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Rivières et érosion

Rivières et érosion

Le laboratoire FAST (Fluides, Atomatiques et Systèmes Thermiques) étudie le phénomène d'érosion au fonds des cours d'eau. Pour cela, cette unité mixte de recherche de l'université d'Orsay (Université Paris-Sud) recourt à la modélisation physique et reconstitue les phénomènes naturels à une échelle réduite.

Un méandre de la Sioule (Auvergne).
© J-M Aubelle, via Wikimedia Commons

En s’écoulant, fleuves, rivières, ruisseaux et  torrents adoptent des formes diverses et variées.

La rivière Waimakariri, en Nouvelle-Zélande,
forme des tresses sur quasiment tout son cours.
© G. O'Beirne, via Wikimedia Commons

De  l'amont vers l'aval, un cours d'eau suit le chemin qu'il s'est créé dans le sol : c'est son lit. Façonné par l’’interaction entre l’eau liquide et le sol solide.

Expression des équations de Navier-Stokes dans le cas
d'une rivière, formée d'un fluide incompressible.

L’écoulement d’eau est décrit par l’équation de Navier-Stokes qui relient entre elles les grandeurs de pression, de viscosité, de vitesse du fluide.

 

 

Expression du nombre de Reynolds Re, (sans dimension)

Le nombre de Reynolds Re caractérise l’écoulement notamment la nature de son régime (laminaire, turbulent). Ce nombre représente le rapport entre les forces d’inertie et les forces visqueuses. Avec des forces visqueuses prépondérantes, l’écoulement est laminaire (Re faible), ou inversement il est turbulent (Re élevé)

Schéma résumant les différents modes de transport solide en rivière. © F. Lachaussée

Les sédiments d’un lit de fluides peuvent être très différents, de par leur taille, leur forme, leur densité.

La force de l’eau va mettre en mouvement les grains : la rivière érode son lit. Les grains sont transportés par le cours d'eau de plusieurs manières.

L’homme a aménagé les cours d’eau  ce qui perturbe l’écoulement et l’érosion. C’est notamment le cas pour les piliers de pont qui à l’origine de tourbillons. La présence de ces tourbillons accélére localement l'eau, provoquant une importante, appelée affouillement. Si l’obstacle est important, les fondations de certaines piles sont déterrées : le pont peut s'effondrer.

 

L’étude sur l'affouillement à l’aide de la modélisation physique mise en œuvre au laboratoire FAST à Orsay

 

Son principe repose sur une reconstitution des phénomènes naturels en laboratoire, à une échelle plus ou moins réduite. Elle permet d’étudier finement certains aspects tels que les instabilités, les ondes et les turbulences. L’objectif est d’obtenir en laboratoire des données quantitatives précises sur l’affouillement puis de les confronter aux observations de terrain

Le canal hydraulique : un exemple d’observations et de mesures
Schéma et photo du canal permettant l'étude de
l'affouilement au laboratoire FAST à Orsay.
© F. Lachaussée

 

 

Fosse d'affouillement obtenue au laboratoire. Le
cylindre a un diamètre de 2 cm.
© F. Lachaussée
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