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Traité d'hydraulique environnementale VOL 1
Processus hydrologiques et fluviaux

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

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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Descriptif : 

Reliure :
Relié
Nbr de pages :
380
Dimension :
15.6 x 23.4
Poids :
740 gr
ISBN 10 :
2746218364
ISBN 13 :
9782746218369
140,00 €
Sur commande
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Sommaire

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 . . . . .