Tesi sul tema "Canal hydraulique"

Motive par les besoins en etudes de surete pour les reacteurs a eau pressurisee (rep), ce travail concerne l'evacuation de la puissance residuelle du corium (materiaux fondus) apres la fusion du coeur d'un rep. Une des solutions de refroidissement consiste a noyer l'exterieur de la cuve. La gamme de parametres du probleme (flux de quelques mw/m#2, grande geometrie, pression de 0. 1 a 0. 5 mpa, inclinaison variable) est eloignee des cas classiques explores. Une analyse bibliographique des modeles d'ebullition en canal est fournie. Peu de correlations sont valables dans la gamme de parametres du probleme. Des experiences de flux critique sont analysees. Leurs resultats sont difficilement extrapolables en dehors de leurs domaines experimentaux propres. L'experience sultan est presentee. Sa section d'essai (s. E. ) est un canal rectangulaire inclinable chauffe sur une face de 4 m de long et 15 cm de large. Sont etudiees, deux epaisseurs du canal 3 et 15 cm, deux pressions 1 et 5 bar, deux sous-saturations a l'entree 0 et 50c et trois inclinaisons verticale, 45 et 10/l'horizontale avec chauffage vers le bas. L'instrumentation permet la detection du flux critique et la mesure des pertes de charge et du profil de temperature sur l'axe et sur plusieurs traversees. Des profils de taux de vide sont mesures sur plusieurs traversees. Les pertes de charge sont monotones croissantes en fonction de la vitesse massique (absence des courbes en 's'). Un fort effet de recirculation dans le canal est constate. En position verticale, le flux critique est toujours atteint en ebullition saturee. Une representation de l'ecoulement est donnee et une nouvelle correlation de calcul de la generation nette de vapeur (gnv) est proposee et sera utilisee dans les divers calculs. Des calculs de perte de charge avec le logiciel 1d multiphasique cathare sont compares aux mesures. La nouvelle correlation de gnv permet d'approcher d'une maniere satisfaisante les resultats experimentaux. Un modele simple de calcul des pertes de charge est developpe et teste. Il tient compte, en ebullition sous-saturee, de la couche diphasique en developpement. Les resultats semblent satisfaisants. Enfin, deux correlations de flux critique construites a partir des points sultan sont proposees.

Cette thèse est consacrée à la préparation de l’homogénéisation d’un écoulement en canal à travers une grille ; elle s’attache en particulier à mettre en évidence le rôle de tous les groupements adimensionnels significatifs du problème : les classiques d’abord (nombres de Reynolds, Foude, Weber et Bond), puis ceux obtenus à partir de tous les paramètres liés à la grille (hauteur, épaisseur, période et proportion des trous). Un chapitre est basé sur des hypothèses simplifiées (fluide parfait et obstacle plein) ; il permet de se concentrer sur les effets compétitifs de « Foude », « Weber » et de la hauteur de l’obstacle, sur la forma de la surface libre. Les deux derniers chapitres reprennent le problème complet et tentent de déterminer la longueur de la zone perturbée (épaisseur de couche limite) et la hauteur de la frontière libre au niveau de l’obstacle, laquelle doit être contrôlée pour éviter les inondations
This thesis is devoted to the preparation of the homogenization of a flow through a grid in an open channel ; it is particularly concerned with the influence of all the significant non dimensional numbers which occur in the problem : first of all the classical ones (Reynolds, Foude, Weber and Bond numbers) ; then, those obtained with the parameters linked to the grid (height, thickness, holes period and percentage). One chapter is based on simplified hypotheses (ideal fluid and continuous obstacle) ; it enables to focus on the effects of the Foude and Weber numbers, and of the obstacle height, on the shape of the free surface. The last two chapters consider the complete problem and try to determine the length of the perturbed zone (boundary layer thickness), and the free surface height around the obstacle (whiche has to be controled in order to avoid floodin)

La société du Canal de Provence gère un réseau de capteurs de mesures hydrauliques disséminés sur un large périmètre. L'ensemble de ces mesures est télégéré à partir d'un superviseur qui collecte et centralise les données en temps réel. Ce travail présente un outil logiciel opérationnel et exploité, qui permet l'analyse et la critique des mesures pour détecter les valeurs aberrantes à partir de mesures validées. Ces mesures sont réconciliées sous la contrainte du respect des équations de bilan et selon leur nature, de la positvité des valeurs. Deux sites tests ont été choisis pour valider l'application. Le premier est constitué par les ouvrages principaux du canal et les mesures analysées sont des débits journaliers, confrontés à un modèle statique. Le second est un site mixte qui intègre un réseau de distribution sous pression, un canal de transport et des réservoirs. Les mesures effectuées en temps réel sont intégrées dans un modèle pseudo-dynamique qui intègre les paramètres tels que les retards de propagation. La procédure compare les valeurs réconciliées à des tests statistiques classiques pour détecter et diagnostiquer des défaillances afin de mieux orienter les contrôles et les services de la maintenance. La nécessité d'obtenir un jeu de mesures valides indépendamment de la disponibilité des mesures dans la base de données, sans solliciter le degré de redondance du système a conduit à proposer une méthode originale de reconstruction de mesures. Les valeurs absentes de la base sont reconstruites à partir d'une analyse en composante principale effectuée sur des historiques récents. Les résultats sont injectés dans le jeu de mesure brut pour obtenir des mesures équilibrées. Un khi2 bâti sur les résidus de bilan des mesures analysées traduit le degré de confiance des valeurs réconciliées obtenues. Cette thèse présente les outils mathématiques utilisés, ainsi que les résultats obtenus après deux années d'exploitation du logiciel.

Interrogeant les rapports entre ordre social et irrigation, cette thèse étudie la trajectoire d'un dispositif hydraulique intermédiaire relevant à la fois de l'état et d'une gestion collective locale: l'Association Syndicale du Canal de Manosque (France). Pour cela, ce travail se penche sur les controverses au cours des quelles à partir des années 1990 le devenir du canal fut l'objet de disputes entre une société parapublique, les services de l'état, des élus locaux et la population locale. Je montre alors comment les interventions des ingénieurs de la société parapublique sur ce canal créent du politique. Elles ouvrent un jeu de pluralisme légal. Elles interfèrent avec les tensions structurelles entre les autorités dans la définition de leur sphère de compétence. Elles reconfigurent les dépendances réciproques au sein de la population locale autour de l'eau et du foncier. Elles s'accompagnent de l'émergence d'arènes de négociation. La "modernisation" des arrosages est ainsi un processus conflictuel conduisantà une reconfiguration de l'espace hydraulique, juridique, social et public tandis que la société parapublique fait entrer une partie des eaux dans des régulations marchandes, l'association syndicale change de nature en organisant les intérêts d'acteurs stratégiques autour de la gestion des externalités produites. Cette thèse invite ainsi à adopter une démarche qui privilégie la dimension relationnelle, interne et externe, de ce qui relève de l'état, de l'industrie, du collectif et des individus autour de l'eau. Elle propose de considérer les limites entre ces divers domaines de la vie sociale comme le résultat d'un processus conflictuel et négocié
Questioning the relatioship between social order and irrigation, this thesis explores the trajectory of an intermediary hydraulic apparatus that combines state and collective action: l'Association Syndicale du Canal de Manosque (france). This study investigates the controversies since the 1990s abiut the future of the irrigation canal that have involved engineers of a paragovernmental enterprise, state agents, elected representatives and members of the local population. It shows how interventions of these engineers around the canal generatepolitical tensions. They create a game of legal pluralism. They interfere with structural tensions between authorities about the definition of their field of action. They reconfigure dependencies among the local population about water and land access. They accompany the emergence of different negocoations arenas. The modernization of irrigation is thus a conflict-ridden process, which leads to the reconfiguration of hydraulic, juridical, social and public space. Whereas the paragovernmental enterprise put some of the water into market-based regulations, the activity of the association syndicale changesby organizing strategic actor's interests around the management of the externalities produced. This thesis proposes the development of an approach that tackles the internal and external relational aspects of hydraulic affairs as they come under state, industry, collective or individual action. It seeks to consider the limits between these different fields of social life as the outcome of a conflict-ridden and negotiated process

Le travail a pour thème général l'étude des bassins à houle. Dans un bassin de carène de type canal, on se propose d'étudier les commandes en boucle ouverte des batteurs de manière à générer une houle donnée : onde plane ou superposition d'ondes planes. Le modèle représentatif de la propagation de la houle dans le bassin est un système d'équations aux dérivées partielles, équations linéarisées de l'hydrodynamique. Nous avons envisagé deux méthodes de résolution numérique des équations. La première technique est basée sur la méthode des éléments finis en espace et un schéma d'intégration de Newmark en temps. Etant donné que le nombre d'inconnues croît avec la taille du bassin, cette technique est rapidement devenue trop coûteuse en temps calcul et a dû être abandonnée. Par contre, la méthode de décomposition spectrale de l'opérateur stationnaire du problème donne des formules explicites et, par suite, demande un faible coût calcul. C'est pour cette raison que tous les essais ultérieurs ont été pratiqués selon cette seconde méthode. Nous avons tout d'abord appliqué cette technique au calcul du mouvement de la houle dans le bassin. Ensuite, le problème de contrôle a été abordé sous différents aspects. Nous avons effectué la création et l'entretien de la houle par des techniques d'optimisation, avec un ou deux batteurs contrôlables. Enfin, les effets liés au second ordre ont également été étudiés. Enfin, les problèmes de contrôlabilité exacte sont abordés en utilisant les techniques développées par J. L. Lions dans le cadre de la méthode HUM.

Les ouvrages situés dans un milieu fluvial et maritime subissent, durant leur vie, des sollicitations variables hydromécaniques, physicochimiques et climatiques qui contribuent à leur éventuelle détérioration. C'est le cas par exemple des piles de ponts, des fondations d'éoliennes en mer (offshore, par exemple les mono-pieux) et d'autres ouvrages portuaires. Parmi les phénomènes qui en résultent, l'affouillement local a été identifié comme l'un des principaux facteurs. Aux Etats-Unis, au cours des 30 dernières années, un millier de ponts se sont effondrés à cause de défaillances liées à l'érosion. Cependant, les facteurs engendrant ce phénomène restent un problème à régler de façon radicale. Afin de mettre en lumière numériquement les processus d'érosion précédemment cités, un couplage LPT-VOF (Lagrangian Particle Tracking-Volume Of Fluid) a été étudié et intégré dans le code de calculs OpenFOAM@. Le mouvement des particules dans le LPT est gouverné par les trois lois de Newton alors que le mouvement du fluide est localement basé sur l'équation de Navier-Stokes. La possibilité de réalisation d'une collision entre deux particules est alors estimée directement en fonction de leurs positions et de leur vitesse relative pendant un pas de calcul. L'interaction solide-fluide est prise en compte par la force de trainée et les forces de pression s'exerçant sur les particules. Pour valider le couplage entre deux phases fluide-air, les résultats numériques de la rupture de barrage dans un canal hydraulique ont été comparés aux mesures expérimentales de profils de surfaces libres et de vitesses d’écoulement. Ensuite, l'hydrodynamique de l'écoulement autour d'un cylindre vertical à l'échelle semi-industrielle a été étudiée. En présence de phase solide, la variation de la vitesse de sédimentation et de la hauteur d'une particule en fonction du temps est comparée aux résultats expérimentaux issus de la littérature pour différentes viscosités de fluide. Durant la campagne expérimentale, plusieurs essais ont été faits concernant l'érosion d'un lit granulaire placé en aval d'une rupture de barrage. Grâce aux trois diamètres des particules, l'accent est mis sur l'influence de la porosité du lit granulaire sur la profondeur d'érosion. Les comparaisons expérimentales-numériques se montrent très concluantes. Enfin, dans le but d'aboutir à une simulation à taille réelle, une modélisation multi-échelles de l'affouillement autour d'un cylindre vertical a été menée. Les confrontations entre les résultats numériques avec les données expérimentales issues de la littérature nous ont permis d'identifier des zones à risque, d'interpréter le rôle de la porosité, de la cohésion, et des régimes d'écoulement
Structures located in a fluvial and maritime environment undergo variable hydromechanical, physicochemical, and climatic stresses that possibly contribute to their possible deterioration. Bridge piers and offshore wind turbine foundations (monopile and suction monopod foundations) are examples of such structures. Among the resulting phenomena, local scour has been identified as one of the main phenomena resulting from the aforementioned conditions. In the United States, over the past 30 years, a thousand bridges have collapsed due to erosion-related failures. However, the factors causing this phenomenon remain a problem to be radically addressed. To numerically highlight the erosion processes mentioned above, a VOF-LTP (Volume Of Fluid - Lagrangian Particle Tracking) coupling was studied and integrated into the OpenFOAM code. The movement of particles in the LPT is governed by Newton's three laws while the movement of the fluid is locally based on the Navier-Stokes equation. The possibility of a collision between two particles is then estimated directly as a function of their positions and their relative velocity during a computational time step. The solid-fluid interaction is taken into account by the drag force and the pressure forces acting on the particles. The numerical results of dam break flows in a hydraulic channel were compared with experimental measurements of free surface profiles and flow velocities to validate the coupling between two fluid-air phases. Then, the hydrodynamics of the flow around a vertical cylinder on a semi-industrial scale was studied. In the presence of a solid phase, the trajectory and sedimentation velocity of a sphere as a function of time is compared with the experimental results obtained from the literature for different fluid viscosities. During the experimental campaign, several tests were carried out concerning the erosion of a granular bed downstream of a dam break. Three particle sizes were used to focus on the influence of the porosity of the granular bed on the depth of erosion. The numerical results have shown a good adequation with experimental results. Finally, to achieve a full-size simulation, multi-scale modelling of the scour around a vertical cylinder was carried out. The comparisons between the numerical results with the experimental data from the literature have enabled us to identify risk areas, to interpret the role of porosity, cohesion, and flow regimes

Ce travail fournit des resultats sur les ecoulements gravitaires a surface libre en regime laminaire des fluides visqueux ou viscoplastiques. Il est base a la fois sur l'hydraulique classique et sur le comportement viscoplastique des materiaux consideres. Des fluides modeles d'aspect proche des materiaux bruts ont ete selectionnes, puis soigneusement prepares, et caracterises ensuite. D'autre part, sur deux plate-formes nous avons etudie l'ecoulement uniforme, l'ecoulement graduellement varie et le probleme de rupture de barrage. En ecoulement uniforme, notre etude reprend la similitude entre cet ecoulement et l'ecoulement dans les conduites en regime etabli. L'idee de separer les effets visqueux des effets plastiques a permis de representer d'une maniere rationnelle les solutions analytiques de la litterature et aussi d'evaluer : le coefficient de perte de charge dans une section de forme quelconque, et le profil de vitesse dans le plan de symetrie d'une section rectangulaire. Les resultats theoriques sont comparables a ceux des experiences effectuees. En ecoulement graduellement varie, il n'est pas possible en general de se contenter d'une simple extension de l'hydraulique classique. Nous montrons le role du nombre de froude dans le coefficient de perte de charge, et nous confirmons l'interet d'une analyse recente ou la specificite du comportement plastique est bien prise en compte. Dans le probleme de rupture de barrage, les approches theoriques tenant compte de l'inertie, des dissipations visqueuses, de la pente du canal et de la plasticite, sont etablies, comparees et confirmees. En outre, dans les canaux lisses, le phenomene de glissement a ete identifie, et modelise ensuite sur des fluides viscoplastiques.

En période de crue, le rejet d'eaux de drainage dans les émissaires à surface libre apparaît comme une cause possible de formation d'inondations, car il introduit dans le réseau hydrographique des eaux qui auraient pu circuler de manière diffuse en l'absence de drainage (infiltration ou ruissellement). Il apparaît aussi comme une source de pollution du milieu naturel, en déversant des nutriments ou certains traitements phytosanitaires lessivés. Les modifications liées à la présence du drainage sont cependant difficiles à évaluer.En revanche, le rôle du réseau d'émissaires peut être mieux évalué et maîtrisé, dans la mesure où les écoulements empruntent des cheminements connus. La profondeur du débouché des collecteurs enterrés est un facteur aggravant pour la formation de certaines crues car la capacité de transfert des fossés est augmentée par leur approfondissement. Une manière possible de compenser ce facteur est de favoriser le ralentissement des crues dans le réseau en surcapacité.Le débouché des collecteurs joue ainsi un double rôle : il apporte par le rejet des eaux de drainage une contribution aux crues et aux pollutions, mais peut aussi être le point où le fonctionnement du drainage perd de son efficacité si l'on intervient pour ralentir les écoulements dans le fossé.Le présent travail vise à préciser ce double rôle. Il s'appuie sur des expérimentations de terrain, menées sur un réseau de drainage et d'assainissement agricoles en Seine-et-Marne. Les débit de rejet de collecteurs de drainage enterrés sont suivis en continu pendant les crues, conjointement aux débits et hauteurs de l'eau dans le fossé d'assainissement. Les données d'une expérimentation sur modèle réduit hydraulique viennent compléter les observations de terrain. Ce modèle réduit est constitué de la jonction d'une conduite circulaire et d'un canal rectangulaire, alimentés par des débits contrôlés indépendamment.La compréhension des processus hydrauliques de cette jonction particulière, et leur modélisation par une loi de comportement, sont effectuées dans un objectif plus global de connaissance du fonctionnement de certains petits bassins versants agricoles fortement drainés.Ces recherches débouchent sur des conséquences en termes d'ingénierie, pour l'évaluation d'impacts d'activités anthropiques sur le milieu naturel, ou la maîtrise des écoulements afin de réduire les risques d'inondation. Elles améliorent également la connaissance de processus hydrauliques et hydrologiques clés dans le domaine des rejets.

Determination par la methode de fourier de l'equation analytique de la surface libre et de celle du profil de vitesse dans une section quelconque de l'ecoulement. Etude de la propagation des ondes de surface de faible amplitude dans un ecoulement a gradient vertical de vitesse. Etude par une methode d'elements finis bidimensionnels des ondes non lineaires d'obstacle. Verification des resultats theorique obtenus par une etude experimentale en canal hydraulique

Ce travail de maitrise s’inscrit dans le cadre des activités de recherche du Laboratoire de Machines Hydraulique de l’Université Laval et a pour objectif la caractérisation de l’écoulement dans le canal d’entrée d’un modèle de turbine hydraulique de type bulbe. La représentation des champs de vitesses moyennes et des fluctuations sous différentes conditions d’opérations ont été obtenues en utilisant un système de mesure LDV. Un débalancement du débit et des structures tourbillonnaires dans le canal d’entrée ont été mises en évidence. La conception d’une géométrie d’obstacle provoquant une non-uniformité dans le canal d’entrée a été développée en tenant compte des prédictions de simulations numériques. Des simulations numériques de la machine complète en régime stationnaire et instationnaire selon deux configurations géométriques ont été menées pour déterminer l’influence des conditions d’entrée de l’écoulement sur les performances de la machine. Des comparaisons entre les quantités expérimentales et numériques ont été réalisées.
This work is part of the research activities of the Hydraulic Machines Laboratory of the Laval University and its objective is to contribute to the characterisation of the intake flow in a model of a bulb turbine. The representation of the mean velocity fields and the turbulent fluctuations under predefined operating conditions were obtained by the use of a LDV measurement system. Mass-flow imbalance and vortices in the intake channel were identified. The conception of an obstacle geometry causing a non-uniformity in the intake channel has been developed taking in consideration the predictions of numerical simulation. Numerical simulations of the complete machine for both steady and unsteady case were performed with and without obstacle in the intake channel. The objective of this process was to evaluate the influence of the intake flow condition on the turbine performances. Moreover, comparisons between experimental and numerical quantities were made.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014.
Ce mémoire présente l'étude expérimentale de l'écoulement dans le canal inter-aube d’une roue de turbine de type bulbe. Pour ce faire, deux campagnes de mesures ont été réalisées. La première a fait usage de l’anémométrie laser à effet Doppler (LDV). La seconde campagne a fait appel à l’anémométrie par image de particules (PIV) et à un montage stéréoscopique endoscopique conçu sur mesure pour atteindre la région ciblée. Les données recueillies permettent de caractériser plusieurs phénomènes. L’importance du sillage des directrices entre les aubes de la roue est mise en évidence par les deux techniques de mesure. La campagne de mesure par LDV permet plus spécifiquement de cibler les tourbillons de jeu de bout d’aube et d’identifier des débalancements fixe et rotatif. En complément, les mesures par PIV révèlent la présence d’un tourbillon qui provient du bord d’attaque près du moyeu lorsque la turbine opère à charge partielle.
This work presents the experimental study of the flow in the inter-blade channel of the runner of a bulb turbine. To do so, two measurement campaigns were carried out. The first used laser Doppler velocimetry (LDV). The second campaign used particle image velocimetry (PIV) and a custom designed stereoscopic endoscopic setup allowed reaching this otherwise difficult to access measurement plane. A comparison of the two sets of data collected indicates a good match over the entire area on which they overlap. The gathered data allows characterising many phenomena. The importance of the guide vanes wake on the runner flow is highlighted by both measurement techniques. The LDV measurement campaign allows characterizing the blade tip vortices and identifying fixed and rotary flow imbalances. In addition, the PIV measurements reveal the presence of a vortex that originates from the leading edge near the hub when the turbine operates at partial load.

Dans le cadre des études de sûreté, il est nécessaire de disposer de modèles validés des forces fluides s’exerçant sur des assemblages combustibles en cas de séisme. Dans la technologie REP (réacteur à eau pressurisée) utilisée en France, les assemblages sont constitués de faisceaux de crayons cylindriques disposés en réseau carré et soumis à un écoulement axial. En cas de séisme, ces assemblages sont soumis à des oscillations latérales. Ces vibrations peuvent mener à la déformation des assemblages. Des campagnes d’essais sur assemblage combustible réel ont été réalisées et ont mis en évidence l'existence de forces fluides dissipatives dont l'évolution et la répartition spatiale reste encore mal documentées. L'objectif des présents travaux est de contribuer à la description de ces forces en dynamique. Le modèle de référence pour la description de la dynamique des structures élancées sous écoulement axial est le modèle de TLP (Taylor-Lighthill-Païdoussis). Dans la littérature ce modèle a été validé pour une structure très proche du faisceau de cylindres. Des études statiques réalisées sur un cylindre dans un faisceau ont montré une influence non négligeable des extrémités sur les efforts exercés par le fluide sur la structure. La littérature propose peu de cas de validation du modèle TLP pour des structures plus complexes et proches d'un assemblage combustible. Afin d'évaluer la capacité du modèle à décrire les efforts fluides s'exerçant sur une structure plus proche d'un assemblage combustible, un nouveau banc d'essai a été conçu et mis en service. Ce banc d'essais permet de faire osciller latéralement un faisceau de cylindre 5 x 5 muni de grilles à chaque extrémité dans un écoulement axial. Des mesures de force au niveau de chaque grille donne accès à la résultante d'effort de la structure. Un modèle numérique complète cette approche expérimentale et donne accès à la répartition des efforts dans la structure. Les forces obtenues expérimentalement semble indiquer un effet important des grilles. Les forces issues des simulations confortent les observations faites sur un faisceau de cylindres et apportent de nouveaux éléments sur la répartition des efforts locaux ainsi que l'influence des extrémités
Within the framework of safety studies, it is necessary to have validated models of the fluid forces exerted on fuel assemblies in the event of an earthquake. In the PWR (Pressurized Water Reactor) technology used in France, fuel assemblies are made of cylindrical rods bundles arranged in a square array and subjected to an axial flow. In case of an earthquake, these assemblies are subjected to lateral oscillations. These vibrations can lead to the deformation of the assemblies. Test campaigns on real fuel assemblies have been carried out and have revealed the existence of dissipative fluid forces whose evolution and spatial distribution are still poorly documented. The objective of the present work is to contribute to the description of these forces in dynamics. The reference model for the description of the dynamics of slender structures under axial flow is the TLP model (Taylor-Lighthill-Païdoussis). In the literature this model has been validated for a structure very close to the cylinder bundle. Static studies performed on a cylinder in a bundle have shown a non-negligible influence of the extremities on the forces exerted by the fluid on the structure. The literature proposes few validation cases of the TLP model for more complex structures close to a fuel assembly. In order to evaluate the capacity of the model to describe the fluid forces exerted on a structure closer to a fuel assembly, a new test bench was designed and put into service. This test rig allows to laterally oscillate a cylinder bundle 5 x 5 with grids at each end in an axial flow. Force measurements at each grid give access to the resultant force of the structure. A numerical model completes this experimental approach and gives access to the distribution of forces in the structure. The forces obtained experimentally seem to indicate an important effect of the grids. The forces obtained from the simulations confirm the observations made on a bundle of cylinders and bring new elements on the distribution of the local forces as well as the influence of the extremities

Cette thèse présente une étude expérimentale visant à caractériser les propriétés hydrauliquesd'écoulements à surface libre de fluides complexes: fluides viscoplastiques et mélangesfluides viscoplastiques-grains. Ce travail est motivé par la nécessité d'améliorer lesconnaissances sur les propriétés des écoulements de laves torrentielles, dans un contexte deprotection contre les risques naturels en montagne. Nous avons développé un dispositif delaboratoire original, un canal à fond mobile, permettant de générer des coulées gravitaires quisont globalement stationnaires dans le référentiel du laboratoire. Les coulées présentent unfront très raide, suivi à l'amont d'une zone d'épaisseur uniforme. Les fluides viscoplastiquesutilisés (carbopol et kaolin) ont été choisis de manière à modéliser la matrice des couléesboueuses naturelles en prenant en compte les critères de similitude adaptés. Ces fluidessuivent une loi de comportement de Herschel-Bulkley, et leurs propriétés rhéologiques ont étédéterminées au moyen d'un rhéomètre de laboratoire en accordant un soin particulier àl'établissement des incertitudes associées. Nous présentons des mesures précises de l'évolutionde l'épaisseur des coulées dans la zone uniforme en fonction de la vitesse du fond du canal etde la pente. Ces résultats sont comparés à des prédictions théoriques correspondant à unécoulement permanent et uniforme d'un fluide de Herschel-Bulkley, et nous montrons quel'accord est satisfaisant moyennant les incertitudes sur les mesures rhéologiques. Nous avonségalement analysé la forme du front des coulées et, là-aussi, l'accord avec des modèleshydrauliques (modèles de type Saint-Venant) est bon. Ces deux études permettent de validerles prédictions hydrauliques obtenues à partir de lois de comportement mesurées aurhéomètre. Enfin, dans une dernière partie, nous présentons une étude préliminaire de ladynamique de particules rigides isolées placées au sein de la coulée, en nous intéressant auxvitesses longitudinales et aux vitesses de chute pour différentes tailles et différentes densitésde particules.

Cette thèse présente une étude expérimentale visant à caractériser les propriétés hydrauliquesd'écoulements à surface libre de fluides complexes: fluides viscoplastiques et mélangesfluides viscoplastiques-grains. Ce travail est motivé par la nécessité d'améliorer lesconnaissances sur les propriétés des écoulements de laves torrentielles, dans un contexte deprotection contre les risques naturels en montagne. Nous avons développé un dispositif delaboratoire original, un canal à fond mobile, permettant de générer des coulées gravitaires quisont globalement stationnaires dans le référentiel du laboratoire. Les coulées présentent unfront très raide, suivi à l'amont d'une zone d'épaisseur uniforme. Les fluides viscoplastiquesutilisés (carbopol et kaolin) ont été choisis de manière à modéliser la matrice des couléesboueuses naturelles en prenant en compte les critères de similitude adaptés. Ces fluidessuivent une loi de comportement de Herschel-Bulkley, et leurs propriétés rhéologiques ont étédéterminées au moyen d'un rhéomètre de laboratoire en accordant un soin particulier àl'établissement des incertitudes associées. Nous présentons des mesures précises de l'évolutionde l'épaisseur des coulées dans la zone uniforme en fonction de la vitesse du fond du canal etde la pente. Ces résultats sont comparés à des prédictions théoriques correspondant à unécoulement permanent et uniforme d'un fluide de Herschel-Bulkley, et nous montrons quel'accord est satisfaisant moyennant les incertitudes sur les mesures rhéologiques. Nous avonségalement analysé la forme du front des coulées et, là-aussi, l'accord avec des modèleshydrauliques (modèles de type Saint-Venant) est bon. Ces deux études permettent de validerles prédictions hydrauliques obtenues à partir de lois de comportement mesurées aurhéomètre. Enfin, dans une dernière partie, nous présentons une étude préliminaire de ladynamique de particules rigides isolées placées au sein de la coulée, en nous intéressant auxvitesses longitudinales et aux vitesses de chute pour différentes tailles et différentes densitésde particules
This thesis presents an experimental study dedicated to characterise the hydraulic propertiesof free surface flows of complex fluids : viscoplastic fluids and mixtures made of viscoplasticfluids and grains. This study is motivated by the need to improve knowledge on properties ofthe flow of debris flows in a context of protection against natural hazards in the mountains.We have developed an original laboratory device - a channel with a mobile bottom - togenerate gravitary flows that are globally stationary in the laboratory frame. The flows have avery steep front followed upstream by a zone of uniform thickness. Viscoplastic fluids used(carbopol and kaolin) were selected so to model the matrix of natural mud flows, taking intoaccount the criteria of similarity adapted. These fluids follow a behavior law of Herschel-Bulkley, and their rheological properties were determined using a laboratory rheometer byproviding a particular care to the establishment of the associated uncertainties. We presentaccurate measurements of the evolution of the thickness of the flow in the uniform zone withthe the velocity speed of channel belt. These results are compared with theoretical predictionscorresponding to a steady uniform flow of a fluid of Herschel-Bulkley, and we show that theagreement is satisfactory through the uncertainties on the rheological measurements. We alsoanalyzed the shape of front, and here too, the agreement with hydraulic models (models likeSaint-Venant) is good. Both of the studies allowed to validate the hydraulic predictionsobtained from behavior laws measured with the rheometer. Finally, in a last section, wepresent a Preliminary study about the dynamics of isolated rigid particles placed in the flow,by paying attention to longitudinal velocities and falling velocities for different particle sizesand densities

Les infrastructures agroécologiques sont des éléments paysagers semi-naturels pourvoyeurs de services et des services écosystémiques. Dans les agrosystèmes méditerranéens, les fossés agricoles et canaux d’irrigation fournissent des services « éco-hydrauliques » reposant sur des interactions entre végétation et processus de transport d’eau, de sédiments et de propagules végétales (graines). Les pratiques d’entretien visant à restaurer la capacité de transport hydraulique de ces infrastructures sont susceptibles de modifier l’expression de ces services. Cependant, les interactions entre pratiques, traits du couvert végétal et services écosystémiques rendus par ces infrastructures sont encore peu caractérisées. L’objectif du travail de thèse était de comprendre dans quelle mesure les pratiques d’entretien des canaux et fossés, en termes de typologie, mais également de temporalité et de localisation, modulent les services rendus par la végétation.La démarche s’appuie sur la construction d’un modèle représentant explicitement le réseau hydraulique, et dont le fonctionnement est simulé pour des événements de référence sur l’horizon temporel considéré. Le modèle repose sur des formalismes semi-empiriques permettant de prendre en compte l’effet des traits de végétation sur les processus de transport, et notamment leur effet dynamique sur la résistance hydraulique à l’écoulement. Il a été paramétré à partir d’expériences au champ réalisées sur deux terrains agricoles méditerranéens. Ces expériences ont visé à : (i) caractériser l’influence de différents facteurs géomorphologiques et des pratiques d’entretien sur la distribution spatiale des communautés végétales des fossés et de leurs traits (ii) identifier les facteurs impliqués dans le transport et le dépôt de propagules lors d’un événement hydraulique.Les travaux expérimentaux montrent que les pratiques d’entretien modulent à court-terme la dynamique du couvert végétal, mais que la distribution spatiale des espèces (et donc des traits du couvert végétal) répond dans une large mesure à des facteurs géomorphologiques. Les travaux expérimentaux ont également permis d’améliorer notre compréhension de certains processus-clefs des canaux et fossés, en particulier de la dispersion de propagules, et de développer une méthodologie de relocalisation des propagules dans les cours d’eau intermittents. Le modèle spatialisé, intégrant les principaux résultats expérimentaux à l’échelle du bassin versant, a permis une hiérarchisation de l’impact des pratiques vis-à-vis du bouquet de services rendu par la végétation des fossés agricoles. La fauche assure le meilleur compromis entre services à court et moyen-terme, bien qu’elle soit temporairement défavorable à la rétention de sédiments et de graines, ainsi qu’à la stabilisation des berges, au début de l’automne. La démarche semi-empirique développée amène à se réinterroger sur le niveau de description des processus et les indicateurs nécessaires à l’évaluation des services dans des écosystèmes aux interactions complexes
Agroecological infrastructures are semi-natural landscape elements providing ecosystem services and disservices. In Mediterranean agrosystems, ditches and irrigation channels provide eco-hydraulic services relying on interactions between vegetation and water, sediments and plant propagules (seeds) transport. Management operations aiming at restoring the hydraulic capacity of these infrastructures are likely to modify the expression of these services. However, the interactions between practices, vegetation cover traits and ecosystem services provided by these infrastructures are still poorly characterized. The objective of this work was to understand in which extent ditch and channel management regimes, in terms of typology, but also in terms of temporality and location, influence eco-hydraulic services provided by vegetation.The approach relies on the development of a model proposing an explicit representation of the hydraulic network which functioning is simulated for reference events on the considered time horizon. The model is based on semi-empirical formalisms taking into account the effect of plant traits on transport processes, and especially their dynamical effect on hydraulic resistance. It was parameterized based on field experiments made in two Mediterranean agricultural study areas. These experiments aimed at : (i) characterizing the influence ofdifferent geomorphological factors and management regimes in the spatial distribution of ditch plant communities and their traits (ii) identifying the factors implied in the transport and deposition of propagules during an hydraulic event.The experimental results show that management regimes influence the dynamics of the vegetation cover at short-term, but that the spatial distribution of species (and therefore traits of the vegetation cover) is largely associated with geomorphological factors. They helped to improve our understanding of major key-processes of agricultural channel networks, especially propagules dispersal, and to propose a methodology for the relocation of the propagules in intermittent waterways. The spatialized model, integrating the main experimental results atthe catchment scale, enabled a ranking of the impact of practices regarding the bundle of services provided by agricultural ditches’ vegetation. Mowing provides the best trade-off between services in the short and medium term, although it is temporarily unfavourable for sediments and seeds retention, aswell as for bank stabilization, at the beginning of autumn. The developed semi-empirical approach gives the opportunity to question the level of description of processes and required indicators for services evaluation in complex ecosystems

La végétation ligneuse implantée sur les digues et barrages est bien connue pour ses nombreux effets positifs tels que la stabilisation des berges, le maintien de la biodiversité, l’ombrage des pistes, etc. Ainsi, les gestionnaires ont laissé les arbres se développer sur leurs ouvrages. Mais de récentes études ont montré que les arbres et plus particulièrement leur système racinaire pouvaient causer divers dégâts comme des soulèvements, des fissurations et des destructurations pouvant entrainer différents risques pour les ouvrages hydrauliques (érosions internes et externes). Un renforcement des réglementations portant sur les digues et barrages a obligé les gestionnaires et propriétaires à assurer le contrôle, le suivi technique et l’entretien de leurs ouvrages. De plus, les réglementations portant sur l’utilisation des produits phytosanitaires ont été renforcées, notamment avec l’arrêté du 4 mai 2017 (NOR : AGRG1632554A ; reprenant et remplaçant l’arrêté du 12 septembre 2006 ; NOR : AGRG0601345A) interdisant l’utilisation de tels produits (incluant les produits herbicides) à moins de 5 mètres des cours d’eau. Ces textes, en constante évolution, bouleversent les pratiques habituelles et les gestionnaires se trouvent donc confrontés à une problématique de contrôle des ligneux se développant sur les digues et barrages. Des plans de gestion doivent être élaborés afin de concilier les enjeux sécuritaires, environnementaux et paysagers. Mais les méthodes mécaniques traditionnelles (abattage, recepage, dessouchage) sont destructrices pour les ouvrages et le paysage. Il est donc urgent de mettre au point des techniques de gestion préventives appliquées aux jeunes ligneux à risque.Cette thèse porte sur la recherche de méthodes alternatives de gestion des jeunes ligneux générant des risques sur les ouvrages hydrauliques. Une première partie de cette étude, divisée en trois Phases, a consisté en un criblage et une optimisation en serre et en champ d’un éventail de méthodes adaptées et potentiellement efficaces sur la plupart des espèces les plus rencontrées sur les ouvrages hydrauliques français. Une seconde partie, aussi divisée en trois Phases, a eu pour objectif de mettre en place un criblage de méthodes sélectionnées sur sites en conditions réelles et, à la même occasion, d’optimiser les méthodes selon différents paramètres (la forme des arbres, la sécurité des opérateurs, …). Cette seconde partie, ciblant seulement des Peupliers noirs, a mis en évidence différentes contraintes et a révélé l’efficacité partielle de certaines méthodes. La dernière Phase en champ a montré l’efficacité de trois traitements sur des Peupliers à 6 mois après traitement (une méthode mécanique, une méthode mécanique couplée à une méthode biochimique et une méthode mécanique couplée à une méthode thermique). Les arbres traités en champ seront observés par l’équipe d’ARBEAUSOLutions en 2018 pour confirmer l’efficacité à 12 mois après traitement. En septembre 2017, deux de ces trois méthodes efficaces ont fait l’objet d’un dépôt de brevet qui permettra de poursuivre les essais in situ sans problème de propriété industrielle. Les résultats de cette recherche suggèrent que l’efficacité d’une méthode de dévitalisation dépend de l’agressivité et de la période d’application du traitement pour éviter que l’arbre ne réponde par la production de rejets et drageons pour garantir sa survie
The woody vegetation implanted on dikes and dams is well known for its many positive effects including bank stabilization, biodiversity, shade, etc. Thus, managers have left trees growing on these sites. But, recent studies show that trees and their root systems in particular may cause a range of damage such as uprising, cracking and deconstruction leading to internal risks and external erosion risks for hydraulic structures. A strengthening of the regulations for dikes and dams has obliged managers and owners to ensure the control, the technical monitoring and maintenance of their structures. However, regulations about use of plant protection products have also been reinforced, particularly with the ministerial ruling of 4 may 2017 (NOR : AGRG1632554A) forbidding the use of such products (including chemical herbicides) less than 5 m from bodies of water. These regulations in constant evolution forced a change in the usual practices thereby leaving managers confronted with an important problem of vegetation developing on their dikes and dams. Management plans must be elaborated in order to conciliate security, environmental and landscape issues. But traditional mechanical methods (logging, cutting and root extraction) are destructive for hydraulic structures and landscapes. It is urgent to set up preventive management techniques on young trees which potentially could constitute a risk when they grow.This thesis focuses on the search of alternative methods of devitalization of young trees generating risks on dikes and dams. The first part of research, divided in three Phases, consisted of screening and optimizing in greenhouse and field a range of possible and effective methods on the most predominant tree species found on hydraulic structures in France. The second part, also divided in three Phases, aimed to put in place a screening of selected methods on field test methods, and, at the same time, optimize methods according to specific parameters (trees shape, security of workers…). This second part, only conducted on black Poplars, has highlighted various constraint and revealed partially effective methods. The last Phase in field, realized only on black Poplars, has shown the effectiveness of three methods (mechanical wounding, mechanical wounding coupled with biochemical, mechanical wounding coupled with thermal) at six months after treatment. The trees treated in the field will be observed by ARBEAUSOLutions staff in 2018 to confirm the efficiency twelve months after treatment. In September 2017, two potential effective methods have been submitted for patent protection in order to enable further tests in situ and ensure protection of industrial property rights. The results of this research suggest that the effectiveness of strategies for devitalization depends on the intensity and timing of treatments to avoid that the tree responds by initiating resprouts and suckers for its survival