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 non-uniformes stationnaires et les écoulements instationnaires.

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).
• Caractérisation du seuil d’apparition des structures turbulentes cohérentes quasi-2D.
• 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 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.

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.
• Janvier 2013 – Juin 2016 : Thèse de Victor Dupuis  : ‘Étude expérimentale d’écoulements en lit majeur avec transition longitudinale de rugosité’. 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:

Publications

• PROUST, S. - 2005. Écoulements non-uniformes en lits composés : effets de variations de largeur du lit majeur. Sciences de l'environnement. Doctorat de Mécanique des fluides, INSA de Lyon, 2005. Français. ⟨2005-ISAL-0083 ⟩. ⟨tel-02587088⟩
• PROUST, S. - 2015. Streamwise non-uniform overbank flows in compound channels. Environmental Sciences. Habilitation à Diriger des Recherches, Université Lyon I, 2015. ⟨tel-02606007⟩
• DUPUIS, V. – 2016. Experimental investigation of flows subjected to a longitudinal transition in hydraulic roughness in single and compound channels. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Lyon, 2016.
  Français. NNT : 2016LYSE1154. tel-01409745
• 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.
• 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. https://doi.org/10.1002/2016WR019873
• 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
• PROUST, S., NIKORA, V.I. – 2018. Flow structure in compound open-channel flows in the presence of transverse currents. River Flow 2018: 9th International Conference on Fluvial Hydraulics. Lyon, France, EDP sciences.
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• Y. Kaddi, S. Proust, J.B. Faure, F.X. Cierco. Unsteady flows in a compound open-channel: a laboratory experiment and a 1D+ model. 38th IAHR World Congress, Sep 2019, Panama City, Panama. pp.2839-2848. ⟨hal-02609740⟩
• 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 
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• 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. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Université de Lyon, 2021. Français. NNT : 2021LYSE1200. tel-03637028
• 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
• Kaddi, Y., Proust, S., Faure, J.B., Cierco, F.X. (2024). Experimental and numerical study of unsteady flows in a compound open channel. Environ Fluid Mech 24, 335–365. https://doi.org/10.1007/s10652-024-09988-8
• Sandilya, S.S., Das, B.S., Proust, S., Shekhar, D. (2024). Discharge estimation in compound channels with converging and diverging floodplains using an optimised Gradient Boosting Algorithm. Journal of Hydroinformatics, 26 (5), pp.1122-1149. https://doi.org/10.2166/hydro.2024.292

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]