Traité d'hydraulique environnementale  VOL 1 - hermès / lavoisier - 9782746218369 -
Traité d'hydraulique environnementale VOL 1 

Traité d'hydraulique environnementale VOL 1
Processus hydrologiques et fluviaux

Ce traité d'hydraulique environnementale étudie le cycle de l'eau depuis la météorologie jusqu'à la morphodynamique littorale, en passant par l'hydraulique des rivières, l'hydrogéologie ou encore par l'hydraulique maritime.Il décrit ces processus physiques, depuis les bassins versants jusqu'à la mer. Il dresse un inventaire des [...]
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Auteur : 

Editeur : Hermès / Lavoisier

Collection : Traité d'hydraulique environnementale

Date parution :

Reliure :
Relié
Nbr de pages :
380
Dimension :
15.6 x 23.4
Poids :
740 gr
ISBN 10 :
2746218364
ISBN 13 :
9782746218369
140,00 €
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Ce traité d'hydraulique environnementale étudie le cycle de l'eau depuis la météorologie jusqu'à la morphodynamique littorale, en passant par l'hydraulique des rivières, l'hydrogéologie ou encore par l'hydraulique maritime.

Il décrit ces processus physiques, depuis les bassins versants jusqu'à la mer. Il dresse un inventaire des instruments de mesure terrain qui fournissent des données d'entrée aux outils de modélisation. Les modèles mathématiques décrivant chaque domaine sont détaillés par processus sous la forme de systèmes d'équations. Ces derniers sont résolus par la mise en oeuvre de méthodes numériques adaptées à leurs caractéristiques. Plusieurs outils de modélisation utilisés de manière opérationnelle par les ingénieurs sont ensuite décrits. Enfin, de nombreux exemples d'application sur des cas réels illustrent l'ensemble de la démarche.

Cet ouvrage accompagne le lecteur depuis l'observation en nature des processus physiques jusqu'aux études d'ingénierie menées par les bureaux d'études pour résoudre les problèmes complexes que posent les usages de l'eau dans notre quotidien.

Le traité d'hydraulique environnementale concerne les domaines suivants:

  •  processus hydrologiques et fluviaux,
  •  processus estuariens et littoraux
  •  systèmes d'acquisitions des données,
  •  modèles mathématiques en hydrologie et en hydraulique fluviale,
  •  modèles mathématiques en hydraulique maritime et modèles de transport,
  •  modélisation numérique - différences, éléments et volumes finis, approches spectrales, et assimilation de données,
  •  exemples d'applications des modèles numériques en ingénierie,
  •  logiciels d'ingénierie du cycle de l'eau.

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Sommaire et contenu du livre "Traité d'hydraulique environnementale VOL 1 - Processus hydrologiques et fluviaux"

Table des mati?s Introduction ..... 17 Jean-Michel TANGUY Premi? partie. Inondations et changement climatique . 19 Chapitre 1. Pr?ntation du trait?'hydraulique environnementale. 21 Jean-Michel TANGUY et Denis DARTUS 1.1.El?ntsde contexte................ 21 1.2. Gen? du trait?'hydraulique environnementale . 22 1.3. La mod?sation au carrefour de plusieurs sciences 24 1.3.1. La m?orologie. . . . . . . 25 1.3.2. L'hydrologie op?tionnelle 28 1.3.3. L'hydraulique fluviale . 31 1.304. L'hydraulique maritime. 32 1.3.5. L'hydrog?ogie . . . . 36 1.3.6. L'informatique. . . . . 37 1.3.7. La simulation num?que. 39 1.3 .8. Les interactions entre disciplines. 41 lA. Que sait-on repr?nter et quelles sont les grandes inconnues ducyclede l'eau? ......................... 42 104.1. Que sait-on repr?nter aujourd'hui avec les mod?s num?ques? 43 1.5. Comment passe-t-on d'une th?ie ?n logiciel? 45 1.5.1. Ecriture physique. . . 45 1.5.2. Ecriture math?tique 46 1.5.3. Ecriture alg?ique. . 47 1.504. Ecriture informatique. 47 1.5.5. Prototypage et validation. 48 1.6. Echelles de temps et d'espace des processus (du temps r? ?a s?mentologie) . 49 1.6.1.Introduction......................... 49 1.6.2. Nombres adimensionnels . 49 1.6.3. Echelles du support de mesure, r?lution spatiale, et taille du domaine . 51 1.6.4. Agr?tion, d?gr?tion et changements d'?elles « glissants» 52 1.6.5. Anisotropie des ?elles de longueurs 54 1.6.6. Echelle des vitesses de transfert . . . 56 1.6.7. Echelle des temps de renouvellement. 57 1.6.8. Echelle des longueurs de transfert 57 1.6.9. Lien entre les diff?ntes ?elles 58 1.7. Bibliographie . 59 Chapitre 2. Inondations et catastrophes natureUes . 63 Jean-Baptiste MIGRAINE 2.1. Le risque de catastrophe . 64 2.2. Inondations et catastrophes: impacts globaux. 65 2.3. Comment r?ire les risques de catastrophes ? 67 2.4. Contribution des Services m?orologiques et hydrologiques et de l'Organisation m?orologique mondiale ?a r?ction des risques decatastrophes .................. 69 Chapitre 3. Changement climatique et hydrologie 73 Jean-Michel GR?ILL? 3.1. Les changements observ?dans le climat et leurs effets hydrologiques 74 3.1.1. Les observations et leur interpr?tion par le GIEC . 74 3.1.2. Crues, inondations, ?nements extr?s . 76 3.] .3. Une ?de de d?ction de changements hydrologiques ?'?elle delaFrance ....................... 77 3.2. La mod?sation des effets du changement climatique. 78 3.2.1. Les mod?s et leurs hypoth?s . 78 3.2.2. Les r?ltats du GIECC relatifs aux temp?tures 80 3.2.3. R?ltats relatifs au cycle de l'eau ?'?elle mondiale 81 3.2.4. Hydrologie ?'?elle du bassin versant du Rh?. 81 3.2.5. Les pr?pitations . 82 3.2.6. Impacts du changement climatique sur le r?me des rivi?s. 83 3.3. Conclusion . 84 3.4. Bibliographie Q{:, Deuxi? partie. Hydrom?orologie . . . . . 89 Chapitre 4. Formation des nuages et de la pluie . 91 V?nique DucRocQ 4.1. L'eau dans l'atmosph? . 92 4.2. La microphysique des nuages chauds 93 4.2.1. Nucl?ion de la phase liquide 94 4.2.2. Condensation/Evaporation . 94 4.2.3. Vitesse de chute des gouttes . 95 4.204. Croissance par coalescence .. 95 4.3. La microphysique des nuages froids. 95 4.3.1. Nucl?ion des cristaux de glace 96 4.3.2. D?sition/sublimation. 96 4.3.3. Agr?tion et givrage . 97 4.3 A. Fonte . 97 4.3.5. Vitesse de chute des particules glac?. 97 404. L'observation des nuages et des pr?pitations. 98 404.1. Observations in situ. 98 404.2. T?d?ction 98 4.5. Bibliographie . 102 Chapitre 5. Evapotranspiration. 103 ChristeIle ALOT et Florence HABETS 5.1. Pr?ntation de l'?potranspiration 103 5.2. Grandeurs d'influence... 104 5.2.1. Le rayonnement net .. 104 5.2.2. Le vent . 105 5.2.3. La temp?ture de l'air 105 5.204. L'humidit?e l'air . 105 5.3. Propri?s du sol . 106 SA. Propri?s de la v?tation . 107 5.5. Quelques ordres de grandeur de l'?potranspiration 109 5.6. Bibliographie .... 109 Chapitre 6. Ruissellement. III Eric GAUME, Philippe BAITAGLlA et R? WAGNER 6.1. Bilan hydrologique des bassins versants . III 6.1.1. La notion de bassin versant. . . . . . . . . . III 6.1.2. Les diff?nts tennes du bilan hydrologique. 112 6.1.3. Les ressources souterraines. 114 6.104. Les r?mes d'?ulement. 115 6.2. Circulation de l'eau dans les sols. 115 6.2.1. Besoins en eau des plantes . 116 6.2.2. Disponibilit?e l'eau du sol 116 6.2.3.Sols satur? . . . . . . . . 117 6.2.4. Sols insatur?. . . . . . . . 119 6.2.5. L'infiltration: entr?de l'eau dans le sol. 119 6.2.6. Cas particulier de la battance. . . . . . . 121 6.2.7. Redistribution de l'eau dans le sol apr?une averse ou ressuyage 123 6.3.Gen?desd?tsdecrue ................ 124 6.3 .1. Le ruissellement direct non strictement hortonien 127 6.3.2. Les ?ulements souterrains 127 6.3.3.Synth?. . . . . . . . . . 130 6.4. Cas particulier du milieu urbain . 132 6.4.1. Les ?ulements . . . . . . 133 6.4.2. Coefficient de ruissellement (ou d'?ulement) 134 6.4.3. Param?es g?raux descripteurs d'un bassin versant. 136 6.5. Conclusion. . 137 6.6. Bibliographie. . . . 138 Chapitre 7. Bassin versant 143 Isabella ZIN 7.1. D?mitation d'un bassin versant. . . . . . . . . . 144 7.2. Caract?stiques g??iques d'un bassin versant. 146 7.3. Caract?stiques g?orphologiques. 149 7.3.1.Lerelief. . . . . . . . . . 149 7.3.2. Le r?au hydrographique . . . 150 7.4. Nature et occupation du sol. . . . . . 153 7.5. En guise de conclusion: d'une vision globale ?ne description distribu?et dynamique. 154 7.6.Bibliographie. .......................... 156 Chapitre 8. Hydrologie statistique et semi-empirique. Analyse des pluies etdesd?ts. ................................ .. 157 Philippe BOIS 8.1. Description d'un ?antillon . . . . . . 158 8.1.1. Rappel sur les variables al?oires 158 8.1.1.1. Exemples et d?nitions. . . 158 8.1.1.2. Rappels sur les lois de probabilit?58 8.1.1.3. Moments d'une loi de probabilit?160 8.1.1.4. Analyse d'un ?antillon . . . . . 161 8.1.2. Description num?que d'un ?antillon 161 8.1.2.1. Param?e de position. . 161 8.1.2.2. Param?es de dispersion . . . . . 162 8.1.2.3. Param?es d'asym?ie. . . . . . . . . . 164 8.1.3. Description graphique . . . . . . . . . . . . . 167 8.1.3.1. Histogramme des fr?ences empiriques. 167 8.1.3.2. Courbe des fr?ences cumul? -fonction de r?rtition emptrlque ........................... 168 8.1.4. Compl?nts th?iques: notion de p?ode de retour. . . 170 8.1.4.1. Variables al?oires en hydrologie p?ode de retour, dur?eretour. .................... 170 8.1.4.2. Compl?nt sur les probabilit?empiriques (et les ajustements graphiques) . . . 172 8.1.4.3. Conclusions. . . . . . . . . . . 173 8.2. Mod?s probabilistes les plus courants . . 173 8.2.1. G?ralit?sur les lois de probabilit?173 8.2.1.1. Objectifs de cette section . . . . 173 8.2.1.2. Fonctions param?? . . . . . 175 8.2.1.3. Aper?sur le calage des param?es 175 8.2.2. Famille des lois normales et d?v?. . . 177 8.2.2.1. Loi de Gauss (dite ?lement loi normale) . 177 8.2.2.2. Loi normale (dite ?lement loi de Galton). 181 8.2.2.3. Aper?sur d'autres lois d?v? (de la loi normale). 183 8.2.3.LoisGammaetd?v? ................ 183 8.2.3.1. Loi Gamma ?eux param?es. . . . . . . . . . . . 183 8.2.3.2. Calcul des moments (en fonction des param?es) . . 186 8.2.3.3. Tables de la loi Gamma (en fonction des param?es) 186 8.2.3.4.Aper?urlesloisBeta. . . . . . . . . . . . . . . . 187 8.2.4. Famille des lois exponentielles et des lois des valeurs extr?s. 188 8.2.4.1.Loiexponentielle .................... 188 8.2.4.2. Loi de Gumbel (ou loi des valeurs extr?s de type 1). 189 8.2.4.3. Aper?sur d'autres lois de valeurs extr?s (loideWeibuIletG.E.V). .................... 192 8.3. Quelques exemples d'utilisation des lois statistiques en hydrologie. 193 8.3.1. Analyse statistique des pr?pitations ponctuelles ordinaires enunestation ......... 193 8.3.1.1. Pluies annuelles. . 193 8.3.1.2. Pluies mensuelles. 194 8.3.1.3. Pluies journali?s. 194 8.3.1.4. Pluies extr?s. . 195 8.3.2. Analyse statistique des d?ts. 198 8.4. Conclusion. . 201 8.5.Bibliographie. . . . . . . . . . . . 201 Troisi? partie. Hydraulique et rivi?. . . . . . . . . 205 Chapitre 9. M?nismes de l'?ulement ?urface libre. . . . . . . 207 Philippe LEFORT et Jean-Michel TANGUY 9.1.Introduction. ............. 207 9.2. Les diff?nts r?mes d'?ulement. 212 9.3. R?me pennanent unifonne. . . . . 213 9.3.1. Notion de r?me unifonne. . . 213 9.3.1.1. D?loppements sur le r?me unifonne . 214 9.3.2. Rugosit?n lit compos?. . . 215 9.3.3. Notion de d?tance. . . . . . . . . . 215 9.3.4. Notion de profondeur nonnale . . . . 215 9.3.5. Conclusion pour le r?me unifonne . 216 9.3.6. Notion de r?me fluvial, critique et torrentiel. 216 9.4. R?me pennanent graduellement vari?notion de courbe de remous 218 904.1. D?loppements sur le r?me pennanent graduellement vari?20 9.4.2. Vitesse de l'?ulement et c?rit?e propagation d'uneondedecrue. .......................... 224 9.4.3.Exemplesd'application. .................... 225 9.5. R?me pennanent rapidement vari?u droit d'ouvrages hydrauliques 225 9.5.1. L'?ulement rapidement acc?r? 226 9.5.2. Le ressaut hydraulique , 226 9.5.3. Ecoulement noy?t ?ulement d?y?utour d'un seuil en rivi? 228 9.5.3.1. Application pratique: calcul de lignes d'eau sur un seuil: ?ulementsd?y? noy?.................. .. 230 9.5.3.2. Autres types d'?ulement au travers d'ouvrages hydrauliques 231 9.6. R?me non pennanent : propagation de crues en milieu naturel 232 9.6.1. Propagation d'une onde dans un cours d'eau ?ente forte (th?iedel'ondecin?tique) .................. 234 9.6.2. Propagation d'une onde dans un cours d'eau ?ente faible de largeur variable (th?ie de l'onde cin?tique). . . . . . . . 236 9.6.3. Autre fonne de d?nnation de l'hydrogramme : l'att?ation du d?t maximum . . . . 239 9.6.3.1. L'att?ation longitudinale. . . . . . . 239 9.6.3.2. L'att?ation transversale. . . . . . . . 242 9.7. Cas g?ral-exemples de propagation en nature. 243 9.7.1. Cas particulier des estuaires . . . . . . 245 9.7.2. Onde de translation. . . . . . . . . . . 247 9.7.3. Ralentissement dynamique d'une crue. 248 9.8. Echanges avec la nappe -infiltration. 250 9.8.1. Alimentation lat?le . . . . 250 9.8.2. Alimentation par la surface. . . 251 9.9. Le cas particulier des torrents de montagne . . . . . . . . . . . . . 252 9.10. L'impact des am?gements sur les ?ulements et la propagation 253 9.10.1. Le calibrage du lit ordinaire. 254 9.10.2. L'extraction en lit majeur. . . . . . . 255 9.10.3.Les digues............... 256 9.10.4. Les ponts et les remblais transversaux 258 9.10.4.1. En r?me permanent . . . 258 9.10.4.2. En r?me transitoire. . . . 262 9.10.5. Seuils et barrages au fil de l'eau. 263 9.11.Bibliographie ............. 264 Chapitre 10. G?ration et propagation des crues en milieu urbain 267 Dominique LAPLACE, Emmanuel MIGNOT et Andr?AQUIER 10.1.Introduction. ........................ 267 10.2.Typologiedescrues urbaines. . . . . . . . . . . . . . . . 268 10.3. M?nismes d'?ulement de l'eau dans une ville lors d'une inondation 269 10.3.1. Fonctionnement des eaux pluviales urbaines enconditionclimatiquenormale . . . . . . . . . . . . . . . . . 269 10.3.2. En cas de fortes pr?pitations. . . . . . . . . . . . . . . 270 10.4. Position du probl?: le risque d'inondation en milieu urbain 272 10.5. Crues des villes et crues des champs . . . . . 272 10.6. Param?es-cl?li?aux inondations urbaines . . . . . . . . 273 10.6.1.Lapluie,origineduprobl?. . . . . . . . . . . . . . 273 10.6.2. La vuln?bilit?es villes, en augmentation constante en l'absence de pr?utions particuli?s. . . . 274 10.6.3. La topographie, facteur de danger. . . . . . . . . . . . 276 10.6.4. Les r?aux urbains de drainage pluvial. . . . . . . . . 276 10.7. Niveaux de fonctionnement: partir des effets pour classer les pluies 278 10.8. Pr?ntion et gestion du risque d'inondations urbaines. 279 10.9.Bibliographie . . . . . . . . . . . 283 Chapitre 11. Qualit?es eaux de surface. ................ .. 285 Patrick GOBLET et St?anie EVANS ILLD?nitions. ................... 285 11.1.1. El?nts constitutifs du milieu aquatique. 285 11.1.2.Structure. ........... 285 11.1.3.Populations . . . . . . . . . . 286 11.2. Fonctionnement d'un hydrosyst? 287 11.2.1. Facteurs externes . . . . . . . 287 11.2.2. M?nismes de redistribution. 288 11.2.3. Contexte chimique. 289 11.2.4. Interrelations. . . . . . . . . . 290 11.2.4.1. Cycle de l'azote . 290 11.2.4.2. Cycle du phosphore . . . . . . 291 11.2.4.3. Carbone et mati? organique. 291 11.2.4.4. Vision d'ensemble . 292 11.3. Sp?ficit?des eaux stagnantes (lacs) .. 292 11.4. Sp?ficit?des eaux courantes (rivi?s). 293 11.5.Anthropisation. .............. 294 Chapitre 12. Transport de s?ments -charriage et suspension. 295 Abderrezzak EL KADl et Andr?AQUIER 12.1. Les m?nismes du transport solide . 295 12.2. La notion d'?ilibre dynamique d'un cours d'eau. 296 12.3. Contrainte critique de mise en mouvement ..... 297 12.3.1. Notion de contrainte critique de mise en mouvement. 297 12.3.2. Contrainte critique de mise en mouvement pour une granulom?ie uniforme . 298 12.3.2.1. Le diagramme de Shields . 298 12.3.2.2. L'approche probabiliste d'Einstein . 300 12.3.3. Contrainte de mise en mouvement pour une granulom?ie ?ndue . 301 12.3.4. Autres facteurs influen?t la contrainte critique demiseenmouvement . . . . . . . . . . 303 12.3.4.1. La pente du lit et des berges. 303 12.3.4.2. La submersion relative. 304 12.4. Trigranulom?ique . 304 12.4.1. R?du tri granulom?ique . 304 12.4.2. L'armurage et le pavage. 305 12.4.2.1. L'armurage . 305 12.4.2.2. Le pavage . . . . . . . 306 12.4.3. Evolution du diam?e moyen des s?ments de l'amont versl'aval ............................. 306 12.4.3.1. Formulation empirique de la d?oissance du diam?e dm 307 12.5. Contraintes hydrodynamiques . 308 12.5.1. Contrainte hydrodynamique uniforme . 309 12.5.2. R?rtition de la contrainte hydrodynamique dans une section en travers . 310 12.5.3. Contrainte hydrodynamique efficace . 310 12.6.Granulom?iede r?rence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311 12.6.1. Granulom?ie repr?nt?par une seule classe de grains 312 12.6.2. Granulom?ie repr?nt?par plusieurs classes de grains 313 12.7.Charriageettransporttotal . . . . . . . . . ) . . . . . . . 313 12.7.1. Formulations en fonction de (teff -te ou de t eff . 314 12.7.1.1. Fonnule de Meyer-Peter et M?r . . . . . . . . . . 314 12.7.1.2.FonnuledeSmartetJaeggi . . . . . . . . . . . . . . 315 12.7.2. Fonnulations en fonction du d?t liquide ou de la vitesse d'?ulement ................ 315 12.7.2.1. Fonnule d'Engelund et Hansen 315 12.7.2.2. Fonnule d'Ackers et White 316 12.7.3. Fonnulations probabilistes 317 12.8.Bibliographie . . . . . . . . . . . 318 Chapitre 13. Morphodynamique fluviale 325 Philippe LEFORT 13.1.Introduction. ........................... .. 325 13.2. M?nisme de transport par charriage: galets, graviers etsablesgrossiers ....................... 327 13.2.1. Le transport d'un mat?au de granulom?ie ?oite . . 327 13.2.2. Comment r?it le mod? physique ?a modification desparam?es? ........................ 329 13.2.3. Le transport des mat?aux en granulom?ie ?ndue (circuit fenn?330 13.2.4. Variation de la composition de surface en fonction de l'apport : lepavage. ............................... 334 13.2.5. Variation du transport en fonction de l'apport : la«surchargealluviale» ....................... 336 13.2.6. Quel mat?au consid?r alors pour le calcul du transport? . 337 13.3. La circulation transversale: m?dres et lits en tresse. . . . . . . 338 13.3.1. M?nisme de l'?ulement dans un coude. . . . . . . . . . 339 13.3.2. Equilibre du profil en travers sous l'effet de la circulation transversale 341 13.3.3. Formation, ?ilibre et mobilit?es lits et des vall? -stratification des couches alluvionnaires; r?du transport en suspension etde lav?tation. .......................... .. 342 13.4. M?nismes de transport des rivi?s sableuses . . . . . . . . . .. 345 13.4.1. Distinction entre « mat?au de lessivage» et « mat?au du lit» 345 13.4.2.Rides. ..................... 345 13.4.3.Dunes ..................... 346 13.4.4. Transport en suspension des mat?aux du lit. 347 13.5.Bibliographie. .................. 349 Chapitre 14. Typologie des fleuves, rivi?s et torrents. 351 Philippe LEFORT et Jean-Michel TANGUY 14.1. Quelques d?nitions. . . . . . 352 14.2. Le r?du substratum. . . . . 354 14.3. Torrents et c? de d?ction. 359 14.4. Rivi?s en tresse . 360 14.4.1. D?nse des berges et endiguement des rivi?s en tresse 362 14.5. Incidence de la modification du r?me hydrologique sur la morphologie des rivi?s en tresse et ??dres . . . . . . . 363 14.6. Aspects compl?ntaires des rivi?s ??dres. . . . . . . 367 14.7. Analyse de quelques perturbations de l'?ilibre morphologique 369 14.7.1. Incidence des singularit?sur l'?ilibre morphologique. . 369 14.7.1.1. Calcul simple: ?ulement filaire en r?me permanent sur un seuil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 14.7.1.2. Cas d'un r??ssement: pont avec lit majeur en r?me transitoire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 14.7.2. Piq?de rappel sur les curages. . . . . . . . . . . 374 14.7.2.1. Cas 1 : la correction d'une anomalie ponctuelle ne doit pas ?e accompagn?d'un curage . . . . . . . . . . . .. 375 14.7.2.2. Cas 2 : une discontinuit?patiale de la capacit?e charriage peut n?ssiter un pr?vement continu d'une fraction des apports. 376 14.7.2.3. Cas 3 : les barrages r?rvoirs mais aussi les retenues au fil de l'eau posent un probl? du m? ordre en ce qui concerne les mat?aux du lit. Trois cas sont possibles. 377 Index. 379 Index g?ral des auteurs. Sommaire g?ral . . . . .

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