Barrage

De Wikidebrouillard.

Article incomplet en cours de rédaction

Sommaire

1 Présentation de l'expérience
2 Matériel
3 L'expérience
- 3.1 La manipulation
- 3.2 Que voit-on ?
4 Explications
5 Liens avec d'autres expériences
- 5.1 Expériences sur Wikidébrouillard
- 5.2 Autres expériences
6 Applications : liens avec le quotidien
7 Catégories
8 Texte de sous-titre

Présentation de l'expérience

Les moulins à eau sont connus depuis des siècles. Les ingénieurs se sont servis du même principe, utilisant la force de l'eau, pour produire de l'électricité. Mais pourquoi construire des barrages quand on veut utiliser la force de l'eau et pourquoi sont-ils si hauts ?

Matériel

1 brique de lait ou de jus de fruit vide
1 punaise
Du ruban adhésif

L'expérience

La manipulation

Tout d'abord, percer à l'aide d'une punaise 3 trous espacés de 4 cm, à partir de 5 cm de la base de la brique.
Puis, coller un morceau de ruban adhésif sur les 3 trous.
Ensuite, remplir la brique d'eau.
Enfin, arracher le ruban d'un coup sec et observer les jets d'eau.

Que constate-t-on ? Lequel des jets d'eau va le plus loin ?

Que voit-on ?

On remarque donc que c'est le jet qui sort du bas de la brique qui va le plus loin !

Explications

De manière simple

Près d'un trou de la brique, l'eau est poussée par le poids de l'air qui est au de la surface, mais aussi par le poids de l'eau qui est au dessus du trou.

Et comme il y a plus d'eau au-dessus du trou le plus bas, c'est lui qui envoie le jet le plus fort et le plus loin.

Questions sans réponses

De quoi peut donc dépendre la pression du jet sortant ?

De la retenue d'eau réalisée par le barrage ?
De la hauteur de celui-ci ?
Ou bien peut-être des deux ?

Allons plus loin dans l'explication

La preuve par les mathématiques : ATTENTION EQUATION CERTAINEMENT FAUSSE !

Un barrage est soumis à une force horizontale liée à la pression exercée par l'eau sur sa surface immergée. La pression hydrostatique p en chaque point est fonction de la hauteur d'eau au-dessus de ce point.

p = ρ x g x h

avec :

ρ : masse volumique de l'eau, environ 1000 kg.m^-3

g : gravitation, environ 10 m.s^-2

h : hauteur d'eau au-dessus du point considéré.

La force F résultante est la somme des pressions hydrostatiques s'exerçant sur la surface immergée du barrage.

F = \int_{S}^{} p.dS

Cette formule ne s'intègre pas « à la main » pour les barrages à géométrie compliquée. En revanche, une expression analytique peut être obtenue pour un élément de barrage poids (un « plot », de largeur L, et de hauteur immergée constante H).

F = ρ.g.L \int_{0}^{H} h.dh avec :

H: hauteur totale du barrage en contact avec l'eau.

L: largeur totale du plot considéré.

d'où :

F = ρ . g . L . 1/2 . H²

On voit dans cette formule que la poussée exercée par l'eau sur un barrage augmente avec le carré de la hauteur de la retenue (ce qui est vrai pour tout type de barrage). Elle ne dépend en aucun cas du volume d'eau stocké dans la retenue.

Cette forte pression hydraulique, à la base du barrage, permet ainsi la possibilité d'une production d'électricité.

Les calculs ci-dessus ne concernent que le type de barrage représenté par l'expérience avec le matériel présenté ci dessus. On peut comparer le barrage réalisé à un barrage poids.

Lien vers wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage

Liens avec d'autres expériences

Expériences sur Wikidébrouillard

Voir également :

Tour d'eau

Autres expériences

Projet d'un groupe de lycéens : http://tpe.barrages.2008.free.fr/index.php/accueil.html

Applications : liens avec le quotidien

Wikipédia nous apprend sur les barrages que un barrage est un ouvrage d'art construit en travers d'un cours d'eau et destiné à en retenir l'eau.

Un barrage fluvial permet par exemple la régulation du débit d'une rivière ou d'un fleuve (favorisant ainsi le trafic fluvial), l'irrigation des cultures, une prévention relative des catastrophes naturelles (crues, inondations), par la création de lacs artificiels ou de réservoirs. Un barrage autorise aussi, sous certaines conditions, la production de force motrice (moulin à eau) et d'électricité (on parle alors de barrage hydroélectrique), à un coût économique acceptable, le coût environnemental étant plus discuté.

Toutefois, plus un projet est ambitieux, plus ses conséquences sont lourdes : en noyant des vallées entières, la construction d'un barrage peut provoquer à la fois des bouleversements humains en forçant des populations entières à se déplacer, et avoir un impact écologique non négligeable en changeant fondamentalement l'écosystème local.