Brevet FR2778482A1 — publié le 19991112

La présente invention concerne un dispositif d'expérimentation à caractère pédagogique visant à simuler et quantifier les phénomènes d'érosion, de transport et de sédimentation dans un cours d'eau. 5 Dans le cadre de l'étude des sciences naturelles en milieu scolaire, il est souvent intéressant tant pour les élèves que pour les enseignants de réaliser des travaux pratiques permettant de visualiser et de quantifier concrètement les phénomènes naturels étudiés dans le cours10 théorique. C'est ainsi que, pour l'étude pratique des phénomènes d'érosion, de transport et de sédimentation dans un cours d'eau, il est apparu utile de réaliser un disposi- tif d'expérimentation à caractère pédagogique spécialement dédié à cette application.15 Aussi, l'invention a-t-elle pour objectif de concevoir un tel dispositif qui permette une observation visuelle aisée, tant qualitative que quantitative, de ces phénomènes et qui soit de constitution simple, commode à utiliser et de fabrication robuste et peu coûteuse. En vue de la réalisation de ce but, on propose selon l'invention un dispositif d'expérimentation à caractère pédagogique visant à simuler et quantifier les phénomènes d'érosion, de transport et de sédimentation dans un cours d'eau, comportant au moins une gouttière présen- tant intérieurement un nervurage transversal annelé en relief. Ainsi, lors des travaux pratiques, une couche de sable est déposée dans la gouttière et, la gouttière étant légèrement inclinée, de l'eau est versée à l'extrémité de la gouttière qui est située le plus en hauteur. L'eau s'écoule ainsi dans le fond de la gouttière en entraînant des grains de sable de l'extrémité amont la plus en hauteur à l'extrémité aval qui est la plus basse. Les grains de sable sont ainsi érodés et transportés le long de la gouttière, dans le fond de celle-ci. Les nervures annelées forment des reliefs dans la gouttière qui retiennent les grains de sable et permettent leur sédimentation. On constate alors une répartition des sédiments (grains) le long de la gouttière en fonction de leur taille. On peut ainsi visualiser et quantifier le phénomène selon lequel un grain de calibre donné est arraché, transporté ou déposé en un point donné de la gouttière en fonction du débit d'eau et de l'inclinaison de la gouttière. Pour faciliter la visualisation et la quantification de ce phénomène, on peut en particulier prévoir d'utiliser des sédiments de diffé- rentes couleurs en fonction de leur granulométrie: on constate ainsi une répartition par couleurs des sédiments le long de la gouttière entre les différentes nervures annelées. Selon une caractéristique avantageuse de l'inven- tion, le dispositif comporte une série de gouttières à nervurage transversal annelé, superposées les unes au- dessus des autres, chaque paire de gouttières adjacentes étant inclinée par rapport à l'horizontale en sens inverse l'une par rapport à l'autre, de façon à former une cascade. On peut ainsi modéliser un cours d'eau de plus grande longueur avec une série de gouttières courtes identiques qui sont faciles à stocker et à manipuler. Dans un mode de réalisation avantageux, les gouttières sont portées par un support vertical sur lequel elles sont fixées de manière amovible par des organes d'attache rapide. On comprend qu'avec ce système la mise en place des gouttières et le réglage de leur inclinaison sont particulièrement commodes et rapides. Avantageusement alors, les organes d'attache rapide sont de type auto-agrippants. Le support vertical est de préférence un panneau vertical porté par un piétement. En particulier, le piétement pourra être constitué de deux équerres plates présentant chacune une encoche inférieure et une encoche supérieure dans lesquelles viennent s'accrocher les bords inférieur et supérieur du panneau vertical. Avantageusement encore, la ou chaque gouttière présente la forme d'un demi-cylindre et possède une extrémité ouverte et une extrémité fermée en forme de demi- sphère, le nervurage transversal annelé s'étendant sur toute la demi-circonférence de la gouttière. De préférence alors, le nervurage transversal annelé est constitué par une pluralité de cordons demi- circulaires. Dans un mode de réalisation spécifique et avanta- geux, la ou chaque gouttière possède une section de largeur comprise entre 70 et lOOmm, de préférence environ 80mm, tandis que les cordons formant le nervurage transversal annelé présentent une section demi- circulaire d'environ 2mm de rayon. Avantageusement enfin, la ou chaque gouttière est un ensemble monobloc en matière plastique, et présente inférieurement des ailes transversales d'appui permettant à ladite gouttière de reposer de façon stable sur un plan horizontal et/ou de prendre appui latéralement contre le panneau vertical. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple non limitatif. Il sera fait référence aux figures du dessin annexé, o: - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'expérimentation à caractère pédagogique conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue partielle d'une gout- tière, à plus grande échelle, permettant de mieux distin- guer quatre cordons demi-circulaires formant une partie de son nervurage transversal annelé; - la figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2 montrant la section demi-circulaire des cordons de nervurage transversal. En référence à la figure 1, le dispositif d'expé- rimentation à caractère pédagogique selon l'invention comporte au moins une gouttière 1 à nervurage transversal annelé en relief, en l'espèce une série de trois gouttières 1 superposées les unes au-dessus des autres et portées par un même panneau support vertical 2. Chaque gouttière 1 présente une forme générale de demi-cylindre et possède une extrémité ouverte 3 et une extrémité fermée 4 en forme de demi-sphère. En l'espèce, chaque gouttière 1 présente un diamètre inférieur d'environ 80mm. Les trois gouttières 1 sont superposées tête- bêche en étant légèrement inclinées par rapport à l'hori- zontale en sens inverse les unes des autres, de façon à former un chemin alterné en cascade. La fixation des gouttières sur le panneau support 2 est réalisée au moyen d'organes d'attache rapide, de préférence du type auto-agrippants, dont une partie 6.1 est fixée sur la face avant 5 du panneau 2 et dont l'autre partie 6.2 (visible seulement à la figure 2) est fixée sur un flan de chacune des gouttières. En l'espèce, la partie 6.1 des moyens auto-agrippants qui est associée au panneau 2 se présente sous la forme de deux bandes verticales espacées l'une de l'autre, et la partie 6.2 associée à chaque gouttière 1 se présente sous la forme d'une ou deux bandes s'étendant longitudinalement sur le flanc sensible- ment plan de la gouttière, d'un côté de celle-ci. En outre, on notera que des lignes horizontales 8 sont tracées sur la face avant 5 du panneau 2 entre les deux bandes 6 afin de faciliter le repérage de l'inclinaison des gouttières 1 par rapport à l'horizontale. Un millimétrage vertical (non visible ici) pourra être prévu au voisinage des bandes 6.1 pour permettre de mesurer directement la tangente de l'angle d'inclinaison de chaque gouttière. Chaque gouttière 1 présente intérieurement un nervurage transversal annelé, c'est-à-dire une pluralité de cordons 9 demi-circulaires (ici au nombre de vingt- sept) s'étendant ainsi sur toute la demi-circonférence de la gouttière. Chaque cordon 9 demi-circulaire est ménagé en relief de la surface intérieure des gouttières 1 dans des plans transversaux. En l'espèce, comme cela est visible sur la figure 2 et le détail de la figure 3, les cordons 9 sont de section demi-circulaire et présentent une épaisseur de relief, c'est-à-dire un rayon,d'environ 2mm. Chaque gouttière est de préférence réalisée par moulage, en formant un ensemble monobloc en matière plastique, et présente inférieurement des ailes transversales d'appui 20 permettant à ladite gouttière à la fois de prendre appui latéralement, sans basculer, contre le panneau vertical formant le support 2, et aussi de reposer de façon stable sur un plan horizontal lorsqu'elle est détachée dudit20 panneau vertical. Le panneau support vertical 2 peut être réalisé en matière plastique extrudée ou en carton ondulé, et il est porté par un piétement formé ici de deux équerres plates 10 dont le plan est perpendiculaire au plan du panneau, et réalisées quant à elles par découpe et pliage d'une plaque en matière plastique ou en carton ondulé. Chaque équerre plate 10 présente une encoche inférieure 10.1 et une encoche supérieure 10.2 dans lesquelles viennent s'accrocher les bords respectivement inférieur et supérieur du panneau vertical 2. L'accrochage ainsi réalisé est pincé, donc peut être aisément démonté pour ranger le dispositif après utilisation. Pour faciliter l'alimentation en eau de la cascade formée par les trois gouttières 1, un bec verseur 12 est disposé à l'aplomb de l'extrémité fermée demi- sphérique 4 de la gouttière 1 la plus haute. Le bec verseur 12 est raccordé à l'extrémité d'un tuyau coudé 13 qui est fixé au panneau support 2 par l'intermédiaire d'une plaquette de fixation 14. La plaquette de fixation 14 peut être réalisée en matière plastique extrudée ou en carton ondulé, et elle est fixée au bord supérieur 16 du panneau 2, perpendiculairement à ce panneau, par l'intermédiaire d'une tige 15 dont une partie est ici engagée dans l'épais- seur du panneau 2 et dont l'autre partie est engagée dans l'épaisseur de la plaquette de fixation 14. De part et d'autre de son coude, le tuyau 13 traverse ici l'épaisseur de la plaquette 14, de part et d'autre de la tige 15. Ce tube 13 possède ainsi une portion avant qui est raccordée au bec verseur 12 du côté de la face avant 5 du panneau 2, et une portion arrière 16 qui se prolonge verticalement vers le bas, du côté de la face arrière du panneau 2, jusqu'à une extrémité coudée, pour être raccordée à un robinet d'alimentation en eau. Enfin, un bac de récupération d'eau 17 est disposé au droit de l'embouchure de la cascade formée par les gouttières 1, c'est-à-dire au droit de l'extrémité ouverte 3 de la gouttière 1 la plus basse. Un lit de sable comportant des grains de diffé- rentes tailles, éventuellement colorés en fonction de leur granulométrie, est initialement disposé dans la gouttière 1 supérieure, au voisinage de son extrémité fermée 4, c'est-à-dire de son extrémité qui est la plus en hauteur. L'utilisation du dispositif se déroule de la manière suivante. L'alimentation en eau du tuyau 13 étant ouverte, de l'eau s'écoule par le bec verseur 12 vers l'extrémité fermée demi-sphérique 4 de la gouttière 1 supérieure. Comme cette extrémité 4 est de forme arrondie, le versement de l'eau dans la gouttière s'effectue avec un minimum de turbulence, ce qui stabilise, dès son origine, l'écoulement d'eau dans la gouttière et évite d'éventuelles J éclaboussures. L'eau s'écoule ainsi de façon naturelle, du fait de l'inclinaison de la gouttière 1 supérieure vers l'extrémité ouverte 3 de cette gouttière pour être déversée dans l'extrémité fermée 4 de la gouttière 1 qui est située immédiatement en-dessous. Comme cette gouttière est elle- même inclinée en sens inverse, c'est-à-dire de telle sorte que son extrémité ouverte 3 soit située à un niveau supérieur, l'eau s'écoule dans cette gouttière vers l'extrémité ouverte 3 pour être déversée dans l'extrémité10 fermée 4 de la gouttière 1 inférieure. De même, comme cette gouttière inférieure est inclinée en sens inverse, en pente descendante de son extrémité fermée 4 vers son extrémité ouverte 3, l'eau s'écoule à l'intérieur de cette gouttière inférieure vers son extrémité ouverte 3 pour être déversée dans le bac 17 situé à l'aplomb de cette extrémité. On comprend qu'une cascade d'eau est ainsi formée de gouttière en gouttière. Lors de son écoulement, l'eau arrache, trans- porte et redépose les sédiments (c'est-à-dire les grains de sable) vers l'aval. Chaque cordon constituant le nervurage transversal annelé 9 forme en effet des reliefs de retenue dans les gouttières 1 qui retiennent des grains de sable et permettent leur dépôt (ou sédimentation). On constate alors une répartition des sédiments (grains) le long du chemin en cascade formé par les gouttières 1 en fonction de leur taille. Cette répartition peut d'autant mieux être visuali- sée et quantifiée que les grains de sable présentent une couleur représentative de leur granulométrie. On peut ainsi simuler qualitativement et quantitativement les phénomènes d'érosion, de transport et de sédimentation, et en particu- lier la loi physique (loi dite de Hjulstrôm) selon laquelle un grain de calibre donné est arraché, transporté ou déposé en un point donné du cours d'eau, en fonction du débit d'eau et de la pente du cours d'eau. La pente du cours d'eau, c'est-à-dire l'inclinai- son des gouttières 1, peut être aisément modifiée grâce aux o-rganes d'attache rapide 6.1, 6.2 qui permettent de modifier rapidement la position des gouttières 1 sur le panneau 2. En outre, le réglage de l'inclinaison des gouttières 1 est facilité par la présence des lignes horizontales 8 qui sont portées sur la face avant 5 du panneau 2 entre les bandes d'attache rapide 6.1. A l'issue de la séance de travaux pratiques, le dispositif peut être aisément démonté en détachant les gouttières 1, et en démontant les équerres plates formant le piétement 10. Eventuellement, le tuyau 13, avec sa plaquette de fixation 14 et le bec verseur 12 peuvent être démontés en déboîtant la tige 15. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisa- tion qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, ses caractéristiques essentielles. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'expérimentation à caractère pédagogique visant à simuler et quantifier les phénomènes d'érosion, de transport et de sédimentation dans un cours 5 d'eau, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une gouttière (1) présentant intérieurement un nervurage transversal annelé (9) en relief. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte une série de gouttières (1) à nervurage transversal annelé, superposées les unes au- dessus des autres, chaque paire de gouttières adjacentes étant inclinée par rapport à l'horizontale en sens inverse l'une par rapport à l'autre, de façon à former une cascade. 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les gouttières (1) sont portées par un support vertical (2) sur lequel elles sont fixées de manière amovible par des organes d'attache rapide (6.1, 6.2). 4. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que les organes d'attache rapide (6.1, 6.2) sont de type auto-agrippants. 5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le support vertical (2) est un panneau vertical porté par un piétement (10). 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que le piétement (10) est constitué de deux équerres plates présentant chacune une encoche inférieure (10.1) et une encoche supérieure (10.2) dans lesquelles viennent s'accrocher les bords inférieur et supérieur du panneau vertical (2). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque gouttière (1) présente la forme d'un demi-cylindre et possède une extrémité ouverte (3) et une extrémité fermée (4) en forme de demi-sphère, le nervurage transversal annelé (9) s'étendant sur toute la demi-circonférence de la gouttière (1). 8. Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le nervurage transversal annulé (9) est constitué par une pluralité de cordons demi-circulaires. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque gouttière (1) possède une section de largeur comprise entre 70 et Omm, de préférence environ 80mm, tandis que les cordons formant le nervurage transversal annelé (9) présentent une section demi-circulaire d'environ 2mm de rayon. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque gouttière (1) est un ensemble monobloc en matière plastique, et présente inférieurement des ailes transversales d'appui (20) permettant à ladite gouttière de reposer de façon stable sur un plan horizontal et/ou de prendre appui latéralement contre le panneau vertical (2).