Laboratoire d’Hydraulique et d’Hydro-morphologie (HHLab)

 

Le Laboratoire d’Hydraulique et d’Hydro-morphologie (HHLab) est une plate-forme expérimentale de 350 m² comprenant trois modèles physiques (construits et équipés entre 2013 et 2017). Cette plate-forme est dédiée à l’étude des processus associés aux écoulements en rivière et en milieu fortement anthropisé.

Il comprend :

dont les caractéristiques sont détaillées ci-après:

Caractéristiques techniques

Canal large Canal inclinable MURI
Longueur utile 18 m 18 m 5.4 m
Largeur 3 m 1 m 3.8 m
Profondeur 80 cm 80 cm 15 cm
Entrée 3 réservoirs d’alimentation indépendants 1 réservoir d’alimentation De 1 à 9 cuves d’alimentation
Débit maximal 300 L.s-1

(75 L.s-1  + 150 L.s-1  + 75 L.s-1)

150 L.s-1 50 L.s-1 réparti sur 1 à 9 entrées
Sortie 3 seuils minces réglables 1 seuil mince réglable De 1 à 9 cuves de sortie avec seuils réglables
Pente maximale 1/1000 5/100 5/100 en long et en travers

Alimentation en eau et en sédiments

Le canal large et le canal inclinable sont équipés d’un système d’alimentation avec trois différents modes d’utilisation :

  • Ils peuvent être alimentés en eau claire via une tour de régulation à charge constante. L’eau circule alors en circuit fermé via une cuve souterraine.
  • Ils peuvent être alimentés en eau chargée en sédiments en suspension (granulométrie < 1 mm) en circuit fermé également. La circulation s’effectuera dans ce cas via une cuve souterraine plus petite, équipée d’un agitateur pour homogénéiser la concentration en sédiments.
  • Enfin, il est possible, de travailler en circuit ouvert pour des sédiments plus grossiers. Les canaux sont alimentés en eau claire par la tour de régulation et en sédiments sec par une trémie. A la sortie, l’eau est dirigée vers une cuve souterraine où les sédiments se déposent, puis elle se déverse à nouveau vers la cuve d’eau claire.

Le schéma ci-dessous illustre ces trois modes d’utilisation.

Instrumentation

Plusieurs capteurs sont utilisés :

  • Mesure de hauteur d’eau par capteurs ultrasons,
  • Mesure de débit par débitmètre électromagnétique en entrée du canal,
  • Mesure de vitesse par vélocimètre acoustique Doppler (3 Vectrino Nortek & 1 vectrino profiler) , par PIV laser (imagerie de particules, système LA VISION) ou LS-PIV (vitesses de surface),
  • Mesure de la topographie du fond par scanner 2D (résolution submillimétrique, Scan Control 2900-100),
  • Prise d’images.

Sur chacune des installations, ces capteurs sont fixés sur un rail motorisé permettant leur déplacement.

Sujets de recherche

Ces installations sont mises à profit afin d’explorer plusieurs sujets de recherche dont les suivants :

Publications

Thèses – HdR

Articles

 

  1. MEJIA-MORALES, M. A., MIGNOT, E., PAQUIER, A., & PROUST, S. (2023). Laboratory investigation into the effect of the storage capacity of a city block on unsteady urban flood flows. Water Resources Research, 59, e2022WR032984. https://doi.org/10.1029/2022WR032984
  2. DEWALS, B.,  KITSIKOUDIS, V., MEJIA-MORALES, M.A., ARCHAMBEAU, P., MIGNOT, E., PROUST, S.,  ERPICUM, S., PIROTTON, M., and PAQUIER, A. (2023). Can the 2D shallow water equations model flow intrusion into buildings during urban floods? Journal of Hydrology: 129231. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2023.129231
  3. PROUST, S., C. BERNI and V. NIKORA – 2022. « Shallow mixing layers over hydraulically smooth bottom in a tilted open channel. » Journal of Fluid Mechanics, Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/jfm.2022.818
  4.  KADDI, Y., CIERCO, FX., FAURE, JB., PROUST, S. – 2022. New Developments in a 1D+ ISM Model for Operational Purposes. In: Gourbesville, P., Caignaert, G. (eds) Advances in Hydroinformatics. Springer Water. Springer, Singapore.  https://doi.org/10.1007/978-981-19-1600-7_5
  5. VERGNE, A., BERNI, C., LE COZ, J., TENCE, F. – 2022. Acoustic backscatter and attenuation due to river fine sediments: experimental evaluation of models and inversion methods, Water Resources Research, 57, e2021WR029589. https://doi.org/10.1029/2021WR029589
  6. CHATELAIN, M., PROUST, S. – 2021 – Open-channel flows through emergent rigid vegetation: effects of bed roughness and shallowness on the flow structure and surface waves. » Physics of fluids 33(10). doi: 10.1063/5.0063288

  7. MEJIA-MORALES, M.A., MIGNOT, E., PAQUIER, A., SIGAUD, D., PROUST, S. – 2021. Impact of the porosity of an urban block on the flood risk assessment: a laboratory experiment. Journal of Hydrology.https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2021.126715

  8.  CHIBANE, T.,  PAQUIER, A., BENMAMAR, S.  – 2021. Experimental study of the flow patterns in a street during drainage or overflow to or from drains.  Urban Water Journal. DOI: 10.1080/1573062X.2021.1913612
  9.  OUKACINE, M.,  PROUST, S., LARRARTE, F., GOUTAL, N. – 2021. Experimental flows through an array of emerged or slightly submerged square cylinders over a rough bed. Scientific Data , Nature Publishing Group, 8 (1), 10.1038/s41597-020-00791-w.
  10.  CHATELAIN, M., PROUST, S. – 2020.  Non-uniform flows in a compound open-channel: assessment of a hybrid RANS-LES approach. Water Resources Research, vol. 56, e2020WR027054.  doi:10.1029/2020WR027054
  11. PROUST, S., NIKORA, V.I. – 2020.  Compound open-channel flows: Effects of transverse currents on the flow structure. Journal of Fluid Mechanics, 885, A24. doi:10.1017/jfm.2019.973
  12. CHETIBI, M., PROUST, S., BENMAMAR, S. – 2020. Transverse surface waves in steady uniform and non-uniform flows through emergent and weakly submerged square cylinders. Journal of Hydraulic Research, vol. 58, n°4. DOI: 10.1080/00221686.2019.1647885 
  13. PERRET, E., BERNI, C., CAMENEN, B. – 2020. How does the bed surface impact low-magnitude bedload transport over gravel-bed rivers? Earth Surface Processes & Landform. doi: 10.1002/esp.4792
  14. CHIBANE, T., PAQUIER, A., BENMAMAR, S. (2018)  – Coupled 1D/2D Hydraulic Simulation of the Model Muri. In: Gourbesville P., Cunge J., Caignaert G. (eds) Advances in Hydroinformatics. Springer Water. Springer, Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-10-7218-5_46
  15. PERRET, E., BERNI, C., CAMENEN, B., HERRERO, A., EL KADI ABDERREZZAK, K. – 2018. Transport of moderately sorted gravel at low bed shear stresses: The role of fine sediment infiltration. Earth Surface Processes and Landforms, vol. 43, n° 7, p. 1416-1430  
  16. BERNI, C., PERRET, E., CAMENEN, B. – 2018. Characteristic time of sediment transport decrease in static armour formation. Geomorphology, vol. 317, p. 1-9  
  17. PROUST, S., FERNANDES, J.N., LEAL, J.B., RIVIERE, N., PELTIER, Y. – 2017. Mixing layer and coherent structures in compound channel flows: effects of transverse flow, velocity ratio and vertical confinement . Water Resources Research, vol. 53, n° 4, p. 3387-3406.
  18. DUPUIS, V., PROUST, S., BERNI, C., PAQUIER, A. – 2017. Compound channel flow with a longitudinal transition in hydraulic roughness over the floodplains. Environmental Fluid Mechanics, vol. 17, n° 5, p. 903-928  
  19. DUPUIS, V., PROUST, S., BERNI, C., PAQUIER, A. – 2017. Mixing layer development in compound channel flows with submerged and emergent rigid vegetation over the floodplains. Experiments in Fluids, vol. 58, n° 30, 18 p.
  20. HERRERO, A., BERNI, C. – 2016. Sand infiltration into a gravel bed: a mathematical model. Water Resources Research, vol. 52, 14 p.  
  21. DUPUIS, V., PROUST, S., BERNI, C., PAQUIER, A. – 2016. Combined effects of bed friction and emergent cylinder drag in open channel flow. Environmental Fluid Mechanics, vol. 16, n° 6, p. 1173-1193

 

Données

  1. Mejía-Morales, Miguel Angel; Mignot, Emmanuel; Paquier, André; Proust, Sébastien, 2023, « Data set of a laboratory experiment on the impact of the conveyance porosity of an urban block on the flood risk assessment », https://doi.org/10.57745/UJOCJ8, Recherche Data Gouv, V1, UNF:6:Md2Yh9DNuCDyRl3U3kNGCw==
  2. Mejía-Morales, Miguel Angel; Mignot, Emmanuel; Paquier, André; Proust, Sébastien, 2022, « Dataset of a laboratory experiment on the effect of the storage capacity of a city block on unsteady urban floodwaters », https://doi.org/10.57745/BFHGO3, Recherche Data Gouv, V1, UNF:6:lih4BgXngcms3ZjPvaJy3A==
  3. PROUST, SEBASTIEN; BERNI, CELINE; NIKORA, VLADIMIR, 2022, « Dataset of a laboratory experiment on shallow mixing layers over smooth bed in a tilted open channel », https://doi.org/10.57745/EQURJN, Recherche Data Gouv, V1, UNF:6:fSznfN4puOs6wLlsjq5baA==

Canal large

Caractéristiques Le canal large à pente fixe (1.1/1000) est utilisé, selon la problématique étudiée : en configuration de lit composé (lit mineur central + deux plaines d’inondation contigües), 18 m x 3 m ou de lit simple (section rectangulaire), 18 m x 1 m Il est alimenté à l’amont par trois réservoirs indépendants de 1 m …

Canal à pente variable

Caractéristiques Le canal à pente variable (18m de long 1 m de large, pente variable de 0 à 5%)  peut être alimenté en eau claire (débit maximum de 150 L/s) ou en eau chargée (pour des sédiments inférieurs à 1mm, débit maximum de 110 L/s). Il dispose de plus d’une trémie pour alimenter le canal …

Maquette Urbaine pour l’étude des Risques d’Inondation (MURI)

Caractéristiques Le Modèle Urbain pour l’Étude du Risque d’Inondation (MURI) a été construit en 2017. C’est une plate-forme de 5.4 m x 3.8 m qui peut s’incliner de 0 to 5% dans les directions longitudinale et transversale. Elle est alimentée en eau par 3 cuves de tranquillisation amont, et est également équipé de 3 cuves …