Étude hydraulique des tranchées de rétention / infiltration

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1 18 Octobre 26 JDHU 26 Étude hydraulique des tranchées de rétention / infiltration A. PROTON, B. CHOCAT

2 SOMMAIRE Problématique Expérimentations Modélisation Résultats Perspectives

3 PROBLEMATIQUE Urbanisation = Imperméabilisation Stockage Que fait-on des Temporaire eaux pluviales?

4 PROBLEMATIQUE Système BANCEL Géotextile Event Drains Connections Matériau poreux

5 EXPERIMENTATION : Tranchées Deux types de tranchées étudiées : Tranchées de rétention Tranchées d infiltration

6 EXPERIMENTATION : Tranchées Caractéristiques des tranchées Pente : 1% - 4%

7 EXPERIMENTATION : Tranchées Caractéristiques des tranchées Pente : 1% - 4% Nombre de drains :

8 EXPERIMENTATION : Tranchées Caractéristiques des tranchées Pente : 1% - 4% Nombre de drains : Types d alimentation : 3 types Alimentation secondaire: avaloir

9 EXPERIMENTATION : Tranchées Caractéristiques des tranchées Pente : 1% - 4% Nombre de drains : Types d alimentation : 3 types Alimentation secondaire: Ruissellement direct

10 EXPERIMENTATION : Tranchées Caractéristiques des tranchées Pente : 1% - 4% Nombre de drains : Types d alimentation : 3 types Taille de l orifice (rétention) : ajutage Ø5 à Ø3

11 EXPERIMENTATION : Tranchées Caractéristiques des tranchées Pente : 1% - 4% Nombre de drains : Types d alimentation : 3 types Taille de l orifice (rétention) : ajutage Ø5 à Ø3 Matériau poreux : gravier 2/8

12 EXPERIMENTATION : Tranchées Caractéristiques des tranchées Pente : 1% - 4% Nombre de drains : Types d alimentation : 3 types Taille de l orifice (rétention) : ajutage Ø5 à Ø3 Matériau poreux : gravier Longueur : 3 m/ 12 m 1,7 m Section transversale 1, m,8 m

13 Q EXPERIMENTATION : Dispositif INFILTRATION EVACUATION RETENTION EVACUATION alimentation concentrée alimentation diffuse RESERVOIR

14 EXPERIMENTATION : Résultats Données expérimentales 2,m 8,m 1,m 5,m 4,m 1,m water levels (m) input and output flows (l/s) :: :1: :2: :3: :4: :5: 1:: 1:1: 1:2: time duration

15 MODELISATION : Principe Modèle basé sur le concept de stock => 2 équations Équation de continuité dv dt s = Q e Q s ( t) = f Q ( t), Q ( t) Équation de stockage [ ] ρ V s e s

16 dx dx dx dx dx MODELISATION : Principe Hypothèse 1 : ligne d eau parallèle au fond Qe Qs Équation de stockage Vs ( t) = Sam( t) Δx ρ

17 MODELISATION : Principe Hypothèse 2 : régime d écoulement uniforme => Notion de vitesse d écoulement : Sam ( t) = Q V e e ( t) ( t) => Différentes expression pour V : Manning Strickler Darcy Forcheimer Izbash

18 MODELISATION : Principe Déroulement du calcul : calcul descendant Q E i Boucle sur l espace H i => V S i équation de stockage équation de continuité Q S i Q E i+1 Boucle sur le temps

19 MODELISATION : Principe Influence aval Limitation de débit à l exutoire Singularité physique de la tranchée Injection ponctuelle d eau à un nœud Décroissance de l hydrogramme => remontée du niveau d eau à l aval

20 MODELISATION : Principe Influence partielle h amont tronçon i tronçon i+1 h aval dx dx Influence totale h amont tronçon i tronçon i+1 h aval dx dx

21 MODELISATION : Principe Influence aval Itérations => obtention de l équilibre Q E i H i 1 Boucle sur l espace test influence aval H i 1 recherche du dernier tronçon influencé V s [infl;i-1] Q S i Q E i+1 Q S i-1 =Q e i Boucle sur le temps H i 2

22 MODELISATION : Validité du code Objectif : valider le code de calcul du modèle de Stock Modélisation Stock : codé sous Visual Basic Modélisation BSV : logiciel CANOE Conduite circulaire Ø5 Même hydrogramme d entrée Avec ou sans limitation de débit

23 MODELISATION : Validité du code Hydrogrammes de sorties sans limitation de débit.25.2 débit sortant (m3/s).15.1 BSV stock temps (minutes)

24 MODELISATION : Validité du code Hydrogrammes de sorties avec limitation de débit.12.1 débit sortant (m3/s) BSV stock temps (minutes)

25 MODELISATION : Validité du code Hauteurs d eau à l aval avec limitation de débit hauteur d'eau aval m BSV stock temps (minutes)

26 EXPERIMENTATION : Résultats Profil des lignes d eau - remplissage Sans drain Avec drains hauteur(m) fond t=1 min t=2 min t=3 min t=4 min t=5 min t=6 min t=7 min t=8 min hauteur(m) fond t=1 min t=2 min t=3 min t=4 min t=5 min t=6 min t=7 min t=8 min longueur (m) longueur (m)

27 EXPERIMENTATION : Résultats Profil des lignes d eau - vidange Sans drain Avec drains hauteur(m) fond t=46 min t=48 min t=5 min t=52 min t=54 min t=56 min t=58 min t=6 min t=62 min t=64 min t=66 min t=68 min t=7 min t=72 min t=74 min hauteur(m) fond t=18 min t=19 min t=2 min t=21 min t=22 min t=23 min t=24 min t=25 min t=26 min longueur (m) longueur (m)

28 EXPERIMENTATION : Résultats Premières constatations Hypothèse de ligne d eau parallèle au fond => OK Hypothèse de ligne d eau horizontale lorsqu il y a influence aval => OK Pendage de la ligne d eau à l exutoire Forte influence des drains sur le remplissage et la vidange de la tranchée

29 MODELISATION : Calage L équation de stockage - galet Manning Strickler Darcy v = 1 n R 2 3 h i v = Ki 1 2 Izbash v n n = λ i Forcheimer i = α v + βv² => 1 ou 2 paramètres à caler et valider

30 MODELISATION : Calage Calage sur TR1 : sans drain pente=4% Calage sur le débit de sortie Calage sur les hauteurs d eau E sur Qs n manning E sur hauteurs n manning => Optimum : n=2.4

31 MODELISATION : Calage Hydrogrammes de sortie.25.2 Qs calculé Qs mesuré débit (m3/s) temps (minutes)

32 MODELISATION : Calage Hauteurs d eau.7.6 h1 mesurée h1 calculée hauteurs d'eau (m) temps (minutes)

33 MODELISATION : Calage Profil des lignes d eau - remplissage Profil expérimental Profil calculé hauteur(m) fond t=2 min t=4 min t=6 min t=8 min t=1 min t=12 min hauteur(m) fond t=2 min t=4 min t=6 min t=8 min t=1 min t=12 min longueur (m) longueur (m)

34 MODELISATION : Calage Profil des lignes d eau - vidange Profil expérimental Profil calculé hauteur(m) fond t=46 min t=48 min t=5 min t=52 min t=54 min t=56 min t=58 min t=6 min t=62 min t=64 min t=66 min t=68 min t=7 min t=72 min t=74 min hauteur(m) fond t=46 min t=48 min t=5 min t=52 min t=54 min t=56 min t=58 min t=6 min t=62 min t=64 min t=66 min t=68 min t=7 min t=72 min t=74 min longueur (m) longueur (m)

35 MODELISATION : Calage Validation sur TR3 : sans drain pente=1% - débits.8.7 Qs calculé Qs mesuré.6 débit (m3/s) temps (minutes)

36 MODELISATION : Calage Validation sur TR3 : sans drain pente=1% - hauteurs.7.6 h7 mesurée h7 calculée.5 hauteurs (m) temps (minutes)

37 MODELISATION : Calage Profil des lignes d eau - remplissage Profil expérimental Profil calculé hauteur(m) fond t=3 min t=6 min t=9 min t=12 min t=15 min t=18 min t=21 min t=24 min hauteur(m) fond t=3 min t=6 min t=9 min t=12 min t=15 min t=18 min t=21 min t=24 min longueur (m) longueur (m)

38 MODELISATION : Calage L équation de stockage - drains Section tranchée = [section galet + section drain] Débits partiellement échangés à chaque nœud Le drain diffuse Le drain se comporte comme une canalisation (écoulement à surface libre ou en charge)

39 MODELISATION : Calage TR2 2 drains pente=4% - hydrogramme de sortie.25 Qs calculé Qs mesuré.2 débit (m3/s) temps (minutes)

40 MODELISATION : Calage TR2 2 drains pente=4% - hydrogramme de sortie.4.35 h1 mesurée h1 calculée.3 hauteurs (m) temps (minutes)

41 CONCLUSIONS - PERSPECTIVES Bonne capacité du modèle à représenter le fonctionnement hydraulique des tranchées Modélisation de l infiltration Etude du colmatage des tranchées d infiltration

42 18 Octobre 26 JDHU 26 Étude hydraulique des tranchées de rétention / infiltration A. PROTON, B. CHOCAT