Chemins de l'eau

Comment fonctionne une écluse ?

Bertrand Degoy — 2017-05-05T21:23:00Z

Un canal n'est pas horizontal sur tout son parcours. Même si les ingénieurs conçoivent son tracé pour réduire les dénivellations au minimum, le canal passe par des montées et des descentes. Une écluse permet aux bateaux de franchir la dénivellation entre deux biefs successifs. Comment cela fonctionne-t-il ?


Crédits: © 2015 J-Y Bidaut
Schéma de fonctionnement d'une écluse

Le canal de la Marne à la Saône - 1

Ouvert au trafic en 1907, sa réalisation a nécessité d'importants travaux tels que le creusement d'un tunnel de 4821 m et la construction de quatre lacs pour assurer son alimentation en eau.

Vidéo Dailymotion

Sur le canal de Champagne en Bourgogne

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Crédits: Jean-Pierre Gerphagnon

Ecluse, ouverture de portes

Sur le canal de Champagne en Bourgogne achevé en 1910, les portes sont formées de deux vantaux. Elles sont dites "busquées", c'est à dire que les deux demi-portes sont arc-boutées l'une sur l'autre et maintenues dans cette position par la pression de l'eau : impossible de les ouvrir tant qu'il y a une différence de niveau. Selon le principe inventé par Léonard de Vinci, une "ventelle" aménagée dans la porte fait office de vanne pour contrôler le passage de l'eau et équilibrer les niveaux de part et d'autre.

Le simulateur présenté ci-dessous correspond aux écluses plus modernes, dont les portes se soulèvent verticalement. Des tuyaux et des vannes permettent le passage de l'eau. Si la technique change, le principe général reste le même.

Vocabulaire

Bief : Un canal est divisé en segments horizontaux, à différentes altitudes, appelés biefs. Plus généralement, un bief est toute portion de canal, alimentant un moulin par exemple.

Amont/aval : De deux biefs successifs, celui qui est le plus haut est appelé "bief amont", le plus bas est appelé "bief aval". Généralement, le bief "supérieur" désigne le plus haut de tous les biefs d'un canal. On dit aussi d'un bateau qu'il est "amont" quand il remonte le canal et "aval" à l'inverse.

Dénivellation : La différence de hauteur du niveau de l'eau entre deux biefs successifs.

Écluse : Système hydraulique permettant aux bateaux de franchir la dénivellation d'un bief au suivant. Il existe aussi des systèmes mécaniques, appelés "ascenseurs à bateaux".

Porte : L'écluse comporte un système de portes en amont et en aval, pour permettre aux bateaux de franchir l'écluse. En s'ouvrant successivement (et non simultanément) on évite que toute l'eau du bief amont se vide vers l'aval.

Sas : L'espace entre les portes, aussi "bassin de mise à niveau".

Vanne : Les portes étant fermées, des gros robinets permettent de faire passer l'eau de l'amont vers le sas et du sas vers l'aval, pour faire monter ou descendre le bateau.

Sassage (éclusée) : L'opération d'entrée-sortie du bateau, de manœuvre des vannes et des portes. Un sassage est dit "amont" ou "aval" selon que le bateau se dirige vers l'amont (remonte le canal) ou vers l'aval (descend le canal).

Feu : Dans ce contexte, les feux (rouge/vert) indiquent au batelier s'il peut ou non avancer.

Péniche : Un bateau de travail, capable de transporter des marchandises sur une voie fluviale, mais parfois aussi en estuaire ou en mer.

Déplacement (m3) d'une péniche : son poids total ou tonnage (t) (le bateau vide plus le poids des marchandises transportées) traduit en mètres cubes d'eau à l'aide du théorème d'Archimède. A ne pas confondre avec la charge utile (ou port en lourd) qui est le poids maximum que la péniche peut transporter.

Le simulateur


Crédits: Copyright © 1999-2006 Pragma-Soft , http://www.pragmasoft.be/carnets/geo/ecluse/ecluse_simulation.html
Fonctionnement d'une ecluse

Ce simulateur (sur le site de Pragma Soft) permet de manœuvrer l'écluse avec 6 commandes : vannes, portes, feux. Une erreur de manipulation provoque un blocage, avec un message d'explication.

Cliquez sur l'image à gauche pour lancer le simulateur. Nécessite un visualiseur Flash.

En classe : le professeur peut projeter le simulateur sur un écran. Il fait une démonstration de sassage (éclusée) dans chaque sens, puis il invite les élèves à manipuler à tour de rôle. Celui qui fait une erreur passe les commandes au suivant !

Questions

Que se passe-t-il si les deux vannes sont ouvertes en même temps ?

Pourquoi une porte peut-elle être bloquée ? Décrire une situation de blocage : niveau de l'eau, position des vannes.

Avant de manœuvrer une porte, que dois-je vérifier ?

Quel volume d'eau est transféré à chaque éclusée, sans bateau ? Cela change-t-il avec un bateau ? Application numérique (gabarit Freycinet ) :

Dimensions du sas de l'écluse : L = 39 m, l = 5,20 m.

Dénivellation entre le bief amont et le bief aval : 3,50 m.

Déplacement (ou tonnage) d'une péniche : 300t (charge utile ou "port en lourd" 240 t). D'un remorqueur : 35t. D'une pénichette ou vedette de plaisance : 3,5t

Le saviez-vous ?

Pour parcourir le canal de Bourgogne en Champagne et donc franchir le plateau de Langres, une péniche venant de la Saône va parcourir 62 km, passer 43 écluses et s'élever de 155 m. Pour rejoindre ensuite la partie navigable de la Marne, elle parcourra 152 km et franchira 71 écluses !

Voyez aussi :

Le canal de Champagne en Bourgogne
L'alimentation en eau du canal de Champagne en Bourgogne
Le tunnel de Balesmes
Technologie au Collège

Pour les curieux...


Lexique


écluse

LA MOUCHE DU COCHE REVISITEE

GALLIER Jean — 2015-09-09T14:50:27Z

Cette fable sera l'occasion, pour les haut-marnais, de découvrir ou de redécouvrir des lieux et des personnages célèbres de notre département et notamment Emilie du Châtelet, la femme scientifique.
Elle se termine par une petite énigme qui devrait donner du fil à retordre à tous les passionnés de physique, ou simplement, à tous les curieux des choses de la nature.

Remarque : les renvois en bas de page ont, ici, autant d'importance, voire plus, que le texte lui-même, car ils donnent les explications nécessaires sur chaque personnage et chaque lieu évoqués.


Crédits: Auguste Vimar 1897
Illustration du "Coche et de la mouche" de Jean de La Fontaine

Denis Diderot [1], des eaux de Bourbonne [2] s'en revenant,
Emprunta la diligence avec son amie Sophie Vollant [3].
L'été était à son comble et la chaleur ne faisait pas bon compagnon ;
Le jour était bien mal choisi pour affronter la côte de Chagnon [4].
Dans ce chemin montant, gréseux [5], mal aisé
Et, de tout côté au soleil exposé,
Six forts chevaux tiraient le coche.
Hommes, Femmes, Vieillards, tout était descendu.
L'attelage suait, soufflait, était rendu.
Une mouche survient et des chevaux s'approche ;
Prétend les animer par son bourdonnement ;
Pique l'un, pique l'autre, et pense à tout moment
Qu'elle fait aller la machine.
Les chevaux n'en pouvant plus, alors qu'elle s'échine,
S'arrêtèrent, secouant leur crinière pour chasser l'intruse.
Le monstre, plus nuisible qu'une méduse,
Étonna Monsieur Diderot par sa taille indue ;
Il faut, se dit-il, que mon ami d'Alembert [6] l'ait vue
Assurément, elle mérite d'être dans l'Encyclopédie
Et, sur l'heure, il faut arrêter sa comédie.
Un voyageur, pourvu d'un fromage de Langres [7]
Attira ce brachycère [8] par la gourmandise,
La cloche en verre se referma sur l'insecte à prendre
Et, la prétentieuse comprit trop tard sa méprise.
L'intrigante, de tous les regards, faisait l'objet ;
De la taille d'un écu, en pesait-elle autant ?
Mais comment la trébucher [9], s'interrogeait Sophie Vollant ?
Allons voir ma connaissance, Emilie du Châtelet [10],
Proposa Denis Diderot, tout à son aise,
Il n'y a que quelques lieues d'ici à Cirey-sur-Blaise [11]
Et, de la pesanteur [12], Emilie en connaît l'effet.
Et puis, n'est-elle pas de la compagnie
Du cercle des Chevaliers de la Mouche à Miel [13] ?
Voilà bien un heureux hasard qui se met de la partie.
De cette opportunité remercions le ciel.
Arrivés au Vallage [14], accueillis par Monsieur Voltaire [15],
Ils présentèrent ce cas singulier de la nature,
Dont Emilie prit aussitôt possession, dans sa cage de verre,
Pour cette pesée inédite [16] dont elle était sûre
Parce qu'elle en ferait son affaire.
Mais, vous ne pèserez que de l'air,
Fit remarquer Voltaire, car enfin,
Tant qu'à l'intérieur de son bocal,
Ne cessera le vol de cet animal,
Nous resterons tous sur notre faim.
Sophie prit fait et cause pour Emilie.
Et Denis, de Voltaire, retint la philosophie
Car, de la physique, il ne voulait faire fi.
Mais d'Emilie ou de François-Marie [17],
Qui donc gardera sa raison ?
Dans deux siècles, il faut faire le pari
Que les Hommes se poseront encore la question.

Pour comprendre le dilemme (imaginaire) entre Emilie du Châtelet et Voltaire, se reporter à l'illustration ci-après.


Crédits: Jean Fébvre & Jean Gallier

Effectivement, deux siècles, et même trois siècles après Emilie du Châtelet, la question de la mouche (ou de l'oiseau, ou du drone) dans un bocal, fait toujours l'objet d'interrogations sur internet.
Le lecteur trouvera ci-après deux démonstrations scientifiques sérieuses qui devraient lever ses doutes.
Bonne lecture.


La mouche dans le bocal


Un camion transportant des oiseaux

[1] https://fr.wikipedia.org/wiki/Denis_Diderot.
A lire :
"Diderot - Voyage à Bourbonne, à Langres et autres récits" - Ouvrage collectif présenté par Anne-Marie Chouillet - Paris, aux amateurs de livres.
"Sur les traces de Diderot et de l'Encyclopédie en Haute-Marne" d'André Rondot - Edition : Forum Diderot - Langres.

[2] Ville thermale de Bourbonne-les-Bains en Haute-Marne, dans la vallée de l'Apance, affluent de la Saône. Voir, sur ce site, l'article de Solène Denis : « Le premier hôpital de France en ville thermale », les articles de Michel Thenard : « Les eaux de Bourbonne-les-Bains » et « Michel Jaltel : Bourbonne-les-Bains - Plus de deux mille ans de médecine thermale » et l'article de Bertrand Degoy « Bourbonne-les-Bains au temps du chemin de fer ».

[3] Sophie Volland (1716 – 1784). Sophie Volland s'appelait en réalité Louise-Henriette, mais en mesurant rapidement ses dons, Diderot, admiratif et amoureux, lui donna le prénom de « Sophie » soit, en grec, « sagesse ». C'est au printemps 1755 qu'âgée de 39 ans elle rencontra le philosophe, de trois ans son aîné. Elle fut l'amie, la maîtresse et la correspondante privilégiée de Denis Diderot de 1755 à 1769 qui aimait sa personne et estimait son esprit, comme son jugement. [https://fr.wikipedia.org/wiki/Sophie_Volland]
A lire : « Lettres à Sophie Volland » de Denis Diderot (tomes I et II) Edit. Gallimard.

[4] La côte de Chagnon, sur l'actuelle D417, commence au bas de la ville de Bourbonne-les Bains à une altitude de 257m pour arriver à 437m, au sommet d'un relief appelé, par les géologues, la côte des grès infra-liasiques du Rhétien, c'est-à-dire des grès déposés à la fin de la période du Trias soit, avant la période du Lias. Cette côte est l'une des auréoles du bassin parisien, située entre la côte de Moselle à l'Ouest et la côte de Lorraine à l'Est.
Cette côte des grès infra-liasique est aussi appelée, par les anciens géographes et par les habitants de la région, "les monts Faucilles". Ce toponyme se trouve dans un publicité des Chemins de Fer de l'Est de 1903. Voir l'article de Bertrand Degoy "Bourbonne-les-Bains au temps du chemin de fer" et, le document intitulé "Chemins de Fer de l'EST 1903 : Bourbonne-les-Bains"

[5] Le mot « sableux », dans la fable originale de Jean de La Fontaine, a été volontairement remplacé par « gréseux ». En effet, nous ne sommes pas ici dans la forêt de Fontainebleau, ni en Sologne, mais sur du grès, comme expliqué au renvoi concernant la côte de Chagnon. On notera cependant, que l'adjectif « sableux » aurait pu être conservé dans le contexte local : les habitants de cette région de Haute-Marne, appelant le grès, du joli nom de « pierre de sable ».

[6] Jean Le Rond d'Alembert (1717-1783), est un mathématicien, philosophe et encyclopédiste français.
Il est célèbre pour avoir dirigé l'Encyclopédie avec Denis Diderot et pour ses recherches en mathématiques sur les équations différentielles et les dérivées partielles. [https://fr.wikipedia.org/wiki/Jean_le_Rond_D'Alembert]
Il fut aussi l'ami de Voltaire et membre de l'Ordre des Chevaliers de la Mouche à Miel (se reporter au renvoi sur ce sujet).
A lire, pour les passionnés de mathématiques : de Louis De Broglie, « Un mathématicien, homme de lettres : d'Alembert ». In : Revue d'histoire des sciences et de leurs applications. 1951, Tome 4 n°3-4. pp. 204-212.

[7] Le « langres » est un fromage du Plateau de Langres.
Actuellement, le cahier des charges définit une zone AOC qui concerne deux arrondissements de la Haute-Marne (Chaumont et Langres), un canton des Vosges (Neufchâteau) et 4 villages de Côte-d'Or [https://fr.wikipedia.org/wiki/Langres_(fromage)]
Pour en savoir plus sur le Fromage de Langres, voir sur ce même site l'article d'Alexandra Jacquot « LE FROMAGE DE LANGRES ».
Bibliographie : « Histoire du fromage de Langres », de Jérôme Benêt et Georges Risoud, Langres, Éditions Dominique Guéniot, 2005.

[8] Cette mouche, apparemment peu ordinaire, est censée appartenir à l'ordre des diptères, au sous-ordre des brachycères, et à la famille des calyptères, sous le nom de lucilia caesar.
Quand Diderot arriva à Paris avec cette mouche, d'Alembert avait déjà fait exécuter les planches de l'Encyclopédie pour les insectes. Après examen de celui-ci, d'Alembert jugea qu'il n'était pas nécessaire de refaire des gravures consacrées à des insectes d'exception, pour une vulgaire lucilia caesar que tous les gens de la campagne connaissent sous le nom de mouche à m…, par opposition à la mouche à miel, expression communément utilisée, à l'époque, pour désigner une abeille.

[9] Le verbe trébucher est, ici, synonyme de peser. Il s'agit de faire une opération de pesée à l'aide d'un instrument appelé trébuchet. D'abord de précision médiocre, le trébuchet a été utilisé depuis l'antiquité par les changeurs de monnaies, d'où l'expression « des espèces sonnantes et trébuchantes ». Le changeur de monnaies commençait par faire tinter la pièce de monnaie sur une pierre dure (généralement du marbre), afin de vérifier qu'il n'avait pas à faire à une fausse pièce en plomb ou en étain. Après s'être assuré qu'il s'agissait d'une pièce d'or, d'argent ou de bronze, il la pesait à l'aide de son trébuchet pour en déterminer la valeur réelle, le diamètre ou l'épaisseur de la pièce pouvant également être l'objet de fraude.
Beaucoup plus tard, et notamment à partir du XVIIIème siècle, le trébuchet se transforma en instrument de haute précision, à l'usage des chimistes. Encore de nos jours, même si la balance électronique est devenue d'un usage courant en laboratoire, le trébuchet reste encore l'instrument de référence.

[10] Gabrielle Émilie Le Tonnelier de Breteuil, marquise du Châtelet, plus couramment appelée Émilie du Châtelet, (1706 – 1749). Avant Marie Curie, Emilie du Châtelet fut, sans aucun doute, la première femme scientifique de France et très certainement d'Europe, autrement dit, du Monde. Les historiens de l'époque, peu au fait des sciences, n'ont retenu d'Emilie que la femme mondaine, égérie de Voltaire. Aujourd'hui, nous dirons que seul l'aspect « people » d'Emilie est parvenu aux néophytes. Voltaire défendit Emilie contre tous les cyniques de son temps, dont les femmes elles-mêmes n'étaient pas absentes, car fort jalouses de cette femme d'exception.
Il est impossible, ici, de résumer tout le travail scientifique d'Emilie du Châtelet ; je me limiterai à citer deux exemples :
A partir d'une expérience très simple, consistant à faire chuter, d'une hauteur variable, une bille de plomb sur un lit d'argile, puis à mesurer le diamètre de l'empreinte produite par l'impact, Emilie démontra le bien-fondé de l'hypothèse développée par Bernoulli et Leibnitz, comme quoi la force d'un corps est proportionnelle au produit de sa masse par le carré de sa vitesse (1/2mv²). Et ce, contre la thèse de Dortous de Mairan, communément admise par un grand nombre de scientifiques de l'époque, selon laquelle la force d'un corps correspond au simple produit de la masse par la vitesse (mv). Les travaux d'Emilie, en la matière, mirent fin à la querelle dite des « forces vives », appelées plus tard : énergie cinétique.
Emilie rédigea la seule traduction en français des « Principes mathématiques de la philosophie naturelle de Newton ». Précisons que Newton avait rédigé son ouvrage en latin, langue plus adaptée à la philosophie qu'à la science, ce qui demanda à Emilie de refaire beaucoup de calculs pour asseoir sa traduction. De plus, Emilie compléta l'ouvrage de Newton par de nombreuses annotations personnelles, pour une meilleure compréhension par le lecteur.

Pour synthétiser l'héritage d'Emilie du Châtelet, je laisse la parole à Mireille Touzery - Mireille Touzery est professeur d'histoire moderne à l'université Paris 12-Val de Marne.
« … Le titre de gloire d'Emilie du Châtelet est bien celui de passeur scientifique, de transmetteur de savoir entre les générations euclidiennes (et newtoniennes, NDLR) et les générations leibniziennes.... Rappelons que cette œuvre de transmission ne fut pas non plus le moindre titre de gloire d'un Galilée qui, par ses talents de communicateur… et son écriture en langue italienne, révéla Copernic à l'Europe ».
« Enfin, au regard de l'histoire des femmes, Émilie du Châtelet a apporté une des premières pierres à l'exorcisme du sarcasme, si fort parce que si drôle, porté par Molière dans Les femmes savantes (1672) contre l'activité intellectuelle féminine ».
Mireille Touzery, « Émilie du Châtelet, un passeur scientifique au XVIIIe siècle », La revue pour l'histoire du CNRS [En ligne], 21 | 2008, mis en ligne le 03 juillet 2010, consulté le 22 juin 2015. URL :
[http://histoire-cnrs.revues.org/7752]

Bibliographie :.
Madame du Châtelet : la femme des Lumières [exposition présentée par la Bibliothèque Nationale de France, du 7 mars au 3 juin 2006], sous la direction d'Élisabeth Badinter et Danielle Muzerelle. Paris : Bibliothèque Nationale de France, impr. 2006, 121 p., et en particulier le chapitre d'Antoinette Emch Dériaz et Gérard Emch, « Mathématicienne et comment ! », pp. 90-93 et de Keiko Kawashima, « La querelle des forces vives : le débat entre Mme du Châtelet et Dortous de Mairan », pp. 99-103.
Madame du Châtelet, une femme de sciences et de lettres à Créteil [exposition présentée par l'université Paris 12-Val de Marne, Créteil, du 17 octobre au 17 décembre 2006], sous la direction de Mireille Touzery et Geneviève Menant http://www.univ-paris12.fr/ bibliothèques/expositions
Colloque du tricentenaire de la marquise du Châtelet, tenu les 1er, 2 et 3 juin à la Bibliothèque Nationale de France et à Sceaux, éd. Centre international d'étude du XVIIIe siècle de Ferney-Voltaire, 2007.

A consulter aussi sur internet :
[https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89milie_du_Ch%C3%A2telet]
[http://www.herodote.net/emilie_du_Chatelet_1706_1749_-synthese-201.php]
[http://classes.bnf.fr/rendezvous/pdf/Chatelet.pdf]

A voir en ce moment :
Exposition « Dans les arcanes d'une famille illustre, les archives du Châtelet révélées »
Du 20 juin au 18 décembre 2015, aux Archives Départementales de Haute-Marne à Chaumont.

A noter :
L'exposition des Archives Départementales sera suivie, à l'automne 2016, d'un colloque international, organisé par les Cahiers haut-marnais et consacré à Emilie du Châtelet et à sa résidence de Cirey-sur-Blaise.

Lecture recommandée :
« Emilie, Emilie, ou l'ambition féminine au XVIIIème siècle » d'Elisabeth Badinter. Le livre de poche 1997 (publication Flammarion de 1983).
Elisabeth Badinter nous parle de deux femmes d'exception, Madame du Châtelet et Madame d'Epinay.
Explications de l'éditeur : « Le titre s'explique aisément : Madame du Châtelet se prénommait Emilie (et Voltaire se proclamait le premier des Emiliens !), Madame d'Epinay adorait ce prénom qui fut celui de sa petite-fille pour qui elle écrivit les « Conversations avec Emilie », où elle jette les bases d'une pédagogie neuve et révolutionnaire. Pédagogie tout entière opposée à Rousseau, qui dans « l'Emile » ne fait pas la part belle à la compagne qu'il donne à son héros, malgré le doux nom de Sophie… »

[11] Cirey-sur-Blaise est une commune de Haute-Marne (à environ 40 km au sud de Saint-Dizier) où Emilie du Châtelet possédait un château venant de son mari, le marquis Florent Claude du Châtelet (ou du Chastellet). [https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89milie_du_Ch%C3%A2telet

[12] En 1740, Emilie du Châtelet publie un traité de physique, intitulé « Les institutions physiques ».

[13] L'ordre de la Mouche à Miel est un ordre de chevalerie créé en 1703 par Louise-Bénédicte de Bourbon, duchesse du Maine pour attacher à sa personne la cour qu'elle avait rassemblée au château de Sceaux.
[https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89milie_du_Ch%C3%A2telet]
Evidemment, cet ordre chevaleresque n'a strictement rien à voir avec la fable qui nous occupe, j'ai simplement voulu profiter du jeu de mots. Je souligne cependant qu'Emilie du Châtelet, comme Voltaire, appartenait bien à cet ordre.

[14] Cirey-sur Blaise appartient à une région de Haute-Marne appelée « le Vallage », située entre la côte des Bars et la Champagne humide.

[15] Emilie du Châtelet accueillit Voltaire en son château de Cirey-sur-Blaise car, ce dernier risquait la bastille suite à la publication de ses Lettres Philosophiques. [http://www.herodote.net/emilie_du_Chatelet_1706_1749_-synthese-201.php].
A cette époque, Cirey-sur-Blaise était situé aux confins de la Champagne, à la limite du duché de Lorraine, où Voltaire pouvait se réfugier en cas d'alerte.
A lire : « Voltaire à Cirey » par le Professeur Hubert Saget. Editions le Pythagore, Chaumont 1994.
Hubert Saget est né en Haute-Marne, à Doulevant-le-Château.

[16] Voltaire fit aménager à Cirey, à l'intention d'Emilie du Châtelet, un cabinet de physique, le premier d'Europe chez un particulier.

[17] François-Marie Arouet, dit Voltaire