Etude des écoulements turbulents dans les passes à poissons à fentes verticales : adaptation aux petites espèces

Study of turbuent flows in vertical slot fishways : adaptation to small fish species

• Auteur / Autrice : Laurent Tarrade
• Direction : Alain Texier, Laurent David, Michel Larinier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tourbillons (mécanique des fluides)

Jets

Turbulence

Topologie

Mécanique des fluides

Passes à poissons

Résumé

L’objectif de cette étude est de caractériser les écoulements turbulents dans différentes configurations de passes à poissons à fentes verticales et proposer des améliorations techniques permettant le franchissement des petites espèces qui peuvent être bloquées dans l’écoulement y régnant. Les mesures de vitesse 2D par PIV permettent de déterminer l’influence des différents paramètres géométriques et hydrauliques sur la structure de l’écoulement en mettant en évidence deux topologies de référence de l’écoulement selon la largeur des bassins et la pente du canal. Les mesures de vitesse 3D par ADV montrent l’aspect quasi-bidimensionnel de l’écoulement. Une modélisation numérique 2D de l’écoulement (code Star-CD) est entreprise, validée sur les cas de référence et paramétrable pour la plupart des passes à fentes verticales. L’évolution instationnaire du battement du jet et du développement des cellules tourbillonnaires dans les bassins est caractérisée par une analyse de type POD. Un cylindre judicieusement placé en sortie de fente est une solution efficace pour modifier la structure de l’écoulement et réduire ses grandeurs cinématiques afin de l’adapter au passage des petites espèces. Les cellules tourbillonnaires contrarotatives alternées alors générées dans le sillage du cylindre sont utilisées par les poissons pour franchir les bassins en minimisant leurs dépenses énergétiques. Ces observations concernant l’intérêt de contrôler l’écoulement au moyen d’un obstacle sont validées par des tests réalisés avec différentes espèces qui montrent que le cylindre améliore l’efficacité de franchissement tout en réduisant le temps de séjour des poissons dans chaque bassin.

The aim of this study is to understand and characterize the turbulent flows in various configurations of vertical slot fishways and propose technical improvements in order to allow the passage of small fish species which can remain trapped in the flow today. Two-dimensional velocity measurements by Particle Image Velocimetry (PIV) allow to determine the influence of various geometric and hydraulic parameters on the flow. Two reference flow topologies according to the pool width and the channel slope are underlined. Three-dimensional velocity measurements by Acoustic Doppler Velocimetry (ADV) show that the flow can be considered as quasi-bidimensional. So bidimensional numerical modelisation of the flow (Star-CD code) are undertaken, validated on the reference cases and usable for a large part of vertical slot fishways. The unsteady evolution of the jet deviation and the development of vortices in the pools are characterized by a snapshot Proper Orthogonal Decomposition (POD). A cylinder judiciously set at the exit of the slot is an effective solution to modify the flow structure and reduce velocity and turbulent energy in order to adapt the flow to the passage of the small fish species. The alternated contrarotatives vortices generated in the cylinder wake are so used by the fish to cross the pools with the least power costs. These flow control observations are validated by tests realized with various fish species which show that a cylinder improves the pool efficiency and reduces the fish migration time.