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Canal d’écoulement de boue

Étude des laves torrentielles boueuses

L’étude des laves torrentielles sur un site de terrain instrumenté se heurte à une double difficulté : la première est liée à l’impossibilité de déclencher artificiellement ce phénomène et la seconde réside dans son caractère incontrôlable et destructeur.

Ainsi, l’expérimentation et la mesure systématiques sur le terrain sont souvent rendues difficiles et se limitent à des grandeurs globales telles que les épaisseurs et vitesses moyennes d’écoulement en cas d’événement. Il est donc nécessaire de compléter l’étude in situ par la modélisation physique sur modèles réduits.
Les laves torrentielles peuvent être représentées au laboratoire par des écoulements de fluides présentant un seuil de contrainte tels que des suspensions d’argile dans de l’eau à concentration adéquate.

Dispositif expérimental (photo Philippe Lachamp / © IRSTEA)

Objectifs scientifiques

L’expérimentation a été conçue afin de permettre l’étude en canal d’écoulements de fluides à seuil. Classiquement, on utilise des suspensions d’argile telles que du kaolin, dans le l’eau. Plus récemment, nous avons entrepris d’utiliser le Carbopol : un polymère, qui en suspension dans l’eau à concentration adéquate, est transparent et a des propriétés de fluide à seuil. Ceci permet de simuler physiquement un écoulement de lave torrentielle boueuse tout en respectant des critères de similitude (échelle du modèle par rapport au terrain) précis.

De plus, il est possible de placer des obstacles à l’intérieur de ce canal afin d’étudier l’effet d’une telle structure sur les écoulements. Ce dispositif permet de mieux évaluer les phénomènes de surverse, de contournement, mais également de pertes de charges et de connaître plus précisément les pressions mises en jeu dans de tels impacts.

Dispositif expérimental

Le canal mesure 5,5 m de long pour une largeur de 0,3 m et une hauteur de 0,5 m. Il est alimenté en matériau par une pompe dont le débit nominal peut atteindre 4,5 l.s-1. La pente du canal peut varier entre 0 et 18,5 % ce qui correspond à une gamme classique de pentes d’écoulements de laves boueuses. Un système de redistribution entre la pompe et la trémie aval permet de régler le débit. Il est également possible de régler le débit grâce à un variateur assurant une charge constante dans la trémie amont. Une vanne permet la vidange complète des deux trémies.
Différents instruments, tels que des capteurs de hauteurs, sont placés le long du canal et permettent d’effectuer des mesures sur l’écoulement.

Schéma de l’expérimentation © IRSTEA

Publications

  • Lachamp P., 2003. Modélisation numérique de l’effet d’un obstacle sur les écoulements de fluides à seuil par la méthode SPH. Thèse de doctorat de l’université Joseph Fourier, Grenoble 1.
  • Tiberghien D., 2007. Étude expérimentale des interactions entre un écoulement à surface libre de fluide viscoplastique et un obstacle. Application aux laves torrentielles boueuses. Thèse de doctorat de l’université Joseph Fourier, Grenoble 1.
  • Laigle D., Lachamp P., Naaim M., 2007. SPH-based numerical investigation of mudflow and other complex fluid flow interactions with structures, Computational Geosciences, 11(4): 297-306.
  • Tiberghien D., Laigle D., Naaim M., Thibert E., Ousset F., 2008. Experimental investigation of the interaction between mudflow and an obstacle. In proceedings of the 4th international conference Debris-Flow Hazards Mitigation: Mechanics, Prediction, and Assessment, Chengdu (China) 10-13 September 2007.

Contact

Laigle Dominique
Tél : +33 4 76 76 28 05 - Fax : 04 76 51 38 03
2 rue de la papeterie BP 76 38402 Saint-Martin-d'Hères Cedex
Qualifications : Laves torrentielles