Perte de charge d'un écoulement uniforme
Analyse dimensionnelle
On détermine la perte de charge à partir de l'analyse dimensionnelle, en supposant que la relation est un produit de puissance :
où est une constante adimensionnelle. La relation dimensionnelle s'écrit :
ce qui donne :
En régime uniforme, , et :
Formule de Chézy
Cette expression, développée par l'ingénieur français Antoine Chézy en 1769 (Chow, 1959), fait le lien entre l'hydrodynamique — à travers la vitesse moyenne de l'écoulement — et les caractéristiques géométriques du canal : son rayon hydraulique et sa pente . Elle provient directement de l'analyse dimensionnelle précédente :
est un coefficient, appelé coefficient de Chézy, devant être déterminé par l'expérience. Plusieurs auteurs ont proposé des quantifications de , parmi lesquels Kutter, Bazin, Manning-Strickler, etc. (Chow, 1959).
Formules de Bazin et de Kutter
Ces relations ne sont valables qu'en régime turbulent rugueux. et dépendent de la rugosité des parois et sont donnés par les tableaux suivants.
Coefficient (Bazin)
| N° | Caractéristiques | |
|---|---|---|
| 1 | Canaux en béton bien lissé ; canaux en bois raboté, avec la plus grande dimension des planches selon la direction du courant ; parois métalliques sans rouille et décrochements dans les joints (plan du canal en tronçons longs raccordés par des courbes à grand rayon ; eau claire) | 0,06 |
| 2 | Canaux en béton, revêtus mais non complètement lissés, avec des décrochements peu importants dans les joints ; canaux en bois raboté aux joints réguliers sans décrochements ; canaux en maçonnerie régulière de pierre de taille | 0,16 |
| 3 | Canaux en béton, partiellement revêtus, avec des joints saillants, eau peu claire, végétation et mousse ; canaux revêtus en pierres sèches | 0,46 |
| 4 | Canaux en terre de section régulière, végétation peu haute sur le fond, sans végétation, courbes amples ; canaux en maçonnerie régulière, fond lisse par dépôt de vase | 0,85 |
| 5 | Canaux en terre de section régulière, végétation peu haute sur le fond, végétation courte sur les berges ; cours d'eau naturels réguliers, sans végétation ni grands dépôts | 1,30 |
| 6 | Canaux en terre mal entretenus, végétation sur le fond et les berges ; canaux en terre exécutés par excavateurs mécaniques, mal entretenus | 1,75 |
Coefficient (Kutter)
| N° | Caractéristiques | |
|---|---|---|
| 1 | Parois en béton bien lissé, section demi-circulaire | 0,12 |
| 2 | Idem, section rectangulaire | 0,15 |
| 3 | Parois en bois raboté, section rectangulaire | 0,20 |
| 4 | Parois en bois non raboté, section trapézoïdale ou rectangulaire ; maçonnerie très régulière avec pierres de taille | 0,25 |
| 5 | Parois en maçonnerie ordinaire, construction soignée | 0,35 |
| 6 | Parois en maçonnerie ayant déjà subi des réparations | 0,45 |
| 7 | Parois revêtues en pierres ordinaires | 0,55 |
| 8 | Parois en maçonnerie, fond vaseux | 0,75 |
| 9 | Parois en maçonnerie, à l'abandon | 1,00 |
| 10 | Petits canaux creusés dans le rocher ; canaux en terre bien réguliers, sans végétation | 1,25 à 1,50 |
| 11 | Canaux en terre, mal entretenus avec de la végétation ; cours d'eau naturels avec lit en terre | 1,75 à 2,00 |
| 12 | Canaux en terre complètement à l'abandon ; cours d'eau naturels avec lit en galets | 2,50 |