Département Hydraulique - Mécanique des fluides

3ème année

Options Sciences de l'eau et de l'environnement

 

  Matières enseignées

 


Hydrologie I : Hydrologie physique et opérationnelle

Cours : 24h

Ce cours d'hydrologie générale pour l'ingénieur traite essentiellement de problèmes d'hydrologie de surface et d'hydrologie des bassins versants , en mettant l'accent sur les modèles physiques des phénomènes mais sans négliger les approches statistiques des mêmes phénomènes. Les thèmes suivants sont abordés : aspects physiques du cycle de l'eau (évaporation, précipitations, infiltration, ruissellement, et écoulements en rivières) ; caractéristiques morphologiques et topographiques des bassins versants et des réseaux hydrographiques ; modélisation hydrologique des bassins versants (relation pluies-débits, fonctions de transferts et méthode(s) d'hydrogramme unitaire) ; propagation de crues ; analyses statistiques de séries chronologiques et de données des réseaux hydro-météorologiques ; analyse statistique multivariée et corrélations croisées ; critique de données (pluies, débits) ; prévision de crues et estimation de crues de projet : applications. La plupart des thèmes sont abordés à travers des cas réels traités en "Etudes Hydrologiques".

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Hydrologie II : Hydraulique des nappes souterraines

Cours : 22h

Ce cours traite des systèmes d'écoulements souterrains, naturels ou induits par l'homme, en relation avec les autres processus hydrologiques.

On suppose acquises les notions de base concernant les phénomènes d'écoulements et transports multiphasiques en milieux poreux, et en particulier les modèles basés sur la loi de Darcy. On développe alors les équations et les conditions d'interfaces spécifiques à certaines classes d'écoulements souterrains. On traite ensuite les applications suivantes : (1) Ecoulements naturels de nappes souterraines et couplages hydrologiques : circulations souterraines régionales ; interactions nappes-rivières ; infiltration et recharge de nappes ; problème du coin salé (eau douce-eau saumâtre) ; (2) Pompages, groupes de puits, gestion et exploitation des ressources en eaux souterraines ; tests de pompage et de traçage, contamination souterraine et remédiation ; (3) Infiltrations et écoulements à travers et autour de digues en terre et autres ouvrages ; problèmes de drainage ; et problèmes couplés d'infiltration-ruissellement sur des pentes.

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Hydrologie III : Hydrologie stochastique et prévisionnelle

Cours : 18h

Ce cours développe une approche probabiliste des processus hydrologiques de surface à partir de la théorie des fonctions aléatoires (stationnaires et autres). Les méthodes d'analyse statistique plus classiques ont été présentées dans le cours "HYDROLOGIE I". On introduit ici une approche statistique plus générale, basée sur la modélisation stochastique des phénomènes hydrologiques spatio-temporels (pluies, débits, hauteurs d'eau...). L'objectif du cours est de développer les principaux concepts et outils mathématiques dans le cadre des applications à l'hydrologie, et de traiter quelques problèmes représentatifs tels que :

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Hydrodynamique marine

Cours : 20h

Ce cours est une introduction aux quatre thèmes suivants :

Plutôt que d'essayer d'être exhaustif dans la présentation des techniques de l'ingénieur spécialisé dans ce domaine, le cours a pour objectif de donner les bases théoriques nécessaires pour lire et comprendre les ouvrages traitant de ce sujet : relations de dispersion, réfraction, diffraction, fonctions de Green, méthodes des singularités, etc. Ces outils sont présentés à travers leurs applications physiques. Un bureau d'étude sur un thème particulier permet d'illustrer et de motiver la compréhension de ces concepts théoriques.

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Transport solide en rivières et canaux découverts

Cours : 22h - Conférences : 2h

Les différents modes de transport solides-liquides et les modèles classiques sont présentés à travers des applications concrètes. Pour les matières en suspension (MES), des exemples mettent en évidence l'importance de ce phénomène en milieu naturel (envasement des retenues, rejets des eaux pluviales urbaines, etc...) et dans les chaînes de traitement de l'eau (bassin d'orages).

Pour le transport par charriage, les différentes lois habituellement utilisées sont évoquées et mises en oeuvre dans des cas simples, en insistant sur les limites d'application des modèles proposés.

Dans une approche plus globale (et empirique), les règles qui dictent les évolutions du lit des cours d'eau sont également abordées. La métrologie, les modèles physiques, font l'objet de conférences spécialisées.

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L'eau en milieu urbain

Cours : 22h

Cet enseignement consacré aux cycles de l'eau en milieu urbain traite successivement de l'eau potable, d'assainissement et de la modélisation du transfert des eaux pluviales du bassin versant à l'exutoire. L'évaluation des besoins en eau, le calcul des réseaux de distribution, sont accompagnés de travaux dirigés sur des logiciels aimablement fournis par le secteur industriel concerné. L'étude des schémas d'assainissement fait une large part aux techniques modernes, aux méthodes de contrôle... Enfin, les principales approches de la modélisation des divers processus urbains communément identifiés (pluie, ruissellement,...) font l'objet des dernières conférences. Ce cours est dispensé majoritairement par des intervenants extérieurs à l'école.

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Traitement des eaux potables et assainissement

Cours : 24h - TD : 4h

Les technologies de traitement des eaux potables et d'épuration des eaux usées sont conditionnées par le respect des normes européennes. Les procédés actuellement utilisés, les bases théoriques des traitements physico-chimiques et biologiques sont étudiés. Une attention particulière est portée sur les nouveaux procédés comme les techniques à membrane, la dénitrification,...

Traitement de l'eau potable (1) Traitements classiques : . Coagulation floculation . Décantation . Filtration . Désinfection . Adsorption . Stabilisation de l'eau (2) Dessalement des eaux saumâtres et des eaux de mer (3) Nouveaux traitements : . Techniques à membrane . Nitrification, dénitrification Assainissement Pourquoi épurer ? Caractérisation des effluents urbains - Pré-traitement (dégrillage, tamisage,...) - Traitement primaire (décantation, déshuilage) - Traitement secondaire : la croissance des micro-organismes, théorie des boues activées, les différents procédés (boues activées, lits bactériens) Traitement des boues - Epaississement - Digestion aérobie et anaérobie des boues - Déshydratation : . mécanique - épandage - filtration - décantation centrifuge . incinération - Utilisation agricole

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Dynamique des fluides géophysiques

Cours : 20h

- Eléments de physique atmosphérique et océanique - Equations de base des géofluides - Approximations de Boussinesq - Propriétés thermodynamiques - Solutions linéarisées : ondes de gravité dans les fluides géophysiques - Introduction à la turbulence des géofluides - Approches statistiques - Modèles phénoménologiques à fermeture au point - Applications : Courants géostrophiques - Couches de surface atmosphérique, océaniques - Dynamique des interfaces de densité.

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Hydrosystèmes continentaux et littoraux

Cours : 16h

En aval du cours de Dynamique des fluides géophysiques, cet enseignement traite des problèmes de modélisation des systèmes aquatiques continentaux et littoraux : sont abordés les processus de transfert turbulent des quantités de mouvement, d'énergie et des constituants dissous ou particulaires, les effets de stratification thermo-haline, la modélisation des cinétiques bio-physico-chimiques qui contrôlent les processus d'eutrophisation. L'enseignement s'appuie sur des exemples réels qui font aussi l'objet de projets conduits par des groupes d'élèves-ingénieurs.

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Mécanique des sols

Cours : 20h - TD : 10h

Identification des sols fins et sols grenus, paramètres caractéristiques. Mécanique des milieux continus appliquée aux sols (cercles de Mohr, calcul des contraintes dans le sol, essais de comportement). Hydraulique des sols : loi de Darcy, réseaux d'écoulement, forces d'écoulement. Tarements et consolidations, théorie de Terzaghi. La résistance au cisaillement des sols fins et sols grenus. Poussée et butée des terres, application aux ouvrages de soutènement. Les fondations superficielles : pression admissible, modalités pratiques. Les essais in situ en géotechnique. Les fondations profondes : force limite d'un pieu, frottement négatif, modalités pratiques. Stabilité des pentes, méthodes des tranches, hypothèses de Fellenis, de Bishop, confortement des glissements. Les Ouvrages en terre : compactage et contrôle.

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Transferts de polluants dans les sols et formations souterraines

Cours : 8h - TD : 2h

Le cours proposé présentera un certain nombre d'outils d'analyse et de modélisation des transferts de polluants dans les sols et formations souterraines en se basant sur les concepts et méthodes de l'approche du continu des milieux poreux. Descriptions qualitatives et identifications des principaux processus de transport pour trois exemples : - Stockage profond de déchets Approche du continu des milieux poreux. Loi de Darcy. Diffusion et dispersion en milieu saturé : - Approche du continu des milieux poreux - Rappel sur la loi de Darcy. Notion de milieux poreux homogènes, hétérogènes, isotropes, anisotropes. - Diffusion en milieux poreux. Dispersion de Taylor dans un tube. Dispersion en milieux poreux. Transferts dans la zone non saturée des sols. Cas d'un produit réactif : - Capillarité et courbes de pression capillaire - Equation de conservation. Equations du mouvement pour l'eau et l'air. Notion de perméabilités relatives. Problème posé par la résolution des équations. - Equation de transport d'un contaminant passif au sein de la phase liquide dans la zone non saturée. Cas d'un produit réactif (exemple des nitrates ou d'un pesticide).

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Les ouvrages hydrauliques

Cours : 16 - TD : 4h

L'ingénierie des ouvrages hydrauliques demeure très dynamique en France et dans le monde. Ses orientations modernes portent autant sur la conception et la réalisation d'aménagements neufs que sur l'expertise et la maintenance d'ouvrages en exploitation (importance des aspects pathologiques dus au vieillissement et aux diverses sollicitations des structures).

Cet enseignement s'appuie d'une part sur les connaissances acquises dans d'autres modules hydraulique, hydrologie, hydraulique souterraine, hydraulique fluviale, mécanique des sols et résistance des matériaux :

et d'autre part sur des apports propres spécifiques au domaine étudié : géologie, hydrogéologie, mécanique des roches, calcul sismique, hydrobiologie et matériaux de construction (béton surtout).

Ces enseignements seront abordés de façon pragmatique au travers d'exemples concrets.

Parmi les ouvrages étudiés, les barrages occupent une large place complétée par un aperçu sur les galeries hydrauliques, les canaux et les digues.

Un contrôle des connaissances portera sur l'acquisition d'apports spécifiques dans les domaines évoqués plus hauts.

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Météorologie

Cours : 12h

Cet enseignement constitue une introduction à la météorologie dynamique. Il consiste en une présentation de l'atmosphère, des masses d'air et de leurs mouvements : - mouvements géostrophiques - stabilité des masses d'air - étude des perturbations, notion de fronts. Les phénomènes rencontrés sont abordés comme autant d'applications de la thermodynamique et de la mécanique des fluides en situation environnementale, par la recherche d'échelles caractéristiques et l'explication qualitative des mouvements.

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Hydrométrie

Cours 6h - TD : 4h - TP : 4h - Visite : 2h

Le cours d'Hydrométrie traitera :

- des stations de jaugeage - de la mesure de débits par estimation du champ des vitesses et par la méthode de dilution - du calcul de débits à partir du limnigramme et de la courbe de tarage - des réseaux hydrométriques, de l'organisation et du fonctionnement d'un service hydrométrique. Il s'accompagnera de manipulations de matériel sur le terrain et de visites commentées de services hydrométriques.

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Impact des aménagements hydrauliques sur l'environnement et traitement des déchets

Cours : 16h

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Aspects juridiques

Cours : 18h

Ce programme s'articule autour des thèmes suivants : - Introduction générale - Acteurs de la gestion de l'eau - Régime juridique de l'eau - Usages de l'eau et travaux hydrauliques - Protection de la qualité de l'eau . L'alternance de l'approche strictement juridique et du point de vue de l'Ingénieur, a pour objet de présenter les notions de droit essentielles et de montrer comment la norme juridique intervient dans les processus de décisions. Les formations et préoccupations différentes des divers intervenants contribuent à élargir le champ de ces conférences.

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Construction des ouvrages hydrauliques

Cours : 16h - TD : 4h

Ce cours qui développe l'application de disciplines diverses (géologie, hydrologie, hydraulique, mécanique des sols, mécanique des roches, calcul par éléments finis, résistance des matériaux, béton, béton armé,...) au calcul et à la construction d'un type d'ouvrage complexe et toujours délicat, est susceptible d'intéresser de futurs ingénieurs, dont la fonction générale est essentiellement de faire la collecte et la synthèse de données souvent imprécises et incomplètes, et, malgré cela et les limites des méthodes de calcul, d'arrêter le détail d'un projet d'ouvrage et de le réaliser dans des conditions alliant sécurité et économie. Son ambition est de permettre aux futurs ingénieurs, de participer utilement à l'établissement et à la réalisation de projets, moyennant bien entendu des approfondissements ultérieurs ou, au minimum, d'en comprendre les dispositions prises et leur raison d'être en vue de leur intégration dans des programmes d'aménagement des eaux. Il comporte l'exposé des méthodes de calcul et des dispositions constructives des différents types de barrage (poids, poids précontraint, poids évidé, barrage mobile, voûte, barrage à contreforts, en enrochements et en terre), ainsi que des principales dispositions et méthodes en matière d'organes annexes, de fondations, d'auscultation et d'entretien.

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Projet industriel ou bureau d'étude interdisciplinaire (B.E.I.)

TD : 36h

Le projet industriel de l'option Sciences de l'Eau et Environnement, aussi appelé "Bureau d'Etude Interdisciplinaire" (B.E.I.), a pour objectif de réinvestir la plupart des enseignements de la filière au travers d'un projet individuel s'étalant pendant les deux trimestres de la scolarité. Le choix et la définition des ces projets est laissé à l'initiative des binômes et doit respecter un certain nombre de contraintes thématiques et organisationnelles. En particulier, des projets de groupe, regroupant de trois à quatre binômes, doivent intégrer et fédérer les projets de binômes. A chaque groupe est laissé l'initiative d'inviter un intervenant extérieur expert du projet choisi. La présentation du travail des groupes et binômes utilise un support informatique gérant des fichiers hyper-texte (Netscape et html) afin de créer une véritable dynamique de groupe tout au long de l'enseignement.

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Dernière mise à jour le 19/11/1998 - webmaster
Renseignements sur la scolarité - 2e cycle et mastères - 3e cycle
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