Apports et enjeux de la modélisation hydraulique 3D pour la conception et la réhabilitation des ouvrages hydrauliques

Jusqu'à ces dernières années, les études détaillées des ouvrages hydrauliques étaient réalisées quasiment systématiquement par le biais de modèles physiques. Si l'utilisation de modèles physiques permet de bien appréhender le comportement hydraulique des ouvrages, ils sont en général coûteux, requièrent un temps de mise en œuvre important et ne peuvent représenter que les phénomènes hydrauliques pour lesquels ils ont été définis par similitude. De nos jours, grâce à la puissance de calcul toujours plus grande des ordinateurs et au développement des logiciels spécialisés, la modélisation numérique 3D est devenu un outil flexible et puissant pour accompagner et compléter la modélisation physique, voire même la remplacer dans certains cas. Cet article décrit les apports et enjeux de la modélisation hydraulique 3D pour la conception et la réhabilitation des ouvrages hydrauliques. Il présente, dans un premier temps, comment la modélisation numérique 3D a d'abord été validée sur une large gamme de phénomènes hydrauliques, puis comment elle est exploitée par Tractebel sur plusieurs grands projets, pour analyser et optimiser la conception ou l'exploitation des structures hydrauliques en appui des méthodes analytiques et modèles physiques. Des exemples d'applications complémentaires sont présentés tels que la modélisation de grands évacuateurs de crues, un canal d'amenée, une prise d'eau usinière, ou encore les phénomènes d'entraînement d'air et de dissipation d'énergie dans un ressaut hydraulique ou dans une fosse d'érosion. Les possibilités et les limites de la modélisation 3D sur ces divers sujets sont discutées. Des méthodes de modélisation simplifiées ont été développées pour répondre à des questions spécifiques de manière optimisée. Les procédures élaborées pour chaque cas particulier sont décrites de manière à fournir des processus indicatifs pour le déploiement de la modélisation hydraulique 3D dans des projets d'ingénierie, et ainsi y apporter une valeur ajoutée. En se basant sur l'expérience de Tractebel, les limites et défis qui restent à surmonter sont discutés, avec un accent mis sur la modélisation de l'entraînement d'air.