Les travaux de pointe menés au laboratoire d’hydraulique du Groupe expérimental et numérique d’ingénierie des écoulements d’eau (GENIE EAU) apportent des réponses aux enjeux actuels de la gestion intégrée et durable des ressources hydriques.

Un laboratoire historique… toujours à la pointe de la technologie !

Saviez-vous que Polytechnique abrite un bassin d’une capacité équivalente à celle d’une piscine olympique ? Toutefois, ne rêvez pas d’y faire un plongeon, car ce réservoir caché dans les fondations du bâtiment principal sert aux travaux réalisés au Laboratoire d’hydraulique par le Groupe expérimental et numérique d’ingénierie des écoulements d’eau (GENIE EAU) formé par les quatre professeurs actuels de la section hydraulique du Département des génies civil, géologique et des mines (CGM) : Françoise Bichai, Musandji Fuamba, Tew-Fik Mahdi et Ahmad Shakibaeinia. GENIE EAU est spécialisé en sécurité et en rentabilité des infrastructures d’eau.

Le Laboratoire d’hydraulique fait partie du patrimoine de Polytechnique. Il y en avait déjà un dans l’École lorsqu’elle était située rue Saint-Denis, avant qu’elle ne s’installe sur le mont Royal au milieu des années 50. Les équipements du Laboratoire ont suivi l’évolution technologique et ont toujours permis à Polytechnique de former les meilleurs spécialistes hydrauliciens capables de répondre aux défis de la gestion de l’eau ou de la sécurité hydraulique des ouvrages d’art.

« Nos outils de modélisation numérique nous permettent d’obtenir des résultats avec plus d’efficacité et de fiabilité. Ils n’ont toutefois pas détrôné l’expérimentation sur modèles réduits. Les deux approches se complètent harmonieusement », précise le Pr Fuamba. Non sans fierté, celui-ci relate que c’est dans ce même laboratoire que les études sur modèles réduits de la centrale LG2 ont été réalisées dans les années 70 et 80 pour déterminer les pertes de charge dans les évacuateurs. « Plus récemment, nous avons vérifié avec nos outils numériques les coefficients de perte de charge. Les nouvelles valeurs furent très proches des valeurs calculées "à l’ancienne", preuve que les calculs de nos spécialistes ont toujours été bons ! »

Cette alliance de l’expérimental et du numérique est bien visible dans les plateformes occupant les deux étages du Laboratoire d’hydraulique. Celles-ci, qui ne manquent pas d’étonner par leurs dimensions, sont connectées aux systèmes de calcul et d’imagerie les plus avancés. On y découvre, entre autres, un canal à recirculation de sédiments, dépassant 10 mètres de long. Simulant le milieu fluvial, il est équipé d’un système de vélocimétrie par imagerie laser des particules. « Cet équipement nous permet d’obtenir les champs de vitesses instantanées des phases liquide et solide », indique le directeur du Laboratoire d’hydraulique, le Pr Tew-Fik Mahdi. « Il sert, par exemple, à développer des méthodes pour mieux prévenir le début du mouvement des sédiments et mieux calculer le débit solide dans un canal, ou à déterminer les vitesses lors de l’érosion des digues par surverse, ou encore, à vérifier ce qui se passe à l’interface du sédiment et de l’eau. »

Un deuxième canal, à pente variable, permet d’étudier le ressaut hydraulique libre ou forcé (un phénomène de turbulence produisant une décélération brutale d’un écoulement liquide), ou encore le fonctionnement des dissipateurs d’énergie. Un troisième canal, plus large, permet la réalisation de modèles réduits pour étudier, entre autres, l’érosion interne ou la rupture par surverse de digues en remblais.

Avec le Système d’analyse et de contrôle des écoulements transitoires (SACET), les chercheurs peuvent étudier les phénomènes de fluctuation dans les conduits. « Nous nous intéressons, par exemple, à la conception de dispositifs pour parer les effets du coup de bélier. Ce phénomène est une surpression créée dans une conduite à l’ouverture ou à la fermeture brutale d’une vanne et qui peut entraîner une rupture de cette conduite », mentionne le Pr Fuamba. Le système permet aussi de mesurer la performance hydraulique de tronçons de conduites réhabilitées dans les réseaux de distribution d’eau potable.

De nombreux autres équipements tels que des souffleries, des pompes, des turbines, un mini-réseau de drainage urbain complètent le Laboratoire d’hydraulique. Celui-ci constitue un atout de taille pour les collaborations du Groupe GENIE EAU avec ses partenaires industriels, comme Hydro-Québec, le Centre d’expertise et de recherche en infrastructures urbaines (CERIU), AECOM, Vinci Consultants, Cima+, le Consortium sur la climatologie régionale et l’adaptation aux changements climatiques Ouranos, des municipalités, Parcs Canada et plusieurs ministères.

L’eau n’a pas encore dit son dernier mot

L’hydraulique est sans doute l’une des disciplines scientifiques les plus anciennement étudiées (certains vestiges d’ouvrages hydrauliques connus datent de la haute Antiquité). Pourtant, il reste encore beaucoup à découvrir et à exploiter dans ce domaine, souligne le Pr Fuamba.

« Il faut, par exemple, mieux connaître et mieux gérer les mécanismes de défaillance possibles des infrastructures. En particulier, l’équipe de GENIE EAU s’emploie à améliorer les connaissances en matière d’interactions entre les ouvrages et les écoulements. Celles-ci permettront de mettre au point des procédés fiables pour augmenter la productivité et la sécurité des installations hydrauliques, ainsi que pour améliorer la qualité des services en eau des municipalités. »

Le chercheur ajoute que les changements climatiques auxquels notre monde est confronté aujourd’hui amènent de nouveaux risques. « De tels événements ont un impact direct sur les infrastructures d’eau : ruptures de barrages ou de digues, changements morphologiques des rivières, contamination des réseaux de distribution d’eau potable ou refoulements dans les réseaux d’assainissement. Présentement, sont en cours plusieurs projets scientifiques de développement d’outils permettant de mieux contrôler ces risques. » Plus de 25 étudiants du cycle supérieur encadrés par les professeurs de GENIE EAU participent à ces projets, dont les tâches logistiques et opérationnelles sont assurées par Étienne Bélanger, le technicien attitré du laboratoire. »

Comme on le voit, la recherche en hydraulique n’est donc pas près de tomber à l’eau !

Visiter le laboratoire d’hydraulique

Si votre organisation a des besoins en R&D pour des projets en hydraulique, l’équipe du laboratoire d’hydraulique sera heureuse de vous rencontrer et de vous faire visiter son laboratoire.

Contact : tewfik.mahdi@polymtl.ca