Hydraulics of river ice

L'hydraulique du transport des glaces en rivière

River and Harbour Laboratory at the Technical University of Norway (Klaebuveien 153, Trondheim).

Résumé

La première partie du rapport décrit l'écoulement général à deux phases de grains de matériaux solides flottants, transportés par un écoulement à surface libre. Nous examinons le mode de transport, par un courant d'eau de densité ρ, de matériaux solides légers de densité ρs < ρ, et nous le confrontons avec le transport, mieux connu, de matériaux solides de densité ρs > ρ, Nous avons pu déterminer une analogie complète pour la répartition des grains en suspension en fonction de la concentration, essentiellement parce que, du fait de la composante de turbulence verticale, l'écoulement constitutif correspondant présente la même condition aux limites tant au fond qu'à la surface libre. Il n'y a aucun "charriage de surface" analogue au charriage de fond, parce que le fond est au repos, alors que la surface libre est animée d'une vitesse moyenne. La deuxième partie du rapport examine la validité du modèle théorique pour la représentation des matériaux solides flottants dans les rivières, et en particulier pour l'étude du charriage de glace du genre de celui représenté sur les figures 4 et 5. La troisième partie du rapport traite de l'étude sur modèle du barrage de dérivation de Burfell sur la rivière Thjorsà en Islande, dont l'abondance des glaces lui confère une certaine renommée (fig. 22). Le modèle fut réalisé au Laboratoire d'Etudes Fluviales et Portuaires de l'Université Technique de Norvège à Trondheim; il est représenté sur la figure 12. La glace fondante naturelle passive y a été représentée avec réalisme à l'aide de copeaux de polyéthylène, et le modèle a fourni de nombreuses indications fort utiles pour le calcul des ouvrages exposés au passage de cette glace du type le plus courant par le barrage. Cependant, alors que la glace flottante représente la phase solide la plus importante de l'écoulement, par contre, elle n'est pas la seule phase solide : en effet, la rivière transporte également un certain volume de limon, de sable et de gravier d'origine volcanique. La dérivation de Burfell a pour objet la soustraction de la seule phase fluide de l'écoulement à phases multiples dans la Thjorsà. On laisse d'abord les phases légères se concentrer il la surface libre, et les phases relativement lourdes an fond, dans un bassin de décantation créé d'une part par un barrage de faible hauteur à travers la rivière, et d'autre part par un approfondissement localisé du lit de la rivière (fig. 19). Ensuite, on dérive les couches intermédiaires de l'écoulement, et on fait passer les couches superficielles, et du fond, par le barrage. Les couches du fond sont retenues au "rez de chaussée" de la prise à trois étages dont la section transversale est représentée sur la figure 20 et les photos des figures 15 et 18. Le débit de la centrale est dérivé au "premier étage" de l'ouvrage, et les couches superficielles sont retenues à l'étage supérieur. L'ensemble de cet ouvrage de prise correspond à une combinaison de trois ouvrages hydrauliques classiques, ni plus ni moins: le "rez de chaussée" est un piège à matériaux, le "premier étage" est une prise noyée, et l'étage supérieur est un déversoir latéral (chéneau de prélèvement). Un autre élément peu habituel de l'ensemble (bien que non sans précédent) est représenté par la jetée, enracinée au barrage et dont l'alignement est parallèle à la prise (fig. 14). Elle a pour objet de réduire les charges dynamiques créées par la composante d'écoulement normale à la prise, lorsque le chèneau de prélèvement est hors de fonctionnement. La présence de telles pressions à la prise gênerait le passage de la glace par les évacuateurs du barrage mobile. L'ouvrage de dérivation de Burfell est actuellement en cours de réalisation par des entreprises islandaises, danoises, et suédoises, travaillant en collaboration. L'ingénieur-conseil est la Harza Engineering International (Chicago), et le maître d'oeuvre est le Landsvirkjunn (Islande).