La formation d'une fosse d'érosion dans un bassin de dissipation : une conséquence de la cavitation ?

Formation of an erosion pit in a stilling basin: a consequence of cavitation?

Coyne et Bellier, Paris

Résumé

Dans un bassin recevant un jet en chute libre, se forme parfois une fosse d'érosion. L'article présente un modèle physique simple semi-quantitatif des effets de pression au fond du bassin, qui résultent de trois composantes : la pression statique (loi de débit de l'exutoire), la surpression dynamique moyenne (impact d'un jet stationnaire), la fluctuation autour de la valeur moyenne (turbulence). A partir de caractéristiques des pressions moyennes et fluctuantes tirées de la lillérature, le modèle donne analytiquement la profondeur minimale annulant le risque de cavitation sur le fond. Cette profondeur correspond, formellement et en ordre de grandeur, à la profondeur ultime d'érosion donnée par l'expression empirique classique de Véronèse. Le moteur physique de ce mécanisme étant l'effet des forces vives, le rôle de la dissipation d'énergie est discuté.

Abstract

An erosion pit may form in a basin into which freely falls a hydraulic jump. This paper describes a simple, semiquantitative physical model of the pressure effects at the bottom of the basin, resulting from three components : static pressure (tailwater-rating curve), average dynamic overpressure (impact of a stationary jump), and fluctuation around the mean value (turbulence). From the characteristics of the mean and fluctuating pressures taken from the literature, the model analytically gives the minimum depth eliminating the risk of cavitation on the bottom. Formally, and as an order of magnitude, this depth corresponds to the ultimate erosion depth given by Veronese's conventional empirical expression. As the physical motor of this mechanism is the effect of momentum, the role of energy dissipation is discussed.