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Huîtres & Crevettes

Évaluer un débit d’eau (section 1/4)

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     En aquaculture pour construire des tanks, des bassins, des étangs ou encore des barrages (car on en construit aussi), il faut D’ABORD - et avant tout - estimer les volumes d’eau à disponibilité. Rien ne sert d’établir une pisciculture, si vous n'avez pas le minimum requis, et même avec plus de sécurité en considérant une marge supplémentaire de manœuvre.

     Ainsi, on fait appel à des calculs de débits volumétriques d’eau appropriés au cas particulier qui vous concerne réellement. Cela engendre non seulement de bonnes formules à utiliser, mais également de relever les mesures requises par celles-ci.

     Dans ce sens, l’auteur s’est très tôt muni de mementos et compendiums (en mathématiques, physique, eau, agriculture et aquaculture) traitant les forces/structures hydrauliques et calculs d’ingénierie pour pouvoir construire notamment des stations piscicoles et établir leur alimentation en eau. Ainsi, plus de 5 000 étangs et quelques retenues d’eau (barrage-réservoir) ont pu être réalisés sur une quarantaine d’années professionnelles. Quelques livres essentiels sont mentionnés en fin d’article (à la 4e section) dans « références ».

     A continuation, vous trouverez quelques points essentiels (non exhaustifs) pouvant offrir de l’intérêt dans l’approche à avoir pour choisir la bonne formulation.

Formule générale

     Débit Q (mètre cube / seconde) = Volume V (mètre cube) / temps (seconde)

Estimation pratique

     Débit d’un cours d’eau modeste (ruisseau, canal de terre/pierre ou petite rivière à ruissellement calme, c’est-à-dire NON torrentiel)

Matériel :

(a) Une orange ;

(b) Une montre avec le décompte des secondes ;

(c) Des perches graduées, piquets de référence ou une corde marquée (nœuds) à intervalles connus ; et

(d) Un mètre- ruban.

Procédure :

(1) Trouver une section du cours d’eau relativement rectiligne et non obstruée ;

(2) Placer un marqueur au début et à la fin de la section à évaluer ;

(3) Lâcher l’orange au centre du canal/cours d’eau et prendre le temps nécessaire pour qu’elle puisse parcourir la distance (connue) entre 2 piquets ;

(4) Calculer le volume de l’écoulement (du ruisseau) par le temps défini.

Volume = l’aire de la section transversale (du ruisseau) x la longueur parcourue x C ou

= la profondeur moyenne (du ruisseau) x la largeur x la longueur x C

avec coefficient C = 0,8 pour un lit (ruisseau) rugueux/rocailleux

C = 0,9 pour un lit plus doux (sable/vase)

(Conversion : 1 m3 = 103 ou 1 000 litres)

(5) Répéter plusieurs fois (3) et (4) et faire la moyenne des valeurs trouvées.

     Toutefois, l’estimation du débit se fait dans la plupart des cas de façon plus précise au moyen d’un déversoir. Celui-ci peut prendre plusieurs formes et est donc classé en fonction de ses caractéristiques, car celles-ci influencent l'écoulement de l'eau.

Sont donc pris en considération :

  • La géométrie du déversoir dans le sens de l’écoulement (paroi mince, paroi épaisse, géométrie de la crête de déversement) ;

  • La géométrie de la section (rectangulaire, trapézoïdale, triangulaire, en demi cercle, etc.) ;

  • L'orientation du déversoir par rapport au sens du courant dans le plan d'eau ou le cours d'eau en amont ; et
  • Le type d'écoulement (noyé, dénoyé ou adhérent).

Note : l’écoulement adhérent est une hypothèse pratique qui permet aux auteurs de modéliser simplement l’écoulement dans l’entrefer. Dans ce cas, il n’est pas nécessaire d’introduire la loi tribologique1.

     Les plus couramment utilisés sont les déversoirs rectangulaire, triangulaire et de trop-plein circulaire.

     Le débit d'un déversoir est déterminé par trois éléments :

1 - la longueur (L) ;

2 - la hauteur d'eau sur la crête (h) ou lame déversante ; et

3 - un coefficient (µ) dépendant de sa forme, de sa rugosité et de son environnement.

 

Calcul du débit déversé - écoulement dénoyé (formule standard des déversoirs)

 

Selon la formule de Kindsvater-Carter (1957)

Q = µ x L x h13/2 , où :

Q = débit en . s–1

     [notes : (a) le « . » fait office de « x » = multiplié ou « par » ; (b) s–1 = 1/s]

µ = coefficient propre au seuil avec des valeurs types variant de 2,6 à 4,1 suivant les critères énumérés dans le paragraphe précédent.

L = largeur de la crête du déversoir, en m (mètre)

h = charge hydraulique (ou lame déversante) en amont de la crête, en m

Selon la formule dérivée de Poleni (1717)

Q = µ x Ls x h1 x 2 x g x h1 ,

μ = coefficient de débit du déversoir,

Ls = largeur du seuil déversant, en m,

h1 = hauteur de lame, en m (ou cm),

g = accélération de la pesanteur, en m · s–2 (= 9,81 ; note : s–2 = 1/s2).

     On désigne par ailleurs par P, la « pelle » ou hauteur du seuil au‑dessus du fond amont, et par L la largeur du canal à l’amont du déversoir.

Calcul du débit déversé - écoulement noyé

     Selon la formule de Villemonte (1947)

     Pour une cote de l'eau aval supérieure à la cote de la crête du déversoir, l'écoulement est noyé et un coefficient de noyage s'applique sur le coefficient de débit.

     Villemonte propose la formule suivante :

K = Qnoyé / Qdénoyé = [1 – (h2/h1)n ]0,385 , où

h1 = la hauteur d'eau amont au dessus de la crête du déversoir ;

h2 = la hauteur d'eau aval au dessus de la crête du déversoir ; et

n = l'exposant dans les relations d'écoulement dénoyé ; par exemple,

     pour un déversoir rectangulaire, n = 1,5 ;

     pour un déversoir triangulaire, n = 2,5 ;

     pour un déversoir parabolique, n = 2.

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1 La tribologie (du grec ancien « frottement » et « science, étude ») est la science qui étudie les phénomènes susceptibles de se produire entre deux systèmes matériels en contact, immobiles ou animés de mouvements relatifs (branche du génie mécanique et de la science des matériaux qui a des applications concrètes en archéologie, dermatologie, cosmétique, dans l'industrie, les transports et la biomécanique). Ce terme recouvre, entre autres, tous les domaines du frottement, de l'usure, de l'étude des interfaces et de la lubrification.

Classé dans : Eau Mots clés : aucun

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