Modélisations physique et numérique 3D pour l’évaluation de la débitance et le design des évacuateurs de crue

Physical and 3D numerical modelling of spillways discharge capacity and design

¹ EDF R&D; 6 quai Watier, BP 49, 78 401 Chatou Cedex, France
email : marilyne.luck@edf.fr, namane.mechitoua@edf.fr, damien.violeau@edf.fr
² Laboratoire d’Hydraulique Saint-Venant, Université Paris-Est (Unité de recherche commune EDF R&D;, CETMEF, Ecole des Ponts Paris Tech) 6 quai Watier, BP 49, 78 401 Chatou Cedex, France
³ EDF CIH – Département Génie Civil. Savoie Technolac 73 393 Le Bourget du Lac, France.
email : frederic.laugier@edf.fr, benoit-externe.blancher@edf.fr, eric.valette@edf.fr, gregory.guyot@edf.fr

Résumé

L’étude de la débitance et le design des évacuateurs de crue sont aujourd’hui essentiellement réalisés par le biais de modèles physiques à échelle réduite, du fait des géométries souvent complexes et de la variété de phénomènes physiques entrant en jeu. Des techniques numériques efficaces se sont cependant significativement développées depuis une ou deux décennies, et l’augmentation des puissances de calcul en font aujourd’hui de bons candidats pour venir compléter la modélisation physique.

Depuis plusieurs années, EDF s’est lancé dans une démarche d’analyse de la pertinence d’une part des codes NEPTUNE_CFD et SPARTACUS-3D développés en interne à EDF R&D;, d’autre part du logiciel FLOW-3D® récemment acquis par EDF-CIH, en particulier vis-à-vis d’une application au dimensionnement des évacuateurs de crue. Cet article présente les résultats issus des premières applications de ces outils numériques à des cas concrets, pour lesquels nous disposons de mesures réalisées sur modèles réduits.

Nous constatons une bonne aptitude de ces logiciels à reproduire qualitativement les écoulements à surface libre complexe, ce qui nous permet d’envisager la modélisation numérique 3D comme outil complémentaire de la modélisation physique pour la problématique de débitance des évacuateurs de crue, par exemple pour la réalisation des premiers tests de design, pour l’aide à l’exploitation des modèles réduits ou/et pour l’enrichissement des résultats d’essais menés sur modèles réduits.

Abstract

Design of spillways are mainly studied through physical modelling, due to complex geometries and encountered physical phenomena. Nevertheless, efficient numerical techniques have been developed since one or two decades, and become today suitable to complement physical modeling, thanks to the progress of high-performance computers.

Since several years, studies are done at EDF to analyze the relevance of NEPTUNE_CFD and SPARTACUS-3D softwares (developed at EDF R&D;) and of FLOW-3D® software (recently acquired by EDF-CIH), more precisely regarding their application to the design of spillways. This article presents results from first applications of these numerical tools to real configurations, for which measurements from physical models are available.

Qualitative comparisons show good performances of these softwares. 3D numerical models could then be used to complete physical modeling, through pre-design tests, aid to exploitation or/and data enrichment.