
Réduction de la pente du lit fixation du lit par des traversées (seuils en bois, pierres de taille, béton)
fixation du lit par des rampes de blocs changement du tracé du cours d'eau (prolongement du talweg par
des méandres, etc.)
Diverses possibilités
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Protection contre les érosions du lit
Protection contre les érosions du lit
Elargissement du lit élargissement sur longues distances
élargissement local dérivation partielle du cours d'eau dans un lit secondaire
Intervention sur le transport solide
renversement du gravier dans le cours d'eau(localement à l'amont du tronçon érodé)
Diverses possibilités (suite)
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Stabilisation des lits
contre l'érosion
Stabilisation des lits
contre l'érosion
Fixation du lit par des ouvrages transversaux:a) seuil; b) coursier bétonné; c) rampe de blocs; d) rampe de blocs à grande rugosité
e) coursier avec pavage artificiel; f) seuils en bois
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Stabilisation des lits contre l'érosionStabilisation des lits contre l'érosion
Fixation du lit par des ouvrages transversaux:g) seuil de fixation en blocs, h) seuil de fixation en bois; i) traversée; k) seuil en bois avec
refuge pour poissons
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Rampes en blocs – Types et conceptRampes en blocs – Types et concept
rampes fixes en béton (revêtues de pierres
en taille)
Type et matériaux Rugosité de surface
très lisse
rampes fixes en blocs de rocher placésdans une couche de béton assez rugueux
rampes mobiles en gros blocs posées
en espaces réguliers
rugueux
rampes mobiles en gros blocs posées en
espaces irréguliers (en remblai) très rugueux
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Aménagements de cours d’eau
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d’eau
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Rampe dénoyée construite en blocs
hcr
Ligne d'énergie
Lit normal
Lit pendant la crue
Rampe noyée construite en blocs
Conditions d'écoulement sur une rampe lisse
et une rampe rugueuse.
Influence de la rugosité sur l'affouillement
au pied.
Fonctionnement hydraulique
des rampes en blocs
Fonctionnement hydrauliquedes rampes en blocs
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Dimensionnement des rampes en blocsDimensionnement des rampes en blocs
Processus lors de la destruction
l'érosion directe des blocs, c'est-à-dire l'instabilité des blocs
particuliers due aux forces d'écoulement (renversement,
glissement et transport par l'écoulement)
l'érosion indirecte de la rampe par lavage des matériaux du lit
situé au-dessous se fait à travers les joints entre les blocs
l'affouillement du pied stabilisant de la rampe
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Aménagements de cours d’eau
Erosion directe de la rampe par l'instabilité des blocs particuliersErosion directe de la rampe par l'instabilité des blocs particuliers
Critère empirique selon Whittaker, Jäggi (1986):
avec q : débit par mètre de largeur sur la rampe [m3/s]
s : densité des blocs par rapport à l'eau
D : diamètre des blocs [m]
J : pente de la ligne d'énergie sur la rampe(en cas d'un enrochement uniforme égal à la pente du lit)
=⋅ − ⋅
7 / 63
65
0.257
( 1)
q
J g s D
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Aménagements de cours d’eau
Affouillement du pied de la rampe Affouillement du pied de la rampe
Empêcher l'affouillement du pied de la rampe par
l'aménagement d'une surface rugueuse sur la rampeEstimation de l'affouillement au pied avec l'équation Tschopp-
Bisaz (1972)
avec S : profondeur de l'affouillement au-dessous du niveau d'eau [m]
q : débit unitaire sur la rampe [m3
/sm]v : vitesse d'écoulement au pied de la rampe [m/s]
d 90 : diamètre caractéristique des matériaux du lit [m]
= ⋅ ⋅ − 900.85 7.125S q v d
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Aménagements de cours d’eau
Mesures constructives contre
l'affouillement du pied des
rampes en blocs
Mesures constructives contre
l'affouillement du pied des
rampes en blocsTapis en blocs
Lit construit
Affouillement
NW
Niveau d'étiage
Prolongation de la rampe jusqu'à
la profondeur maximale de l'affouillement
Stabilisation du pied avec des rails de chemin de fer
ou des pieux (selon Jäggi 1999/2000).
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Aménagements de cours d’eau
Disposition d'une rampe incurvée en planDisposition d'une rampe incurvée en plan
Afouillement
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eauStabilisation des lits par un lit artificielStabilisation des lits par un lit artificiel
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Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d’eau
Couche de pavage artificielCouche de pavage artificiel
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Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d’eau
Théorie du charriage - début du mouvementThéorie du charriage - début du mouvement
Sous-couche du lit
(charriage permanent)
Hauteur d'eau hcr pour
laquelle le début du
mouvement se produit:
J
d 1)-(scr
cr h mUS
θ=
J : pente de frottement.
θcr : contrainte de cisaillement critique adimensionnelleθcr > 0.047 charriage bien développé.
θcr = 0.03 - 0.047 pas de charriage régulier.θcr < 0.03 aucun mouvement.dmUS : diamètre moyen des grains de la sous-couche.
s : densité spécifique s = ρs/ ρ.
Pavage du lit
Hauteur d'eau hcr pour laquelle
le pavage du lit est détruit.
a) avec dmDS = d90 US
J
d )1s( h US90cr cr −θ=
b) selon Günter
(granulométrie du pavage connue)
(0.4% < J < 2%)
67.0
d d
J
d )1s(cr cr h
mUS
mDSmDS
⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜
⎝
⎛ −θ=
1
1
2
2
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Aménagements de cours d’eau
Le début du charriageLe début du charriage
Diagramme de ShieldsContrainte de
cisaillement
adimensionnelle
d1sg
τ
d1s
Jh
(par définition)
h : hauteur d’eau
J : pente de frottementd : diamètre des grains
s : 7.26.2s ÷=ρρ
h
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Aménagements de cours d’eau
Stabilisation des lits
par des gros blocs
Stabilisation des lits
par des gros blocs
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Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d’eauRenforcement du lit avec des gros blocsRenforcement du lit avec des gros blocs
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Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d’eau
Renforcement du lit avec des gros blocsRenforcement du lit avec des gros blocs
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Laboratoire de constructions hydrauliques
Aménagements de cours d’eau
Calcul hydraulique en considérant de gros blocsCalcul hydraulique en considérant de gros blocs
résistance hydraulique des matériaux de base du lit (sans gros blocs)
c s
R s: rayon hydraulique de l'écoulement sur le lit
k s: élément de rugosité déterminant des matériaux de base du lit
k s = 1.5 d mD
d mD : diamètre moyen de la couche de pavage des matériaux debase (d mD ≈ d 90)
⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ==
s
s' *
m
k
R In.
V
V 1252
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Aménagements de cours d’eau
Calcul hydraulique en considérant de gros blocsCalcul hydraulique en considérant de gros blocs
résistance hydraulique des blocs résiduels
c b
k b: élément de rugosité déterminant des blocs résiduels
D: diamètre équivalent du bloc résiduel
a: concentration adimensionnelle de surface des blocs résiduels ≈ n · D2
n = concentration de surface des blocs résiduels [m2]
⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ==
b
s' *
m
k
R In.
V
V 1252
D
k b = ⎟ ⎠ ⎞⎜
⎝ ⎛ −
D
h..a 470817
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Aménagements de cours d’eau
Calcul hydraulique en considérant de gros blocsCalcul hydraulique en considérant de gros blocs
résistance totale du lit
vitesse moyenne d'écoulement (loi de Chézy)
calcul de la pente réduite du lit J '
et ainsi
222
111
bs c c c +=
J R g c V sm ⋅⋅=
' J R g V s' * ⋅=
' J R g
J R g c
V
V
c s
s
' *
m
s ==
2
⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ =
sc
c J ' J
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Aménagements de cours d’eau
Calcul hydraulique en considérant de gros blocsCalcul hydraulique en considérant de gros blocs
d m: diamètre moyen de la sous-couche des matériaux de basedu lit (sans blocs résiduels)
m
s
d )s(
' J R
1−⋅
=θ
Contrainte adimensionnelle agissant sur les matériaux de base du lit
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Aménagements de cours d’eau
Calcul hydraulique en considérant de gros blocsCalcul hydraulique en considérant de gros blocs
θc : coefficient de Shields pour un lit comparable composé de grainsunitaires (θc = 0.05)
d mD: diamètre moyen de la couche de pavage des matériaux de base
(d mD ≈ d 90)
Résistance des matériaux de base selon Günter (1971)
Condition limite pour l'érosion de la couche de pavage
32 /
m
mDc cD
d
d ⎟⎟ ⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ = θ θ
θ > θ cD
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Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d’eau
Stabilisation des lits des des rives par des blocs artificielStabilisation des lits des des rives par des blocs artificiel
q* = 0.4 J-1/3
selon Bezzola, 2005
q* = q
g (s −1)V
V nˇ c = 6.25q
2
J −2/3g (s −1)
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Aménagements de cours d’eau
Renforcement des lits par
des seuils
Renforcement des lits par
des seuils
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Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d’eau
Buts et inconvénients des seuilsButs et inconvénients des seuils
Stabiliser le lit des rivières à forte pente
Diminuer la pente du lit pour obtenir la pente d'équilibre
Comme déversoirs dénoyés pour les débits égaux ou inférieurs au débit de
dimensionnement
Obstacle à la libre migration de poissons;
Fondation profonde pour garantir la stabilité des affouillements au pied;
Réalisation difficile en présence de l'eau (dérivation coûteuse du cours d'eaupendant la construction).
ButsButs
FonctionnementFonctionnement
InconvénientsInconvénients
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Aménagements de cours d’eau
Dimensionnement et emplacement des seuilsDimensionnement et emplacement des seuils
Ecoulement sur les seuilsavec le coefficient de débit C d = 0.326 pour un seuil large
Alluvionnement du lit par les seuils:
Hauteur nécessaire du seuil:avec d'environ 0.5 à 1.0 m
Distance maximale entre les seuils:
= ⋅ ⋅3 / 2
2d Q C b g H
∆ = − ⋅0( )h J J L
≥ ∆ + ∆ ≥ − ⋅ + ∆0( )cr s h z J J L z ∆z − ∆ ∆
≤ =− −max 0 0cr cr
s z hL
J J J J
J
J0
S
∆Z
∆
h
J
L
J
J0
S
∆Z
∆
h
J
L
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Aménagements de cours d’eau
Estimation de l'affouillement au pied des seuilsEstimation de l'affouillement au pied des seuils
granulométrie grossière du lit (Kotoulas, 1973)
granulométrie fine du lit (Tschopp/Bisaz, 1972)
avec S : profondeur de l'affouillement au-dessous du
niveau d'eau à l'aval du seuil
q : débit spécifique sur le seuil (= Q/b)
H : différence entre les charges amont et aval du seuil
d 90 : diamètre caractéristique des grains du lit
⋅=0.35 0.7
0.4
90
0.78 H qSd
= ⋅ ⋅ −0.5 0.25
902.76 7.22S q H d
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Aménagements de cours d’eau
Traversées – Utilisation et fonctionnementTraversées – Utilisation et fonctionnement
ouvrages transversaux ou seuils à
faible hauteur, espacés étroitement,pour la stabilisation du lit
conditions d'écoulement sur les
traversées
a) petits débits avec écoulement critique sur
les traversées (déversoir dénoyé),
comportement similaire aux seuils
b) écoulement avec surface ondulée,
l'affouillement que se produitest analogique aux dunes ou anti-dunes
c) écoulement fortement torrentiel avec une
forte érosion à l'amont des traversées
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Aménagements de cours d’eau
Dimensionnement des
traversées
Dimensionnement des
traversées
calcul non explicite avec l'hypothèse sur
la pente réduite J' , le rayon hydraulique
R b, le niveau du lit pour hm
il en résulte:
y max est inconnu et doit donc être estimé au début du calcul.
Puis, avec une loi de vitesse connue (Strickler ou Keulegan) on obtient
Le calcul des pertes de forme selon Bordat-Carnot donne:
avec L comme distance entre les traversées.
avec la condition
la valeur y max peut donc être trouvée par itération
= +,2max
b b red
y R R
= ( , ')m bv f R J
⎛ ⎞=
⎜ ⎟⎜ ⎟+⎝ ⎠
22
max
, max
1''
2
m
b red
y V J
g R y L
= +' ''J J J
A é t d d’
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Aménagements de cours d’eau
Dimensionnement des traverséesDimensionnement des traversées
Affouillement maximal sans apport de charriage
avec L : distance entre les traversées
q : débit spécifique
Cette équation est valable pour
et 1.39‰ (qB : débit solide spécifique)
⋅ ⋅= ⋅
− ⋅
0.5 0.5 0.67
0 max 0.25 0.42
90
1.25
( 1)
q J Ly
s g d
<
-
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Aménagements de cours d’eau
Dimensionnement des traverséesDimensionnement des traversées
Affouillement avec apport de charriage
Sécurité contre le changement du régime
Profondeur maximale
d'eau
ρ
⎛ ⎞= − ⋅ ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠
=
⋅
0.12
max 0 max
90
1 0.53 *
avec * B
s
Ly y J q
d
qq
q
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Aménagements de cours d’eau
Types de traverséesTypes de traversées
Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d eau
Types de traverséesTypes de traversées
Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d eau
Traversée en bois avec
refuge pour poissons
Traversée en bois avec
refuge pour poissons
refuge pour
poissons
3 5
41 1
6
2
Aménagements de cours d’eau
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Aménagements de cours d eau
Kl. Schliere, AlpnachKl. Schliere, Alpnach
Aménagements de cours d’eauUnwetter August 2005
Unwetter August 2005
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Aménagements de cours d eauUnwetter August 2005
Kl. Schliere, AlpnachKl. Schliere, Alpnach
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Aménagements de cours d eau
Protection contre les érosionsProtection contre les érosions
Elargissement du lit élargissement sur longues distances
élargissement local
dérivation partielle du cours d'eau dans un lit secondaire
Intervention sur le transport solide renversement du gravier dans le cours d'eau
(localement à l'amont du tronçon érodé)
Diverses possibilités (suite)