Cours de VRD Chapitre II [PDF]

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CHAPITRE II : L’ASSAINISSEMENT II.1 La définition du réseau d’assainissement Un réseau d’assainissement doit assurer le transfert de l’effluent dans les meilleurs conditions jusqu’au point de traitement sans porter atteinte à la santé et la sécurité des habitants. Pour atteindre cet objectif, il y a lieu de prendre en compte les paramètres suivants : - évaluer la quantité d’eau à évacuer et à traiter afin de dimensionner les différents composants du réseau ; - évaluer le degré de pollution des eaux de ruissellement, des eaux domestiques ou industrielles ; - connaître le fonctionnement des différents dispositifs de collecte et de traitement ; - déterminer la qualité des rejets dans le milieu récepteur. La structure du réseau d’assainissement est telle qu’elle peut recevoir les eaux pluviales, et les eaux polluées par l’activité humaine. Pour définir cette structure, il faut prendre en considération les différents éléments constitutifs.  L’aire collectée comprend les îlots d’habitation, les secteurs d’activités commerciales ou industrielles etc.…., qui génèrent des quantités d’eaux usées ou pluviales rejetées dans les différentes branches du réseau (fig. II.1).

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 Le bassin versant correspond aux secteurs géographiques à l’aval desquels aboutissent les effluents à épurer et à rejeter dans un même exutoire (fig. II.2).

 Le réseau lui-même, le plus souvent de type ramifié, est constitué de collecteurs gravitaires. Il peut comprendre aussi des canalisations sous pression ou sous vide, des émissaires à ciel ouvert, selon la topographie du terrain et la nature de l’effluent. Son rôle primordial est d’assurer la continuité de l’écoulement dans des conditions optimales.  Les organes terminaux et d’accès en tête du réseau, ils comprennent :  les regards de branchement qui forment l’interface entre la partie publique et la partie privé du réseau (assurent le raccordement des équipements sanitaires des bâtiments) ;  les regards de pieds de chute qui constituent la liaison entre les canalisations verticales et horizontales.  les siphons de sol, les grilles, les caniveaux et les avaloirs qui récupèrent les eaux de pluies et de ruissellement.  les regards de décantation. 2

 Les ouvrages ponctuels regroupent les regards de visite, les chambres ou les dispositifs installés aux points névralgiques : changement de direction, rupture de pente, rétention de débit, déversoirs d’orage, station de relevage, etc. II.2 Le principe des réseaux d’assainissement Les réseaux d’assainissement sont, en général, de type gravitaire. Les conduites sont calculées pour fonctionner libre. Le tracé des réseaux et étudié de manière à permettre l’écoulement et le rejet de l’effluent le plus rapidement possible, sans occasionner de nuisances au voisinage (mauvaises odeurs, débordement, etc.). A cet effet, il tient compte des paramètres suivants : - la localisation de la zone concernée (urbaine, périurbaine ou rurale) ; - la répartition et la destination des bâtiments à desservir ; - l’implantation de la voirie - la topographie du terrain pour déterminer la pente - la cote du point de rejet dans le réseau public ou en milieu naturel ; - l’extension éventuelle du réseau - la protection des zones de captage des eaux - les conditions de réalisation (domaine public ou privé). II.2.1 Principes de base Les réseaux sont étudiés selon trois grands principes de base, selon que les eaux usées et pluviales sont collectées de manière unitaire ou séparée. a. Le système unitaire Il permet de recevoir des effluents (eaux usées + eaux pluviales) dans un collecteur unique. Les points faibles de ce système portent sur :  Le surdimensionnement du réseau ;  La nécessité d’incorporer des déversoirs d’orage, permettant de rejeter vers le milieu naturel les eaux excédentaires et d’écrêter les pointes exceptionnelles dues à de fortes averses.

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b. Le système séparatif Il comprend deux réseaux distincts, affectés chacun à un effluent spécifique.  Le collecteur réservé aux eaux pluviales rejette celles-ci en milieu naturel.  Le collecteur réservé aux eaux usées (ménagères et industrielles), de section moindre, est connecté sur une station d’épuration. Les avantages de ce système sont :  les sections des canalisations correspondent aux débits affectés ;  les équipements complémentaires (station de relevage) sont dimensionnés en conséquence ;  les eaux pluviales peuvent être rejetées directement et gavitairement dans le milieu naturel ;  la station d’épuration est déterminée en fonction du débit des eaux usées, plus facilement quantifiable. II.2.1 Les dispositions générales Tenant compte de la topographie du terrain et selon la configuration du bassin versant, et pour éviter d’atteindre des profondeurs excessives, différentes possibilités peuvent être adoptés :  Sur les terrains courants, le principe retenu est celui du réseau ramifié. Collecteur général visitable reçoit les collecteurs secondaires sur lesquels sont raccordées les antennes (fig. II.3).

Figure II.3 : Réseau d’assainissement dans les terrains courant  Sur les terrains horizontaux, les antennes sont raccordées sur des points centraux, eux même reliés par un collecteur général visitable (fig. II.4). 4

Figure II.4 : Réseau d’assainissement dans les terrains horizontaux  Sur les terrains à faible pente, les antennes sont reprises par les collecteurs secondaires qui rejoignent le collecteur général obliquement en aval (fig. II.5).

Figure II.5 : Réseau d’assainissement dans les terrains à faible pente  Sur les terrains accidentés, plusieurs canalisations secondaires collectent les antennes à des niveaux différents (zones étagées) avant d’être raccordées sur le collecteur général (fig. II.6).

Figure II.6 : Réseau d’assainissement dans les terrains accidentés II.3 la quantité et la qualité des eaux à évacuer Les quantités d’eau dépendent du mode d’occupation des sols, de la densité, de la destination des bâtiments. Selon la nature du bassin versant, la quantité et la nature de l’effluent collecté sont différentes : centre urbain, zone rurale, lotissement industriel, etc. C’est pour cette raison qu’il faut distinguer les eaux météoriques ou pluviales, les eaux de ruissellement (eaux de pluie, de lavage, etc.), les usées domestiques et industrielles. 5

II.3.1 Les eaux météoriques ou pluviales – les eaux de ruissellement II.3.1.1 Les météoriques ou pluviales La pluie est caractérisée par les paramètres suivants : - Sa durée ‘‘t’’ ; - La hauteur ‘‘h’’ d’eau totale de la précipitation exprimée en mm ; - L’intensité moyenne ‘‘im’’ sur la durée de la pluie, correspondant au rapport de la hauteur ‘‘h’’ sur la durée ‘‘t’’ mesurée en mm/h ; - L’intensité moyenne ou maximale pour un laps de temps donnée ; - La période de retour ‘‘T’’, durée moyenne qui sépare deux évènement d’une valeur supérieure ou égale pour un paramètre prédéterminé (exemple : pluie décennale). II.3.1.2 Les eaux de ruissellement Elles comprennent la partie des eaux pluviales qui s’écoulent sur le sol, à laquelle viennent d’ajouter en zone urbaine et périurbaine, les eaux de lavage des voiries. Le réseau d’assainissement doit permettre la collecte de l’ensemble des ces eaux points bas ; il doit éviter qu’elles ne forment des zones stagnantes. Les quantités d’eau à prendre en compte sont déterminées en fonction du terrain, de sa topographie, de la nature de la surface, du type de la densité d’occupation du sol ainsi que des caractéristiques de pluviosité de la région. II.3.2 La détermination des débits : Pour la détermination du débit, on peut utiliser l’une des deux méthodes les plus couramment utilisés : La méthode rationnelle : dont la formule simplifiée comprend les termes suivants : Qp : débit de pointe (m3/s) ; C : Coefficient de ruissellement pondéré (0 < C < 1). Ce coefficient ‘‘C’’ est déterminé à partir de tables de valeurs calculées en fonction de la nature du sol. Le coefficient 6

de ruissellement pondéré ‘‘C’’ tient compte de plusieurs paramètres voir tableau II.1) : - l’urbanisation du site ; - la topographie ; - la perméabilité des sols ; - la présence ou non de la végétation ; - la nature de la surface des sols MODE D’OCCUPATION DES SOLS Zones urbaine très denses (250 habitants à l’hectare) Zones urbaine denses (150 habitants à l’hectare) Zones urbaine moyennement denses (50 habitants à l’hectare) Zone résidentielles (20 habitants à l’hectare) Zones tertiaires (selon la surface végétalisée) Zones commerciales Zones industrielles Square – jardins publics Terrains de sport Zones agricoles Zones boisées NATURE D’OCCUPATION DES SOLS Surface totalement imperméabilisée Pavages à large joint Surfaces stabilisées (selon la pente) Allées en gravier Zones engazonnées sur sol imperméable (selon pentes) Zones engazonnées sur sol perméable (selon pente) NATURE DE LA TOITURE Toitures plates de faible superficie (< 100 m²) Toitures plates de superficie moyenne (< 10 000 m²) Toitures de grande superficie (> 10 000 m²)

C 0,80 à 0,90 0,60 à 0,70 0,40 à 0,50 0,20 à 0,30 0,30 à 0,60 0,70 à 0,90 0,70 à 0,90 0,05 à 0,10 0,10 à 0,30 0,05 à 0,10 0,05 C 0,90 0,60 0,40 à 0,70 0,20 0,15 à 0,35 0,05 à 0,20 C 1,00 0,80 à 1,00 0,50 à 0,80

Tableau II.1 : Valeur du coefficient de ruissellement pondéré ‘‘C’’ i : intensité moyenne de la pluie (mm / h) dont la durée de l’averse et du temps de concentration. L’intensité de précipitation doit être déterminée sur la courbe ‘‘Intensité – Durée – Fréquence (IDF)’’ ((fig. II.7) ; Le temps de concentration du bassin peut être déterminé par la formule de drainage :

Tc : temps de concentration ; C : coefficient de ruissellement ; L : distance de drainage [m] ; S : pente de la surface à drainer [%] ; A : aire d’apport en (ha). 7

Figure II.7 : courbe ‘‘Intensité – Durée – Fréquence (IDF)’’ La méthode superficielle : Méthode mise au point par Caquot sur la base de la méthode rationnelle. Elle est formulée comme suit : Qp : débit de pointe (m3/s) ; I : pente moyenne du bassin versant sur le développement total du parcours de l’eau (mm /m) ; C : coefficient de ruissellement (0 < C < 1) ; A : : aire d’apport en (ha). K, α, β, γ sont des facteurs correctifs de différents paramètres : intensité et durée de la pluie, temps de concentration, etc. II. 4 Le dimensionnement des canalisations Après avoir défini le tracé du réseau d’assainissement et les cotes d’origine en amont et de rejet en aval, il convient de calculer la section et la pente des différents tronçons qui le compose. Ces sections sont déterminées en fonction de plusieurs paramètres : - la quantité d’effluent à évacuer ; - les caractéristiques des matériaux constituant les tuyaux ; - la longueur et les différents accidents du parcours (changement de direction, regards de branchement). 8

Le réseau est constitué d’un certain nombre de rameaux, de longueur déterminée, se rejoignant en des nœuds N1, N2, N3, etc. (figure II). Le débit étant connu pour chacun d’eux, il est possible de déterminer la section et la pente, deux facteurs étroitement liés (fig. II.8).

Figure II.8 : Rameau d’un réseau d’assainissement S’agissant d’un écoulement gravitaire, le calcul du réseau s’effectue selon le principe de l’écoulement libre. Le débit est donné par la formule :

Q (m3/s) = S (m²) x V (m/s)

(1)

- S : section transversale de la canalisation coupée par l’effluent ; - V : vitesse de l’effluent qui est fonction de la pente et d’un coefficient d’écoulement. (2) V : Vitesse moyenne dans la section C : coefficient de Chezy

RH : rayon hydraulique ; I : pente (m/m)

Evaluation du Coefficient C : Formule Manning – Strickler : (3) Où K est un coefficient d’écoulement 9

Valeurs du coefficient ‘‘k’’ dans la formule de Manning – Strickler

k

Nature des parois

Bon état Parfaitement lisses (ciment 100 lissé) Enduit ciment, bois non 91 raboté, métal lisse Béton 83 Maçonnerie correcte 77

Mauvais état 77

Maçonnerie grossière

33

59

67 56 59

Nature des parois Métal non ondulée Terre unie

lisse,

Terre irrégulière Terre envahie végétation

k Bon état tôle 45

Mauvais état 31

40

33

29 de 25

22 20

Formule Bazin : (4) Où ‘‘γ’’ est un coefficient d’écoulement qui dépond de la rugosité de la paroi

Valeurs du coefficient ‘‘γ’’ dans la formule de BAZIN Nature des parois γ Nature des parois Très lisses (ciment, bois)

0,06

Unie (planche, briques, pierre de taille) Unies de ciment (en service depuis 20 ans) Béton sans enduit, maçonnerie, moellons

0,16 0,20

Canaux de nature mixte (terre très régulière, pierres) Canaux en terre ordinaire Canaux en terre de résistance exceptionnelle (galets, herbes)

0,46

Selon la formule Manning – Strickler Selon la formule Bazin La vitesse V Le Débit Q Avec S : section mouillée de la conduite (fig. II.9)

SM : Surface mouillée

PM : Périmètre mouillé 10

γ 0,85 1,30 1,75

Figure II.9 : Méthode de calcul du PM & SM Si on retient pour valeur γ = 0,46 pour les eaux pluviales, vitesse est donnée par la formule simplifiée V = 60 x R3/4 x I1/2 applicable pour les réseaux pluviales et les réseaux unitaires (Fig. II.10). En retenant pour valeur γ = 0,16 pour les eaux usées, la vitesse est donnée par la formule simplifiée V = 70 x R2/3 x I1/2 , applicable pour les réseaux d’eaux usées (Fig. II.11). Le débit peut être majoré de 20% dans le cas d’une conduite à paroi parfaitement lisse (cas des tuyaux en PVC), les joints correctement confectionnés et les conduites correctement entretenues. Il existe des abaques qui permettent de déterminer le débit en fonction de la vitesse et la section de la conduite pour chaque tronçon, afin que l’écoulement soit satisfaisant pour une pente données

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Figure II.10 : Abaque pour application de la formule V = 60 x R3/4 x I1/2 (Eaux pluviales)

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Figure II.11 : Abaque pour application de la formule V = 70 x R2/3 x I1/2 (Eaux usées). Pente en dix millièmes. Débit en litre par seconde

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II.5 Composition du réseau d’assainissement Le réseau d’assainissement comprend des ouvrages dont la fonction est bien précise : les canalisations et les collecteurs, les regards visitables ou non et les ouvrages annexes (Fig. II.12).

Figure II.12 : Composants d’un réseau d’assainissement II.5.1 Les collecteurs et les canalisations Les collecteurs sont considérés comme aqueducs à écoulement libre et à joints étanches. Leurs dimensions vont décroissant de l’aval vers l’amont. Un réseau d’assainissement comprend successivement les éléments suivants : les collecteurs principaux, les collecteurs secondaires, les branchements.  Les collecteurs principaux sont constitués soit de tuyaux de section circulaire de diamètre supérieur à 800 mm, soit de tuyaux ovoïdes préfabriqués ou coulés surplace : la hauteur varie de 1,00 à 2,65 m selon qu’ils sont visitables ou non, soit d’ouvrages visitables en béton coulé en place et comportant une cunette et une ou deux banquettes (Fig. II.13).  Les collecteurs secondaires sont généralement de forme cylindrique, de diamètre inférieur à 800 mm. 14

 Les canalisations de branchement sont cylindriques, leur diamètre étant supérieur à 150 mm.

Figure II.13 : Différents types de collecteurs II.5.2 Les regards Les regards ont des fonctions diverses selon leur position au sein du réseau d’assainissement. Placés en des points particuliers et selon leurs dimensions, ils permettent l’accès au réseau, son entretien, le raccordement des branchements sur le collecteur, le contrôle du débit et de la nature des effluents. Ils se présentent sous différentes formes (fig. II.14): simple, à écoulement direct, avec un réserve en fond assurant la décantation des matières minérales en suspension, siphoïde afin d’éviter le passage des déchets et le remontée des odeurs, ou recevant un panier pour retenir les matières solides

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Figure II.14 : Différents types de regards II.5.3 Les cheminées de visite Ce sont des regards qui permettent l’accès au réseau d’assainissement pour effectuer la vérification et le curage, que les collecteurs soient visitables ou non. Dans le premier cas, elles sont implantées à des intervalles réguliers pour faciliter l’entretien. Dans le second cas, un accès est à prévoir en tête des collecteurs, à la jonction de deux ou plusieurs collecteurs, à chaque changement de direction ou de pente et à intervalle régulier, l’alignement doit être rectiligne entre deux regards successifs. La distance entre deux regards de visite ne doit pas dépasser 40 à 50 m pour les collecteurs non visitables et 100 m pour les autres. Les cheminées de visite peuvent également servir de regard de branchement.

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II.6 La réalisation des travaux II. 6.1 Pose de la conduite dans la tranchée Elle s’effectue sur un fond de fouille nivelé d’une manière régulière. La mise en œuvre doit respecter plusieurs règles : Règle 1 : Assurer la sécurité des travailleurs appelés à travailler en fond de fouille ; Règle 2 : Effecteur la pose des conduites de l’aval vers l’amont ; Règle 3 : Positionner les tuyaux en fond de la tranchée dont la pente est sensiblement la même que celle de l’égout (Fig. II.15);

Figure II.15 : Pose d’une canalisation en tranchée Règle 4 : Exécuter les assemblages entre deux éléments successifs (joint étanche) ; Règle 5 : Prévoir des essais d’étanchéité et d’écoulement avant mise en service.

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