Divers modèles
Modèles en hydraulique maritime

2.1 Rappel des lois de similitude

Il y a lieu tout d’abord de rappeler que les modèles réduits physiques hydrauliques doivent satisfaire à une similitude géométrique et à une similitude cinématique et dynamique. En effet, le but de tels modèles est de reproduire des mouvements de l’eau et son action sur des obstacles (ouvrages, fonds, etc.).

Sans entrer dans le détail, rappelons que les mouvements d’un fluide réel à surface libre sont le résultat de l’action des forces de gravité et des forces de frottement dues à la viscosité. Les premières sont respectées sur le modèle si les échelles adoptées permettent de conserver le nombre de Froude où V est la vitesse de l’écoulement, g l’accélération de la pesanteur et h la profondeur d’eau.

La reproduction en similitude des forces de viscosité suppose l’invariance du nombre de Reynolds Re = VD / υ, V étant la vitesse, D une longueur caractéristique (la hauteur d’eau généralement) et υ la viscosité cinématique de l’eau.

Théoriquement, l’emploi du même liquide sur le modèle que dans la nature rend impossible le respect simultané de ces deux lois de similitude. Fort heureusement, dans la plupart des cas d’écoulements à surface libre, les forces de pesanteur sont prépondérantes, et dans la nature les écoulements sont turbulents. Il suffit, dans ce cas, que le nombre de Reynolds sur le modèle soit supérieur à une valeur critique correspondant au passage de l’écoulement laminaire à l’écoulement turbulent. Autrement dit, la similitude de Froude est en général possible, la similitude de Reynolds n’intervenant que pour fixer des limites inférieures aux échelles de réduction.

Dans certaines études, la nécessité de reproduire de grandes superficies conduit à réduire de façon relativement importante les dimensions en plan (échelle en plan comprise le plus souvent entre le 1/150^e et 1/ 400^e). Pour satisfaire la condition de Reynolds, les hauteurs sont moins réduites (entre le 1/ 70^e et le 1/120^e), le modèle est alors distordu. Dans le cas de modèle de houle, les modèles sédimentologiques notamment 2.7.2...