INTRODUCTION A L’HYDRAULIQUE

Objectif du cours : Transmettre les principes fondamentaux de la mécanique des fluides appliqués à l’eau, à l’état statique (hydrostatique) et dynamique (hydrodynamique), pour le dimensionnement des conduites en charge et des écoulements à surface libre.

Description persuasive du cours

Le cours d’Introduction à l’Hydraulique constitue le socle scientifique de l’ingénierie de l’eau, du génie civil, de l’agronomie et de l’environnement. L’eau est un élément vital dont la maîtrise conditionne l’approvisionnement en eau potable, l’assainissement, l’irrigation, la production d’énergie hydroélectrique et la prévention des inondations.

Ce module permet de comprendre comment les forces de pression s’exercent au repos et comment l’énergie se conserve et se dissipe lors de l’écoulement de l’eau dans des tuyaux sous pression ou dans des canaux ouverts. En maîtrisant l’équation de Bernoulli, le calcul des pertes de charge et les théorèmes de quantité de mouvement, ce cours dote les futurs ingénieurs et techniciens des outils quantitatifs nécessaires pour concevoir des réseaux d’adduction d’eau, des stations de pompage et des réseaux d’irrigation efficaces.

Informations clés

Compétences à acquérir

• Calcul de la poussée hydrostatique : Déterminer la pression et la force exercée par un fluide au repos sur des parois planes ou courbes (barrages, portes d’écluses).

• Application du théorème de Bernoulli : Établir le bilan d’énergie d’un écoulement permanent de fluide parfait ou réel.

• Évaluation des pertes de charge : Calculer les pertes d’énergie linéaires (frottement) et singulières (coudes, vannes, élargissements) dans les conduites.

• Dimensionnement de réseaux simples et pompes : Sélectionner une pompe adaptée, déterminer le point de fonctionnement et calculer la hauteur d’élévation ($HMT$).

Grand plan du module

1. Propriétés physiques des fluides

   • Masse volumique ($\rho$), poids volumique ($\gamma$), densité ($d$), viscosité dynamique ($\mu$) et cinématique ($\nu$).

   • Notion de fluide parfait vs fluide réel, incompressibilité de l’eau et tension de surface.

2. Hydrostatique : Statique des fluides

   • Pression en un point et équation fondamentale de l’hydrostatique ($\Delta P = \rho \cdot g \cdot h$).

   • Pression absolue vs pression relative (manométrie).

   • Calcul des forces de pression hydrostatique sur des surfaces planes et courbes, centre de poussée.

   • Théorème d’Archimède et flottabilité des corps.

3. Hydrodynamique des fluides parfaits

   • Concepts fondamentaux : Débit massique et volumique ($Q = A \cdot v$), équation de continuité.

   • Ligne de courant, tube de courant et régime d’écoulement (permanent, non permanent, uniforme).

   • Équation de Bernoulli pour un fluide parfait sans échange d’énergie : $z + \frac{P}{\gamma} + \frac{v^2}{2g} = \text{Cte}$.

   • Applications : Tube de Pitot, Venturi, vidange d’un réservoir (Formule de Torricelli).

4. Hydrodynamique des fluides réels et écoulements en charge

   • Régimes d’écoulement et expérience de Reynolds (Nombre de Reynolds $Re$, régimes laminaire et turbulent).

   • Extension de l’équation de Bernoulli aux fluides réels : Prise en compte des pertes de charge ($∆H$).

   • Pertes de charge régulières/linéaires : Équation de Darcy-Weisbach, coefficient de frottement $\lambda$ (Diagramme de Moody, formule de Colebrook-White).

   • Pertes de charge singulières : Élargissement, rétrécissement, coudes et vannes.

5. Introduction aux machines hydrauliques et écoulements à surface libre

   • Rôle des pompes : Puissance hydraulique ($P = \gamma \cdot Q \cdot HMT$), rendement et hauteur manométrique totale ($HMT$).

   • Généralités sur les écoulements à surface libre dans les canaux (Formule de Manning-Strickler).