Quand un ressaut hydraulique est-il possible ?

Le ressaut classique exige un écoulement torrentiel en amont : Fr₁ > 1. Un écoulement déjà fluvial est commandé par le bief aval et ne donne pas cette hausse brutale de hauteur.

Pourquoi le niveau d’eau monte-t-il alors que l’énergie diminue ?

Le bilan de quantité de mouvement autorise une grande hauteur conjuguée, mais la turbulence, le rouleau et l’entraînement d’air dissipent l’énergie mécanique. L’énergie spécifique baisse, alors que la hauteur augmente.

Ressaut hydraulique en canal découvert

Canal rectangulaire : nombre de Froude, hauteur critique, hauteurs conjuguées, perte d’énergie, régimes fluvial et torrentiel.

La relation des hauteurs conjuguées vaut pour un ressaut dans un canal rectangulaire horizontal. Le schéma n’inclut ni le frottement des parois sur le court tronçon du ressaut, ni le détail de l’aération, ni les sections non rectangulaires, ni les profils progressivement variés.

Graphiques

À propos du modèle

Le ressaut hydraulique en canal découvert met en jeu une surface libre, donc les ondes de gravité. Pour un canal rectangulaire, le nombre de Froude Fr = V/√(g y) sépare l’écoulement fluvial (Fr < 1), le régime critique et l’écoulement torrentiel (Fr > 1). Si un écoulement torrentiel est forcé de ralentir, il se forme un ressaut : la hauteur passe de y₁ à la hauteur conjuguée y₂, l’énergie mécanique se dissipe dans la turbulence et l’entraînement d’air. On calcule le débit par unité de largeur, la hauteur critique, Fr avant le ressaut, la hauteur conjuguée, Fr après le ressaut et la perte d’énergie classique. À l’écran : profil du canal et diagramme d’énergie spécifique.

Public : Hydraulique en licence : canaux à surface libre, évacuateurs de crues, irrigation.

Notions clés

nombre de Froude
ressaut hydraulique
hauteur conjuguée
hauteur critique
énergie spécifique
écoulement torrentiel

Comment ça marche

Dans un canal rectangulaire à surface libre, le régime est donné par Fr = V/√(gy) : si Fr < 1 l’écoulement est fluvial, si Fr > 1 torrentiel. Pour une approche torrentielle, le ressaut hydraulique porte le flux à la hauteur conjuguée y₂/y₁ = 0,5(√(1+8Fr₁²)−1), et l’énergie se perd selon ΔE = (y₂−y₁)³/(4y₁y₂). La hauteur critique y_c = (q²/g)^{1/3} marque le minimum d’énergie spécifique.

Formules

Fr = V / √(g y), yc = (q²/g)^(1/3), q = Q/b

y2/y1 = 0.5(√(1 + 8 Fr1²) − 1), ΔE = (y2 − y1)³/(4 y1 y2)

Questions fréquentes

Quand un ressaut hydraulique est-il possible ?: Le ressaut classique exige un écoulement torrentiel en amont : Fr₁ > 1. Un écoulement déjà fluvial est commandé par le bief aval et ne donne pas cette hausse brutale de hauteur.
Pourquoi le niveau d’eau monte-t-il alors que l’énergie diminue ?: Le bilan de quantité de mouvement autorise une grande hauteur conjuguée, mais la turbulence, le rouleau et l’entraînement d’air dissipent l’énergie mécanique. L’énergie spécifique baisse, alors que la hauteur augmente.

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