COEFFICIENT DE RESISTANCE DES ECOULEMENTS UNIFORMES

Dans le calcul des écoulements uniformes en conduites et canaux à surface libre, le coefficient de résistance à l’écoulement de Chézy et de Manning ne sont pas des données du problème et leurs valeurs sont considérées de manière arbitraire, ce qui implique un calcul plutôt approximatif. Cet inconvénient majeur se rencontre dans tous les profils géométriques de conduites et de canaux. La connaissance de la valeur de ces coefficients est indispensable au dimensionnement de l’ouvrage, voire même pour le calcul de la profondeur normale. C’est dans ce contexte, que s’inscrit l’objectif de notre recherche en orientant principalement nos travaux sur l’identification et l’établissement de la relation du coefficient de résistance à l’écoulement de de Chézy et de Manning. En se basant sur la méthode du modèle rugueux (MMR) destinée au calcul des conduites et canaux, nous pouvons établir la relation générale du coefficient de résistance d’une manière explicite dans le domaine de l’écoulement turbulent, pour les différents profils géométriques, notamment pour le canal rectangulaire, la conduite circulaire, la conduite en forme de fer à cheval et l’ovoïde à canette rétrécie. Il apparaît clairement que les coefficients de résistance de Chézy et de Manning dépendent fortement du taux de remplissage, du débit volume, de la pente longitudinale, de la rugosité absolue des parois interne de la conduite et la viscosité cinématique du liquide. En outre, dans ce travail, une méthode simplifiée par rapport à celle citée précédemment est exposée pour déterminer le coefficient de résistance de Chézy avec un nombre limité de données, à savoir, le débit volume, la pente de la conduite, la rugosité absolue et la viscosité cinématique. Enfin, après une étude de variation qui a été menée des coefficients de résistance Chézy et de Manning en fonction du taux de remplissage, une expression également explicite a été donnée pour le calcul aisé du coefficient de Chézy quand il atteint sa valeur maximale lors de l’écoulement dans la conduite.

CONTRIBUTION A LA MODÉLISATION DE ÉVAPOTRANSPIRATION AU NORD DE L’ALGERIE PAR LE BIAIS DE L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE

Dans cette thèse, la modélisation de l’évapotranspiration de référence ET0 entant que composante primordiale dans le bilan hydrique et hydrologique a été élaborée moyennant six données climatiques : les températures minimale, maximale et moyenne, Tmin, Tmax, Tmoy, respectivement en (°C), l’humidité relative de l’air Hmoy en (%), la vitesse moyenne du vent Vmoy en (m/s) et la précipitation P en (mm). Ces données ont été collectées de dix stations réparties sur le nord de l’Algérie et qui sont : Alger (Dar-El-Beida), Bordj-El-bahri, Tizi-Ouzou, Skikda-Port, Annaba, Béjaia-Aéroport, Béjaia-Port, Jijel-Achouât, Mostaganem,Tlemcen-Zenâta. Cette modélisation est basée sur deux branches de l’intelligence artificielle (IA). Il s’agit pour la première branche, des trois fameux types des réseaux de neurones artificiels (ANN) à savoir les réseaux de neurones à perceptron multicouche (MLPNN), les réseaux de neurones à fonction de régression générale (GRNN) et les réseaux de neurones à fonctions radiales de base (RBFNN). Pour la deuxième branche, les systèmes Neuroflous type ANFIS (les systèmes d'inférence floue à base de réseaux de neurones adaptatifs) ont été adoptés. L’étude a aboutit aux principaux résultats qui suivent, tout en tenant compte des critères de performances communément utilisés, notamment le coefficient de corrélation en phase de test. Tout les critères sont calculés en considérant les valeurs simulées par les diversmodèles élaborés comparées aux valeurs données par l’application de la formule deréférentielle de Penman-Monteith dite FAO56 (PM-FAO56). Les principaux résultats sont alors: 1) Au pas de temps mensuel, les modèles ANFIS doivent être pris en préférence par rapport aux autres modèles à base des réseaux de neurones (MLPNN, GRNN et RBFNN). 2)Au pas de temps décadaire la différence entre le modèle ANFIS et les autres modèles (MLPNN, GRNN et RBFNN) n’est pas vraiment significative et les performances des divers modèles se rapprochent étroitement. 3) Au pas de temps journalier la ressemblance en termes de performances des différents modèles élaborés est plus remarquable au point où on ne peut pas privilégier un modèle ANFIS par rapport à un autre des ANN et vice versa. 4) Quant aux trois modèles des réseaux de neurones (MLPNN, GRNN et RBFNN), l’étude affirme que le modèle MLPNN possède les meilleures performances vis-à-vis les deux modèles GRNN et RBFNN à quelques exceptions. Cette constatation persiste pour tous les pas de temps considérés et pour la quasi-totalité des stations climatiques retenues. 5) Bien que les six paramètres climatiques possèdent une influence certaine sur l’ET0, l’adoption de la précipitation comme entrée aux différents modèles n’avancera à rien et dans tous les cas envisagés, en faveur d’une pertinence supplémentaire des modèles élaborés. Finalement cette étude affirme qu’il est très possible de simuler l’ET0 au Nord de l’Algérie, moyennant les modèles des réseaux de neurones et les systèmes neurofloues et ce,aux différents pas de temps et en revanche des formulations empiriques de diverses origines et catégories.

Contribution à l’étude de l’envasement des barrages par les méthodes paramétriques et non paramétriques Cas de l’Afrique du Nord

L’érosion hydrique est un phénomène complexe très répandu dans le monde entier, touchant particulièrement les pays du Maghreb dont il menace gravement les potentialités en eau et en sol. L’ampleur de ce phénomène est considérable, pour y remédier, il est nécessaire d’avoir des outils fiables qui puisse prédire le comportement à court, moyen et long terme du problème d’envasement. La présente étude portant un nombre d’échantillons importants de barrages et retenues collinaires de l’Afrique du Nord plus précisément de l’Algérie, de la Tunisie et du Maroc. La méthodologie adoptée est très variée et vise à identifier les facteurs explicatifs de l'envasement et de produire une relation régionale et ce, grâce à l’utilisation combinée des outils statistiques paramétriques et non paramétriques. Une analyse en composantes principales a été entamée qui a permis d’analyser les caractéristiques morphométriques générales des bassins et leurs impacts sur l’érosion hydrique. L’utilisation de réseaux neuronaux avait pour objectif de trouver une relation entre le taux d’abrasion et les différents paramètres, telles que les variables morpho-métriques, d’occupation du sol et hydro pluviométriques. Pour l’étude des réponses des bassins versants aux débits liquides et solides, on a eu recours à une modélisation statistique, afin de développer un modèle spécifique à chaque bassin versant, évaluer le volume des sédiments transportés et déterminer sa dégradation spécifique. Les débits solides et liquides évoluent en général suivant un modèle en puissance. . Enfin on a utilisé le Système d’information Géographique (SIG) qui nous a aidé à cartographier les zones vulnérables à l'érosion selon l’équation universelle de pertes de sol USLE. A la fin on a proposé quelques recommandations afin de limiter les conséquences de ce phénomène naturel.

AMÉLIORATION DES CARACTÉRISTIQUES DU BÉTON BITUMINEUX EMPLOYÉ POUR L'ETANCHEITE DES BARRAGES EN REMBLAI PAR LES POLYMÈRES ET LE FILLER

Les masques en béton bitumineux ont été historiquement une solution concrete pour constituer l'organe d'étanchéité des barrages en remblai et autres ouvrages hydrauliques. Les progrès continus dans la conception et la construction des masques de ce type nous ont conduits à procéder à une étude de ses caractéristiques. Le masque d’étanchéité en béton bitumineux du barrage Bouhanifia "Algérie" est appliqué sur le talus amont par l'intermédiaire d'une couche drainante de béton de ciment poreux. La stabilité du masque pouvant devenir précaire aux températures atteintes par insolation directe (70°C), il était indispensable de le recouvrir d'une protection thermique. Cette solution, sans doute parfaite, avait l'inconvénient d'être fort coûteuse. Cette recherche est divisée en 3(trois) parties : La première partie, et pour s'assurer que le béton bitumineux adopté (masque) ne risque pas de se déformer et de couler sous l'influence de température très élevée, nous avons étudié le comportement mécanique et physique du masque sous l’influence de température qui peut atteindre 70°c sans la couche de protection thermique. Cette expérience a permis de découvrir que l'échantillon a gardé sa forme initiale. Les résultats obtenus ont confirmé que le masque du barrage Bouhanifia peut résister à l’action de la température sans la nécessité de la protection thermique. La deuxième partie, et pour l'amélioration des caractéristiques du béton bitumineux, nous avons étudié les caractéristiques mécaniques et physiques du bitume et la stabilité sur le talus, pour ce faire, nous avons changé le pourcentage de filler dans le mélange. Les résultats ont montré que : L'amélioration du béton bitumineux avec des quantités convenables de filler fait baisser le volume des vides, rends le mélange plus dense et imperméable. Par contre, des quantités excessives du filler fait :- accroître notablement la demande en bitume en raison de la surface spécifique accrue, -diminuer le fluage, -augmenter les pourcentages d’imbibition et du gonflement. Dans la troisième partie, nous avons donné un aperçu sur l’amélioration des caractéristiques du béton bitumineux par les polymères.

Etude de l'aléa « rupture de barrage » correspond à la formation d'une onde de submersion, à l'origine d'une élévation brutale du niveau de l'eau à l'aval du barrage Hammam Grouz - Algérie

Une rupture de barrage entraîne la formation d’une onde de submersion se traduisant par une élévation brutale du niveau de l’eau à l’aval. Les causes de rupture des barrages peuvent être de différents ordres : techniques, naturelles et humaines. A la fin du mois d’Avril 2003, la Direction régionale de ANRH a été saisie d’une grosse émergence d’eau sur la rive droite de l’Oued Rhumel à 200m en aval de la digue du barrage de Hammam Grouz. Ces failles peuvent conduire à la déstabilisation de la digue. Ce phénomène nous a incités d’étudier l’éventuelle rupture du barrage Hammam Grouz, cette étude s'appuie sur une modélisation numérique des écoulements à l'aval du barrage en utilisant le logiciel Hec-Ras. Les résultats montrent que la majorité des ouvrages sera touchée d’un degré à un autre, des solutions ont été proposées pour minimiser les dégâts causés par cette rupture.

Analyse et Etude de L'effet d'une Variation des Principaux Paramètres Sur La Stabilité des Barrages en Terre

L’approche déterministe d’analyse de stabilité des pentes naturelle ou artificielles par les méthodes d'équilibre limite (LEM) en particulier la méthode modifiée de Bishop, est la plus utilisée pour évaluer la stabilité des barrages en remblai avec des ruptures circulaires. Dans cette étude, la méthode des plans d’expérience, en particulier la technique des plans composites centrés (CCD) a été liée avec la méthode modifiée de Bishop pour déterminer les effets d'une variation des principaux paramètres sur la stabilité des barrages en terre. Pour atteindre cet objectif, une équation de second ordre a été utilisé pour élaborer une fonction approximative du coefficient de sécurité Fs, dont les données d'entrée ont été fournies par l’analyses de stabilité des différents profils de barrages en terre homogènes et non homogènes (barrages avec à noyau central en argile). Les modèles proposés obtenus à partir de cette application représentent une plus grande précision de prédiction. L'étude de l'effet des paramètres géométriques et géotechniques sur le coefficient de sécurité des barrages homogènes montre qu’un effet positif de la cohésion c’ et l'angle de frottement φ', et un effet négatif de hauteur de la digue HB, densité sèche γd et densité saturée. Les résultats montrent que l'effet de la cohésion c 'dépend fortement de HB, et que l'effet de dépend de β. Pour les barrages non homogènes (barrages en remblai à noyau central argileux), les résultats obtenus montrent qu’un effet positif de la largeur moyenne du noyau argileux central et des paramètres géotechniques du remblai et du noyau argileux sur les facteurs de sécurité Fs. Utilisant le modèle développé, les résultats de l'optimisation de la largeur moyenne du noyau central en argile pour les profils théoriques et les cas réels des barrages de Khenchla et Msila exposent qu'une largeur moyenne optimale égale environ 1/3 de la hauteur du barrage avec un gradient admissible inférieur ou égale à 2 pour un coefficient de sécurité optimal égale 1.5 jusqu’à 1.7 pour un barrage en terre d’une hauteur supérieur à 15 m (HB > 15 m).

Conditions d’écoulement à l’aval d’un barrage en cas de rupture de la digue-application aux cas Algériens.

Dans ces dernières années, les agences gouvernementales et le public dans le monde entier sont devenus beaucoup plus conscients du fait que la rupture de barrage pouvait provoquer des inondations catastrophiques et que les barrages constituaient un danger potentiel, afin d’assurer davantage de sécurité, des normes, lois et recherches ont été établis afin non seulement de diminuer le risque de rupture, mais également l'évaluation des conséquences de la rupture des ouvrages. Le barrage des Zardezas est victime d’un état critique d’envasement estimé à environ 25 m au-dessus du fond initial de l’oued. Ce phénomène peut provoquer la rupture du barrage suscité. Une simulation numérique de l'onde d’une éventuelle de rupture du Barrage des Zardezas a été réalisée à l'aide des deux modèles numériques HEC-RAS et MIKE11. Des recommandations ont été dégagées sur le choix entre ces deux modèles numériques et sur les paramètres à introduire dans les simulations. Le système d’information géographique ArcGIS a été utilisé pour cartographier les résultats et pour analyser l’impact sur les zones touchées par l’inondation. Les résultats obtenus ont permis d’établir un plan particulier d’intervention en cas de catastrophe. L’objectif de ce plan est principalement d’expliquer au mieux le danger potentiel que le barrage constitue et de prévoir les démarches appropriées à entreprendre pour empêcher ou au moins diminuer les conséquences en cas de rupture du barrage des Zardezas.

Contribution au dimensionnement d’un réseau d’assainissement en tenant compte de l’aspect stationnaire et non stationnaire de l’écoulement.

Souvent, les concepteurs considèrent l’écoulement dans les réseaux d’assainissement comme permanent et uniforme, ce qui justifie et favorise l’utilisation de l’équation de Manning. Cette dernière a été pour longtemps un sujet d'intérêt particulier pour les chercheurs qui l'ont exprimé sous forme de graphes et/ou tableaux pour faciliter son application en pratique. Par ailleurs, plusieurs chercheurs ont identifié les erreurs, qui peuvent être important, et qui sont associées à l'utilisation des méthodes simplifiées. Ce travail vise à proposer une approche capable de donner, d'une manière simple et directe, les caractéristiques d'écoulement mieux que ceux des méthodes existantes. Pour cela on a proposé plusieurs approches. Le premier est semi-graphique où on présente des équations simplifiées associées à un graphe pour des fins pratiques. On a aussi proposé une nouvelle méthodologie de design basé sur le concept de rendement volumétrique et de circulation de l'écoulement pour mieux exploiter la conduite et pour améliorer son rendement. Finalement, on a présenté une nouvelle approche analytique basée sur la référenciassions à une conduite ayant des caractéristiques d'écoulement connus. Les résultats des approches proposées et ceux des méthodes existantes ont été comparés à ceux de l’équation de Manning. Les approches proposées sont simples, directs et donnent de meilleurs résultats.

Effet des caractéristiques géométriques, géotechniques et hydrauliques sur la stabilité des barrages en terre homogènes à court terme "fin de construction"

Le diagnostic et l’analyse de risques sont des missions essentielles pour assurer la sécurité des barrages pendant et en fin de construction. Pour réaliser ces tâches, des méthodes puissantes ont été développées et apportent une aide précieuse aux ingénieurs spécialisés : modèles physiques, calculs numériques, statistiques, fiabilité. En ce qui concerne l'analyse de stabilité, les méthodes numériques sont un complément utile voire nécessaire à des méthodes d'équilibre limite pour l'analyse de stabilité des ouvrages en terre. Ces méthodes apportent aux géotechniciens et aux experts des informations sur le développement de la rupture. Dans le présent travail nous avons fait un calcul numérique (analyse de stabilité) pour trois barrages en terre homogène. L'effet respectif des facteurs géométriques et géotechniques sur le coefficient de sécurité Fs des barrages en terre homogènes est présenté. De ce fait, ce travail consiste à établir des relations pour le calcul du coefficient de sécurité en fonction de la hauteur, de la pente, de la cohésion et l’angle de frottement en fin de construction sans passer par l’usage du logiciel ou le calcul manuel. Les ouvrages concernés sont les talus et plus précisément les talus des barrages. L’étude paramétrique montre l’effet des paramètres géométriques et des paramètres géotechniques sur les résultats. Pour atteindre l’objectif visé, le travail sera divisé en quatre (04) chapitre. Après des généralités sur les différents types de barrages, ce travail se compose de trois (03) autres chapitres : Tout d’abord, un aperçu sur la morphologie, description, causes et classification des glissements ainsi que les différentes méthodes de calcul du coefficient de sécurité. Deuxièmement, on présente les données prises en compte : paramètres géométriques et géotechniques et le logiciel utilisé. On a choisi le code d’équilibre limite « GEOSTAB », qui permet le passage d’un projet réel complexe au modèle numérique, et de faire l’étude paramétrique facilement et rapidement. Finalement, l’étude paramétrique, qui montre l’effet des paramètres géométriques et des paramètres géotechniques sur les résultats, on utilise la même coupe du projet, avec les mêmes données et on change chaque fois le paramètre à comparer. La comparaison est présentée sur des diagrammes pour chaque paramètre. En conclusion, les résultats obtenus nous permettent de proposer aux projeteurs diverses recommandations et perspectives. On peut donc expliquer les résultats très différents qui peuvent être obtenus pour un même projet par plusieurs utilisateurs, même d’un seul logiciel.

Effet du laminage des crues dans la retenus à travers diverses méthodes élaborées

On possède actuellement en Algérie des éléments suffisants pour apprécier avec une bonne approximation les débits de crue des bassins versants étendus, mais dans le cas de petits bassins versants, il est beaucoup plus délicat de procéder à une évaluation. D’une part on ne dispose généralement pas de mesures de débits pour pouvoir faire une étude très fine sur les crues et d’autre part les formules empiriques ou semi empiriques ainsi que beaucoup d’autres méthodes établies pour des grands bassins versants sont difficilement applicables aux petits bassins versants. On doit rappeler qu’il existe un grand nombre de méthodes hydrologiques qui conduisent à des résultats différents pour l’estimation des crues de même probabilité apparente. Le choix de la méthode doit être adapté aux caractéristiques climatiques et régionales et aux données disponibles. L’expression de crue de projet se rapporte généralement à l’hydrogramme de la crue estimée au site de l’ouvrage hydraulique, qui est pris en compte pour le calcul des dimensions des organes d’évacuation après laminage, l’effet du phénomène du laminage fait la problématique da la présente étude.

Etude de la rupture du barrage Ain dalia pour l’évaluation des conditions de sécurité de l’aménagement et des dangers potentiels en aval

Le nombre de barrages croissant et ceux-ci vieillissant, il est toujours plus important de se préoccuper de la sécurité de ces ouvrages et de la protection de la population potentiellement touchée par leur rupture. L'onde de submersion ainsi que l'inondation et les matériaux transportés, issus du barrage et de l'érosion intense de la vallée, peuvent occasionner des dommages considérables sur les hommes, sur les biens et sur l'environnement. Le but de ce travail est l'étude de l’impact de la rupture sur l'aval du barrage Ain Dalia situé prés de la ville de Souk-Ahras en Algérie. L'ingénierie assistée par ordinateur a permis la mise au point de méthodes de calcul et d'analyse plus complètes pour aider à ces évaluations et à l'établissement des mesures d'urgence locales. La simulation réalisée par le logiciel Hec-Ras nous a permis créer la carte de la zone à risque. Dans notre cas, les dégâts peuvent être seulement matériels si les autorités tiennent compte des recommandations présentées dans ce travail. En effet, la topographie de la vallée représente une bonne protection de la population de la ville de Souk-Ahras contre les effets d’une éventuelle rupture.

Comportement mécanique du masque du barrage Bouhnifia (Algèrie) en absence de la protection thermique

Le masque d’étanchéité en béton bitumineux du barrage Bouhnifia "Algérie"est appliqué sur le talus amont par l'intermédiaire d'une couche drainante de béton de ciment poreux. La stabilité du masque pouvant devenir précaire aux températures atteintes par insolation directe (65°C), il était indispensable de le recouvrir d'une protection thermique. Cette protection devait être obtenue avec une couche en béton appuyée sur le masque. Cette solution, sans doute parfaite, avait l'inconvénient d'être fort coûteuse. Pour s'assurer que le béton bitumineux adopté (masque) ne risque pas de se déformer et de couler sous l'influence d'une température très élevée qui peut atteindre 65 °C, nous avons placé un échantillon confectionné sur un parement incliné 1/1 (pente du barrage Bouhnifia) et maintenu pendant plus de 48 heures dans une étuve à la même température. Cette expérience a permis de déterminer que l'échantillon a gardé sa forme initiale. Les résultats obtenus ont confirmé que le masque du barrage Bouhnifia peut résister à l’action de la température sans la nécessité de la protection thermique.

Choix et conception de l’organe d’étanchéité des barrages en terre – El-Agrem Jijel

Le problème de l'étanchéité du massif se pose chaque fois que le calcul des infiltrations en superstructure indique des pertes inadmissibles. Ces pertes peuvent soit entraîner la ruine de l'ouvrage par formation de renard, soit encore, sans nuire à sa sécurité, être gênantes pour l'exploitation du barrage. Les moyens qu'offre la technique moderne pour se prémunir contre toute infiltration à travers le massif sont nombreux et lorsque nous examinons bien le problème nous s'apercevons qu'il existe toujours au moins une bonne solution qui assure l'étanchéité du massif. Pour le Barrage d'El Agrem, quatre solutions on été analysées : - Noyau argileux épais, - Masque étanche en béton bitumineux, - Noyau en béton bitumineux, - Parement en béton. Ces solutions ont été analysées selon les critères suivants : - Disponibilité des matériaux, - Difficultés de réalisations, - Coût, - Délais de réalisation. Sur le plan technique et économique, les masques en béton bitumineux restent les meilleurs organes d'étanchéité à réaliser, sont adaptés aux barrages en remblai et autres ouvrages hydrauliques, étant donné les qualités mécaniques et hydrauliques du matériau. Le problème majeur de ce type de masque est la maîtrise de la température maximale sur la surface due au rayonnement solaire. Le modèle de calcul développé est particulièrement intéressant pour l'évaluation de la température maximale sur la surface et à différentes profondeurs des masques et autres écrans en béton bitumineux.

Contribution à l’étude de l’influence des facteurs géométriques, géotechniques et hydrauliques sur la stabilité des barrages en terre homogènes à long terme

Le diagnostic et l’analyse de risques sont des missions essentielles pour assurer la sécurité des barrages en service. Pour réaliser ces tâches, des méthodes puissantes ont été développées et apportent une aide précieuse aux ingénieurs spécialisés : modèles physiques, calculs numériques, statistiques, fiabilité. Dans le présent travail nous avons fait un calcul numérique (analyse de stabilité) pour trois barrages en terre homogène, le travail consiste à démontrer l’effet des facteurs géométriques, géotechniques, et hydrauliques sur le coefficient de sécurité Fs. Après les applications effectuées par le logiciel « Geostab » sur le profil simplifié du corps du barrage, nous proposons diverses recommandations et perspectives à cette recherche.