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 :

• un canal large  à pente fixe
• un canal inclinable
• un modèle urbain pour l’étude du risque d’inondation (MURI) à pentes réglables

dont les caractéristiques sont détaillées ci-après.

Caractéristiques techniques

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 :

• Interactions de sédiments de différentes classes
• Dynamique de bancs alternés
• Crues débordantes ou écoulements en lit composé
• Écoulements à travers des macro-rugosités émergées et immergées
• Inondations urbaines
• Écoulements instationnaires.

Publications

Thèses – HdR

• MEJIA MORALES, M.A. – 2022. Influence of the flow exchanges between streets and a city block during urban floods: a laboratory: Laboratory experiments under steady and unsteady flow conditions
  Thèse de doctorat de l’Université de Lyon, opérée à l’Institut National des Sciences Appliquées. ⟨tel-03806407⟩
• KADDI, Y. – 2021.  Modélisation 1D par lit (ISM) d’un réseau hydraulique ramifié maillé : application au contexte opérationnel de la prévision des fortes crues et des crues de dimensionnement d’ouvrages.  Thèse de doctorat. Mécanique des fluides. Université de Lyon. ⟨NNT : 2021LYSE1200⟩. ⟨tel-03637028⟩
• OUKACINE, M. – 2019. Étude expérimentale et numérique d’écoulements à surface libre en présence d’obstacles émergés et faiblement submergés. Thèse de doctorat, Mécaniques des fluides, Université de Paris Est. 231 p.
• PERRET, E. – 2017. Transport of moderately sorted gravels at low bed shear stresses: impact of bed arrangement and fine sediment infiltration. Thèse de doctorat, Mécaniques des fluides, Université de Lyon. 378 p. 
• DUPUIS, V. – 2016. Experimental investigation of flows subjected to a longitudinal transition in hydraulic roughness in single and compound channels. Thèse de doctorat, spécialité : Mécanique des fluides, Université Lyon I Claude Bernard. 141 p.
• PROUST, S. – 2015. Steady non-uniform overbank flows in compound open-channels. Mémoire d’HDR, ED MEGA, Université Claude Bernard Lyon I.

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==