MANUEL SUR LIHYDRODYNAMIQUE SÉDIMENTAIRE ET ...

Ministère
de l'Equipe.ent,
des Transports
et du logeRlent
MANUEL

SUR LIHYDRODYNAMIQUE SÉDIMENTAIRE

ET

LIÉROSION ET SÉDIMENTATION DU LITTORAL

ER PM • N° 88.01
Centre d'Etudes Techniques Maritimes et Fluviales SECRETARIAT D'ETAT A LA MER SERVICE TECHNIQUE CENTRAL DES
PORTS MARITIMES ET DES VOIES
E. R. PM gg .o~ NAVIGABLES
MANUEL

SUR L'HYDRODYNAMIQUE SEDIMENTAIRE

ET

L'EROSION ET SEDIMENTATION DU LITTORAL

par Claude MIGNIOT
(Docteur es Sciences)
---0--­
Cours enseigné à l'Ecole Nationale des Travaux Pub7ics de J'Etat
et à 7a Faculté des Sciences d'ORSAY - PARIS SUD
---0--­
(Marché n° 87.51.018.00.228.60.10)
SOGREAH - L.C.H.F.
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- 1
SOMMAIRE
Pages
mIroIXJC::rI'I()N' •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2

PREMIERE ~ - HYDRO~QOE SEDIMENTAIRE ••••••••••••••••••••••••••••• 3

CfmPITRE l - PROPRIETES PHYSIQUES DES PARTICULES SOLIDES EN E1\.U CMME
~S'I'IQtJF.S DE:S PARI'ICULES ~ •••••••••••••••••••• 7
1.1.
a) Diamètre et coefficient de fonne des particules élémentaires 7

b) Répartition des particules dans un sédiJnent -

COUrbes granulamétriques •••••••••••••••••••••••••••••••••••• 8

c) Classement des différents sédiments •••••••••••.••••••••••••• 10

VI'1'ESSE DE amE DE:S PARTICULES ~ •••••••••••••••••••• 11
1.2.
a) Ecoulements laminaires, loi de stokes (vases et limons) ••••• 12

b) semi-turbulents, loi de Budl:yk (sables) ••••••••• 13

c) turbulents (graviers et galets) ••••••••••••••••• 14

1.3. VI'1'ESSE DE amE D'UN ENSEMBIB DE PARTICULES
~ mrRA.~ E"r ~ON' ••••••••••••••••••••••••••••••• .15

a) vitesse de chute entravée des sédiments non cohésifs

(sables - graviers - galets) en eau pure et en eau argileuse 15

b) Floculation des fines particules - Influence de la nature

des particules, de la concentration de la suspension et

du milieu aqueux sur la vitesse de chute des flocons........ 16

• Flc:x:::ll1ation ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 16

• Influence du diamètre équivalent des particules élémentaires 18

• de la concentration en solides dans la

~1on •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 18

• Influence du milieu aqueux ••••••••••.•••••••••••••••••••.• 19

• de la ~ture •••••••••••••••••••••••••••••.• 20

• D.1rée de refloculation ••••••••••••••••••••••••••••.•••••.• 20

c) Paramètres ad.ilnensionnels pour caractériser les particules .• 21

1.4. ~ DFJ3 ~ DE SEI)~ ••••••••••••••••••••••••••••• 22

a) Tassement des sédiments grossiers - Galets, graviers et

sables ••.•.•••••.•••••••...•••.•••......••••••.••••••••..... 22

b) des très fins - Vases - Limons - Boues.. 23

· ~iption du phénomène - Diversité des courbes de tassement 23

• IDis de ~t •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.• 25

Influence de la dimension des particules 25
du milieu aqueux ...........•.................... 26
des conditions de sédimentation 26

Influence des matières organiques 26
du IX>urcentage de sable dans les vases 27

Variation des débits de drainage et de la pennéabilité des

dé:rX>ts 27

Répartition des gradients de concentration dans les dépôts

de vases ...•..•.....••..•.•....•••..••..••......•••••..... 28
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- II
1.S. RHOOIDGIE DES SEDIMENl'S - ANGLE DE FRJTrEMENT - RIGIDITE INITIAIE

a::JIIF,.g:ION" - VI.sa:lSI'rE E'I' ~PIE ••••••••••••••••••••••••••••• 30

a) Sédiments grossiers - Galets - Graviers - sables 30

· sables sec:s éIoorgés ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30

· sables i.IrIrœJ::'gés ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31

· Mélange de sables et de vases 32

· sables lx:>1J.lant •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32

b) Sédiments très fins - Vases - Limons - Argiles ...•.•........ 32

• Généralités - Méthodologie des ~ ••.•..•.•••••••.•••• 33

· Comparaison des rigidités et des viscosités de différentes

vases - !Dis gérlérales •.•...•.•..........•.•........•..•.. 37

• Influence de la nature et de la dimension des particules .. 40

· du ~1:age de sable......................... 42

• de la salinité des eaux •••••••••••••.••.•.•••.•. 44

• Influence du rernani~t des vases ................•....... 45

• des matières organiques ••••.••••••.•••.••••••••. 46

· de la température •••.••••.•.•••.•.•.•.•••..••..• 46

• Influence du temps de tassement sur la rigidité........... 46

I.6. PENTES D'~ DES ~ ••••••••••••••••••••••••••••••••••• 47

a) Sédiments grossiel:S •••••••.•••••••••.•••.•••.••••.••.•.•.••. 47

b) fins - Glissements et coulées lx>ueuses
Description des Ph~ .••............................... 48

• Influence de la nature et de la dimension des particules
él~tëii.res, •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 48

• de la concentration en particules solides et de

la rigidité fuitiale •.••••••••••.•.•••••.....•••••.•••.... 49

· Influence du ~1:age de sable ••.•••.••.•••••••••••.•.. 49

· du milieu aqueux ••••••..•.••....••.•.•.•••.•...• 50

c) ca.J.ra.nts de 'b.1rbidité ••••••••••••••••••..•••••••••.••••.•... 50

.pti d ph' .
• Descrl on es eI'lat'le.lleS. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 50
• vitesse de propagation des ex>Urants de turbidité •••••..•.. 50

• Importance des courants de turbidité et soutirage des vases

d'un l::>él.l:Ta.ge ••••••••.•••••••••••.••.••••••..••••••.••..... 52

amPITRE n - ACTION DES a::>tJRANrS SUR LES SEDIMENl'S
2.1. ~ON DES PHENOMENES •••••••••••••••••••••••••••••••••••••• S4
2.2. ~ liYDRAtJ'UQtJEf) ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ss
a) vitesses IOCJYennes de l'écoulement en eau claire 55

b) Contrainte 'targentielle et vitesse de cisaillement exercées

IJêlr l'ea.u sur les forris •..•.....•••...•.••......•........... 56

c) Répartition des vitesses sur la verticale, relations entre

la vitesse moyerme et la vitesse de cisaillement en ea.u claire 56

· des vitesses sur la verticale 56

· Relation entre la vitesse moyenne U et la vitesse de

cisaill€l'I'l(2J1t u* 57

d) Répartition des vitesses au-dessus des fonds dans le cas d fun

écoulement d'eaux turbides - Macro-turbulence 58

· des vitesses ~......... 58

· l-1a.cro-turbuleTlCe 58
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­
- III
2.3. RUOOSITE œ FOND ET CDEFFICIENr DE FROT1'EMENI' - LES ONDUIATIONS

IJE.S, ~ ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 59

a) Rugosité du fond et coefficient de frottement . 59

b) Orrllllatiol1S des forrls .........••......•..................... 61

c) Coefficient de STRICKIER et nIgosité dans le cas des fonds

62
de vases .
63
DEBUT D'ENTRAINEMENT DES SEDIMENTS •••••••••••••••••••••••••••••• 2.4.
a) Sédiments grossiers non cohésifs (galets - graviers - sables) 63

· Relations entre la contrainte critique et les caractéristi­
63
qtJ.~ des gra..iI1s •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
64
• Paramètres adimensionnels de début d'entraînement ••••.•..•
· Proforrleur limite des fonds non pertu:rbés perrlant le trans­
l'C>rt d~ ~ts ..•••••••••••••••••••••••••••••••••••... 64

b) Sédiments très fins cohésifs (vases - lirrons - argiles) ••.•• 65

• les trois danaines d'érosion des sédiments fins ••••••••••. 65

• vitesse critiqtJ.e des vases en fonction de leur

coJ'lCeI'l"tra.tion •.••..••...••.••.••••.•••.••••••••••••••.•.•. 66

· vitesse critique d'érosion en fonction de la rigidité des

dé};:ôts ••••.••.••.••••••.•.•.••••••••••••••••••••••••••.... 66

• vitesse critiqtJ.e en de la diJnension des

sédiments et du "ten1};>s de ~t •••••••••••••••••••••.•. 67

• Influence de la salinité des eaux sur la vitesse critiqtJ.e

d'érosion •••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.••• 68

2.5. DEBITS SOLIDES DES SEDDŒNl'S TRANSFORrES PAR :œs CDURANl'S 69

a) Gérlérali'"tés. • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 69

b) Transports solides d