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INSTITUT DES TECHNICIENS SPÉCIALISÉS EN GÉNIE RURAL ET TOPOGRAPHIE DE MEKNÈS CO

INSTITUT DES TECHNICIENS SPÉCIALISÉS EN GÉNIE RURAL ET TOPOGRAPHIE DE MEKNÈS COURS DE HYDRAULIQUE GÉNÉRALE Pour les élèves techniciens spécialisés en Gestion & Maîtrise de l 'Eau (1° Année) (Polycopié étudiant et professeur) M. ABDELLAH BENTALEB ANNÉE SCOLAIRE 2009 / 2010 (Édition Provisoire) INSTITUT DES TECHNICIENS SPÉCIALISÉS EN GÉNIE RURAL ETTOPOGRAPHIE DE MEKNÈS / M. ABDELLAH BENTALEB 1 FICHE DE PRÉSENTATION DU COURS DE HYDRAULIQUE GÉNÉRALE Enseignant : M. Abdellah BENTALEB. Niveau : BTS 1° année Volume horaire : 100 h 1. Objectif général : Initier l’apprenti à la notion des liquides et en particulier l’eau, leur écoulement, que ça soit sous pression ou à surface libre. Ainsi qu’une introduction aux appareils hydrauliques tels que (piézomètre, venturi, …) et aux machines hydrauliques telles que (pompes et turbines). 2. Situation d’apprentissage : Cours + photos (et vidéo) + TD + devoirs + tests + TP. 3. Documents et matériels didacticiels : polycopié + tableau (et feutres) + photos (et films) + situation réelle (TP). 4. Démarche pédagogique : Le cours au début (et mise à niveau) + (selon la situation) projection de photos (films) à discuter et finir avec les TP. 5. Évaluation : des exemples d’application pendant le cours et exercices de réflexion en fin de chapitre (+ devoir), test de contrôle par chapitre, contrôle final. 6. Documents et références bibliographiques : Internet, livres. 7. Recommandations et observations : le cours est à faire :  De préférence au début (ou en parallèle) avec d’autres cours techniques (Irrigation sous pression, gravitaire).  Et surtout avant de partir en stage. INSTITUT DES TECHNICIENS SPÉCIALISÉS EN GÉNIE RURAL ETTOPOGRAPHIE DE MEKNÈS / M. ABDELLAH BENTALEB 2 1 INTRODUCTION Jusqu'à présent, vous n'avez fait que l'étude des forces des systèmes matérialisés (Exemple : étude de billes, ...). C'est à dire: o Étude de la statique. o Étude de la dynamique du point matériel, et par la suite, des systèmes matériels. C'est d'une façon générale, l'étude de la mécanique. Dans ce cours, il sera étudié une mécanique un peu spéciale, C'est la mécanique des liquides en générale, et celle de l'eau en particulier. Ainsi, l'eau, et contrairement à un système matérialisé, n'a pas une forme fixe, mais remplit la forme qui lui est donnée. Par conséquent, l'étude de la mécanique des liquides (et de l'eau en particulier) se divise en deux grandes parties:  Étude mathématique.  Étude expérimentale. 1.1 ÉTUDE MATHÉMATIQUE En un premier lieu, il y a l'étude mathématique, qui fera la suite de ce que vous avez fait auparavant. Ainsi, cette étude se décompose-en : 1.1.1 HYDROSTATIQUE L'hydrostatique est l'étude des liquides en équilibre (repos). C'est le cas des études de la stabilité des barrages (et tout ouvrage hydraulique d'une façon générale), sous l'effet des masses d'eau exerçant d'énormes forces de pression. 1.1.2 HYDRODYNAMIQUE L'hydrodynamique est l'étude des écoulements des liquides en mouvement, elle se décompose-en: 1.1.2.1 HYDRODYNAMIQUE DES LIQUIDES PARFAITS Pour simplifier l'étude au début, il sera supposé que le liquide soit parfait. C'est à dire, que les forces résistantes (frottements, ...) soient nulles. Ainsi, cette première approche donnera une idée sur la théorie des écoulements. 1.1.2.2 HYDRODYNAMIQUE DES LIQUIDES RÉELS Une fois l'étude simplifiée sera faite, l'étude de l'hydrodynamique des liquides réels sera entamée, vu que rien n'est parfait. A ce niveau, les forces résistantes ne seront plus négligées, et très vite, l'étude deviendra trop complexe. C'est à dire, elle aboutira à un ensemble d'équations qui ne peuvent pas être résolues facilement. D'où, le recours plutôt à des études simplifiées, reposantes sur des expériences beaucoup plus que sur la théorie mathématique. INSTITUT DES TECHNICIENS SPÉCIALISÉS EN GÉNIE RURAL ETTOPOGRAPHIE DE MEKNÈS / M. ABDELLAH BENTALEB 3 1.2 ÉTUDE EXPÉRIMENTALE Vu la complexité de l'étude précédente (étude mathématique), les hydrauliciens sont obligés à la compléter par les études expérimentales. Cette science portera le nom de l’HYDRAULIQUE, et développera un ensemble de lois simples qui :  Remplacent la résolution des équations complexes de l'étude précédente (mathématiques).  Donnent un ensemble de formules empiriques (approchées et non mathématiques) aboutissant à des solutions simples, non exactes ; mais bien adaptées. Sur ce, le présent plan d'étude sera suivi pour étudier cette matière D'HYDRAULIQUE GÉNÉRALE en un volume horaire d'une centaine d'heures pour le cours, TD et TP. N.B: Ce cours sera complété par d’autres cours pour étudier:  Les écoulements souterrains (voir hydrogéologie)  Les turbines et pompes (voir machines hydrauliques) Pour mieux suivre ce cours, il faudra maitriser auparavant:  En cours de mathématiques o La dérivée et le calcul des erreurs. o Les intégrales et le calcul des surfaces. o Les formes géométriques et la trigonométrie. o Le calcul d'une moyenne de données, son écart type. o Le calcul de la régression linéaire (méthode des moindres carrés)  En cours de physique o Les systèmes des unités (S.I., ...) o La composition et décomposition des forces. o La loi fondamentale de la dynamique. o Les énergies (Potentielle, cinétique, ...) o L'équilibre d'un système matériel (en rotation)  En cours d’Excel (informatique) o Faire une feuille de calcul avec des formules et/ou des fonctions. o Résoudre une équation (ou inéquation): valeur cible. o Résoudre des équations (ou inéquations) à plusieurs variables: Solveur. o Tracer un graphe à partir d'une feuille de calcul. o Habiller un graphe. o Déterminer l'équation de la régression linéaire NOTA : Au cours du déroulement de ce cours, vous aurez à :  Faire des devoirs (surveillés et / ou non)  Passer des tests de connaissances  Rédiger le compte rendu des Travaux Pratiques  Passer les contrôles qui seront affichés régulièrement Et le tout sera compté pour la note finale. INSTITUT DES TECHNICIENS SPÉCIALISÉS EN GÉNIE RURAL ETTOPOGRAPHIE DE MEKNÈS / M. ABDELLAH BENTALEB 4 CHAPITRE VOLUME HORAIRE 1. INTRODUCTION 2 2. GÉNÉRALITÉS 4 3. HYDROSTATIQUE 8 4. CINÉMATIQUE DES LIQUIDES 4 5. HYDRODYNAMIQUE DES LIQUIDES PARFAITS. 8 6. HYDRODYNAMIQUE DES LIQUIDES RÉELS 16 7. ÉCOULEMENT EN CHARGE. 14 8. ÉCOULEMENT A SURFACE LIBRE. 15 9. RÉCAPITULATION. 2 10. TRAVAUX PRATIQUES. 20 CONTRÔLES 8 VOLUME HORAIRE TOTALE ≈100 Sur ce, le plan d’étude sera le suivant : INSTITUT DES TECHNICIENS SPÉCIALISÉS EN GÉNIE RURAL ETTOPOGRAPHIE DE MEKNÈS / M. ABDELLAH BENTALEB 5 2 GÉNÉRALITÉS 2.1 DÉFINITION Un fluide peut être considéré comme étant formé d'un grand nombre de particules matérielles, très petites et libres de se déplacer les unes par rapport aux autres. Un fluide est donc un milieu matériel continu, déformable, sans rigidité et qui peut s'écouler. Il en résulte que les liquides n’ont pas de forme propre, et ils se moulent à la forme du récipient qui les contient. Ainsi, et comme tout corps, les liquides ont un ensemble de propriétés qui les caractérisent: 2.2 EN HYDROSTATIQUE En hydrostatique, la force dominante est la force d’inertie (masse), qui se caractérise par le volume, et par la suite, on a:  La masse volumique.  Le poids spécifique.  La densité.  La pression. 2.2.1 MASSE VOLUMIQUE La masse volumique est la masse de l’unité de volume d’un corps donné, et qui se note par : V M Volume Masse RHO     Pour le cas de l’eau, on a en général, ≈1 tonne/m3 Équation aux dimensions : Masse * Long –3 ; Soit en S.I, on a : Kg/m3 dans le système international (S.I) Exemple : Calculer la masse volumique +/- Δd’un liquide de volume V = 5 l +/- 0.005 l et de masse M = 4 kg +/- 10 g 800 +/- 2.8 Kg/m3 ρ = Masse / Volume = 4 kg/5 L = 4 000 Kg/5 m3 = 800 Kg/m3 Pour les erreurs, le plus simple est de passer par le logarithme. Ln ρ = Ln (M / V) = Ln M – Ln V Et la différentielle sera dρ / ρ = dM / M - dV / V En incertitude, le signe n’est jamais connu, par suite, le signe plus l’emporte. Soit : Δρ / ρ = ΔM / M + ΔV / V = 10/4 000 + 0.005/5 = 0.35% Δρ = 0.35% * 800 = 2.8 Kg/m3 INSTITUT DES TECHNICIENS SPÉCIALISÉS EN GÉNIE RURAL ETTOPOGRAPHIE DE MEKNÈS / M. ABDELLAH BENTALEB 6 2.2.2 POIDS SPÉCIFIQUE Le poids spécifique est le poids de l’unité de volume d’un corps donné, et qui se note par : V P Volume Poids PSI     Le poids spécifique est relié à la masse volumique par : Ψ = g Avec : : Masse volumique en kg/m3, équation aux dimensions [M * L-3] g : Accélération en m/s/s, équation aux dimensions [L * T-2] Ψ : Poids spécifique en N/m3, équation aux dimensions [M * L-2 * T-2]. Pour le cas de l’eau, on a en général, Ψ ≈10 000 N/m3 Exemple : Calculer le poids spécifique d’un liquide de volume V = 5 l et de masse M = 10 Kg. On prend g = 10 S.I 20 000 N/m3 Il suffit d’appliquer tout simplement la formule : Ψ = P / V = Mg / uploads/Geographie/ cours-hydraulique-pdf.pdf