Hydraulique pour l'ingénieur généraliste

La charge des écoulements à surface libre fait intervenir la cote de la surface libre, la profondeur et le carré de la vitesse débitante. Les pertes de charge, dues au frottement, traduisent, la plupart du temps, une diminution de la cote de fond, en suivant la pente du canal, ce qui permet de maintenir une profondeur et une vitesse dans des intervalles raisonnables. La plupart des écoulements à surface libre correspondent à des régimes rugueux, ce qui permet de décrire le frottement à l'aide de la formule de Manning-Strickler. Cette formule permet d'exprimer la hauteur normale pour laquelle la pente de charge et la pente du fond sont égales. L'augmentation ou la diminution de la profondeur au passage d'obstacles ou en présence de frottement dépend du nombre de Froude, qui permet de distinguer les régimes torrentiel ou fluvial suivant que ce nombre est plus grand ou plus petit que un. La hauteur critique est définie comme étant la profondeur, qui ne dépend que du débit, pour laquelle le nombre de Froude vaut un. La variation de la profondeur le long de l'écoulement s'exprime alors en fonction de la pente du fond, de la pente du frottement et du nombre de Froude, ce qui permet de tracer les courbes de remous, c'est-à-dire les lignes d'eau du régime stationnaire. La variation de la profondeur est nulle pour la profondeur normale et devient infinie à l'approche de la profondeur critique. La comparaison entre ces deux hauteurs permet de définir les notions de pente faible et pente forte. Le cas des canaux à sections rectangulaires infiniment larges est abordé à titre d'exemple. Le phénomène de ressaut hydraulique stationnaire est introduit.