Mécanique des fluides

La mécanique des fluides est l’outil de base de l’ingénieur pétrolier : la boue de forage qui équilibre la pression des formations, l’huile brute qui monte dans le tubing, le brut du bassin d’Agadem pompé vers la raffinerie SORAZ de Zinder ou exporté par le pipeline Niger–Bénin, le gaz associé comprimé ou torché, tous obéissent aux mêmes lois. Ce cours de semestre 2 présente les fluides au repos puis en mouvement, les écoulements incompressibles et compressibles, les forces exercées par les fluides et enfin les machines hydrauliques (pompes et turbines). L’accent est mis sur les ordres de grandeur, les unités de champ (psi, bbl/j, ppg, ft) et les unités SI, et sur la résolution de problèmes concrets.

Objectifs d’apprentissage

• Calculer une pression hydrostatique, un gradient de pression et une poussée d’Archimède (boue de forage, bacs de stockage, manomètres).
• Appliquer l’équation de continuité et le théorème de Bernoulli à des conduites, orifices et débitmètres Venturi.
• Identifier le régime d’écoulement (nombre de Reynolds) et calculer les pertes de charge régulières et singulières (Darcy-Weisbach, Colebrook).
• Situer les équations de Navier-Stokes et reconnaître quand un écoulement doit être traité comme compressible (nombre de Mach).
• Évaluer les forces exercées par un fluide en mouvement (théorème de la quantité de mouvement) et dimensionner sommairement une pompe (hauteur, puissance, NPSH).

Prérequis

Physique générale (mécanique du point, énergie, unités SI), notions d’analyse (dérivées, intégrales simples) et maîtrise de la calculatrice scientifique.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Propriétés des fluides et statique des fluides
2. Leçon 2 — Cinématique et dynamique des fluides parfaits : continuité et Bernoulli
3. Leçon 3 — Écoulements réels et compressibles : Reynolds, pertes de charge, Navier-Stokes
4. Leçon 4 — Forces dans les fluides, pompes et turbines

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 10 h de cours magistral (CM), 10 h de travaux dirigés (TD), 0 h de travaux pratiques, 20 h de travail personnel de l’étudiant (TPE) ; 2 crédits. Évaluation : contrôle continu (TD notés, quiz en ligne, devoir surveillé) comptant pour 40 % et examen terminal écrit (problèmes chiffrés, formulaire autorisé) comptant pour 60 %.

Bibliographie

• White F. M., Fluid Mechanics, McGraw-Hill (traduction française : Mécanique des fluides).
• Candel S., Mécanique des fluides, Dunod.
• Comolet R., Mécanique expérimentale des fluides, tomes 1 et 2, Masson/Dunod.
• Bourgoyne A. T. et al., Applied Drilling Engineering, SPE Textbook Series (chapitre hydraulique de forage).
• Idel’cik I. E., Memento des pertes de charge, Eyrolles.