Forme des ressauts granulaires en canal incliné: implications possibles pour le dimensionnement des digues paravalanches

Quand un écoulement granulaire à surface libre en régime supercritique rencontre un mur normal à la direction de l'écoulement, il peut se former une discontinuité en hauteur et en vitesse, dit ressaut granulaire par analogie aux ressauts hydrauliques, se propageant vers l'amont. Pour cela, il faut que la hauteur de l'obstacle soit supérieure à une hauteur critique conduisant à la formation du ressaut qui marque la transition entre le régime supercritique et le régime subcritique. En dessous de cette hauteur critique, l'écoulement reste supercritique et déborde sans formation de ressaut. Au-dessus de la hauteur critique, si le ressaut formé est de hauteur inférieure à la hauteur critique alors le ressaut se propage vers l'amont sans débordement de l'obstacle. Si le ressaut est de hauteur supérieure à la hauteur critique du mur alors ce dernier est débordé par l'écoulement. Ces processus, associés à la hauteur critique de l'obstacle pour qu'il y ait formation d'un ressaut d'une part et à la hauteur du ressaut formé d'autre part, constituent aujourd'hui les bases des recommandations Européennes en matière de dimensionnement des digues paravalanches d'arrêt visant à stopper entièrement l'écoulement d'avalanche ainsi que des digues de déviation [1]. Les valeurs de hauteur critique de l'obstacle et de hauteur du ressaut sont calculées à partir des équations traditionnelles des ressauts hydrauliques et sont essentiellement fonction du nombre de Froude de l'écoulement incident. Plusieurs études (voir par exemple [2,3,4]) ont démontré que ces équations classiques de l'hydraulique offraient de bonnes prédictions pour les ressauts, normaux ou obliques, formés dans les écoulements granulaires, ces derniers étant de bons modèles pour les écoulements de neige. Cependant la plupart des expériences de laboratoire sont restées jusqu'à présent limitées à des pentes fortes où l'inertie est dominante (nombre de Froude de l'ordre de 5-15), ce qui reste des valeurs élevées par rapport aux valeurs du nombre de Froude généralement plus faibles (de l'ordre de l'unité ou de quelques unités) dans la zone d'arrêt des avalanches. Des questions viennent alors à l'esprit : que se passe-t-il aux faibles valeurs du nombre de Froude pour lesquelles les forces d'inertie dans le ressaut ne sont pas dominantes ? Quel sont les effets des fortes de gravité et de frottement dans le ressaut ? Les équations classiques de l'hydraulique sont-elles toujours valides ? Afin de progresser sur ces questions, nous avons étudié en détail les ressauts stationnaires formés dans les écoulements granulaires en pente. Nous avons développé un nouveau dispositif expérimental qui permet de générer des ressauts granulaires stationnaires. Une vanne placée à la sortie d'un canal incliné à fond lisse permet d'obstruer en partie les écoulements granulaires permanents formés dans le canal et de générer des ressauts se propageant vers l'amont. En ajustant le débit de sortie au débit entrant, il est possible de rendre le ressaut stationnaire dans une large gamme de pente et débit. Des mesures basées sur des techniques d'imagerie (détection de surface libre, analyse de diagrammes spatio-temporels obtenus à la base de l'écoulement, aux parois et à la surface libre à l'aide d'une caméra rapide) couplées à des mesures de débit massique nous ont permis de mesurer en détail la dynamique des écoulements incidents (hauteur, vitesse, masse volumique) et la forme des ressauts pour chaque type d'écoulement. Nous avons pu établir un diagramme de phase qui permet de mettre en évidence une riche variété de ressauts granulaires. A haut débit, les écoulements sont denses et la forme des ressauts granulaires varie largement avec la pente. Au-delà d'une certaine pente, les écoulements sont légèrement non uniformes (uniformément accélérés) et les ressauts sont très raides avec une zone de recirculation au pied du ressaut. Pour une large gamme de pente, les écoulements sont uniformes, la zone de recirculation dans le ressaut disparait et les ressauts sont de plus en plus diffus quand la pente diminue. A une pente critique égale à l'angle de frottement typique du matériau, il est impossible de former un ressaut. Cette première série de tests à haut débit met en évidence une transition entre ressauts raides avec recirculation et ressauts diffus. Les ressauts diffus ont des hauteurs plus grandes que la hauteur prédite par l'hydraulique alors que la hauteur des ressauts raides avec recirculation est bien prédite par l'hydraulique classique. Nous montrons qu'une équation de ressaut avec prise en compte du poids du ressaut dans la direction de l'écoulement diminué de la force de frottement dans le ressaut (comme initialement proposé par [5] et récemment revisité par [6]) permet d'expliquer l'écart observé entre l'hydraulique classique et les ressauts granulaires diffus, dits ressauts frictionnels, à bas nombre de Froude typiquement en dessous de 4 dans nos tests. A faible débit, les écoulements incidents sont plus dilués et génèrent des ressauts dits compressibles pour lesquels il existe, en plus de la discontinuité en hauteur et en vitesse, une variation non négligeable de la masse volumique à travers le ressaut. Nous proposons une équation qui prend en compte cette variation de masse volumique. Cette équation est ainsi capable de prédire la diminution de la hauteur des ressauts quand les écoulements incidents sont de plus en plus dilués du fait de la diminution du débit entrant (à pente constante). Notre étude expérimentale de laboratoire couplée à des solutions analytiques a permis de mettre en évidence (i) une première transition entre ressauts granulaires raides avec recirculation et ressauts granulaires diffus frictionnels et (ii) une seconde transition entre ressauts granulaires incompressibles et compressibles. Les effets des termes source dans l'équation de ressaut (poids, force de frottement) à faible nombre de Froude et de la variation de masse volumique pour les écoulements dilués mis en évidence pour les ressauts stationnaires sont susceptibles de se manifester aussi dans les ressauts instationnaires. Cela peut remettre en question les recommandations Européennes existantes en matière de dimensionnement des digues paravalanches, notamment quand le nombre de Froude est faible (typiquement inférieur à 4 dans nos tests). Notre étude montre que les ressauts frictionnels diffus ont une hauteur plus grande que la hauteur prédite par l'équation de l'hydraulique alors que les ressauts compressibles ont une hauteur plus faible. Si le dernier résultat va dans le sens de la sécurité, le premier résultat est lui plus problématique quant au dimensionnement actuel des digues et au risque de débordement en aval des digues. En effet, nos résultats suggèrent que la hauteur des ressauts, donc la hauteur de digue nécessaire, peut être sous-estimée dans les régimes d'écoulement à bas nombre de Froude si l'équation de l'hydraulique (sans les termes source) est utilisée

Pervasive gaps in Amazonian ecological research

Biodiversity loss is one of the main challenges of our time,1,2 and attempts to address it require a clear un derstanding of how ecological communities respond to environmental change across time and space.3,4 While the increasing availability of global databases on ecological communities has advanced our knowledge of biodiversity sensitivity to environmental changes,5–7 vast areas of the tropics remain understudied.8–11 In the American tropics, Amazonia stands out as the world’s most diverse rainforest and the primary source of Neotropical biodiversity,12 but it remains among the least known forests in America and is often underrepre sented in biodiversity databases.13–15 To worsen this situation, human-induced modifications16,17 may elim inate pieces of the Amazon’s biodiversity puzzle before we can use them to understand how ecological com munities are responding. To increase generalization and applicability of biodiversity knowledge,18,19 it is thus crucial to reduce biases in ecological research, particularly in regions projected to face the most pronounced environmental changes. We integrate ecological community metadata of 7,694 sampling sites for multiple or ganism groups in a machine learning model framework to map the research probability across the Brazilian Amazonia, while identifying the region’s vulnerability to environmental change. 15%–18% of the most ne glected areas in ecological research are expected to experience severe climate or land use changes by 2050. This means that unless we take immediate action, we will not be able to establish their current status, much less monitor how it is changing and what is being lostinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Pervasive gaps in Amazonian ecological research

Biodiversity loss is one of the main challenges of our time,1,2 and attempts to address it require a clear understanding of how ecological communities respond to environmental change across time and space.3,4 While the increasing availability of global databases on ecological communities has advanced our knowledge of biodiversity sensitivity to environmental changes,5,6,7 vast areas of the tropics remain understudied.8,9,10,11 In the American tropics, Amazonia stands out as the world's most diverse rainforest and the primary source of Neotropical biodiversity,12 but it remains among the least known forests in America and is often underrepresented in biodiversity databases.13,14,15 To worsen this situation, human-induced modifications16,17 may eliminate pieces of the Amazon's biodiversity puzzle before we can use them to understand how ecological communities are responding. To increase generalization and applicability of biodiversity knowledge,18,19 it is thus crucial to reduce biases in ecological research, particularly in regions projected to face the most pronounced environmental changes. We integrate ecological community metadata of 7,694 sampling sites for multiple organism groups in a machine learning model framework to map the research probability across the Brazilian Amazonia, while identifying the region's vulnerability to environmental change. 15%–18% of the most neglected areas in ecological research are expected to experience severe climate or land use changes by 2050. This means that unless we take immediate action, we will not be able to establish their current status, much less monitor how it is changing and what is being lost

Brazilian Flora 2020: Leveraging the power of a collaborative scientific network

International audienceThe shortage of reliable primary taxonomic data limits the description of biological taxa and the understanding of biodiversity patterns and processes, complicating biogeographical, ecological, and evolutionary studies. This deficit creates a significant taxonomic impediment to biodiversity research and conservation planning. The taxonomic impediment and the biodiversity crisis are widely recognized, highlighting the urgent need for reliable taxonomic data. Over the past decade, numerous countries worldwide have devoted considerable effort to Target 1 of the Global Strategy for Plant Conservation (GSPC), which called for the preparation of a working list of all known plant species by 2010 and an online world Flora by 2020. Brazil is a megadiverse country, home to more of the world's known plant species than any other country. Despite that, Flora Brasiliensis, concluded in 1906, was the last comprehensive treatment of the Brazilian flora. The lack of accurate estimates of the number of species of algae, fungi, and plants occurring in Brazil contributes to the prevailing taxonomic impediment and delays progress towards the GSPC targets. Over the past 12 years, a legion of taxonomists motivated to meet Target 1 of the GSPC, worked together to gather and integrate knowledge on the algal, plant, and fungal diversity of Brazil. Overall, a team of about 980 taxonomists joined efforts in a highly collaborative project that used cybertaxonomy to prepare an updated Flora of Brazil, showing the power of scientific collaboration to reach ambitious goals. This paper presents an overview of the Brazilian Flora 2020 and provides taxonomic and spatial updates on the algae, fungi, and plants found in one of the world's most biodiverse countries. We further identify collection gaps and summarize future goals that extend beyond 2020. Our results show that Brazil is home to 46,975 native species of algae, fungi, and plants, of which 19,669 are endemic to the country. The data compiled to date suggests that the Atlantic Rainforest might be the most diverse Brazilian domain for all plant groups except gymnosperms, which are most diverse in the Amazon. However, scientific knowledge of Brazilian diversity is still unequally distributed, with the Atlantic Rainforest and the Cerrado being the most intensively sampled and studied biomes in the country. In times of “scientific reductionism”, with botanical and mycological sciences suffering pervasive depreciation in recent decades, the first online Flora of Brazil 2020 significantly enhanced the quality and quantity of taxonomic data available for algae, fungi, and plants from Brazil. This project also made all the information freely available online, providing a firm foundation for future research and for the management, conservation, and sustainable use of the Brazilian funga and flora