Crues débordantes ou écoulements en lit composé

Problématique scientifique

Il s’agit d’étudier la complexité hydrodynamique des crues débordantes, dont les écoulements sont dits en lit composé,  constitué d’un lit mineur et de plaines d’inondations contiguës. Les recherches se focalisent sur les écoulements uniformes, non-uniformes stationnaires, et instationnaires, ainsi que sur le transport associé de sédiments fins.

Thématiques et questions scientifiques

• Impact de variations d’occupation du sol des plaines d’inondation  sur la structure de l’écoulement (champ moyen longitudinal et courants secondaires, statistiques turbulentes, et structures cohérentes).
• Transfert de dépôt de sédiments sur les plaines d'inondation.
• Caractérisation des structures turbulentes cohérentes quasi-2D entre lit mineur et lit majeur
• Développement des LSMs (large-scale motions) et VLSMs (very-large-scale motions)
• Effet de l’instationnarité sur la relation hauteur-vitesse, le débit d'échange et le tenseur de Reynolds entre lits mineur et majeur
• Modélisations numériques 1D, 1D+ et 3D (DES) des écoulements non-uniformes stationnaires et/ou instationnaires

Méthodologie

Les recherches  s’appuient sur des expériences en laboratoire, des cas de terrain, et des simulations numériques (e.g., 1D+, 3D).

Canal large du HHLab en configuration ‘lit composé’ (lit mineur+plaines d’inondation) avec différents types d’occupation du sol des plaines (modèles de prairie – herbe artificielle dense -, d’arbres – cylindres de bois émergés -). Thèse de V. Dupuis (2013-2016)

Exemple de résultat expérimental

Effets de courants transverses sur la couche de cisaillement (définie à partie du profil de vitesse moyenne): demi largeur de couche de cisaillement, δ / 2,  avec δ = 2 (y_0.75–y_0.25).  Les flèches indiquent la direction des courants transverses. D’après Proust and Nikora (2020), JFM.

Exemple de résultat numérique

Simulations d’écoulements non-uniformes en lit composé à l’aide du code Open FOAM, avec modèle de turbulence SAS K-Omega SST: (gauche) vorticité à axe vertical; (droite) courants secondaires. Post-doctorat de M. Chatelain (2017-2018), figures tirées de Chatelain and Proust (2020), WRR.

Publications

• Proust, S., Cierco, F.-X., Nikora, V.I. Free-surface flows in compound channels. IAHR Water Monograph (in prep.)
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Jeux de données

• PROUST, SEBASTIEN; NIKORA, VLADIMIR I., 2025, "Dataset of a laboratory study on flows in a compound open channel with transverse currents", https://doi.org/10.57745/HJKRYH, Recherche Data Gouv, V1, UNF:6:0Ov9GOlqUlOmeV+su2c91A== [fileUNF]
• PROUST, SEBASTIEN, 2023, "Dataset of an experiment and simulations of unsteady flows in a compound open channel", https://doi.org/10.57745/RMMZY7, Recherche Data Gouv, V2, UNF:6:hBm/WuZ34CBBrYzNFjsmpA== [fileUNF]

Thèses, post-doctorats, HDR

• Décembre 2024 - Novembre 2027 : Thèse de Florence Lemant : 'Modélisation 1D+ des écoulements débordants et du transport solide en rivière. Application à la gestion d’aménagements hydrauliques de production d’énergie renouvelable'. Encadrement: FX Cierco (CNR), T. Terraz, S. Proust (directeur de thèse).
• Octobre 2017 – Octobre 2021 : Thèse de Yassine Kaddi : ‘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’. Encadrement: FX Cierco (CNR), JB Faure, S. Proust (directeur de thèse).
• Mars 2017 – août 2018 : Post-doctorat de Marc Chatelain : ‘Simulation 3D LES (Large Eddy Simulation) d’écoulements en plaine d’inondation en présence de macro-rugosités émergées ou faiblement immergées’. Encadrement: S. Proust.
• Septembre 2015 : HDR de Sébastien Proust : Streamwise non-uniform overbank flows in compound channels. 
• Janvier 2013 – Juin 2016 : Thèse de Victor Dupuis  : ‘Étude expérimentale d’écoulements soumis à une transition longitudinale de rugosité en lit simple et en lit composé’. Thèse encadrée par S. Proust, C. Berni, et A. Paquier (directeur de thèse)
• 2007 - 2011 : Thèse de Yann Peltier : Modélisation physique des écoulements débordants en présence d’un épi placé dans la plaine d’inondation. Université Claude Bernard Lyon1, Lyon.
• 2000 - 2005 : Thèse de Sébastien Proust: Écoulements non-uniformes en lits composés : effets de variations de largeur du lit majeur. Doctorat de Mécanique des fluides, INSA de Lyon.