Protection contre les érosions du du lit lit

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1 Diverses possibilités Protection contre les érosions du du lit lit Augmentation de la résistance du lit lit artificiel (canal bétonné) pavage du lit par des blocs en pierre (couche de pavage artificiel) renforcer le lit par de gros blocs (rocher ou éléments en béton) Réduction de la pente du lit fixation du lit par des traversées (seuils en bois, pierres de taille, béton) fixation du lit par des rampes de blocs changement du tracé du cours d'eau (prolongement du talweg par des méandres, etc.)

2 Protection contre les érosions du du lit lit Diverses possibilités (suite) Elargissement du lit élargissement sur longues distances élargissement local dérivation partielle du cours d'eau dans un lit secondaire Intervention sur le transport solide renversement du gravier dans le cours d'eau (localement à l'amont du tronçon érodé)

3 Stabilisation des lits lits contre l'érosion Fixation du lit par des ouvrages transversaux: a) seuil; b) coursier bétonné; c) rampe de blocs; d) rampe de blocs à grande rugosité e) coursier avec pavage artificiel; f) seuils en bois

4 Stabilisation des lits lits contre l'érosion Fixation du lit par des ouvrages transversaux: g) seuil de fixation en blocs, h) seuil de fixation en bois; i) traversée; k) seuil en bois avec refuge pour poissons

5 Rampes en en blocs Types et et concept Type et matériaux rampes fixes en béton (revêtues de pierres en taille) rampes fixes en blocs de rocher placés dans une couche de béton rampes mobiles en gros blocs posées en espaces réguliers rampes mobiles en gros blocs posées en espaces irréguliers (en remblai) Rugosité de surface très lisse assez rugueux rugueux très rugueux

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9 Fonctionnement hydraulique des des rampes en en blocs h cr Rampe dénoyée construite en blocs Lit normal Ligne d'énergie Lit pendant la crue Rampe noyée construite en blocs Conditions d'écoulement sur une rampe lisse et une rampe rugueuse. Influence de la rugosité sur l'affouillement au pied.

10 Dimensionnement des rampes en en blocs Processus lors de la destruction l'érosion directe des blocs, c'est-à-dire l'instabilité des blocs particuliers due aux forces d'écoulement (renversement, glissement et transport par l'écoulement) l'érosion indirecte de la rampe par lavage des matériaux du lit situé au-dessous se fait à travers les joints entre les blocs l'affouillement du pied stabilisant de la rampe

11 Erosion directe de de la la rampe par l'instabilité des blocs particuliers Critère empirique selon Whittaker, Jäggi (1986): q g ( s 1) D 3 65 = /6 J avec q : débit par mètre de largeur sur la rampe [m 3 /s] s : densité des blocs par rapport à l'eau D : diamètre des blocs [m] J : pente de la ligne d'énergie sur la rampe (en cas d'un enrochement uniforme égal à la pente du lit)

12 Erosion indirecte de de la la rampe par lavage de de la la fondation Modes de rupture possibles D/d m > 17: affaissement des blocs dans le lit mobile de la fondation D/d m < 6 : gros blocs glissent sur la fondation à cause de leur exposition importante Equation empirique pour D/d m > 10 selon Whittaker, Jäggi (1986) s 1 β d65 q = g ρ s D J D avec q : débit unitaire sur la rampe [m 3 /sm] J : pente de la ligne d'énergie sur la rampe D : diamètre équivalent d'une sphère ayant le poids des blocs moyens [m] d 65 : diamètre caractéristique des matériaux du lit de la fondation de la rampe [m] β : densité de pose des blocs en t/m 2 ρ s : densité des matériaux solides (blocs, lit) [t/m 3 ]

13 Affouillement du du pied de de la la rampe Empêcher l'affouillement du pied de la rampe par l'aménagement d'une surface rugueuse sur la rampe Estimation de l'affouillement au pied avec l'équation Tschopp- Bisaz (1972) S = 0.85 q v d90 avec S : q : v : d 90 : profondeur de l'affouillement au-dessous du niveau d'eau [m] débit unitaire sur la rampe [m 3 /sm] vitesse d'écoulement au pied de la rampe [m/s] diamètre caractéristique des matériaux du lit [m]

14 Lit construit Affouillement Tapis en blocs Mesures constructives contre l'affouillement du du pied des rampes en en blocs Niveau d'étiage NW Prolongation de la rampe jusqu'à la profondeur maximale de l'affouillement Stabilisation du pied avec des rails de chemin de fer ou des pieux (selon Jäggi 1999/2000).

15 Disposition d'une rampe incurvée en en plan Afouillement

16 Aménagements Stabilisation de cours d eau des lits lits par un un lit lit artificiel

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18 Couche de de pavage artificiel

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20 Théorie du du charriage --début du du mouvement 1 Sous-couche du lit (charriage permanent) Hauteur d'eau h cr pour laquelle le début du mouvement se produit: hcr = θcr (s -1) J d mus J : pente de frottement. θ cr : contrainte de cisaillement critique adimensionnelle θ cr > charriage bien développé. θ cr = pas de charriage régulier. θ cr < 0.03 aucun mouvement. d mus : diamètre moyen des grains de la sous-couche. s : densité spécifique s = ρ s / ρ Pavage du lit Hauteur d'eau h cr pour laquelle le pavage du lit est détruit. a) avec d mds = d 90 US h cr = θ cr b) selon Günter θcr (s 1)d h cr = J (0.4% < J < 2%) (s 1) J mds d d d mds mus 90 US 0.67 (granulométrie du pavage connue)

21 Contrainte de cisaillement adimensionnelle Le Le début du du charriage Diagramme de Shields (par définition) θ = ρ g τ ( s 1)d h<<b θ = h J ( s 1 )d θ θ = θ cr h : hauteur d eau J : pente de frottement d : diamètre des grains ρ s : s = ρ Diamètre adimensionel d * = d 50 ρ s ρ ρ g υ 2 1 / 3

22 Stabilisation des lits lits par des gros blocs

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24 Aménagements Renforcement de cours d eau du du lit lit avec des gros blocs

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26 Renforcement du du lit lit avec des gros blocs

27 Calcul hydraulique en en considérant de de gros blocs résistance hydraulique des matériaux de base du lit (sans gros blocs) c s = Vm 12R = 2. 5In ' V ks * s R s : rayon hydraulique de l'écoulement sur le lit k s : élément de rugosité déterminant des matériaux de base du lit k s = 1.5 d md d md : diamètre moyen de la couche de pavage des matériaux de base (d md d 90 )

28 Calcul hydraulique en en considérant de de gros blocs résistance hydraulique des blocs résiduels c b k b : V = m 12R = 2. 5In s ' V* kb élément de rugosité déterminant des blocs résiduels k b h = a D D D: diamètre équivalent du bloc résiduel a: concentration adimensionnelle de surface des blocs résiduels n D 2 n = concentration de surface des blocs résiduels [m 2 ]

29 Calcul hydraulique en en considérant de de gros blocs résistance totale du lit = c c s c b vitesse moyenne d'écoulement (loi de Chézy) V m = c calcul de la pente réduite du lit J' ' et ainsi V c = m ' V g R s V* = g Rs J' s = * c J' = J c s c 2 g R g R s J s J J'

30 Calcul hydraulique en en considérant de de gros blocs Contrainte adimensionnelle agissant sur les matériaux de base du lit d m : θ = Rs J' (s 1)d m diamètre moyen de la sous-couche des matériaux de base du lit (sans blocs résiduels)

31 Calcul hydraulique en en considérant de de gros blocs Résistance des matériaux de base selon Günter (1971) θ cd d = θc d md m 2 / 3 θ c : d md : coefficient de Shields pour un lit comparable composé de grains unitaires (θ c = 0.05) diamètre moyen de la couche de pavage des matériaux de base (d md d 90 ) Condition limite pour l'érosion de la couche de pavage θ > θ cd

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40 Stabilisation des lits lits des des rives par des blocs artificiel q * = q g(s 1)V q * = 0.4 J -1/3 selon Bezzola, 2005 V nˇ c = 6.25q 2 J 2/3 g(s 1)

41 Renforcement des lits lits par des seuils

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43 Buts Buts et et inconvénients des seuils Stabiliser le lit des rivières à forte pente Diminuer la pente du lit pour obtenir la pente d'équilibre Fonctionnement Comme déversoirs dénoyés pour les débits égaux ou inférieurs au débit de dimensionnement Inconvénients Obstacle à la libre migration de poissons; Fondation profonde pour garantir la stabilité des affouillements au pied; Réalisation difficile en présence de l'eau (dérivation coûteuse du cours d'eau pendant la construction).

44 Dimensionnement et et emplacement des seuils J Z S J L h J 0 3/2 Ecoulement sur les seuils Q = Cd b 2g H avec le coefficient de débit C d = pour un seuil large Alluvionnement du lit par les seuils: Hauteur nécessaire du seuil: avec d'environ 0.5 à 1.0 m z Distance maximale entre les seuils: h = ( J J) L 0 s h+ z ( J J ) L+ z L max 0 cr s z h = J J J J 0 cr 0 cr

45 Estimation de de l'affouillement au au pied des seuils granulométrie grossière du lit (Kotoulas, 1973) S granulométrie fine du lit (Tschopp/Bisaz, 1972) S = 2.76 q H 7.22 d 90 = 0.78 H q 0.4 d avec S : profondeur de l'affouillement au-dessous du niveau d'eau à l'aval du seuil q : débit spécifique sur le seuil (= Q/b) H : différence entre les charges amont et aval du seuil d 90 : diamètre caractéristique des grains du lit

46 Traversées Utilisation et et fonctionnement ouvrages transversaux ou seuils à faible hauteur, espacés étroitement, pour la stabilisation du lit conditions d'écoulement sur les traversées a) petits débits avec écoulement critique sur les traversées (déversoir dénoyé), comportement similaire aux seuils b) écoulement avec surface ondulée, l'affouillement que se produit est analogique aux dunes ou anti-dunes c) écoulement fortement torrentiel avec une forte érosion à l'amont des traversées

47 Dimensionnement des traversées calcul non explicite avec l'hypothèse sur la pente réduite J', le rayon hydraulique Rb, le niveau du lit pour h m il en résulte: ymax Rb = Rb, red + 2 y max est inconnu et doit donc être estimé au début du calcul. Puis, avec une loi de vitesse connue (Strickler ou Keulegan) on obtient Le calcul des pertes de forme selon Bordat-Carnot donne: avec L comme distance entre les traversées. avec la condition J = J' + J'' la valeur y max peut donc être trouvée par itération v = f( R, J') m b 2 2 V m ymax 1 J '' = 2g + Rbred, ymax L

48 Dimensionnement des traversées Affouillement maximal sans apport de charriage avec y 1.25 q J L = ( s 1) g d max L : distance entre les traversées q : débit spécifique 10 < L/ d < Cette équation est valable pour et q 1.39 (q B : débit solide spécifique) B q* = < ρ q s

49 Dimensionnement des traversées Affouillement avec apport de charriage L ymax = y0 max J q* d90 qb avec q* = ρ q s 0.12 Sécurité contre le changement du régime ymax < 0.2 L Profondeur maximale d'eau z 0.88 q 1 = 0.9 ( s 1) g d L J max

50 Types de de traversées

51 Types de de traversées

52 Traversée en en bois avec refuge pour poissons refuge pour poissons

53 Kl. Kl. Schliere, Alpnach

54 Aménagements de cours Unwetter d eau August 2005 Kl. Kl. Schliere, Alpnach QuickTime et un décompresseur Animation JPEG OpenDML sont requis pour visionner cette image.

55 Diverses possibilités Protection contre les érosions Augmentation de la résistance du lit lit artificiel (canal bétonné) pavage du lit par des blocs en pierre (couche de pavage artificiel) renforcer le lit par de gros blocs (rocher ou éléments en béton) Réduction de la pente du lit fixation du lit par des traversées (seuils en bois, pierres de taille, béton) fixation du lit par des rampes de blocs changement du tracé du cours d'eau (prolongement du talweg par des méandres, etc.)

56 Protection contre les érosions Diverses possibilités (suite) Elargissement du lit élargissement sur longues distances élargissement local dérivation partielle du cours d'eau dans un lit secondaire Intervention sur le transport solide renversement du gravier dans le cours d'eau (localement à l'amont du tronçon érodé)