CH 17 Design Seuils - Université Laval · 2010. 11. 25. · 230 DESIGN DES SEUILS DISSIPATEURS D’ÉNERGIE 17.2.2Aménagementducoursd’eau L’aménagementd’uncoursd’eauafindecontrôlersonérosions

CHAPITRE 17Design des seuils dissipateurs d’énergie

17.1 INTRODUCTION

Le dimensionnement hydraulique complet des seuils dissipateurs d’énergie nécessite la réali-sation séquentielle de plusieurs étapes de prise de décisions et de calculs. La première sectionprésente ces étapes ainsi que quelques règles de base à respecter pour obtenir un fonctionne-ment efficace de ces seuils. Chaque étape est reprise par la suite dans le cadre d’exemples.

17.2 ÉTAPES NÉCESSAIRES A LA CONCEPTION DES SEUILS

17.2.1 Caractéristiques du milieu

Le dimensionnement des seuils dissipateurs d’énergie nécessite d’abord la connaissance dubassin versant, des caractéristiques hydrauliques du cours d’eau à aménager, de même que lescaractéristiques du sol que traverse ce cours d’eau. Ces différentes caractéristiques permet-tront d’évaluer les paramètres suivants

1. Débit de projet, Q [m3/s] ;

2. Section du cours d’eau, b [m] et z pour une section trapézoïdale ;

3. Pente du cours d’eau avant aménagement, So [mlm] ;

4. Coefficient de rugosité de Manning, n [s/ml/3] ;

5. Hauteur normale d’écoulement, yn [m] ;

6. Vitesse d’écoulement, V [m/s] ;

7. Nombre de Froude, F (F > 1, écoulement torrentiel; F < 1, écoulement fluvial) ;

8. Hauteur critique d’écoulement, yc [m];

9. Vitesse d’écoulement maximale permise, Vmax [m/s].

230 DESIGN DES SEUILS DISSIPATEURS D’ÉNERGIE

17.2.2 Aménagement du cours d’eau

L’aménagement d’un cours d’eau afin de contrôler son érosion s’avère essentiel lorsque lavitesse d’écoulement calculée est supérieure à la vitesse maximale d’écoulement que peuttolérer le sol, soit V > Vmax. Le cas échéant, différents aménagements sont possibles :

1. Creusage d’une nouvelle section (diminution de la vitesse d’écoulement);

2. Ensemencement des talus (augmentation de la résistance à l’érosion des talus et de larugosité du cours d’eau, donc diminution de la vitesse d’écoulement);

3. Enrochement du talus et/ou du fond du cours d’eau (augmentation de la résistance àl’érosion et de la rugosité du cours d’eau, donc diminution de la vitesse d’écoulementet augmentation de la vitesse maximale permise);

4. Aménagement de seuils (diminution de la pente effective et dissipation ponctuelle del’énergie hydraulique).

17.2.3 Pente maximale

Une fois le choix arrêté sur l’aménagement de seuils, la pente maximale du cours d’eau estdéterminée. Celle--ci est la pente pour laquelle la vitesse d’écoulement est égale à la vitessemaximale (Vmax) que le sol peut tolérer. Le calcul est effectué à l’aide de l’équation de Man-ning en utilisant le débit de projetQ et les caractéristiques de la section (A et Rh) et de rugosité(n) du cours d’eau déterminés à la section précédente :

[17.1]S1 =Q2 n2

A2 Rh4�3

17.2.4 Hauteur du seuil

Le choix de la hauteur du seuil est guidé par des considérations de différents ordres.

Efficacité hydraulique

Du point de vue de l’efficacité hydraulique la hauteur du seuil, h, devrait rencontrer les deuxexigences suivantes (figure 17.1) :

1. La hauteur du seuil devrait être supérieure à 1.2 fois la hauteur critique d’écoulementsur la crête du déversoir yc (h > 1,2 yc). Cette condition assure que le ressaut sera detype direct, soit F1 > 1,7, d’où une dissipation minimale de l’énergie hydraulique.

2. La cote de la crête du seuil devrait préférablement être supérieure à la cote de l’eau enaval du seuil (h > h’ + y3). Cette condition assure que le déversoir est complet et doncque l’écoulement en amont du seuil n’est pas influencé par le niveau de l’eau en aval.

ÉTAPES NÉCESSAIRES A LA CONCEPTION DES SEUILS 231

S’il s’avérait impossible de remplir cette condition, on devra cependant s’assurer quela cote de l’eau sur le seuil soit supérieure à la cote de l’eau en aval du seuil (h + yc >h’ + y3). Si cette condition n’est pas respectée, aucun ressaut n’a lieu et donc peud’énergie est dissipée par le seuil.

Conditions à respecter :

1. h > 1,2 yc ; et,

2a. h > h’+ y3 (préférablement) ou

2b. h + yc > h’ + y3 (absolument)

Figure 17.1 Contraintes sur la hauteur du seuil afin de maintenir une efficacité mini-male de la dissipation de l’énergie hydraulique.

Revanche du cours d’eau et stabilité du sol

L’aménagement d’un seuil a pour effet de diminuer la vitesse de l’écoulement par une diminu-tion de la pente effective du cours d’eau. II en résulte donc une augmentation de la cote de laligne d’écoulement de l’eau en amont du seuil. On devra donc s’assurer que la revanche ducours d’eau et la stabilité mécanique du sol sont suffisantes pour contenir l’écoulement del’eau dans les nouvelles conditions. Dans les cas de ravinement, cette revanche est générale-ment suffisante. Ce qui, souvent, n’est pas le cas en terrain relativement plat où les cours d’eausont peu profonds et où des sorties de drains souterrains limitent cette hauteur d’eau.

Faune

Les cours d’eau dans lesquels existe une faunemigratrice ou dans lesquels celle--ci est souhai-tée, la hauteur des seuils devra être limitée. De façon plus juste, on tiendra compte de la diffé-rence entre la cote de la crête du seuil et celle de l’eau en aval du seuil, soit h -- (h’ + y3)(figure 17.1) et ce, au moment de la migration des poissons. I1 est à noter que celui--ci ne cor-respond pas nécessairement à la période d’étiage alors que le poisson semble plutôt rechercherla fraîcheur des fosses.


Dans tous les cas, afin de déterminer la hauteur du seuil qui répondra lemieux aux exigences dela faune existante ou souhaitée, il est conseillé de consulter des spécialistes en aménagementde la faune aquatique.

17.2.5 Déversoir

Rôle du déversoir

Le déversoir remplit deux tâches importantes dans le fonctionnement du seuil. D’abord ilconcentre l’écoulement vers le centre du cours d’eau évitant ainsi l’affouillement des berges.Puis, s’il a été choisi judicieusement, il permet également de créer une zone de courant lent enamont du seuil, limitant la vitesse d’écoulement à une vitesse inférieure à la vitesse maximalepermise. Le déversoir évite donc de devoir protéger cette partie du cours d’eau.

Forme du déversoir

Les matériaux utilisés pour la construction du seuil de même que le fonctionnement qu’on endésire conditionnent le choix de la forme du déversoir (figure 17.2). Ainsi, une structure enbois ou en gabions s’adaptera bien à un déversoir rectangulaire tandis qu’une structure enenrochement ou en blocs de béton supportera facilement un déversoir de forme trapézoïdale.

Pour ce qui est de l’écoulement obtenu, par l’augmentation de sa longueur au miroir avec uneaugmentation du débit, le déversoir trapézoïdal limite la hauteur d’eau en amont du seuil encomparaison avec le déversoir rectangulaire. Quant au déversoir à section composée(figure 17.2), il assure une bonne efficacité hydraulique à grand débit grâce à une hauteurmoyenne du seuil élevée tout en permettant, même à petit débit, la migration des poissons parla section basse et étroite du déversoir.

Dimension

La dimension du déversoir rectangulaire (figure 17.3) se calcule à partir de l’équation sui-vante :

[17.2]Q = C B H3�2s

B = largeur du déversoir [m]

C = coefficient de débit du déversoir [m1/2/s]

Hs = charge hydraulique, excluant la charge de vitesse, au--dessus de lacote du déversoir [m].

La chargeHs est mesurée en amont du déversoir où la courbure de l’écoulement ne se fait plussentir (figure 17.3). Quant au coefficient de débitC, il est fonction de la section transversale dudéversoir, de la charge Hs et de la vitesse d’approche. Sa valeur varie généralement de 1,6 à2,65, la valeur la plus faible se présentant lorsque l’énergie de vitesse en amont est presquenulle et la valeur la plus élevée, lorsque cette énergie est importante. La valeur moyenne de1,82 est appropriée pour le design.


Figure 17.2 Formes de déversoirs possibles et matériaux utilisés.

a) Déversoir rectangulaire;structure en bois

b) Déversoir trapézoïdal;structure en enrochement

c) Déversoir à sectioncomposée;structure en gabions

Figure 17.3 Déversoir rectangulaire dans un cours d’eau de forme trapézoïdal.

La dimension de toute autre forme de déversoir s’obtient à partir de la formation de l’état criti-que sur la crête du déversoir. Cette méthode est moins précise que celle utilisée pour le déver-soir rectangulaire mais elle représente la seule alternative pratique.

La cote de la crête du déversoir, le débit et le coefficient de débit étant connus, seules restent àdéterminer la hauteur de l’écoulement sur la crête et la largeur de celle--ci. Afin d’assurer que


la vitesse d’écoulement en amont du seuil soit inféreure à la vitesse maximale permise, il estpossible d’imposer que la hauteur d’eau, juste en amont du seuil, soit supérieure d’au moins10% à la hauteur normale d’écoulement sur la pente maximale. On fixe du même coup la lar-geur du déversoir.

17.2.6 Chute et bassin de dissipation

La dernière étape dans la conception d’un seuil est le dimensionnement du bassin de dissipa-tion. Celui--ci se situe directement à la suite du déversoir et permet d’amener l’écoulement àune cote inférieure tout en dissipant localement le surplus d’énergie hydraulique. Les princi-paux éléments fonctionnels du bassin de dissipation sont (figure 17.4) :

1. Chute, entre les sections 0 et 1;

2. Dissipation d’énergie, entre les sections 1 et 2 ; et,

3. Jonction au cours d’eau aval, entre les sections 2 et 3.

Chute

Deux types de chute sont utilisés dans les dissipateurs : la chute inclinée et la chute verticale(figure 17.4). Pour les fins de dimensionnement, il est possible de ne pas considérer la perted’énergie durant cette chute : il en résultera un facteur de sécurité plus élevé dans le fonction-nement du dissipateur. Cependant, il pourra être avantageux, économiquement ou pratique-ment, de tenir compte de ces pertes d’énergie.

Dissipation d’énergie

La dissipation d’énergie est réalisée au moyen du ressaut hydraulique réalisé dans le bassin(figure 17.4 a) et b)) ou par simple turbulence dans une fosse de dissipation (figure 17.4 c)).

Jonction

La jonction entre l’écoulement après le ressaut (section 2) et le cours d’eau en aval du seuil(section 3) nécessite généralement une modification dans la structure. En effet, la hauteurd’eau y2 nécessaire à la formation du ressaut est presque toujours différente de la hauteur d’eauy3 , de sorte que l’on doit maintenir artificiellement cette hauteur y2 . Ceci se fait à l’aide destructures connexes telles que le bassin en dépression et le bassin en dévers dans les cas où lahauteur y2 est plus grande que la hauteur y3 ,ce qui est généralement le cas. Le contre--épi utilisédans le bassin en dévers permet de plus de rendre l’écoulement à la section 2 indépendant del’écoulement aval à la section 3. La formation du ressaut est alors assurée à tous les débits infé-rieurs au débit de projet.

Dimensionnement

Le dimensionnement du bassin (ou de la fosse) de dissipation signifie la détermination de lalongueur du bassin (ou de la fosse), de la hauteur du contre épi ou de la dépression du bassin et


de la profondeur de la fosse de dissipation. La détermination de ces paramètres nécessite àpriori la connaissance des caractéristiques de l’écoulement sur le déversoir (section 0) et cellesde l’écoulement en aval du seuil (section 3). Par la suite, on déterminera les caractéristiques del’écoulement à la section 1, avant le ressaut. Si on ne considère aucune perte d’énergie dans lachute, ces caractéristiques s’obtiennent par l’équation de conservation d’énergie entre les sec-tions 0 et 1. Si on tient compte de ces pertes, les caractéristiques de l’écoulement à la section 1s’évaluent de la façon suivante

1. Dans le cas de la chute inclinée, un calcul de la courbe de remous entre les sections 0et 1 permettra d’évaluer la hauteur d’eau avant ressaut. Connaissant le débit et la géo-métrie du fond, les autres caractéristiques sont alors connues.

2. Dans le cas de la chute verticale, l’équation 16.3 permet d’évaluer la hauteur d’eau y1avant ressaut. Cette équation tient compte de la perte d’énergie lors de l’impact de lanappe d’eau avec le fond du cours d’eau.

L’écoulement à la section 2 est déterminé à partir de l’écoulement avant ressaut (section 1) et àl’aide des équations et graphiques reliés au ressaut (sections 15.2 et 15.3). Les caractéristiquesobtenues pour l’écoulement à la section 2 tiennent alors compte de la perte d’énergie occasion-née par ce ressaut. Pour ce qui est de la longueur du bassin, celle--ci correspond à la longueur duressaut dans le cas de la chute inclinée. Dans le cas de la chute verticale, la longueur de la chutede la nappe d’eau doit être ajoutée à cette longueur. Cette dernière est obtenue par lafigure 16.14 ou par les équations [16.5] à [16.7].

La jonction entre les sections 2 et 3 est généralement nécessaire pour que le ressaut puisse seréaliser.Dans le cas d’un bassin en dépression (figure 17.4 a)), on supposera qu’il y a conserva-tion d’énergie entre les sections 2 et 3. Connaissant les caractéristiques d’écoulement à cesdeux sections, la hauteur h’ sera facilement obtenue. Si, d’autre part, la jonction se fait par l’in-termédiaire d’un contre--épi (figure 17.4 b)), sa hauteur sera déterminée en le considérantcomme un déversoir (section 17.2.5). On doit cependant noter que l’utilisation d’un contre--épi nécessite la protection du cours d’eau en aval de celui--ci, contrairement à l’élévation dufond du cours d’eau.

Finalement, dans le cas de la chute verticale avec fosse de dissipation, la profondeur de cel-le--ci est évaluée à l’aide de l’équation [16.8] deVeronese ou de l’équation [16.9] Schoklitsch .Le contre--épi n’est utilisé ici que pour diminuer la profondeur de la fosse. Une protection doitalors être assurée en aval du contre--épi.

236

Figure 17.4Bassins de dissipation utilisant différentes chutes et différentes structuresconnexes..

b) Chute verticale avec bassin en dévers

c) Chute verticale avec fosse de dissipation

a) Chute inclinée avec bassin en dépression

h

CARACTÉRISTIQUES DU COURS D’EAU 237

17.3 CARACTÉRISTIQUES DU COURS D’EAULe cours d’eau retenu pour les fins de d’exemple cause du ravinement au travers des champscultivés. Aussi, la revanche est de plusieurs mètres et aucune espèce de poisson n’y est pré-sente. Les paramètres de base concernant ce cours d’eau avant son aménagement sont les sui-vants (figure 17.5) :

Débit (Q) : 1,5 m3/s

Section trapézoïdale

Largeur au fond (b) : 2,0 m

Fruit des talus (z) : 2,5

Pente avant aménagement (So) : 0,009 m/m

Coefficient de rugosité (n) : 0,022

Vitesse maximale permise (Vmax.) : 1,2 m/s

Figure 17.5 Caractéristiques du cours d’eau retenu avant son aménage-ment. Ecoulement uniforme..

De ces caractéristiques et à l’aide de l’équation deManning pour un écoulement uniforme, ondétermine les paramètres hydrauliques suivants :

Hauteur normale d’écoulement (yo) : 0,320 m

Vitesse d’écoulement (V) : 1,67 m/s

Nombre de Froude (F) : 1,07

Hauteur critique d’écoulement (yc) :: 0,333 m

L’écoulement est donc torrentiel et la vitesse d’écoulement est supérieure à la vitesse maxi-male que peut tolérer le sol (V > Vmax). L’aménagement du cours d’eau s’avère alors néces-saire et certaines alternatives sont possibles (voir section 17.2.2).

17.4 PENTE MAXIMALEDès le choix arrêté de l’utilisation de seuils, la pente maximale du cours d’eau est calculée.Cette pente permet de faire transiter le débit de projet à une vitesse égale ou inférieure à lavitesse maximale permise. Le calcul s’effectue ainsi.

238

Section minimale requise :

[17.3]Amin =Q

Vmax= 1, 25 m2

Cette section requiert une hauteur normale d’écoulement de : yn = 0,413 m

En utilisant l’équation [17.1], la pente maximale devient (figure 17.6) :: S1 = 0,0035 m/m

Figure 17.6Caractéristiques du cours d’eau après recreusage à la pente d’équilibre. Ecou-lement uniforme..

II est à noter que cette pente peut s’obtenir par un nouveau creusage du cours d’eau. II s’ensuivra un cours d’eau de section régulière. Par contre, si un seuil formant une saillie sur le fonddu cours d’eau est érigé, la pente d’équilibre sera obtenue par dépôt de sédiments à l’amont duseuil. Il en résultera un cours d’eau de forme irrégulière, la largeur au fond étant plus élevéeprès du seuil (à cause du remplissage) que loin en amont de celui--ci.

17.5 HAUTEUR DU SEUIL

Dans le cas présent, aucune contrainte ne s’applique sur le choix de la hauteur du seuil : larevanche du cours d’eau est de quelques mètres et aucune espèce de poisson n’y est présente.Afin de limiter le nombre de structures, une hauteur de h = 1,5 m a été retenue.

Cette hauteur rencontre les exigences posées à la section 15.2.4. En effet, h > 1,2 yc (yc =0,333 m) et h> h’ + y3 (≅0,80m pour h’ ≅ h/4 et y3 = 0,413m, hauteur normale d’écoulementavec la pente maximale).

Dans ces conditions, la distance entre chaque seuil DS serait :

[17.4]DS = hSo − S1

= 270 m

DÉVERSOIR 239

17.6 DÉVERSOIR

Dans cette section, nous étudierons et comparerons le fonctionnement de différents déversoirsdans les deux situations suivantes :

1. Aménagement de seuils avec recreusage du cours d’eau; et

2. Aménagement de seuils dans un cours d’eau dégradé.

17.6.1 Aménagement de seuils avec recreusage du cours d’eau

Dans ce cas, le recreusage du cours d’eau se fait avec la pente maximale S1. Le seuil constituealors une ”marche” dans le cours d’eau (figure 17.7) et sa crête est à la même cote que le fonddu cours d’eau.

Déversoir sans restriction

Ce type de déversoir est fréquent actuellement et sa forme correspond à la section du coursd’eau (figure 17.7). Dans l’exemple qui nous concerne, c’est une section trapézoïdale d’unelargeur à la base b = 2 m (largeur au fond du cours d’eau) et dont le fruit est de z = 2,5.

Figure 17.7 Déversoir trapézolidal sans restriction et avec recreusage du cours d’eau.

La forme et les dimensions du déversoir, de même que le débit étant connus, seule la hauteurd’eau sur la crête reste à déterminer pour caractériser l’écoulement en amont du seuil. Cettehauteur s’obtient en supposant la formation de l’état critique sur la crête du seuil, soit :

[17.5]Vg A�l�

= 1

d’où yc = 0,333 m

À partir de cette hauteur d’eau, le calcul de la courbe de remous permet de caractériser l’écou-lement en amont du seuil, soit la hauteur d’eau (figures 17.9 et 17.11) et la vitesse de l’écoule-ment (figure 17.10).

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Déversoir rectangulaire

Ce déversoir impose une restriction à l’écoulement sur les côtés seulement, la crête étant à lamême cote que le fond du cours d’eau. Afin d’évaluer sa largeur, on impose que la hauteurd’eau en amont de la crête soit supérieure à aumoins 1.1 fois la hauteur normale d’écoulementdu cours d’eau à la pente aménagée. La revanche du cours d’eau étant importante, nous choisi-rons ici que la hauteur d’eau sur la crête est égale à la hauteur normale yn = 0,413 m. D’autrepart, le coefficient de débit est presquemaximum, soitC=2,66. Par l’équation du déversoir, onobtient la largeur du déversoir :

[17.6]B =Q

C H3�2s

= 1, 15 m

La hauteur hydraulique au--dessus du seuil Hs est considérée égale à l’énergie totale :

V2

2 g= 0, 024 m >> H = 0, 50 m

Cette énergie totale est évaluée en considérant que l’écoulement est critique sur le seuil, d’oùyc = 0,333 m et Hs = 3/2 yc = 0,50 m.

Par le calcul de la courbe de remous, la hauteur d’eau (figures 17.9 et 17.11) et la vitessed’écoulement (figure 17.10) sont obtenues en amont du seuil.

17.6.2 Aménagement de seuils dans un cours d’eau dégradé

L’établissement de la pente maximale S1 se fait ici par sédimentation en amont du seuil.Celui--ci forme une saillie dans le fond du cours d’eau existant et la cote de la crête est ajustéepour obtenir la pente maximale sur la partie aménagée du cours d’eau (figure 17.8).

Afin d’établir les caractéristiques de l’écoulement, on considérera les deux situations suivan-tes. Immédiatement après l’aménagement, le seuil forme une saillie de 1,5 m de haut sur lefond du cours d’eau. Celui--ci conserve une pente Sn de 0,009 m/m et une largeur au fond deb = 2 m. Puis, lorsque la sédimentation s’est réalisée, la pente devient la pente maximaleS1 = 0,0035 m/m et la largeur au fond varie de b = 2 m à b’ = 9,5 m (où b’= b + 2 z h ).

Déversoir rectangulaire

Afin d’évaluer la largeur de ce déversoir, la situation présentant le coefficient de débit le plusélevé est retenu, soit lorsque la sédimentation a eu lieu. Le calcul est le même qu’en 5.1.2. Lalargeur obtenue est donc de B =1,15 m (figure 17.8).

Avant la sédimentation, on peut évaluer le coefficient de débit à C = 1,82. La hauteur d’eauau--dessus et en amont du seuil sera donc de :

[17.7]H = � QC B�2�3 = 0, 80 m

soit une hauteur d’eau d’environ 0,53 m sur le seuil.

DÉVERSOIR 241

Les courbes de remous pour ces situations sont présentées aux figures 17.12 et 17.13 et lavitesse d’écoulement au graphique 17.14.

Figure 17.8 Déversoir rectangulaire dans un cours d’eau dégradé après sédimentation.

Comparaison des déversoirs

Dans le cas de l’aménagement de seuil avec recreusage, les conclusions sont nettes. Des gra-phiques (17.9 et 17.11), il apparaît que le déversoir trapézoïdal sans restriction procure unehauteur d’eau inférieure à la hauteur normale d’écoulement de 0,41m sur les premiers 50m enamont du seuil. Ceci se répercute au niveau de la vitesse d’écoulement (figure 17.10). Lavitesse est alors supérieure à la vitesse maximale permise sur cette portion du cours d’eau(Vmax. = 1.2 m/s), d’où la nécessité de protéger le cours d’eau sur cette distance.

Figure 17.9 Courbes de remous obtenues par différents déversoirs dans un cours d’eaurecreusé.

242

Figure 17.10 Vitesse calculée pour différents déversoirs dans un cours d’eau recreusé.

II est possible de corriger partiellement ce problème en choisissant une pente plus faible que lapentemaximale. La distance à protéger seramoindremais elle subsistera et, de plus, le nombrede seuils requis pour aménager le cours d’eau augmentera.

D’autre part, les déversoirs rectangulaire et trapézoïdal permettent de maintenir une hauteurd’eau supérieure à la hauteur normale et donc une vitesse inférieure à la vitesse maximale per-mise. Aucune protection du cours d’eau n’est alors requise en amont du seuil.

Il faut également remarquer qu’à une distance supérieure à 100 m en amont du seuil, tous lesdéversoirs procurent une hauteur d’eau égale à la hauteur normale d’écoulement.

Dans le cas de l’aménagement de seuils dans un cours d’eau dégradé, les conclusions diffèrentsi la sédimentation a eu lieu ou non (figures 17.12 à 17.14). Lorsque celle--ci s’est réalisée, lavitesse est toujours inférieure à la vitessemaximale permise et ce,même si à cause de la largeurvariable au fond du cours d’eau, la hauteur d’eau peut être inférieure à la hauteur normale. Parcontre, avant la sédimentation, la vitesse augmente à une valeur supérieure à la vitesse maxi-male permise à des distances de plus de 200 m en amont du seuil. II y a donc risque d’érosiondans cette section du cours d’eau.Cette érosion s’estompera au fur et àmesure de la sédimenta-tion.

243

Figure 17.11 Courbes de remous obtenues près du déversoir par différents déversoirsdans un cours d’eau recreusé.

Figure 17.12 Courbes de remous obtenues par différents déversoirs dans un cours d’eaudégradé et avant sédimentation..

244

Figure 17.13 Courbes de remous obtenues par différents déversoirs dans un cours d’eaudégradé et après sédimentation..

Figure 17.14 Vitesses d’écoulement calculées pour différents déversoirs dans un coursd’eau dégradé avant et après sédimentation..

245

17.6.3 Chute et bassin de dissipation

Dans cette dernière section, nous allons effectuer le dimensionnement du bassin de dissipa-tion. Celui--ci comprend de façon plus concrète la chute, inclinée ou verticale, le bassin de dis-sipation lui--même et la structure connexe (figures 17.15 à 17.17). Dans le but de passer enrevue les différents types de composantes, trois exemples sont donnés.

Pour dimensionner les différents bassins de dissipation, nous avons retenu ur seul déversoir,soit le déversoir trapézoïdal aménagé après le recreusage du cours d’eau (section ). Les condi-tions d’écoulement pour les sections 0 et 3 sont donc les suivantes

Section 0 :

Hauteur d’écoulement yo = 0,413 m

Vitesse d’écoulement Vo = 1,20 m/s

Énergie spécifique Ho = 0,555 m

Énergie totale Eo = 2,055 m

Section 3 :

Hauteur d’écoulement y3 = 0,413 m

Vitesse d’écoulement V3 = 1,20 m/s

Énergie de vitesse V23 � 2 g = 0,073 m

Énergie spécifique H3 = 0,486 m

Énergie totale (p/r base de la chute) E3 = H3+ h

17.6.4 Chute inclinée avec bassin en dépression

Cette combinaison de composantes est illustrée à la figure 17.15. Elle représente la structure laplus utilisée jusqu’à maintenant au Québec. La pente aval de la chute est de 1:1,5 et le coeffi-cient de rugosité de Manning est de n = 0,04. Nous supposerons pour ce dimensionnementqu’aucune énergie n’est dissipée dans la pente de la chute, entre les sections 0 et 1. L’écoule-ment à la section 1 sera donc régi par l’équation de conservation d’énergie :

E1 = Eo

H1 = Ho + hou

y1 +Q2

2 g A21= 2, 055 m

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Connaissant le débit Q = 1,5 m3/s, nous trouvons les paramètres d’écoulement suivants :

Section 1 :



Facteur de forme (k = b/zy1) k = 7,5

Nombre de Froude modifié F1’ = 6,0

Les conditions avant le ressaut étant connues, nous déterminons la hauteur d’écoulement aprèsle ressaut, y2, à partir de la figure 13.6, soit y2 / y1 = 7,0. Les paramètres de l’écoulement à lasection 2 sont donc les suivants :

Section 2 :



Énergie spécifique et totale H2 = E2 =0,764 m

La longueur de la fosse est donnée de façon sécuritaire par la longueur maximale du ressaut :

L = 6, 9 �y2 − y1� = 4, 4 m

Pour déterminer la hauteur de l’élévation du lit, nous poserons que l’énergie totale de l’écoule-ment à la section 3 doit être égale ou supérieure (ce cas n’est pas réel) à l’énergie totale à lasection 2, soit :

E3 = H3 + h ≥ E2

h ≥ 0, 28 msoit

Rappelons que la dépression du bassin est essentielle car la hauteur d’eau nécessaire à la réali-sation du ressaut (y2) est supérieure à la hauteur d’eau en aval du seuil (y3). Ce dernier paramè-tre complète donc le dimensionnement hydraulique du seuil.

Il est à noter que si nous avions tenu compte de la dissipation d’énergie dans la chute inclinée,les résultats auraient été sensiblement modifiés. Considérant que la chute inclinée est un canalde pente S=0,667m/met de rugosité n =0,04, nous aurions trouvé, par le calcul de la courbederemous, une valeur différente pour yj et par conséquent, de tous les paramètres qui en décou-lent. Les résultats sont les suivants :

Hauteur d’écoulement avant ressaut y1 = 0,137 m

Hauteur d’écoulement après ressaut y2 = 0,62 m

Longueur de la fosse L = 3,33 m

Élévation du lit h’ = 0,16 m

247

II est donc permis de constater qu’en considérant la conservation d’énergie entre les sections 0et 1, nous disposons d’une sécurité. accrue quant à la longeur du bassin de dissipation et del’importance de l’élévation du lit.

17.6.5 Chute verticale avec bassin en dévers

Cette structure est illustrée à la figure 17.16La chute verticale est actuellement utilisée pour lesconstructions en bois et en gabions. Quant au contre--épi, il est peu utilisé à cause principale-ment du fait qu’un faible ressaut se produit en aval de celui--ci et qu’il faut y protéger le coursd’eau. Il pourrait être utilisé lorsque l’excavation d’une fosse présente des problèmesmajeurs.

Encore ici, dans une première approche, nous supposerons qu’il y a conservation d’énergieentre la section 0 et la section 1 : nous ne considérons donc pas la perte d’énergie qui se produitlors de l’impact de la nappe avec le fond du cours d’eau. Pour cette raison, les paramètresd’écoulement à la section 1 et à la section 2 sont exactement les mêmes qu’à l’exemple précé-dent, soit

Section 1 :



Section 2 :



Énergie spécifique et totale H2 = E2 =0,764 m

Longueur du ressaut L = 4,4 m

Pour ce qui est de la longueur de la fosse, nous devons considérer en plus de la longueur duressaut, la distance horizontale parcourue par la nappe durant sa chute. Cette distance est obte-nue à partir de la figure 14.14 ou des équations [14.5] à [14.7]. Par laméthode graphique, noustrouvons avec yt = -- h + y2 = -- 0,75 m et yc = 0,413 m, soit :

yt � yc = − 1, 8

Ld � yc = 3, 9

et h � yc = 3, 6

d’ou Ld = 1, 6 m

La longueur de la fosse est donc Ld + L= 6,0m, où la longueur du ressaut est de 4,4 m (section15.6.1).

Si nous utilisons un contre--épi pour favoriser le ressaut, sa hauteur sera évaluée en le considé-rant comme un déversoir trapézoïdal dont la base est approximativement la largeur au fond du

248

cours d’eau. Encore ici, le contre--épi est nécessaire pour la réalisation du ressaut (Y2 >Y3). IIest important de comprendre qu’une élévation du lit aurait également résolu ce problème.Nous supposons alors la formation de l’état critique sur le contre--épi, donc

V =g Aclc

�

avec b ≅ 2 m. Par résolution de cette équation, nous trouvons

Section 4 :



Énergie totale H4 = 0,764 m

Finalement, par conservation d’énergie entre les sections 2 et 4

E4 ≥ E2

h ≥ 0, 30 m

h + H4 ≥ H2

donc

La hauteur minimum du contre--épi nécessaire à la réalisation du ressaut est donc deh’ = 0,30 m. Cependant, ce déversoir n’est pas complet car y3 >h’. Ceci signifie que l’écou-lement sur le déversoir est influencé par la hauteur d’eau y3. II y aura donc une légère submer-sion du ressaut qui, dans le cas présent, influencera très peu le fonctionnement du seuil.

Si nous considérons la perte d’énergie lors de l’impact de la nappe avec le fond du cours d’eau,la hauteur d’eau avant ressaut y1 est obtenue par l’équation [16.3]. Nous trouvons alors lesvaleurs suivantes :

y1 = 0,176 m

V1 = 3,50 m/s

F’ = 2,7

k1 = 4,6

y2/y1 = 3,2

y2 = 0,56 m≥≥

V2 = 0.782 m

H2 = 0.59 m

Ld = 1,6 m L = 2,69 m

E4 ≥ E2

h’ ≥ 0,59 -- 0,462 = 0,13 m

249

Encore ici, le fait de considérer la conservation d’énergie entre les sections 0 et 1 permet unesécurité accrue dans le fonctionnement du seuil. Cette sécurité est procurée par un bassin dedissipation plus long et par un contre--épi plus haut.

17.6.6 Chute verticale avec fosse de dissipation

Dans cette utilisation de la chute verticale, l’énergie n’est pas dissipée par un ressaut hydrauli-quemais par la diffusion de la nappe dans la fosse de dissipation (figure 17.17). Dans ce cas, lanappe vient en contact avec l’eau de la fosse à une distance :

x = Vo t01

= Vo2 �h− y3�

g�

Vo est la vitesse initiale de l’eau sur la crête, considérée ici comme étant la vitesse critique et,t01 est le temps de chute de la nappe entre le haut du seuil et la surface de l’eau en aval du seuil.

Nous trouvons x = 0,79 m.

La profondeur d’excavation du lit est obtenue par l’équation [14.8] de Veronese dans le cas oùles particules composant la fosse de dissipation ont un diamètre d90 inférieur à 17,5mm et parl’équation [14.9] de Schoklitsch dans les autres cas. Cette profondeur est donc fonction du dia-mètre dgo des particules composant le fond de la fosse quand celui--ci est supérieur à 17,5mm.Ce diamètre peut être modifié par l’ajout, dans le fond de la fosse, de pierres d’un diamètreapproprié.

Le tableau 2 indique la profondeur de la fosse de dissipation pour différents diamètres de pier-res utilisées pour les conditions d’écoulement présentées au début de cette section. Par exem-ple, pour un enrochement de la fosse composé de pierres dont le d90 est de 100mm, la profon-deur de la fosse serait de 40 cm (figure 17.17).

Tableau 2 Profondeur de la fosse de dissipation en fonction du diamètre des pierres utiliséesdans le fond de cette fosse.

d90 (mm) 1 5 20 50 100

s (m) 1,0 1,0 0,9 0,6 0,4

250

Figure 17.15 Chute inclinée avec bassin en dépression.

Figure 17.16 Chute verticale avec bassin en dévers.

SEUIL EN ENROCHEMENT LIBRE 251

Figure 17.17 Chute verticale avec fosse de dissipation utilisant des pierres d’un diamètred90 de 100 mm.

17.7 SEUIL EN ENROCHEMENT LIBRE

Le dimensionnement d’un seuil constitué d’un enrochement libre consiste à déterminer :

1. la forme et la dimension du déversoir

2. l’angle amont et l’angle aval de l’enrochement;

3. le diamètre des pierres de l’enrochement;

4. la longueur de la crête du déversoir dans le sens de l’écoulement;

5. le diamètre des pierres demême que l’épaisseur du recouvrement du bassin de dissipa-tion.

Les figures 17.18 et 17.19 présentent une vue en coupe longitudinale et une vue, en coupetransversale d’un seuil en enrochement dans un cours d’eau dégradé. On y retrouve égalementla représentation symbolique des différents paramètres qui s’y rattachent.

17.7.1 Déversoir

Pour les enrochements libres, la forme trapézoïdale pour le déversoir est préconisée. Cetteforme permet de calculer ses dimensions à l’aide de logiciels déjà existants et de plus, elle estfacilement réalisée sur le terrain.

La cote des ailes du seuil, de chaque côté du déversoir, devrait être supérieure de 200 à 300mmà la cote de l’eau en amont du seuil. Cette surélévation des ailes permettront d’assurer la pro-tection de la structure pour des débits supérieurs au débit du projet.

252

Figure 17.18 Coupe longitudinale d’un seuil en enrochement (coupe B -- B’ de lafigure 17.19).

Figure 17.19 Coupe transversale d’un seuil en enrochement (selon coupe A -- A’ dela figure 17.18) .

17.7.2 Angles d’enrochement

La forme de l’enrochement est caractérisée par l’angle amont (α) et par l’angle aval de celui--ci(θ): Le côté amont de l’enrochement n’étant soumis qu’à une pression hydrostatique, sa stabi-litémécanique sera assurée par un angle amont d’enrochement égal à l’angle de repos des pier-res (φ). À titre indicatif, la figure 11.1 donne l’angle de repos des pierres en fonction de leurdiamètre et de leur forme. Cette figure a été obtenue à partir d’enrochement à granulométrie

SEUIL EN ENROCHEMENT LIBRE 253

uniforme. Dans les cas d’un enrochement à granulométrie étendue, le D85e de l’enrochementsera utilisé.

D’autre part, à cause de la pression hydrostatique exercée par l’écoulement de l’eau sur lespierres du côté aval de l’enrochement, l’angle aval de cet enrochement doit être égal ou infé-rieur à l’angle de repos des pierres. Cette pression est d’autant plus grande que le débit unitaire(débit par mètre de largeur de crête) est grand. Par contre, la stabilité de l’enrochement du côtéaval augmentera avec le diamètre des pierres et l’angle de repos des pierres utilisées. Cet angleaval d’enrochement ne peut donc être déterminé qu’en tenant compte de plusieurs paramètres.Son évaluation est présentée à la section suivante.

17.7.3 Diamètre des pierres de l’enrochement

La détermination du diamètre des pierres requises pour la partie aval est déterminée par lemodèle développé par Stephenson (1979) (équation [11.12]) en connaissant l’angle aval del’enrochement, l’angle de repos des pierres et le débit unitaire.

17.7.4 Longueur de la crête

La longueur de la crête, dans le sens de l’écoulement, devrait être de 3 fois la hauteur d’eau surla crête du déversoir, considérée comme étant la hauteur critiqué yc, soit T = 3 yc (Stephenson,1979). Cette longueur permet de stabiliser l’écoulement sur la crête en diminuant la turbulencesur celle--ci.

17.7.5 Diamètre des pierres du bassin de dissipation

Le bassin de dissipation étant horizontal, le diamètre des pierres nécessaires à son recouvre-ment pourra être plus petit que le diamètre des pierres de l’enrochement du seuil. Selon lemodèle développé par Stephenson (1979), ce diamètre est fonction de la vitesse maximale del’écoulement dans le bassin de dissipation et de l’angle de repos des pierres. II est donné par:

[17.8]D85b =250 V2

1g (γs − 1) tan�

≈ 15V21

tan�

D85b = diamètre pour lequel 85% des pierres du bassin de dissipationsont plus petites (mm); et,

V1 = vitesse de l’écoulement avant le ressaut (m/s).

L’épaisseur du recouvrement du bassin (e) sera de l’ordre de 1,5 fois le diamètreD85b calculépour les pierres du bassin si une membrane (géotextile ou géomembrane) est utilisée entrel’enrochement et le sol de fondation. Si aucune membrane n’est prévue, une épaisseur mini-male de 2,0 fois le diamètre D85b devra être utilisée.

254

17.7.6 Considérations pratiques pour la construction

Afin d’obtenir une structure plus compacte, un enrochement à granulométrie étendue est pré-férable à une granulométrie uniforme. Ce type d’enrochement diminue la porosité et augmentela possibilité de son colmatage, rendant la structure plus stable à long terme.

La réalisation d’un remblai en amont de l’enrochement permet de mieux fixer le géotextile etde rendre son utilisation beaucoup plus efficace. D’autre part, ce remblai contribue à stabiliserla pente amont de l’enrochement.

Dans le cas de structures plus importantes, il est possible d’envisager l’utilisation d’un noyauen terre (figure 4.10). Le géotextile sera alors placé entre le noyau et le recouvrement fait d’en-rochement qui sera dimensionné comme précédemment et dont l’épaisseur devra être d’aumoins E = 1,5 D85e.

Figure 17.20 Seuil en enrochement avec un noyau..

Lorsque l’enrochement se fait sur un cours d’eau recreusé, il est possible de n’utiliser que lerecouvrement de la chute inclinée (figure 4.11). Le diamètre D85e des pierres et l’épaisseur durecouvrement se calculent alors comme précédemment.

La clé, située à la base de l’enrochement et sous le déversoir, remplit normalement une doublefonction. D’abord elle assure la stabilité du seuil contre le glissement horizontal sous la pous-sée hydrostatique et la poussée des terres en amont de la structure. D’autre part, lorsque lesvides entre les pierres de la clé sont comblés par des particules de sol sédimentées, cette cléaugmente la distance de percolation sous la structure et assure la stabilité du seuil contre l’af-fouillement. Il est à noter que cette clé n’est pas toujours nécessaire. En effet, l’enrochementlibre tel que proposé est déjà stable par rapport au glissement horizontal, de sorte que dans cecas l’utilisation de la clé à cette fin ne peut qu’améliorer la stabilité contre des poussées plusimportantes qui pourrait être occasionnées par les glaces ou par la formation d’embâcle auniveau du déversoir. Dans le cas de l’affouillement, le calcul de la distanceminimale de perco-lation permettra d’évaluer la pertinence de l’utilisation de cette clé de même que ses dimen-sions.

SIPHONNEMENT 255

Figure 17.21 Seuil en enrochement dans un cours d’eau recreusé.

17.8 SIPHONNEMENT

La construction d’un seuil dissipateur d’énergie dans un cours d’eau entraîne inévitablementune différence de charge piézométrique entre l’amont et l’aval de ce seuil. Cette différence decharge force l’eau à percoler au travers du sol de fondation et du sol de remblai. Lorsque lastructure est perméable (enrochement, gabions, bois) cette percolation a également lieu au tra-vers de la structure elle--même (figures 3.3 et 3.4). Les forces de percolation peuvent alorsentraîner les particules fines du sol dès que le gradient hydraulique critique est atteint, soitic =ρs/ρw , rapport du poids volumique immergé du sol au poids volumique de l’eau. Ce phé-nomène peut se produire en aval ou en--dessous de la structure. Le siphonnement de ces parti-cules procède alors de l’aval vers l’amont, réduisant ainsi la longueur de percolation de l’eau.Il en résulte une augmentation du gradient hydraulique et une accélération de la dégradation dusol de fondation.

Afin de prévenir le siphonnement des particules fines du sol, les distances de percolationdevront être suffisantes pour réduire le gradient hydraulique à une valeur inférieure au gra-dient critique (ic). Cette percolation s’effectuera préférentiellement par le chemin ayant la pluspetite longueur hydraulique et donc celui qui offre le moins de résistance à l’écoulement. Cechemin ne correspond pas nécessairement au plus court chemin géométrique. Il se situe géné-ralement sur la ligne de contact entre la structure et le sol de fondation (ou de remblai) lorsquece dernier est très argileux ou de granulométrie très étendue. Par contre, pour des sols de fonda-tion très perméables, le chemin hydraulique le plus court correspond globalement au chemingéométrique le plus court.

La distance de percolation nécessaire pour éviter le siphonnement sera alors fonction de la tex-ture du sol de fondation (et/ou de remblai) et également de la différence maximale entre lacharge piézométrique en amont de la structure et celle en aval. Pour les petits ouvrages tels

256

Figure 17.22 Percolation de l’eau avec siphonnement des particules fines du sol deremblai et du sol de fondation au travers et sous le seuil en enrochement.

Figure 17.23 Percolation de l’eau avec siphonnement des particules fines du sol de rem-blai et du sol de fondation au travers et sous le seuil en bois.

ceux concernés par ce rapport, cette distance peut être évaluée sécuritairement en utilisant larègle de Lane, soit :

[17.9]Lp = cp ∆H

∆H = différence de charge piézométrique (m)

Lp = distance de percolation (m)

cp = coefficient de percolation (tableau 15.2).

SIPHONNEMENT 257

Tableau 15.2 Coefficient de percolation pour différentes textures de sol (Agostini et al, 1982 etHouk, 1956).

Matériau de fondation(ou de remblai)

Coefficient depercolation (cp)

Limons et sables très fins (< 0,125 mm) 8,5Sables fins (< 0,250 mm) 7,Sables moyens (0,500 mm) 6,0Sables grossiers (< 2,0 mm) 5,0Graviers fins (< 8 mm) 4,0Graviers moyens (

258

thétique imperméable (géomembrane) entre la structure et le sol de fondation (et de remblai).Cette membrane force l’eau à percoler sous la structure ou autour de celle--ci sur une distanceminimale déterminée par la règle de Lane. L’eau émerge donc en aval de cette structure (figure17.24). La deuxième solution consiste en l’utilisation d’un filtre. Ce dernier peut être fait dematériaux synthétiques tel que les géotextiles ou d’un filtre naturel inversé, c’est--à--dire unfiltre dont la granulométrie est proportionnelle au sens de l’écoulement (figure 17.25). Ce fil-

Figure 17.24 Percolation de l’eau sans siphonnement des particules fines du sol deremblai et du sol de fondation sous le seuil en enrochement recouvertd’une membrane imperméable..

Figure 17.25 Percolation de l’eau sans siphonnement des particules fines du sol de rem-blai et du sol de fondation au travers et sous le seuil en bois recouvert d’ungéotextile.

SIPHONNEMENT 259

tre permet de retenir les particules fines du sol de fondation tout en permettant à l’eau de letraverser. Il a donc pour effet d’éviter le siphonnement de la structure même en présence d’ungradient hydraulique supérieur au gradient critique. Cependant, dans l’éventualité de son col-matage, le filtre devra également s’étendre sur une distance évaluée à l’aide de la règle deLane, tout comme pour la membrane imperméable.

Pour effectuer le choix de la membrane imperméable ou du géotextile requis, il est fortementrecommandé de consulter les représentants techniques des fournisseurs. En effet, les produitsofferts sont très nombreux et variés et ils diffèrent d’un fournisseur à l’autre. De plus, chaquefournisseur garantit la qualité de ses produits dans la mesure où ils sont utilisés selon leurs cri-tères de dimensionnement ; ces derniers diffèrent également selon les fournisseurs.

De façon générale, pour les petites structures concernées par ce document, les principalescaractéristiques recherchées pour une géomembrane seront sa résistance à la perforation et à latraction de même que son élasticité.

En plus des qualités requises pour une géomembrane, le géotextile utilisé à des fins de filtra-tion devra répondre à des critères de perméabilité, de rétention de particules de sol et de com-patibilité à long terme avec les sols de fondation et de remblai.

La dimension des pores de même que la porosité du géotextile lui confèrent une perméabilitérelativement élevée par rapport à la majorité des sols. Lorsque les pores du géotextiles ne sontpas colmatés, cette perméabilité permet de diminuer la pression hydrostatique en amont de lastructure hydraulique. Cette diminution de la pression statique permet à son tour d’augmenterla pression effective dans le sol de remblai et donc d’améliorer la stabilité mécanique de l’ou-vrage. La perméabilité du géotextile devrait idéalement se rapprocher de celle du sol a filtrertout en lui étant supérieure. Dans les sols cohérents cependant, la perméabilité du géotextilepourra être de deux ordres de grandeur plus élevée que celle du sol (Polyfelt, 1991), soit :

[17.11]kg ≥ 100 ks (sol cohérent)

kg = perméabilité du géotextile

ks = perméabilité du sol à filtrer

Cependant, dans les sols à faible cohésion, à cause de leur sensibilité à la mise en boulance, laperméabilité du géotextile devra être dix fois plus grande que celle du sol à filtrer (Koerner,1986), soit :

[17.12]kg ≥ 10 ks (sol pulvérulent)

Toutefois, à cause de sa souplesse, la perméabilité du géotextile est fonction de la chargeméca-nique qui s’exerce sur celui--ci. Cette perméabilité diminue avec une augmentation de lacharge mécanique. Les spécifications fournies par le fabricant permettra de connaître lesconditions pour lesquelles la perméabilité du géotextile a été mesurée.

260

Le deuxième rôle que remplit le géotextile est la rétention des particules de sol. À cet égard, legéotextile ne retient pas directement les particules fines du sol, mais il encourage plutôt la for-mation de ponts entre les particules grossières. Ces ponts favorisent la formation d’un filtrenaturel en amont du géotextile. Il s’en suit que les pores du géotextile peuvent être de dimen-sion supérieure aux particules de sol, ceci étant particulièrement vrai pour les sols à granulo-métrie étendue et pour les sols cohérents. Plusieurs approches ont été développées pour éva-luer la dimension idéale des pores du géotextiles (Polyfelt, 1991; Koerner, 1986; Rollin, 1985;Rollin et al, 1985; Rankiler, 1980). Toutes ces approches comparent la granulométrie du solavec la dimension des pores du géotextile (la distribution des pores du géotextile selon leurdiamètre est très rarement disponible). Les ouvrages hydrauliques concernés par ce rapportétant en majorité à faible risque, le critère suivant est recommandé (Koerner, 1986):

[17.13]O95 < 2, 5 d85s

O95 = diamètre pour lequel 95 % des pores du géotextile sont plus petits

d85s = diamètre pour lequel 85 % des particules de sol sont plus petites.

Il est à noter que le diamètre des poresO95 est comparable à l’ouverture apparente (AOS) et àl’ouverture effective des pores (EOS). Cette règle est applicable dans tous les types de sol et estparticulièrement sécuritaire pour les sols à granulométrie étendue et pour les sols cohérents.

La compatibilité à long terme du géotextile avec le sol de remblai et le sol de fondation réfèrentau colmatage du géotextile. Ainsi, un risque élevé de colmatage se présente lorsque les condi-tions suivantes sont réunies: a) sol sans cohésion; b) sol composé de deux ou plusieurs sols àgranulométrie étendue (gap--grandd); c) gradient hydraulique important.

Dans ces conditions, la porosité d’un géotextile non--tissé devra être supérieure à 40% tout enrespectant les conditions déjà mentionnées pour la perméabilité et pour l’ouverture des pores(Koerner, 1986).

Le filtre naturel inversé, à cause de la difficulté de son installation et des coûts élevés qui endécoulent, n’est pas recommandé pour les ouvrages traités dans ce document.

SIPHONNEMENT 261

Déversoirs -- Dimensions

Cette section remplace la sous--section “Dmensions” de la section 16.2.5 Déversoir.

Le débit d’un déversoir rectangulaire à seuil épais est estimé par l’équation suivante :

[17.14]Q = Cd b23

2 g3

� (H)3�2

Q = débit [m3/s]

b = largeur du déversoir [m]

Cd = coefficient de débit du déversoir

g = constante gravitationnelle [9,8 m/s2]

H = énergie spécifique au--dessus de la crête du déversoir à l’amont [m]

L’énergie spécifique est considérée pour les conditions de l’écoulement à l’amont du déversoiret en référence à la crête du déversoir.

[17.15]H = h+ V2

2 g

h = hauteur d’eau au--dessus de la crête du déversoir à l’amont [m]

V = vitesse de l’écoulement à l’amont du déversoir [m]

L’équation [17.14] peut être réécrite :

[17.16]Q = 1, 7 Cd b �h+ V22 g�3�2

[17.17]Cd = �1− 0, 006 Lb � �1− 0, 003 Lh �

L = longueur de la crête du déversoir [m]

La longueur de la crête, dans le sens de l’écoulement, devrait être de 3 fois la hauteur d’eau surla crête du déversoir, considérée comme étant la hauteur critiqué yc , soit L = 3 yc (Stephenson,1979). Cette longueur permet de stabiliser l’écoulement sur la crête en diminuant la turbulencesur celle--ci. Dans le cas d’une section rectangulaire, yc = 2/3 H.

262

Le débit d’un déversoir trapézoïdal (figure 17.26) à seuil épais est estimé par l’équation sui-vante :

[17.18]Q = 1, 7 Cd Cs b �h+ V22 g�3�2

b = largeur de la base du déversoir [m]

Cs = coefficient de forme

[17.19]Cd = �1− 0, 006 k Lb � �1− 0, 003 Lh �

[17.20]k = (1+ z2)� − z

La figure perme d’estimer le coefficient Cs pour les déversoirs trapézoïdaux.

Figure 17.26 Déversoir trapézoïdal dans un cours d’eau de forme trapézoïdal.

z

1h

B

b

Z

1

L

B b

Pour réduire la vitesse à l’amont du déversoir et réduire la nécessité de protection, il est recom-mandé que la hauteur d’eau à l’amont du déversoir soit d’aumoins 1,1 fois la hauteur dnormaled’écoulement dans le cours d’eau, les valeurs étant déterminées par rapport à la crête du seuil.La vitesse est estimée pour la section à l’amont du déversoir avec cette hauteur.

SIPHONNEMENT 263

Figure 17.27 Coefficient Cs.

La largeur de déversoir (cas rectangulaire) ou de la base du déversoir (cas trapézoïdal) est faci-lement déterminé :

[17.21]b =Q

1, 7 Cd Cs �h+ V22 g�3�2

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CH 17 Design Seuils - Université Laval · 2010. 11. 25. · 230 DESIGN DES SEUILS DISSIPATEURS D’ÉNERGIE 17.2.2Aménagementducoursd’eau L’aménagementd’uncoursd’eauafindecontrôlersonérosions