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Fête de la science : la physique des cascades

Jean Philippe Matas , professeur au département et membre du laboratoire LMFA explique simplement pour les jeunes (et les moins jeunes) la physique des cascades et répond scientifiquement à la question : "Peut on se doucher sans danger sous une cascade même très haute comme le Salto Angel de 900m de haut ?"

Dans cette vidéo extraite de l’émission E=M6 ( lien video: https://myvideo.univ-lyon1.fr/permalink/v12666669f271dbe2vcm/iframe/ ) Jean Philippe Matas , professeur au département et membre du laboratoire LMFA explique simplement pour les jeunes (et les moins jeunes) la physique des cascades et répond scientifiquement à la question:

"Peut on se doucher sans danger sous une cascade même très haute comme le Salto Angel de 900m de haut ?"

Jean Philippe MATAS s’intéresse en particulier à ce qu’il se passe en fin de chute d’eau, en étudiant par exemple la vitesse de l’eau lorsqu’elle s’écrase à la surface. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, ce n’est pas dans les chutes d’eau les plus hautes que l’on observe les plus fortes vitesses.

Ce phénomène s’explique notamment par ce qu’il se passe en fin de chute. « L’eau se fragmente en gouttelettes au cours de sa chute. Plus la hauteur de chute est grande et plus ces gouttes seront fines. Or plus ces gouttes sont fines et plus la vitesse limite atteinte par l’eau diminue », explique le chercheur. Autrement dit, ce qu’il se passe par exemple en bas de la cascade de l’Arpenaz en Savoie (270 m de haut) est plutôt semblable à de l’eau de pluie, tandis qu’en bas des chutes du Niagara (100 m de haut), certaines gouttes d’eau peuvent atteindre jusqu’à 80 km/h.

Mais ce qui se produit sous la surface intéresse encore plus Jean-Philippe Matas, spécialiste au LMFA des milieux diphasiques. Car l'eau qui s'écrase en bas d’une cascade génère sous la surface des nuages de bulles provoquant l’érosion du bassin.

Or, les bassins abritant des infrastructures hydroélectriques comme les barrages sont exposés à cette érosion, ce qui peut avoir un impact direct sur le fonctionnement et les performances des turbines.

« Comprendre la capacité d'un jet plongeant à entraîner de l'air au-dessus et à travers la surface libre d’un bassin d'eau qu'il impacte, ainsi que sa dynamique sous la surface est un problème fondamental, mais avec derrière un enjeu clair : parvenir à une ingénierie fiable des ressources en eaux », résume Jean-Philippe Matas.

Au sein du LMFA, des chercheurs ont ainsi reproduit un nuage de bulles créé par un jet plongeant pour pouvoir mieux comprendre ce phénomène. Ce travail a été réalisé par Narendra Dev, Joseph John Soundar Jerôme, Hélène Scolan et Jean-Philippe Matas de l’équipe EM3 dans le cadre du projet ANR JetPlume, en partenariat avec EDF, et en collaboration avec le Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels (LEGI) de Grenoble, et le Complexe de Recherche Interprofessionnel en Aérothermochimie (CORIA) à Rouen
Publié le 16 octobre 2023 – Mis à jour le 18 octobre 2023