COURS ADDUCTION D'EAU POTABLE Version Finale [PDF]

Zitiervorschau

ADDUCTION D’EAU POTABLE

Olivier ZANGO Ingénieur en Génie Civil Email: [email protected]

OBJECTIFS DE COURS ~ AEP Donner aux ingénieurs les outils nécessaires pour promouvoir la construction de systèmes évolutifs permettant d’assurer à chaque citoyen son droit d’accès à une eau potable

OBJECTIFS DE COURS ~ AEP  Savoir définir la demande en eau potable pour une population donnée et pour un horizon déterminé

 Connaître les contraintes et lois d’évolution des localités urbaines, semiurbaine et rurales  Connaître les options technologiques existantes  Savoir définir et identifier les critères de choix et de dimensionnement des réseaux d’eau  Savoir concevoir et dimensionner les éléments hydrauliques des systèmes de desserte en eau potable

PLAN DE COURS I.

Généralités sur les systèmes d’AEP

II. Les besoins en eau III. Les réseaux d’adduction IV. Les ouvrages de stockage V. Les réseaux de distribution VI. Dimensionnement de la pompe VII. Technologie et pose de canalisations

BIBLIOGRAPHIE • Mar, Amadou Lamine. 2003. Cours d'Hydraulique -T1: Ecoulements en Charge. s.l.: Groupe des Ecoles EIER-ETSHER, 2003. Vol. 1. • Ouédraogo, Bega Urbain. 2005. Ouvrages Constitutifs des Systèmes d'AEP. Ouagadougou: 2iE, 2005. • Zoungrana, Denis. 2008. Cours d'Approvisionnement en Eau Potable. Ouagadougou: 2iE, 2008.

Chapitre I

GENERALITES SUR LES SYSTEMES D’AEP

I. GÉNÉRALITÉS 1. Notion de Système d’AEP Système d’AEP : « Ensemble des ouvrages qui participent à la mise à disposition des utilisateurs d’une eau de bonne qualité et en quantité suffisante »

I. GÉNÉRALITÉS 1. Notion de Système d’AEP Système d’AEP :

I. GÉNÉRALITÉS 2. Objectifs d’un Système d’AEP La modernisation des systèmes d’approvisionnement en eau potable dans les centres semiurbains ou les villages et leur élargissement dans les grandes villes poursuit deux objectifs principaux:  L’eau pour la santé Le premier objectif principal de l’approvisionnement en eau potable est de contribuer à l’amélioration de la santé des populations par la limitation des risques de santé en leur apportant une eau saine et en quantité suffisante  L’eau pour les activités socioéconomiques Le deuxième objectif, souvent occulté ou négligé particulièrement dans les localités de faible importance, en raison de l’urgence du premier est la prise en compte des usages de types artisanal ou industriel

I. GÉNÉRALITÉS 2. Objectifs d’un Système d’AEP  Disponibilité de l’eau en quantité suffisante • À tout moment et en toute saison • à tous les niveaux de la zone intéressée par le projet (sous certaine pression),

Eau de qualité • Eau distribuée de nature à préserver la santé des consommateurs • Protéger les équipements

Coût minimal de l’eau pour l’usager Ouverture du système de manière à supporter les modifications ultérieures et l’extension

I. GÉNÉRALITÉS 3. Ouvrages d’un Système d’AEP  Ouvrages de captage

Puits

Forage

Prise en rivière

I. GÉNÉRALITÉS 3. Ouvrages d’un Système d’AEP  Station de traitement Les analyses, régulières, doivent être conformes aux normes de potabilité de l’eau du pays.

• Clarification  Pré traitement  Coagulation/ floculation  Décantation  Filtration

• Désinfection (Chloration)

I. GÉNÉRALITÉS 3. Ouvrages d’un Système d’AEP  Station de traitement • Traitement spécifique :  dé-ferrisation (le fait d'enlever le fer ou les dérivés du fer d'un liquide, spécialement de l'eau),  dé-manganisation (élimination du manganèse)

I. GÉNÉRALITÉS 3. Ouvrages d’un Système d’AEP  Ouvrages de Pompage  Pompes  Dispositifs Anti-béliers  Équipements annexes

Salle de pompage

Ballon anti bélier

I. GÉNÉRALITÉS 3. Ouvrages d’un Système d’AEP  Ouvrages de stockage • Bâches, château d’eau

Bâche

Château d’eau

I. GÉNÉRALITÉS 3. Ouvrages d’un Système d’AEP  Réseau et Ouvrages d’adduction et de distribution • Canalisations, robinetteries • Bornes fontaines, branchements • Appareillage hydraulique : purges, ventouses, vidanges

Canalisation PEHD

Borne fontaine

Ventouse

I.

GÉNÉRALITÉS

4. Typologie des Systèmes d’AEP La nature et l’importance des ouvrages et équipements à mettre en place dans le cadre de la réalisation d’un système d’AEP varient généralement avec la ressource (contrainte technique), la taille et le niveau d’urbanisation de la ville (contrainte socioéconomique). Il est toujours conseillé de s’orienter en priorité vers les ressources qui engendrent le moins d’investissement et de frais de fonctionnement.

I. GÉNÉRALITÉS 4. Typologie des Systèmes d’AEP Taille et complexité des équipements des AEP : fonction de la taille des populations à desservir :  Grandes villes

• forte consommation • Population : +100 000 hbts

 Villes secondaires

• moyenne consommation • Population : de 10 000 à 100 000 hbts

 Grands centres ruraux (grands villages) • Faible consommation • Population : de 2000 à 10 000 hbts

I. GÉNÉRALITÉS 4. Typologie des Systèmes d’AEP

In: WSP, Délégation de la gestion du service d’eau en milieu rural et semi urbain, Octobre. 2010.

I. GÉNÉRALITÉS 4. Typologie des Systèmes d’AEP

Point d’Eau Autonome

Chapitre II

LES BESOINS EN EAU

II. LES BESOINS EN EAU 1. La demande en eau Le besoin en eau d’un usager est ce qu’il consommerait en dehors de toute contrainte économique. Dans la conception des systèmes, c’est une simple allocation de quantité d’eau fixée par les pouvoirs publics ou le projeteur. La demande en eau d’un usager est la consommation qu’il a atteinte lorsque celui-ci intègre la synthèse de ses contraintes économiques, son appréciation de la valeur sociale et sanitaire de l’eau.

II. LES BESOINS EN EAU 1. La demande en eau La demande en eau est influencée par quatre facteurs principaux. Les conditions socio-économiques des usagers Les revenus : la modification de la structure de consommation est influencée par la fluctuation des revenus. Le comportement culturel des usagers vis-à-vis de l’eau : quelle valeur d’usage et quelle importance de sa liaison à la santé ? Le niveau d’équipement sanitaire de l’habitat. Le développement urbain : Ce sont les traits caractéristiques de la localité sur le plan de l’organisation et de l’occupation des sols, l’existence et le développement d’unités économiques consommatrices d’eau.

II. LES BESOINS EN EAU 1. La demande en eau Les sources d’approvisionnement existantes : La qualité, la quantité, le coût et la fiabilité des sources d’approvisionnement alternatives au système amélioré ont une influence considérable sur l’évolution de la demande. En particulier, dans les pays en développement certaines familles utilisent l’eau du réseau pour la consommation, celle des sources traditionnelles pour les autres usages (lessive). Dans ces conditions, au moment de la planification, une attention sera portée sur la demande en eau en provenance du système amélioré et celle qui restera l’apanage des sources alternatives. La tarification : Une variation des tarifs entraîne un réajustement des quantités demandées, c’est l’élasticité de la demande par rapport aux tarifs.

II. LES BESOINS EN EAU 1. La demande en eau  Valeurs indicatives pour l’estimation forfaitaire de la demande en eau

 Valeurs préconisées par l’OMS • Minimum vital : 20 l/j/personne, afin de répondre aux besoins fondamentaux (hydratation et hygiène corporelle) • Vivre décemment : 50 l/j/personne • Confort: 100 l/j/personne (c’est le cas pour les pays développés)

II. LES BESOINS EN EAU 1. La demande en eau  Valeurs indicatives pour l’estimation forfaitaire de la demande en eau

 Besoins vitaux : les demandes spécifiques minimales en eau suivant les divers usages domestiques quotidiens  Comprend l’eau de boisson, la cuisson d’aliments, hygiène corporelle, vaisselle et lessive  Milieu rural : 15 à 25 l/j/hbt  Milieu urbain : 20 à 35 l/j/hbt

II. LES BESOINS EN EAU 1. La demande en eau  Valeurs indicatives pour l’estimation forfaitaire de la demande en eau

Besoins minimums en eau pour assurer la survie (Source : Sphère 2018)

II. LES BESOINS EN EAU

1. La demande en eau

 Valeurs indicatives pour l’estimation forfaitaire de la demande en eau

 La demande peut aussi être évaluée sur la base du niveau de vie et des habitudes culturelles • Présence d’équipement de type WC à chasse, bain ou douche à eau courante, évier et lavabo, piscine, arrosage de pelouse, … • Milieu urbain et semi-urbain : 25 à 100 l/j/hab.

 Autres intervalles fixés selon la volonté et capacité à payer de l’usager : • Hydraulique rurale : 15 à 20 l/j/hab. • Borne fontaine : 15 à 30 l/j/hab. • Branchement particulier :

 Avec un robinet de cours : 30 à 70 l/j/hab.  Avec sanitaires raccordés : 60 à 100 l/j/hab.

II. LES BESOINS EN EAU 1. La demande en eau  Valeurs indicatives pour l’estimation forfaitaire de la demande en eau  Dans le cas des services publics, les besoins en eau sont limités aux besoins vitaux

II. LES BESOINS EN EAU 1. La demande en eau  Valeurs indicatives pour l’estimation forfaitaire de la demande en eau  Dans le cas des activités économiques (industrie, artisanat, commerce, élevage), il est préférable de faire une estimation directe (par enquête) auprès des unités concernées.

II. LES BESOINS EN EAU 2. Les consommateurs  Evaluation du nombre de consommateurs

 La connaissance de la population à desservir à un horizon de projet permet l’estimation du volume d’eau à fournir de manière directe. Cette estimation se fait via une base de donnée statistique de la population et son taux de croissance  La plupart des modèles de croissance supposent une tendance qui est extrapolée sur le futur.  Cependant, le projeteur doit, au-delà de l’application du modèle choisi, déceler les facteurs socio-économiques qui ont pu influencer le taux de croissance(sur les 5 à 10 dernières années) • Émigration ou immigration • Développement urbain accéléré ou décéléré • Installation ou ouverture d’unités économiques

II. LES BESOINS EN EAU 2. Les consommateurs  Evaluation du nombre de consommateurs

 Modèle de croissance arithmétique • La croissance de la population est fonction du temps :

 Modèle de croissance géométrique • le taux de croissance est proportionnel au temps et à la population :

II. LES BESOINS EN EAU 3. Variation de la demande  Variations cycliques de la demande  La demande des utilisateurs est variable au gré des saisons, suivant les jours de la semaine et les heures de la journée. • Saison sèche vs saison humide: pointe saisonnière • Jour ouvré vs jour non ouvré : pointe journalière • Heures de pointe vs heure creuse/normale: pointe horaire

 Ces variations influent sur la quantité d’eau à mobiliser ainsi que le dimensionnement des installations.  Le rôle du projeteur est donc d’opérer des choix de comportement des usagers et d’offrir un service qui satisfasse à ce comportement mais à hauteur de la capacité financière des usagers.

II. LES BESOINS EN EAU 3. Variation de la demande Variations cycliques de la demande

Le rapport (besoin de pointe ) / (besoin moyen) est appelé coefficient de pointe On parlera alors de o Coefficient de pointe saisonnier o Coefficient de pointe mensuel o Coefficient de journalier o Coefficient de pointe horaire

Généralement l’on s’intéresse aux coefficients de pointe mensuel, journalier et horaire : On s’intéresse aux besoins de l’heure de pointe du jour de pointe du mois de pointe.

II. LES BESOINS EN EAU 3. Variation de la demande Coefficient de pointe mensuel:

Les différents ouvrages du système d’AEP doivent être en mesure de satisfaire les différents besoins du mois de pointe.

 Coefficient influencé par les périodes de chaleurs, les flux saisonniers de personnes. Les valeurs typiques : • 1,10 en zone tropicale humide (ressource en eau abondante, température stable) • 1,20 en zone sahélienne (forte chaleur, tarissement cyclique de la ressource)

II. LES BESOINS EN EAU 3. Variation de la demande  Coefficient de pointe journalier:

Il traduit les écarts de consommation entre les jours de l’année. C’est le rapport de la consommation journalière la plus élevée sur la consommation moyenne journalière. Généralement le jour de plus forte consommation se retrouve dans le mois de plus forte consommation.

• Généralement on se réfère aux données du mois de pointe. • Evolue entre 1,05 et 1,15

II. LES BESOINS EN EAU 3. Variation de la demande  Coefficient de pointe horaire: • Le coefficient de pointe horaire traduit les habitudes du consommateur au cours de la journée. Plus la zone est fortement urbanisée, plus le coefficient de pointe horaire est faible.

• Il est nécessaire pour l’évaluation des besoins à apporter aux usagers à l’heure de pointe.

II. LES BESOINS EN EAU 4. Pertes  Définition des pertes

 Pertes de traitement : eau perdue au niveau des stations de traitement des eaux de surface (eau de lavage des filtres, perdue lors des purge de décanteurs de boue, fuites, etc.) • Valeur admissible:  Pertes de distribution : fuites sur le réseau du fait de la nature des conduites, vétusté, manque d’entretien et de maintenance. Elles sont fréquentes en période de faible consommation (pression hydrostatique) • Valeur admissible: Dans le cas d’un système qui exploite des eaux souterraines, il n’y a pas de traitement qui engendre des pertes. Les pertes sont constatées pratiquement seulement sur le réseau et les ouvrages de stockages; Aussi il est recommandé 0 < Cp < 5 %. Pour les systèmes exploitant des eaux de surface, l’importance des pertes au traitement est considérable ; aussi peut on être amené a évaluer les pertes à 30% des besoins domestiques journaliers.

II. LES BESOINS EN EAU Besoins en eau du jour de pointe : 𝒋𝒑 (débit de pointe journalier) C’est généralement la consommation du jour le plus chaud de l’année. 𝒋𝒑

𝒑𝒋

𝒎𝒋

: Besoin moyen journalier

Besoin moyen horaire:

𝒎𝒉

(débit moyen horaire) 𝒎𝒋 𝒎𝒉

Besoins en eau de l’heure de pointe :

𝒑𝒉

(débit de pointe horaire)

Les besoins en eau sur 24 heures varient d'une heure a l'autre. Le rapport de la consommation de l'heure de pointe sur la consommation moyenne horaire donne le coefficient horaire de pointe. Le débit de l'heure de pointe est utilise pour le dimensionnement du réseau de distribution.

II. LES BESOINS EN EAU Demande en production au jour de pointe La production doit couvrir les besoins sur le réseau de distribution augmentés des pertes au réseau de distribution. 𝒋𝒑

𝒑𝒓

𝒋𝒑

𝒑𝒓

𝒑𝒋

𝒎𝒋

𝒑𝒓 = Coefficient de perte sur le réseau

Demande à l’exhaure – Capacité de la ressource La capacité de la ressource doit couvrir les besoins au réseau de distribution augmentes de l’ensemble des pertes de tout le système. Quand la ressource est constituée d'eaux souterraines captées par forage ou par puits ou de source on raisonnera sur le débit de production journalière = 𝒆𝒙 (𝒎𝟑⁄𝒉) 𝒆𝒙 (𝒎𝟑⁄𝒉) :

débit du forage

II. LES BESOINS EN EAU 5. Pression  Pression de service  C’est la pression minimale à laquelle l’eau est fournie à l’usager pour un confort d’utilisation. Elle est fixée suivant les normes en vigueur par le gestionnaire du service d’eau.  Elle permet à l’usager d’opérer des prélèvements d’eau depuis la canalisation, sans efforts particuliers.  Le projeteur doit concevoir le réseau AEP de manière à assurer au minimum la pression de service à tous les nœuds et en situation de pointe.  Valeurs de pression de service :

• Valeur contractuelle en AEP simplifié : 𝑃𝑠𝑒𝑟=5 [𝑚𝐶𝐸] • Valeur pour les AEP classiques : 𝑃𝑠𝑒𝑟=10 à 20 [𝑚𝐶𝐸]

Chapitre III

LES RESEAUX D’ADDUCTION

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION I.

Définition

 Réseau qui transporte l’eau depuis la source de captage au réservoir de stockage  Deux types d’adduction sont définies : • Adduction gravitaire : écoulement à la faveur d’une dénivelée

• Adduction par refoulement : écoulement à la faveur d’un apport d’énergie externe (pompe)

 Réseaux généralement sous pression • Lois de l’hydraulique en charge applicables • La pression de référence est la pression atmosphérique

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION II. Tracé des conduites Les conduites d’adduction seront posées le long des voies de communication existantes. Les conduites d’adduction sont le plus souvent enterrées:  pour les protéger contre les intempéries (ensoleillement, réchauffement de l’eau, blocage par refroidissement du liquide (neige);  afin d’éviter l’encombrement des voies de circulation sous lesquelles elles sont posées et de prévenir leur ovalisation ou leur écrasement par les charges trop lourdes, les chocs. La profondeur et la largeur minimales sont données par les formules ci-après.

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION II. Tracé des conduites

De façon pratique les profondeurs de la tranchée seront comprises entre 0.80 et 5.00 m et une moyenne 1 m.

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION II. Adduction gravitaire à pression atmosphérique  Les pressions sont identiques : 𝐴 𝐵

𝑎𝑡𝑚

 Les charges cinétiques 𝑖2 sont négligées  La dénivelée disponible entre les plans d’eau définit le débit qui sera transporté dans la canalisation de diamètre

-

=

( , , , )

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION III. Adduction gravitaire à pression résiduelle  Une pression résiduelle est exigée au point d’utilisation  Les charges cinétiques 𝑖2 sont négligées  La dénivelée disponible entre la côte 𝐴 et le niveau piézométrique 𝐵 définit le débit qui sera transporté dans la canalisation de diamètre

-

+P)=

( , , , )

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION  La dénivelée H correspond aux pertes de charges disponibles pour le transport du débit Q sur une longueur L, dans une canalisation dont le diamètre est a déterminer.

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION IV. Contraintes de vitesse d’écoulement  La vitesse d’écoulement doit être comprise entre une valeur minimale et maximale • •

𝑚𝑖𝑛 permet

de garantir l’autocurage (éviter les dépôts) 𝑚𝑎𝑥 est lié à l’érosion du matériau de revêtement de la conduite : c’est une donnée fournie par constructeur

 Quelques valeurs de référence : • •

=0,6[ 𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑎𝑥

/ ] (PVC) et (fonte)

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION IV. Cas spécifique du refoulement L’adduction par refoulement intervient quand il faut transporter un débit Q d’un point A vers un point B dans les cas ci-après :  La côte du point B est plus élevée que celle de A : il faut apporter de l’énergie pour vaincre la dénivelée entre A et B et les pertes de charge engendrées par l’écoulement du débit Q dans la canalisation de diamètre D  La côte du pointe B est égale ou même plus basse que celle de A mais l’écoulement du débit Q demandé dans la canalisation de diamètre D engendre des pertes de charge supérieures à la dénivelée entre A et B : il faut apporter de l’énergie pour vaincre la différence entre dénivelée et perte de charge.

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION IV. Cas spécifique du refoulement

En refoulement, le diamètre 𝐷 ne s’impose pas à priori, car l’élévation d’un débit hauteur (H + j) ne dépend que de la puissance hydraulique de pompage

à une

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION IV. Cas spécifique du refoulement

Pour élever le débit Q a la hauteur géométrique H donnée on peut à priori donner à la canalisation un diamètre quelconque car, en faisant varier la puissance du groupe élévatoire, on peut toujours obtenir le débit Q impose.  Si on adopte un grand diamètre, le prix Pc de canalisation sera élevé; par contre j sera réduit et la puissance du groupe sera faible. On économisera sur le prix Pg du groupe et sur le prix Pe de l‘énergie nécessaire au pompage.  Si au contraire on adopte un petit diamètre, Pc (prix de canalisation) est plus faible, mais Pg et Pe seront plus élevés. Le choix d'un diamètre de refoulement relève donc d’un compromis entre, d’une part le souci de réaliser le moins possible d’investissement (petit diamètre) et d’autre part le souci de réduire les charges d’exploitation: faible HMT engendre moins de charges énergétiques. Plusieurs approches de dimensionnement de la conduite de refoulement ont été proposées.

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION IV. Cas spécifique du refoulement

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION V. Coup de bélier Phénomène de variation de pression. Le coup de bélier consiste en des oscillations de pression, surpressions et dépressions alternatives, provoquées par une modification rapide du régime d’écoulement dans une conduite. Les causes les plus fréquentes sont :  L’arrêt brutal, par disjonction inopiné, d’un groupe d’électro-pompe alimentant une canalisation de refoulement,  La fermeture brutale d’une vanne sur une canalisation de refoulement. De tels arrêts brusques peuvent provoquer la rupture de la canalisation ou un ensemble de perturbations dans la conduites et sur les installations de pompage. Aussi lors de la conception d’une station de pompage et de sa conduite de refoulement, les risques éventuels de coups de bélier doivent être étudiés et quantifiés afin de mettre en œuvre les protections qui s’imposent.

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION V. Coup de bélier Calcul de l’effet de coup de bélier Une onde de célérité met un temps conduite de longueur en sens aller-retour.

pour parcourir une

Soit 𝑓 le temps de fermeture/ouverture d’une vanne ou d’un groupe de pompage. On distingue alors deux cas de figure : Cas 1 : variation brutale du régime d’écoulement, dû à la fermeture rapide d’une vanne ou à l’arrêt brutal du fonctionnement d’un groupe électropompe 𝒇

La variation de la pression dans ce cas est :

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION V. Coup de bélier Cas 2 : variation lente du régime d’écoulement, dû à la fermeture lente d’une vanne ou au démarrage progressif d’un groupe électropompe 𝑻𝒇 ≥

𝟐𝑳 𝑪

La variation de la pression dans ce cas est : : Vitesse de l’eau au moment de l’arrêt (m/s) Accélération de la pesanteur

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION V. Coup de bélier

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION V. Coup de bélier Protection contre le bélier hydraulique

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION V. Coup de bélier Equipements anti bélier Appareil

Fonction

Rôle

Ballon anti-bélier - Avec diaphragme ou vessie - Sans diaphragme ou vessie (attention à la pression de pré-gonflage)

Réserve de fluide pouvant s'écouler dans le réseau

Stockage puis restitution d'énergie mécanique

Cheminée d'équilibre (pour les faibles HMT)

Transformer un coup de bélier en phénomène d'oscillation en masse

Stockage puis restitution d'énergie mécanique

Soupapes anti-bélier ou soupapes de décharge (attention à la pression de tarage)

Evacuation d'un débit en Ecrêter les pressions fonction du trop dépassement de la fortes pression de tarage

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION V. Coup de bélier Equipements anti bélier

III. LES RESEAUX D’ADDUCTION VI. Mesures de protection des conduites d’adduction  Le profil en long de la conduite doit faciliter l’accumulation de l’air en des points hauts préalablement choisis. Si le terrain est plat, il faut créer une pente minimale de 0.2 à 0.3% dans la partie montante dans le sens de l’écoulement et 0.4 à 0.6% dans la partie descendante afin d’éviter l’entraînement des poches d’air qui peuvent provoquer des coups de bélier.  Des appareils de purge de l’air doivent être placés aux points hauts  Des vidanges seront placées aux points bas.

Chapitre IV

LES OUVRAGES DE STOCKAGE

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE I.

Fonctions techniques

 Régulation: tampon entre la production (stockage de l’excédent de production) et la consommation (apport du complément de la demande).  Sécurité d’approvisionnement, dans l’éventualité d’un incident mettant hors fonctionnement les équipements du réseau.  Simplification de l’exploitation : la présence d’un réservoir permet l’arrêt momentané des équipements de production, de pompage et même du réseau pour réparations et maintenance  Réacteur de traitement : permet d’assurer un temps de contact avec un agent désinfectant

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE II. Fonctions économiques  Réduction des investissements sur les ouvrages de production  Réduction des investissements sur les ouvrages de distribution: la présence de réservoir d’équilibres en bout de réseau permet de réduire les diamètres des canalisations maitresses.  Réduction des dépenses d’énergie, du fait de l’économie réalisée sur le temps de pompage.

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE III. Classification Les réservoirs peuvent être classés de différentes manières selon le critère retenu

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE IV. Détermination de la capacité utile

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE IV. Détermination de la capacité utile

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE IV. Détermination de la capacité utile  Période: les heures qui sont portées ici sont un exemple. Dans la pratique il est recommande de porter seulement les heures représentant les variations des consommations et des adductions.  Qa: Il s'agit de reporter dans les différentes tranches horaires délimitées par le report des heures de variation des adductions et des consommations le débit d'adduction. Si l'on dispose d'une seule pompe il y a généralement deux débits possibles pour Qa: le débit d'adduction (pompe en marche) ou un débit nul (pompe a l'arrêt). Si l'on dispose de plusieurs pompes, Qa peut prendre plusieurs valeurs suivant le nombre de pompes en marche.

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE IV. Détermination de la capacité utile  Va cumulé par tranche: Volume envoyé au réservoir cumulé par tranches horaires = Qa x nombre d'heures dans la tranche. Cette ligne facilite le remplissage de la ligne inferieure.  Va cumulé: Il s'agit de reporter verticalement a chaque Va représenté par une verticale le volume adduction cumule depuis le début.  Qc: Il s'agit des débits horaires de consommation. Qc est très variable et difficile à maitriser. Il est obtenu a partir de relevé de compteur a la sortie de réservoir de centre semblable a celui en étude. A partir de Qc on remplit les lignes Vc cumulé par tranches et Vc cumulé.  Contenance du réservoir: Les chiffres portés verticalement donnent les déficits et excédents qu'il y aurait si le réservoir n'existait pas.

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE V. Détermination de la réserve incendie

La réserve incendie doit permettre aux agents de feu de circonscrire un incendie. La réglementation exige dans le cas général une couverture incendie basée pour mettre à disposition des services incendie 120 m3 d’eau pendant deux heures. Cette couverture incendie peut être assurée par : Des poteaux incendie de 100 mm de diamètre débitant au minimum 60 m3 /h soit 17l/s Des aires naturelles permettant le puisage de l’eau (étang, rivière...).

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE VI. Capacité totale

D'une façon générale on notera que plus la durée de pompage est élevée, moins la conduite d'adduction et la capacité du réservoir seront grandes.

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE VII. Vérification du temps de contact de l’agent désinfectant

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE VIII. Vérification de la durée de l’efficacité du traitement

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE IX. Critères d’implantation Trouver un compromis entre deux facteurs  Être le plus près possible des consommateurs • Minimisations des longueurs des conduites principales de distribution • Avantage technique et économique  Se situer à un point dominant • Réduction de la hauteur d’élévation

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE X. Equipement hydraulique

IV. LES OUVRAGES DE STOCKAGE

Chapitre V

LES RESEAUX DE DISTRIBUTION

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION I.

Généralités

Constitué de l’ensemble des canalisations, robinetterie, appareils hydrauliques et ouvrages de génie civil qui délivrent l’eau au consommateur via un branchement privé ou un point d’eau collectif. Doit satisfaire à des exigences :  Continuité de service : alimentation en toute saison et à toute heure  Satisfaction des conditions de pression : 𝑠𝑒𝑟𝑣𝑖𝑐𝑒  Couverture de l’ensemble de la zone concernée  Transport des débits de pointe en respectant les conditions de pression  Respect des contraintes de vitesse : 𝑚𝑖𝑛 𝑚𝑎𝑥

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION I. Généralités  Le réseau primaire est constitué des conduites qui desservent principalement les zones de distribution. Les conduites primaires sont celles qui ont les plus grands diamètres, il n’y a généralement pas de branchement sur ces conduites.  L’ensemble des conduites secondaires forme le réseau secondaire dont le rôle est d’assurer la répartition des débits à l’intérieur d’une zone de distribution. Les dispositifs de défense contre l’incendie y sont connectés;  L’ensemble des conduites tertiaires transporte et distribue l’eau aux usagers. C’est sur ces conduites que sont installés la plupart des points de livraison : branchements privés, bornes fontaines

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION II. Modes de distribution

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION III. Typologie des réseaux

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION IV. Modes de distribution  Branchement privé : le particulier est raccordé au réseau de distribution avec compteur privé en tête de branchement.  Point d’eau collectif (borne fontaine) : comporte un ou plusieurs robinets à débit défini et est raccordé au réseau. Ce mode de distribution est recommandé pour les zones d’habitats à faible revenu et aux gros villages.

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION IV. Modes de distribution  Implantation des bornes fontaines: Nombre de bornes fontaines Pour une zone donnée, le nombre de bornes fontaines est définie par: • la taille de la population totale et du nombre d'usagers par BF • la répartition spatiale des habitations: distance maximale a parcourir pour accéder a une BF. Nombre de robinets par BF Le nombre de robinets par BF est défini par: • la population desservie • la consommation journalière de la population desservie • le débit unitaire des robinets • le coefficient de pointe horaire de la consommation (des puisages) de la population 

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION IV. Modes de distribution Autres considérations • Pour des raisons de sécurité on évitera les traversées des routes à fort trafic, • On tiendra compte de l'accessibilité en toute saison, • On peut être amené a prendre en compte la spécificité de certains lieux, (marches, lieux de culte, écoles et lycées etc…).  Equipements et aménagement des BF En terme d’équipement on notera les robinets et le compteur d'eau. En terme d’aménagement on retrouvera une aire de dallage comportant des rigoles de drainage des eaux perdues un puits d'infiltration. Il y a également un abri.

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION V. Dimensionnement des réseaux de distribution Pour dimensionner les canalisations d’un réseau a créer on recherchera le diamètre qui transitera le débit demandé avec une vitesse V. 𝒑

V (m/s): Vitesse 𝑄 (𝑚 ⁄𝑠) = 𝐷é𝑏𝑖𝑡 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑖𝑛𝑡𝑒 𝐷

𝑚 : 𝐷𝑖𝑎𝑚è𝑡𝑟𝑒 𝑡ℎé𝑜𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒

𝐷 𝑚 : 𝐷𝑖𝑎𝑚è𝑡𝑟𝑒 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙

et

𝒏

𝒕𝒉

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION  Conditions de débit Le réseau est calculé avec les débits de l'heure pointe

 Conditions de vitesse  Pour les conduites d’adduction la vitesse d’écoulement doit être : 0,6 m/s < V < 1,5 m/s o V < 1,5 m/s pour éviter le bruit et les dégradations des conduites. o V > 0,6 m/s pour éviter les dépôts.

 Pour les conduites de distribution on doit avoir : 0, 3 m/s < V < 1 m/s

 Conditions de Pression Les pressions de service varient entre 10m et 50m au-dessus du sol. Il s'agit de la pression de service à l'heure de pointe. Généralement, les grands immeubles à plusieurs niveaux installent des surpresseurs (station de relevage). Les pressions maximales sont observées en période de faible consommation. Il convient de vérifier qu'elles n'excèdent pas les PN des canalisations et des appareils et équipements hydrauliques: compteurs, ventouses etc.

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés • Le nœud est la rencontre de deux ou plusieurs conduites, un lieu de concentration de points de livraison de l’eau aux usagers. • Un tronçon est la portion de conduite comprise entre deux nœuds. • Le débit entrant et le débit sortant se définissent par rapport au nœud et exprime le bilan des écoulements à ce nœud. Après avoir tracé le réseau, les débits desservis à chaque nœud ou de service en route sont identifiés • Le débit desservi à un nœud est la somme des débits ponctuels soutirés à ce nœud. • Le débit desservi sur chaque tronçon

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés

• Le débit de calcul d’un tronçon : à partir des débits desservis, les débits transitant sont répartis en respectant la loi des nœuds. Le débit initial de calcul de chaque tronçon comporte deux éléments : le débit transité par le tronçon pour desservir la demande du nœud situé à son aval ; le débit desservi par le tronçon lui-même qui peut prendre deux formes, soit une répartition de ce débit entre les deux nœuds, soit un service en route.

La loi des nœuds:

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés

Dans les réseaux AEP ; il existe deux modes de desserte.  La desserte ponctuelle Le tronçon assure uniquement une fonction de transport. La desserte ponctuelle correspond à la satisfaction d’un besoin à un point précis (usine, groupe d’immeubles,) dont le volume est significatif par rapport au débit transité. Débit ponctuel de la borne fontaine La borne fontaine prenant en charge 500 personnes, le débit minimal exigé à chaque borne fontaine sera de : 𝒔 𝑩𝑭

T : Temps de fonctionnement et

: Consommation spécifique

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés

Nombre de bornes fontaines La borne fontaine prenant en charge 500 personnes, le débit minimal exigé à chaque borne fontaine sera de : : Pourcentage de la population s’alimentant au niveau des BF Pour le débit total des bornes fontaines, on a : 𝑩𝑭 Tot

(l/s)=Nombre de bornes fontaines

𝑩𝑭

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés

Dans les réseaux AEP ; il existe deux modes de desserte.  La desserte ponctuelle Le tronçon assure uniquement une fonction de transport. La desserte ponctuelle correspond à la satisfaction d’un besoin à un point précis (usine, groupe d’immeubles,) dont le volume est significatif par rapport au débit transité.  Le service en route ou desserte uniforme sur un tronçon Certaines conduites assurent à la fois une fonction de transport et de distribution. C’est le cas en AEP lorsque des branchements particuliers sont exécutés sur les conduites de distribution. Compte tenu de la configuration des lotissements, les branchements sont le plus souvent raccordés à des intervalles réguliers sur les conduites et ont des débits quasi-identiques. On parle alors de service en route. Pour faciliter les calculs des conduites, on recherche le débit fictif de calcul qui entraîne la même perte de charge. C’est la formule du service en route. Le débit fictif de calcul est Qf

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés

𝒍 𝑺𝒐𝒎𝒎𝒆 𝒅𝒆𝒔 𝒅é𝒃𝒊𝒕𝒔 𝒅𝒆 𝒓𝒐𝒖𝒕𝒆𝒔 𝑫é𝒃𝒊𝒕 𝒍𝒊𝒏é𝒂𝒊𝒓𝒆 𝒔 = 𝒒𝒍 = 𝒎𝒍 𝑳𝒐𝒏𝒈𝒖𝒆𝒖𝒓 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍𝒆 𝒅𝒖 𝒓é𝒔𝒆𝒂𝒖

Q r = ql x L

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés  Evaluer les débits de dimensionnement par tronçon pour les pointes horaires  Choisir les diamètres de conduite sur la base d’une vitesse idéale (s’ils ne sont pas déjà définis).  Calculer les pertes de charge par tronçon

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés Calage de la côte radier du réservoir

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés Calage de la côte radier du réservoir

La côte minimale exploitable La côte minimale du plan d’eau exploitable sera celle qui assurera la pression minimale en tout point du réseau. Le calcul de la côte minimale exploitable donne : • Zmin en X = Côte aval TN + J + Pmin Avec : Côte aval TN : côte du terrain naturel du point aval en m J : pertes de charges dans la conduite en m Pmine : pression minimale en m Zmine : la côte minimale exploitable en m La hauteur sous radier du château d’eau se calcule alors par la différence entre Zmine max et la côte TN du château d’eau. • H = Max (Zmin) - Côte TN château d’eau Ainsi Pmin pour Max (Zmin) est déterminée par : • Pmin = Zmin - J - Côte aval TN

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VI. Calcul des réseaux ramifiés

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VII. Calcul des réseaux maillés (Méthode de Hardy-Cross) Lois applicables Loi des nœuds : La loi des nœuds exprime la conservation des débits à chaque nœud (principe de continuité). A chaque nœud la somme des débits entrants est égale à la somme des débits sortants.

Loi des mailles : C’est le principe de la conservation de l’énergie. Chaque nœud ayant une charge unique, la perte de charge est nulle sur chaque maille.

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VII. Calcul des réseaux maillés (Méthode de Hardy-Cross) Calcul du débit correctif (équilibrage des débits) : Pour le calcul des débits d’un réseau maillé on fait d’abord une répartition provisoire des débits, en respectant la loi des nœuds. On applique la loi des mailles. Des différentes formules de perte de charge, l’on tire la valeur de :  De Manning-Strickler De Calmon-Le Chapt (k = 0,5 mm)

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VII. Calcul des réseaux maillés (Méthode de Hardy-Cross) La procédure de calcul est la suivante : • Choix d’une formule de calcul de perte de charge • Choix d’un sens de circulation pour le calcul de perte de charge. En général le sens positif est celui des aiguilles d’une montre. • Répartition provisoire des débits, respectant la loi des nœuds; • Calcul des diamètres provisoires; • Calcul des pertes de charges; • Calcul itératif d’ajustement des débits pour respecter la loi des mailles. Le calcul sera répété jusqu’à ce que l’ensemble du réseau respecte la loi des mailles avec une certaine précision (Généralement quand ΔQ ≤ 0,001). • Vérification des vitesses par rapport à l’optimum prédéterminé • Calcul des pressions et calage du radier du réservoir

V. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION VII. Calcul des réseaux maillés (Méthode de Hardy-Cross)

Etape VI

DIMENSIONNEMENT DE LA POMPE

VI. DIMENSIONNEMENT DE LA POMPE Le choix de la pompe est fait avec la HMT et le débit de pompage. Avec Avec Hgéo : la hauteur géométrique en m; PDC : les pertes de charge La perte de charge le long de la conduite est calculée avec la formule de Manning Strickler 𝟑

Avec • Q : le débit (m3/s) • L : la longueur du tronçon (m) • Ks : le coefficient de rugosité de Manning ; • D : le diamètre (m)

𝒔

𝟐

𝟐

𝟏𝟔/𝟑

VI. DIMENSIONNEMENT DE LA POMPE Les pertes de charge seront calculées sur trois tronçons à savoir la colonne montante au niveau du forage, la conduite de refoulement et la colonne montante au pied du réservoir.  Les pertes de charge singulières Les singularités rencontrées sur les canalisations sont généralement des changements de la section de la conduite (élargissements, rétrécissements, diaphragmes, ...) ou des changements de la direction de l'écoulement (coudes, dérivations, robinets, vannes,...). Ces singularités se comportent comme des "ouvrages courts" et provoquent des pertes de charges locales. La perte de chargé locale (notée ΔH) provoquée par ces singularités peut généralement se mettre sous la forme : Avec :

V: vitesse du fluide (m/s) K: coefficient sans unité variant selon le type de singularité g : accélération de la pesanteur (m/s²) environ égal à 9.81m²/s

VI. DIMENSIONNEMENT DE LA POMPE  Les pertes de charge singulières

Chapitre VII

TECHNOLOGIE ET POSE DE CANALISATIONS

VII. TECHNOLOGIE ET POSE DE CANALISATIONS I.

Caractéristiques des canalisations

VII. TECHNOLOGIE ET POSE DE CANALISATIONS II. Caractéristiques des canalisations • Les conduites en polychlorure de vinyle (PVC) : les longueurs sont généralement de 6 ou 12 m avec des diamètres allant de 20 à 315 mm. • Les conduites en polyéthylène haute densité (PeHD) : ce sont des conduites flexibles. Leur conditionnement se fait en rouleaux de 25, 50 ou 100 m. Les diamètres sont inférieurs à 450 mm. • Les conduites en béton armé : Ce sont des conduites à âme d’acier sur lequel est projeté et vibré un béton hydraulique très fortement dosé et qui est étanche par lui-même. • Les conduites en acier : Généralement utilisé dans les stations de pompage, hors d’eau à cause de leur corrodabilité. • Les conduites en fonte ductile : sont produites en éléments de 6 m de longueur.

VII. TECHNOLOGIE ET POSE DE CANALISATIONS III. Tracé des conduites Tracé en plan : Le tracé est généralement imposé par la voirie. Toutes les canalisations sont posées en tranchée sous trottoir (on évitera de poser des conduites sous la chaussée) Limiter le nombre de traversée de la chaussée Occupation de la voirie qui ne contient pas le réseau d’assainissement Prévoir une protection en béton en cas de traversée de la chaussée et en cas où la profondeur est inférieure à 80 cm.  Il est conseillé d’éviter les tracés trop accidentés afin de minimiser les dépressions et surpressions locales

VII. TECHNOLOGIE ET POSE DE CANALISATIONS IV. Normes de pose

VII. TECHNOLOGIE ET POSE DE CANALISATIONS V. Types de pose