Etude Et Réalisation de L'émissaire en Mer de La Ville D'el Jadida [PDF]

Zitiervorschau

Travail de fin d’études

Dédicace A ma Mère et à mon Père, Aucune dédicace ne saura exprimer mes profonds sentiments, le respect et la considération, que j’ai pour vous, rien au monde ne pourrait récompenser tous les sacrifices consentis pour mon éducation et mon bien être. Que ce travail soit le témoignage de ma gratitude, de mon affection et de mon respect. Puisse Dieu, le tout Puissant, vous procure santé et longue vie. A mes Sœurs, Avec tous mes vœux de bonheur et de succès. A mes professeurs, Qui s’occupe de ma formation et forgent ma personnalité. A mes Camarades, Avec mes souhaits de succès et de réussite

Mohammed ARJILA 1

Travail de fin d’études

Je dédie ce mémoire A mes très chers parents qui ont toujours été là pour moi tout au long de mes études et qui m'ont donné un magnifique modèle de labeur et de persévérance. J'espère qu'ils trouveront dans ce travail toute ma reconnaissance et tout mon amour.

A mes chers frères et sœurs pour leurs patiences et leurs soutiens qu’ils n’ont cessés d’apporter au cours de ma formation A mes nièces et neveux A toute ma famille

A mes meilleurs amis

Et à tous ceux qui m’aiment…

Abdellah IDMANSOUR

2

Travail de fin d’études

REMERCIEMENT Nous avons eu l’opportunité de pouvoir travailler pendant quatre mois entier au sein du groupement SOMAGEC-GEOCEAN-ETERMAR en tant que stagiaires dans le cadre de notre projet de fin d’étude. Chaque fois encadrés par des gens différents et qui nous ont tous appris énormément. Bien sûr les difficultés ont été présentes mais toutes ont été surmontées avec persévérance. Ainsi, nous voulons tout d’abord

remercier nos deux directeurs Mr. Abdelmjid

ASGUANE et Mr. Julien THOUARD pour la confiance qu’ils nous ont toujours accordée depuis notre arrivée jusqu’{ l’aboutissement de notre projet. Leur enthousiasme et leur optimisme ont permis de mener ce travail dans une ambiance très sereine. Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude à nos encadrants internes Mr. Najib CHERFAOUI et Mr. Said RHOUZLANE pour leurs aides inestimables et leurs entières disponibilités. Ils ont su nous initier à la méthodologie et la logique du travail pour réussir notre stage. Nous souhaitons témoigner toute notre reconnaissance à Mr. Said NAOUM, Mr. Raoul DENIS et Mr. Jean Baptiste ALBERT qui ont manifesté l’intérêt qu’ils portaient { notre travail en acceptant de nous aider, nous les remercions pour leurs apports précieux. Nous remercions également tous les personnels de HDI, SNCE et la RADEEJ pour leurs aides et leurs collaborations et tous ceux ayant contribué à la réussite de ce projet. Enfin, notre stage s’est déroulé comme nous le souhaitions. Nous sommes ravis d’avoir pu effleurer un niveau aussi poussé de perfection dans le domaine de l’émissaire. Nous espérons en profiter encore.

3

Travail de fin d’études

RESUME Le projet de l’émissaire de la ville d’El Jadida objet du présent rapport est destiné { évacuer les rejets prétraités de la ville loin de la côte. L’eau des rejets sera conduite { plus de 2 𝑘𝑚 de la côte et relâchée par un diffuseur comportant 4 orifices et situé à −14,1 𝑚/𝑁𝐺𝑀. Les rejets seront ensuite dispersés grâce au mouvement des courants. Notre mission au sein du groupement SOMAGEC/GEOCEAN/ETERMAR était la vérification des calculs de dimensionnement de l’émissaire réalisés par le groupement, ainsi que le suivi du déroulement des travaux et d’y apporter des modifications si nécessaire. Pour ce faire, nous avons procédé à une collecte des données afin de justifier le choix du site, la longueur et l'orientation de l’émissaire ainsi que le matériau de la conduite. En deuxième lieu, nous avons vérifié le fonctionnement de l’émissaire sur le plan hydraulique et dimensionné la station de refoulement en amont en proposant un type de pompe approprié. Par la suite, nous avons procédé { l’étude de résistance mécanique de la conduite ainsi que les efforts hydrodynamiques appliqués pour vérifier la stabilité de l’émissaire. En parallèle, pour bien comprendre le projet et le phasage de réalisation, nous avons assisté au déroulement des travaux, ce qui nous a permis de confronter les difficultés qui s’y présentaient et d’être impliquer dans le monde du chantier.

4

Travail de fin d’études

SOMMAIRE DEDICACE ..................................................................................................................................................................................... 1 REMERCIEMENT ...................................................................................................................................................................... 3 RESUME ......................................................................................................................................................................................... 4 SOMMAIRE ................................................................................................................................................................................... 5 LISTE DES TABLEAUX........................................................................................................................................................ 10 LISTE DES FIGURES ............................................................................................................................................................. 11 INTRODUCTION ..................................................................................................................................................................... 13 I-

CONTEXTE GENERAL ......................................................................................................................................... 14 1-

Intérêt général ........................................................................................................................................................... 14

2-

Etat actuel de la pollution .................................................................................................................................... 15

3-

Raison d’être du projet .......................................................................................................................................... 15

4-

Normes et standards .............................................................................................................................................. 16

5-

Exemples d’émissaires .......................................................................................................................................... 16

II1-

5.1

Exemples au Maroc ...................................................................................................................................... 16

5.2

Exemples dans le monde........................................................................................................................... 17

CARACTERISTIQUES DE L’EMISSAIRE..................................................................................................... 19 Le site d’implantation ............................................................................................................................................ 19 1.1

1.1.1

La bathymétrie de la zone ............................................................................................................... 19

1.1.2

La courantologie de la zone ............................................................................................................ 19

1.1.3

Les caractéristiques géotechniques du sol ............................................................................. 19

1.2

2-

Choix du site ..................................................................................................................................................... 19

Données de base ............................................................................................................................................. 20

1.2.1

Topographie ........................................................................................................................................... 20

1.2.2

Géologie – géotechnique .................................................................................................................. 20

1.2.3

Bathymétrie ............................................................................................................................................ 21

1.2.4

Conditions Météo-Océanographiques ....................................................................................... 21

Tracé de la conduite .............................................................................................................................................. 24 2.1

Longueur-orientation .................................................................................................................................. 24

2.2

Implantation ..................................................................................................................................................... 24 5

Travail de fin d’études 3-

Matériau de la conduite ........................................................................................................................................ 25

III-

PRESENTATION GENERALE DE LA STATION DE PRETRAITEMENT .................................... 27

1-

Présentation de la filière eau ............................................................................................................................. 27

2-

1.1

Fosse à bâtard .................................................................................................................................................. 27

1.2

Dégrillage grossier ........................................................................................................................................ 27

1.3

Poste de relevage intermédiaire ............................................................................................................ 27

1.4

Dégrillage fin .................................................................................................................................................... 28

1.5

Dégraissage/dessablage ............................................................................................................................. 28

Présentation de la filière air ............................................................................................................................... 28 2.1

Principe de ventilation ................................................................................................................................ 29

2.2

Principe de désodorisation ....................................................................................................................... 29

IV-

ETUDE HYDRAULIQUE ..................................................................................................................................... 30

1-

Introduction ................................................................................................................................................................ 30

2-

Données de calcul .................................................................................................................................................... 30

3-

Diamètre de la conduite........................................................................................................................................ 30

4-

Pertes de charge ....................................................................................................................................................... 31 4.1

Pertes de charge linéaires ......................................................................................................................... 32

4.2

Pertes de charge singulières .................................................................................................................... 32

4.3

Contre pression de la mer ......................................................................................................................... 33

4.4

Pertes de charge totales ............................................................................................................................. 34

5-

Auto-nettoyage .......................................................................................................................................................... 34

6-

Ecoulement des effluents ..................................................................................................................................... 35

7-

6.1

Fonctionnement gravitaire ....................................................................................................................... 35

6.2

Fonctionnement en refoulement ........................................................................................................... 36

Station de refoulement .......................................................................................................................................... 36 7.1

Eléments de base pour le calcul et le choix des pompes ........................................................... 36

7.1.1

Hauteur manométrique totale d’élévation ............................................................................. 37

7.1.2

Courbe caractéristique de la conduite ...................................................................................... 37

7.1.3

Courbes caractéristiques de la pompe...................................................................................... 38

7.2

Choix d’un type de pompe ......................................................................................................................... 38

7.3

Point de fonctionnement............................................................................................................................ 39

7.4

Critères d’acceptation du point de fonctionnement .................................................................... 40

7.5

Dimensionnement du bassin d’aspiration ........................................................................................ 42

7.6

Protection et équipements hydrauliques .......................................................................................... 43 6

Travail de fin d’études 7.6.1

Clapet anti-retour de refoulement .............................................................................................. 43

7.6.2

Vanne de refoulement ....................................................................................................................... 43

7.6.3

Ventouse ................................................................................................................................................... 43

7.6.4

Chambre anti-bélier ........................................................................................................................... 44

7.7

V-

Calcul des pressions ..................................................................................................................................... 45

7.7.1

Données .................................................................................................................................................... 45

7.7.2

Pression { l’entrée de l’émissaire ................................................................................................ 45

7.7.3

Pression { la sortie de l’émissaire 𝑃 .......................................................................................... 46

7.7.4

Pression de l’eau de mer { la sortie de l’émissaire 𝑃𝑤 .................................................... 46

RESISTANCE MECANIQUE DE L’EMISSAIRE......................................................................................... 47

1-

Introduction ................................................................................................................................................................ 47

2-

Principaux paramètres utilisés dans le calcul ........................................................................................... 47 2.1

Caractéristiques du tuyau.......................................................................................................................... 47

2.2

Nature du sol et paramètres associés.................................................................................................. 48

2.3

Calcul du critère de rigidité ...................................................................................................................... 49

3-

Détermination des actions .................................................................................................................................. 50 3.1

Pression verticale due aux remblais 𝑃𝑟𝑚 ......................................................................................... 51

3.2

Pression verticale due aux charges d’exploitation 𝑃𝑒𝑥𝑝 ........................................................... 53

3.3

Pression horizontale 𝑃𝑕 ............................................................................................................................. 54

3.4

Pression moyenne d’étreinte 𝑃 .............................................................................................................. 54

4-

Résistance aux sollicitations mécaniques ................................................................................................... 54 4.1

Résistance à la pression interne............................................................................................................. 55

4.2

Résistance à la pression externe ............................................................................................................ 55

4.2.1

Conduite en portée libre .................................................................................................................. 55

4.2.2

Conduite en tranchée......................................................................................................................... 55

5-

Résultats ....................................................................................................................................................................... 56

VI-

ETUDE DE STABILITE......................................................................................................................................... 57

1-

Introduction ................................................................................................................................................................ 57

2-

Données......................................................................................................................................................................... 57

3-

Stabilité de la conduite ensouillée ................................................................................................................... 58

3.1

Poids des blocs ..................................................................................................................................................... 58

3.2

Espacement entre les blocs ............................................................................................................................ 59

4-

Stabilité de la conduite immergée ................................................................................................................... 59 4.1

Stabilité dynamique ...................................................................................................................................... 59 7

Travail de fin d’études 4.1.1

Introduction............................................................................................................................................ 59

4.1.2

Principe de l’étude .............................................................................................................................. 60

4.1.3

Diamètre équivalent de la conduite ........................................................................................... 60

4.1.4

Réfraction de la houle ........................................................................................................................ 61

4.1.5

Efforts hydrodynamiques................................................................................................................ 62

4.1.6

La masse fondrière de la conduite .............................................................................................. 63

4.2

Stabilisation complémentaire par pieux ............................................................................................ 64

4.3

Dimensionnement du lestage de la conduite................................................................................... 65

VII- REALISATION DES TRAVAUX ........................................................................................................................ 67 1-

2-

3-

Dimensionnement de la digue ........................................................................................................................... 67 1.1

Introduction ...................................................................................................................................................... 67

1.2

La houle de projet au pied de l’ouvrage ............................................................................................. 67

1.3

Conception de la digue ................................................................................................................................ 67

1.3.1

Profil de la digue et de la plateforme ......................................................................................... 68

1.3.2

Paramètres pour le dimensionnement de la digue ............................................................ 69

1.3.3

Dimensionnement de la structure .............................................................................................. 70

Réalisation de la souille ........................................................................................................................................ 76 2.1

Partie estran ..................................................................................................................................................... 76

2.2

Partie terrestre-traversée de la voie Anasser ................................................................................. 76

2.3

Dimensions de la tranchée ........................................................................................................................ 76

2.3.1

Largeur de la tranchée en fond de la souille .......................................................................... 76

2.3.2

Profondeur de la souille ................................................................................................................... 77

Forage dirigé............................................................................................................................................................... 77 3.1

Caractéristiques du forage ........................................................................................................................ 78

3.2

Profil du forage................................................................................................................................................ 78

3.3

Installations avant forage .......................................................................................................................... 79

3.3.1

Installation du casing......................................................................................................................... 79

3.3.2

Installation de Jack –up .................................................................................................................... 80

3.4

4-

Phases du forage............................................................................................................................................. 80

3.4.1

Forage du trou pilote ......................................................................................................................... 80

3.4.2

Alésage ...................................................................................................................................................... 82

3.4.3

Nettoyage du trou foré ...................................................................................................................... 83

Préparation des conduites .................................................................................................................................. 83 4.1

Réception des conduites au port............................................................................................................ 83 8

Travail de fin d’études 4.2

4.2.1

La conduite 1067 𝑚 du forage dirigé ........................................................................................ 84

4.2.2

Connexion des deux conduites 300 𝑚 ...................................................................................... 86

4.3 5-

Préparation des conduites ........................................................................................................................ 84

Remorquage des conduites vers le site d’El Jadida ...................................................................... 87

Installation des conduites.................................................................................................................................... 88 5.1

Conduite du trou foré .................................................................................................................................. 88

5.2

Connexion de la conduite 1067 m et 600 m..................................................................................... 89

5.3

Installation de la conduite 600 m .......................................................................................................... 91

5.4

Conduites partie terrestre-traversée voie Anasser...................................................................... 92

5.5

Conduite partie estran................................................................................................................................. 93

5.6

Constitution du remblai.............................................................................................................................. 93

5.6.1

L’assise ...................................................................................................................................................... 93

5.6.2

Le remblai ................................................................................................................................................ 93

CONCLUSION............................................................................................................................................................................ 95 RECOMMANDATIONS ........................................................................................................................................................ 96 BIBLIOGRAPHIE .................................................................................................................................................................... 97 WEBOGRAPHIE ..................................................................................................................................................................... 98 ANNEXES .................................................................................................................................................................................... 99

9

Travail de fin d’études

LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Caractéristiques mécaniques des formations en présence .................................... 21 Tableau 2 : Hauteur et amplitude des marées à El Jadida ............................................................... 22 Tableau 3 : Hauteurs significatives de la houle .................................................................................... 23 Tableau 4 : Vitesse des courants au large ................................................................................................ 24 Tableau 5 : Différentes propriétés physico-chimiques du PEHD ................................................. 26 Tableau 6 : Paramètres environnementaux et hydrauliques ......................................................... 30 Tableau 7 : Angles et rayons de courbure des transitions entre les tronçons ....................... 33 Tableau 8 : Hauteur d’eau maximale au dessus du point de rejet ............................................... 34 Tableau 9 : Les pertes de charge totales .................................................................................................. 34 Tableau 10 : Niveaux d’eau, pertes de charge et hauteur manométrique ............................... 45 Tableau 11 : Caractéristiques du tuyau .................................................................................................... 47 Tableau 12 : Description des groupes de sol ......................................................................................... 48 Tableau 13 : Caractéristiques du sol de couverture de la conduite ............................................ 48 Tableau 14 : Résistance mécanique de la conduite aux pressions interne et externe ....... 56 Tableau 15 : Caractéristiques de la conduite ensouillée .................................................................. 58 Tableau 16 : Poids apparent immergée de la conduite ..................................................................... 59 Tableau 17 : Poids des blocs et leur espacement dans la zone d’estran ................................... 59 Tableau 18 : Incidence de la houle sur la conduite ............................................................................. 62 Tableau 19 : Les efforts hydrodynamiques ............................................................................................ 63 Tableau 20 : Poids autostable de la conduite ........................................................................................ 64 Tableau 21 : Force d’ancrage des pieux.................................................................................................... 65 Tableau 22 : Poids des blocs et leur espacement dans la zone immergée ............................... 66 Tableau 23 : Paramètres nécessaires dans le dimensionnement de la digue ........................ 69 Tableau 24 : Coefficient de stabilité Kd en fonction des dommages ......................................... 71 Tableau 25 : Différents paramètres de calcul des couches et des carapaces ......................... 75

10

Travail de fin d’études

LISTE DES FIGURES Figure 1 : Intercepteur des rejets des eaux usées dans le milieu marin ................................... 15 Figure 2 : Implantation de l’émissaire (SAFEGE/C3E) ...................................................................... 19 Figure 3 : Carte géologique (SAFEGE/C3E) ............................................................................................ 20 Figure 4 : Diffuseur ............................................................................................................................................. 31 Figure 5 : Fonctionnement gravitaire de la station............................................................................. 35 Figure 6 : Fonctionnement en refoulement de la station ................................................................. 36 Figure 7 : Courbe caractéristique de la conduite ................................................................................. 38 Figure 8 : Point de fonctionnement ............................................................................................................ 39 Figure 9 : Les courbes caractéristiques de la pompe ........................................................................ 41 Figure 10 : Les actions exercées sur la conduite ensouillée ........................................................... 50 Figure 11 : Valeurs de C1/ (B/Dext) en fonction de H/B et de k1 ............................................... 51 Figure 12 : Valeurs du coefficient C0 en fonction de H/Dext et 2α ............................................ 52 Figure 13 : Pression due aux charges roulantes de type Bc en fonction de Dext et H ....... 53 Figure 14 : Combinaison des efforts hydrodynamiques : Force d’ancrage ............................. 65 Figure 15 : Profil de la digue d’accès .......................................................................................................... 68 Figure 16 : Profil de la plateforme (Musoir) .......................................................................................... 68 Figure 17 : Pose des tétrapodes ................................................................................................................... 73 Figure 18 : Les tirs explosifs .......................................................................................................................... 76 Figure 19 : Dragage et excavation de la souille ..................................................................................... 77 Figure 20 : Les équipements du forage ..................................................................................................... 78 Figure 21 : Profil du forage dirigé ............................................................................................................... 78 Figure 22 : Données géométriques du profil de forage..................................................................... 79 Figure 23 : Installation du casing................................................................................................................. 79 Figure 24 : Jack-up .............................................................................................................................................. 80 Figure 25 : Principe du trou pilote .............................................................................................................. 81 Figure 26 : Gaine et virole ............................................................................................................................... 81 Figure 27 : Récupération et mixage de la boue ..................................................................................... 82 Figure 28 : Principe du positionnement d’un aléseur ....................................................................... 82 Figure 29 : Aléseur 48’’ précédé d’un centreur 38’’ { l’entrée de la gaine ............................... 83 Figure 30 : Plan d’amarrage des conduites dans le port .................................................................. 84 11

Travail de fin d’études Figure 31 : La tête de traction insérée dans la conduite 1067 m ................................................. 85 Figure 32 : Collage des bandes EDPM sur les lests ............................................................................. 85 Figure 33 : Les étapes d’installation des anneaux sur la conduite .............................................. 86 Figure 34 : Trajet du remorquage vers le site d’El Jadida................................................................ 87 Figure 35 : Plan de tirage de la conduite dans le trou foré.............................................................. 88 Figure 36 : Schéma du tirage dans le trou foré ..................................................................................... 88 Figure 37 : Situation de la conduite après tirage dans le forage .................................................. 89 Figure 38 : Barge { 4 points d’ancrage munie de 4 daviers ............................................................ 89 Figure 39 : Relevage des deux conduites { l’aide des daviers ...................................................... 90 Figure 40 : Serrage des deux conduites .................................................................................................... 90 Figure 41 : Injection de l’eau dans la conduite ...................................................................................... 91 Figure 42 : Coulage de la conduite .............................................................................................................. 91 Figure 43 : Installation des micro-pieux .................................................................................................. 92 Figure 44 : Traversée de la voie Anasser ................................................................................................. 92 Figure 45 : Perspective du chemisage de la conduite ........................................................................ 93 Figure 46 : Remblaiement de la tranchée ................................................................................................ 94

12

Travail de fin d’études

INTRODUCTION La pollution des eaux de mer est un problème qui jusqu’{ présent, ne s’était pas posé réellement. Les océans ont longtemps été considérés l'exemple d'un milieu si vaste que beaucoup de pays côtiers y déchargent leurs eaux d’égouts... Et la « poubelle universelle » déjà, ne « digère » plus les déchets qu'on y déverse. Avec comme résultats immédiats, une eau non sûre pour se baigner ou pour pêcher. Les eaux d’égouts dégradent l’environnement, menacent la santé et détruisent les pêcheries. Conscient de ces risques de pollution et soucieux de préserver son environnement, le Maroc s’est fixé des stratégies pour la réalisation des projets de dépollution structurants pour protéger son littoral contre la pollution. Ainsi, plusieurs stations d’épurations et émissaires en mer ont été réalisés permettant d’évacuer les eaux loin de la côte et d’éviter ainsi les retours de pollution sur les plages. Dans cette perspective, la RADEEJ a lancé les travaux de réalisation d’une station de prétraitement et d’un émissaire en mer dans la ville d’El Jadida. Ainsi, cette ville sera parmi les villes marocaines dotées d’un émissaire en mer (Agadir, Tanger, Rabat,…). L’objectif de notre PFE est la vérification de dimensionnement de l’émissaire d’une part et d’autre part la présentation des techniques de réalisation proposées par le groupement SOMAGEC/GEOCEAN/ETERMAR. La méthodologie suivie pour atteindre ces objectifs se présente selon les étapes suivantes :  Collecte des données  Etude hydraulique  Etude de la résistance mécanique de la conduite  Etude de stabilité de la conduite  Phasage des travaux

13

Travail de fin d’études

I-

CONTEXTE GENERAL

La ville d’El Jadida est située sur la côte { environ 90 𝑘𝑚 au sud de Casablanca. Comme suite au Schéma Directeur d’Assainissement Liquide réalisé entre 2003 et 2005, la RADEEJ a décidée de lancer les études de réalisation de l’unité de prétraitement et de l’émissaire associée. Ces ouvrages complèteront le réseau et les ouvrages d’interception en cours de réalisation pour constituer l’ensemble du système anti-pollution projeté. Le Schéma Directeur d’Assainissement a prévu :   

L’interception des réseaux d’eaux usées et le transfert des effluents vers un site central, site El Qods, en bord de mer. Le prétraitement des eaux usées (dégrillage, dessablage et dégraissage). Le rejet en mer par un émissaire d’environ 2 𝑘𝑚 de longueur.

1-

Intérêt général

Financé par le ministère de l’intérieur et la RADEEJ, le projet intervient pour soutenir le développement durable conformément aux hautes directives royales pour faire de la province d’El Jadida une destination importante { travers des programmes pour la protection de l’environnement. Ces intérêts particuliers accordés à la protection de l’environnement permettront d’atteindre le développement urbanistique et socio-économique de la ville d’El Jadida et de Sidi Bouzid conformément aux standards et normes urbanistiques reconnus mondialement, le renforcement et l’appui aux orientations touristiques de la zone, la protection du milieu marin, la valorisation des terrains à proximité du littoral et de la corniche entre El Jadida et Sidi Bouzid, et l’amélioration de l’hygiène et du cadre de vie des habitants riverains aux rejets actuels en particulier et des habitants de la ville d’El Jadida et des visiteurs en général. Il est { rappeler qu’au moment où la gestion de l’assainissement liquide constitue une problématique de nos jours, la réalisation de la station de prétraitement et de l’émissaire en mer fera de la ville d’El Jadida et du centre balnéaire de Sidi Bouzid, une destination touristique très convoitée et un modèle à suivre par les autres agglomérations qui espèrent édifier un cadre de vie sain et propre pour leurs populations.

14

Travail de fin d’études

2-

Etat actuel de la pollution

Le milieu marin de la ville d’El Jadida est caractérisé par plusieurs sites de rejet. Sa pollution est actuellement causée par deux principales sources :  Les rejets d’eaux usées domestiques canalisés par des conduites et généralement diffus.  Les rejets industriels ponctuels. La circulation à ciel ouvert des eaux usées domestiques ou industrielles produit un effet extrêmement néfaste sur l’environnement visuel et olfactif de nombreux quartiers. Bien plus encore, elle expose la population à des risques de contaminations microbiologiques par le contact avec les eaux usées (enfants) par baignades dans les eaux littorales de la baie d’El Jadida. De plus, la vision de la pollution de ces zones marines encourage la population à y déposer de nombreux détritus, créant ainsi un impact cumulatif supplémentaire.

Figure 1 : Intercepteur des rejets des eaux usées dans le milieu marin

3-

Raison d’être du projet

La réalisation du projet de dépollution a pour principal objectif de supprimer tous les rejets directs des agglomérations de la ville vers la mer en mettant un système d’intercepteurs qui permet la collecte de tous les rejets d’eaux usées existants, puis le transfert des effluents vers la station de prétraitement avant leurs rejets via l’émissaire dans le milieu naturel. Ainsi, il s’agit d’un projet ambitieux pour la ville grâce à ses multiples avantages :  Amélioration des conditions de fonctionnement et d’exploitation du système d’assainissement liquide de la ville. 15

Travail de fin d’études  Elimination des risques d’inondation de la ville basse.  Suppression des odeurs nauséabondes qui se dégagent des collecteurs principaux à chaque marée haute.  Revalorisation du littoral et amélioration du bien-être des citoyens.  Protection contre la pollution des eaux de baignade.

4-

Normes et standards

Selon la norme marocaine relative aux eaux de baignade sur le littoral (La norme NM 037-200 imposant des contraintes de qualité bactériologique aux eaux de baignade), les normes à respecter sont :   

Au moins 80% des résultats en E.coli ou en coliformes fécaux sont inférieurs ou égaux aux normes guides (100/100 𝑚𝑙). Au moins 95% des résultats en E.coli ou en coliformes fécaux sont inférieurs ou égaux aux nombres impératifs (2000/100 𝑚𝑙). Au moins 90% des résultats en streptocoques fécaux sont inférieurs ou égaux aux normes guides (100/100 𝑚𝑙).

Les plages concernées sont :  La plage de Sidi Bouzid.  La plage d’El Jadida.  La plage de Haouzia.

5-

Exemples d’émissaires 5.1

Exemples au Maroc

 Emissaire court du sud d’Agadir    

Maître d’ouvrage : RAMSA Date : 2005 Montant des travaux : 𝟗𝟎 𝑴𝑫𝑯 Maître d’œuvre : SOMAGEC/GEOCEAN

 Caractéristiques    

Emissaire de rejet en mer de la nouvelle STEP M’ZAR d’Agadir. Longueur totale : 𝟏𝟏𝟔𝟎 𝒎 Rejet à la côte : −𝟗, 𝟒 𝒎 Conduite en acier de 𝑫𝑵𝟏𝟎𝟎𝟎 16

Travail de fin d’études 

Une portion d’environ 447 𝑚 de longueur est installée en terre. L’autre partie comportant environ 713 𝑚 de longueur en mer lestée par 12 𝑐𝑚 de béton et terminée par un diffuseur.

 Emissaire de Rabat    

Maître d’ouvrage : VEOLIA REDAL Date : 2007 Montant des travaux : 𝟑𝟔𝟐, 𝟓 𝑴𝑫𝑯 Maître d'œuvre : SOGREAH

 Caractéristiques     



Emissaire en mer de la nouvelle STEP de Rabat. Débit : 𝟔 𝒎³/𝒔 Longueur en mer : 𝟐𝟏𝟎𝟎 𝒎 Rejet à la cote : −𝟐𝟐 𝒎 Conditions géologiques difficiles nécessitant un tunnel de 800 𝑚 dans rocher avec canalisation en béton armé poussée à l'intérieur. Le reste en conduite PEHD de 𝑫𝑵𝟏𝟖𝟎𝟎 Côte accore très exposée aux houles atlantiques.

5.2

Exemples dans le monde

 Emissaire de Pardigon la Croix Valmer (France)    

Maître d’ouvrage : SIVOM du Littoral des Maures Maître d’œuvre : Direction Départementale de l’Equipement Montant des travaux : 𝟏, 𝟓 𝑴€ Date : juin 2001

 Caractéristiques      

Débit : 𝟏𝟕𝟎𝟎 𝒎𝟑 /𝒉 Diamètre intérieur : 𝟔𝟎𝟎 𝒎𝒎 Longueur maritime : ≈ 𝟏 𝟓𝟎𝟎 𝒎 Profondeur du diffuseur : ≈ − 𝟒𝟎 𝒎 Poids fondrier de la conduite : 𝟏𝟗 +/−𝟐 𝒌𝒈 / 𝒎 Matériau retenu : tuyau Bonna à âme en tôle à abouts soudés (type « SL »)

17

Travail de fin d’études L’émissaire comprend trois zones :  Un tronçon de 400 𝑚 ensouillé, jusqu’{ la côte −8 𝑚.  Un tronçon de 474 m ancré sur le fond traversant les herbiers de posidonie, entre les côtes −8 et − 20 𝑚.  Un tronçon de 488 m posé sur le fond, la conduite étant stable sur cette zone (côtes −20 à − 40 𝑚).

 Emissaire de Marbella (Espagne)

  

Localisation : Biarritz Date : 2003 Montant des travaux : 𝟓 𝑴€ 𝑯𝑻

 Caractéristiques   

Débit de projet : 𝟒𝟓𝟎𝟎 𝒎𝟑 /𝒉 Longueur de l’émissaire : 𝟖𝟎𝟎 𝒎 Diamètre intérieur : 𝟏𝟔𝟎𝟎 𝒎𝒎

La solution retenue pour la réalisation de l’émissaire en mer est de creuser un forage dirigé. Cette solution qui limite les interventions en site maritime au strict minimum, permet de s’affranchir des contraintes de houle. La seule intervention en milieu maritime consiste en effet à récupérer le micro-tunnelier et à poser le diffuseur en mer à l’aide d’une plate-forme auto-élévatrice.

18

Travail de fin d’études

II-

CARACTERISTIQUES DE L’EMISSAIRE 1-

Le site d’implantation 1.1

Choix du site

Le site a été choisi selon plusieurs critères :

1.1.1 La bathymétrie de la zone La zone doit assurer une profondeur suffisante pour la protection de la conduite contre les agressions de la houle, d’où l’intérêt de choisir un site qui prend en considération ce paramètre essentiel pour une meilleure stabilité de la conduite.

1.1.2 La courantologie de la zone Afin d’assurer une dilution optimale du panache et éviter le confinement des rejets dans la mer, la zone doit être caractérisée par des forts courants. En plus, la connaissance des effets du vent, de la marée et des houles sur les courants permet le choix d’une zone où le retour des rejets vers les plages est quasiment nul.

1.1.3 Les caractéristiques géotechniques du sol Comme tout projet de génie civil, la pose de la conduite requièrent un bon sol de fondation. Le site d’implantation ainsi retenu est présenté ci-dessous :

Future émissaire Plage d’El Jadida

Plage de Sidi Bouzid

Figure 2 : Implantation de l’émissaire (SAFEGE/C3E)

19

Travail de fin d’études 1.2

Données de base 1.2.1 Topographie

Le site d’implantation de l’émissaire est situé dans une zone rocheuse { environ 1,5 𝑘𝑚 à l’ouest du port d’El Jadida. Il est caractérisé par un estran rocheux qui domine la zone entre Sidi Bouzid et El Jadida et correspond à une plate-forme d’abrasion, taillée dans les calcaires et les marnes calcaires jaunes du Cénomanien. Le pendage des couches sédimentaires est subhorizontal.

1.2.2 Géologie – géotechnique La zone d’El Jadida comporte des séries sédimentaires allant du Paléozoïque jusqu’au Miocène, sur lesquelles on trouve des dépôts transgressifs plio-quaternaires. La carte ciaprès illustre la localisation de ces strates géologiques.

Figure 3 : Carte géologique (SAFEGE/C3E)

Des sondages carottés et des essais pressiométriques ont été réalisés sur place par LPEE. Cette campagne de sondages montre l’absence de sable sur le tracé et donc la continuité de l’estran rocheux sur la longueur de l’émissaire. Ces reconnaissances de sol nous ont permis de qualifier sommairement la géologie du site. 

Dans la zone de bord de mer, on rencontre sur les 3 premiers mètres des remblais, des limons et des croûtes calcaires. Entre les côtes 0 𝑁𝐺𝑀 et −8 𝑁𝐺𝑀, une couche de marno-calcaires disposés en bancs. Au-delà les calcaires massifs.

20

Travail de fin d’études 

Entre le bord de mer et le sondage S7, les calcaires massifs affleurent. Plus en profondeur (−30 𝑚/𝑁𝐺𝑀) on retrouve des passages marneux décrits comme indurés.

En ce qui concerne l’hydrogéologie du site { terre, des relevés piézométriques ont été faits au niveau du sondage SC1. Les différentes mesures mettent en évidence une nappe se trouvant à environ 1,7 𝑚 de profondeur. Les données de sondages nous ont permis de se baser sur le profil géotechnique simplifié fourni en annexe.

Poids volumique Pression limite Module pressiométrique

𝛾 𝑃𝑙 𝐸𝑚

Marno-calcaire

Calcaire

20 4 40

21 5 80

𝑘𝑁/𝑚3 𝑀𝑃𝑎 𝑀𝑃𝑎

Tableau 1 : Caractéristiques mécaniques des formations en présence

1.2.3 Bathymétrie Les levés bathymétriques du site sont les suivants : – Les configurations du fond marin est régulière et quasi homogène. – La pente du fond marin sur le littoral immédiat est relativement douce 1,8%, elle s’aplanit sur une distance de 350 𝑚, pour passer à 0,8% en fin du tracé. – Aucune barre rocheuse, ni dénivelé significatif n’ont été mis en évidence. – Les côtes sont données par rapport au zéro 𝑁𝐺𝑀.

1.2.4 Conditions Météo-Océanographiques Les conditions océanographiques du site régissent le processus de dilution des eaux et la façon dont les eaux usées vont se déplacer { partir de l’extrémité de l’émissaire. Les principaux paramètres océanographiques à prendre en compte sont les courants, le vent, la houle et la température. Ces conditions sont également déterminantes pour le dimensionnement des ouvrages et la définition des modes d’installation, de stabilité et de protection de l’émissaire sur le fond.  La marée Sur les côtes du Maroc, la marée est de type semi-diurne régulier. En raison des grandes profondeurs de l’Atlantique, les différences de phases de la marée sont faibles sur la ligne de côte ce qui provoque des courants relativement lents. Le niveau de marée influe cependant sur la propagation des houles et les courants induits. 21

Travail de fin d’études

Vives eaux exceptionnelles Mortes eaux

Pleine mer (𝑚 𝑁𝐺𝑀) 1,83 -

Basse mer (𝑚 𝑁𝐺𝑀) −2,17 -

Amplitude (𝑚) 4,00 2,4

Tableau 2 : Hauteur et amplitude des marées à El Jadida

 Côtes et niveaux Au niveau de l’émissaire, deux systèmes de nivellement se trouvent confrontés : le système 𝑁𝐺𝑀 utilisé à terre et le système hydrographique utilisé en mer dont le plan de référence est la basse mer extrême. Les raccordements entre ces deux systèmes pour la ville d’El Jadida sont les suivants :

𝑪ô𝒕𝒆 𝑯𝒚𝒅𝒓𝒐 = 𝑪ô𝒕𝒆 𝑵𝑮𝑴 − 𝟐, 𝟏𝟕 𝒎  Le vent Sur les côtes du Maroc, les vents correspondent généralement aux régimes des Alizés du Nord-Est et de Sud-Est. Ces vents, sont souvent forts, produisent des courants au moins comparables au courants de marée et très supérieures au courants résiduels de marée. En présence d’une côte et/ou par des profondeurs supérieures à 5 𝑚, l’action du vent induit également des circulations très différentes entre la surface et le fond. Les vents soufflant des secteurs Nord à Nord-Est représentent 39% des observations. Leur intensité est majoritairement comprise entre 4 à 9 𝑚/𝑠. Les vents de secteurs Ouest représentent plus de 50% des mesures de vents forts (> 9 𝑚/𝑠).  La houle L’origine et la provenance des houles sont liées aux dépressions lointaines de l’Atlantique Nord arrivant de l’Europe et de dépressions axées sur les Iles Canaries, et non aux vents locaux. La côte Ouest du Maroc reçoit des houles fortes et fréquentes. En se rapprochant de la côte, elles créent alors un déplacement de l’eau dans leurs propres directions. Ce courant, négligeable au large, devient important par faible profondeur, surtout si les vagues déferlent. Il se crée à proximité immédiate de la plage, un courant qui peut être violent. Le corrélogramme des houles 2006 − 2007 montre que plus de 54% des houles enregistrées durant cette période ont des hauteurs significatives comprises entre 0,5 et 1,5 𝑚. Pour des houles ayant des hauteurs significatives comprises entre 0,5 et 2,5 𝑚, ce pourcentage atteint 91% des houles.

22

Travail de fin d’études Les houles de Nord-Ouest sont largement prépondérantes, elles sont associées à une gamme de hauteur très étendue (0,5 à 4 𝑚). On relève également une forte récurrence des houles de Nord et de Nord-Est dont les hauteurs sont généralement moins élevées que les houles du secteur Nord-Ouest. La hauteur de houle de 1 à 1,5 𝑚 permettra de réaliser les travaux maritimes. Compte tenu de la durée de vie anticipée pour un ouvrage tel qu’un émissaire, 50 { 100 ans, la houle à prendre en compte est celle de fréquence centennale soit 12 𝑚 de hauteur. Les mesures de houles le long du littoral marocain sont peu développées. Sur l’ensemble de la côte Marocaine, seule la bouée de houle installée au port de Mohammedia assure des mesures sur le long terme et une surveillance de l’état de la mer. En raison de l’objectif de surveillance de l’état de la mer afin de garantir la sécurité de la navigation, la DPDPM (Direction des Ports et du Domaine Public Maritime) envisage la densification des mesures de la houle par la mise en place des équipements nécessaires le long du littoral marocain. Une opération d’installation des équipements de mesure de la houle a été programmée en 2008. L’analyse statistique des houles au large aboutit au tableau suivant donnant les hauteurs significatives en fonction des temps de retour statistique. Temps de retour (Années) Hauteur Hs au large (𝑚)

2

5

10

20

50

100

8,0

9,2

9,8

10,6

11,5

12,2

Tableau 3 : Hauteurs significatives de la houle

Les corrélations hauteur/période indiquent qu’aux plus fortes hauteurs 𝐻𝑠 sont rattachées des périodes généralement comprises entre 8 et 13𝑠. Nous proposons de retenir des houles de hauteur de 12 𝑚 (Conditions centennales) et de période 12 𝑠 en provenance des secteurs centrées sur le 270° et sur le 300°.  Les courants Pour une meilleure compréhension du mouvement des masses d’eau baignant le littoral d’El Jadida, une campagne de mesures des courants au large de la ville a été réalisée à 2000 𝑚 au large perpendiculairement à la côte, à 2 𝑚 du fond et à 3 𝑚 de la surface.

23

Travail de fin d’études

Courants de surface Courants de fond

Vitesse minimale (𝑐𝑚/𝑠) 0,0 0,0

Vitesse maximale (𝑐𝑚/𝑠) 41,4 27,6

Vitesse moyenne (𝑐𝑚/𝑠) 10,6 5,2

Direction moyenne 202° 213°

Tableau 4 : Vitesse des courants au large

Les vents, souvent forts, produisent des courants au moins comparables au courant de marée et très supérieure au courant résiduel. Pour des profondeurs supérieures à 5 𝑚, l’action du vent induit également des circulations très différentes entre la surface et le fond.

2-

Tracé de la conduite 2.1

Longueur-orientation

La position du point de rejet en mer a été arrêtée par l’étude de dilution déjà établie par le bureau d’étude SAFEGE/C3E. Cette étude relève qu’une longueur d’environ 2 𝑘𝑚 est sécuritaire vis-à-vis du rapprochement du panache vers la côte. Quant à l’orientation de l’émissaire, elle a été choisie perpendiculaire à la côte afin que l’extrémité soit plus éloignée de celle-ci.

2.2

Implantation

La zone d’implantation de l’émissaire est caractérisée par un plateau rocheux qui s’étend entre Sidi Bouzid et El Jadida. Sa mise en place est divisée en 4 parties :  Partie terrestre Depuis la station, l’émissaire passe sous la voie Anasser et intercepte l’intercepteur côtier à une profondeur comprise entre 2 et 7 𝑚 par rapport au terrain naturel.  Partie zone d’estran Sur une longueur de 400 𝑚, l’émissaire est ensouillé { une profondeur comprise entre 2,62 𝑚 et 7,40 𝑚 dans le plateau rocheux.  Partie forage dirigé Dans la zone de surf caractérisée par les déferlements de la houle, la conduite est installée dans un trou subhorizontal sur une longueur de 1 𝑘𝑚 et de diamètre 48 pouces (1220 𝑚𝑚).

24

Travail de fin d’études  Partie immergée Le dernier tronçon de l’émissaire est complètement immergé { des profondeurs comprises entre −10,2 𝑚 et −14,1 𝑚/𝑁𝐺𝑀.  Extrémité au large de l’émissaire L’extrémité aval de la conduite se situe à 2 𝑘𝑚 des côtes et se termine par un diffuseur à une profondeur de −14,1 𝑚/𝑁𝐺𝑀, c’est dans cette profondeur où l’énergie hydrodynamique est plus forte ce qui permettra une dispersion plus efficace de l’effluent.

3-

Matériau de la conduite

La conduite doit être de nature à supporter les agressions chimiques dues à l’immersion en eau de mer et des substances qui peuvent être rencontrées dans la conduite. Différents types de matériaux pourraient être envisagés :   

Conduite en acier avec revêtement époxy et/ou protection cathodique. Conduite en PEHD (Polyéthylène haute densité). Conduite en PRV (Polyester renforcé de Verre).

Le choix de matériaux est également fonction du mode de réalisation (pose en tranchée, sur berceaux, etc.…). Les expériences récentes sur des projets similaires et notamment au Maroc conduisent à recommander un matériau du type PEHD ou PRV qui résistent davantage { l’agressivité du milieu marin et de l’effluent transporté. Quel que soit le revêtement de la conduite en acier, il ne présente pas la même pérennité offerte par les deux autres matériaux. Par ailleurs, l’acier présente un coefficient de rugosité qui se dégrade d’une façon plus importante avec l’âge de la conduite ce qui n’est pas le cas des autres matériaux (PEHD, PRV). Plusieurs avantages conduisent à recommander un matériau du type PEHD : – – –

Le PEHD est plus flexible que le PRV (compte tenu du contexte de site de projet). Meilleure résistance { l’agressivité du milieu marin et de l’effluent transporté. Longévité.

Sur la base des coefficients de rugosité des conduites âgées, le PEHD offre un avantage en terme d’optimisation de diamètre et de pertes de charges ce qui représente des économies d’énergie en phase exploitation.

25

Travail de fin d’études Autres avantages du PEHD :

    

Bonne maniabilité facilitant les opérations à terre. Souple et résistant aux chocs. Peu sensible aux mouvements de terrain. Union par soudure, homogène et fiable. Livraison en remorquage par grande longueur (jusqu’{ 1067 𝑚 dans notre cas).

Le tableau ci-dessous résume les différentes propriétés physico-chimiques du PEHD : Caractéristiques

Avantages

Attaques chimiques Densité

Longévité Légèreté

Viscoélasticité

Excellente résistance à la fatigue Suit les mouvements du sol

Flexibilité Impact (résistance aux chocs)

sans fissure (gel-dégel) Résistance aux chocs et gels Saison de pose prolongée

Conductivité thermique

Retarde le gel et le ramollissement de la structure

Dilatation thermique

Élevé par rapport aux métaux mais cause moins de stress interne que les métaux

Résiste à des températures de Température en service service plus élevées et plus basses que pour une même épaisseur de 𝑃𝑉𝐶 Plus élevé que le Béton, l’acier Résistance { l’abrasion et le 𝑃𝑉𝐶 Résistance à la corrosion Le 𝑃𝐸 ne peut rouiller car le 𝑃𝐸 n’est pas conducteur Non affecté par les organismes Résistance biologique microbiens Longévité lorsqu’il est exposé Résistance aux 𝑈𝑉 au soleil

Valeurs Résiste à 1,5 < 𝑝𝐻 < 14 0,940 à 0,955 avant colorant Fluage des chaînes (eau pure= 1) moléculaires sans fissure 𝐸 ≥ 550 𝑀𝑃𝑎 Installation possible à des températures ambiantes de -23 à 52˚𝐶 ≈ 0.43 𝑊/𝑚/˚𝐾 ≈ 0,17 𝑚𝑚/𝑚 ˚𝐾 Représente(en + ou -): ≈ 23 𝑚𝑚 par 𝛥10˚𝐶 pour ≈ 30 𝑚 de tuyaux) −50 ˚𝐶 à 80˚𝐶 (𝑚𝑎𝑥. 110 ˚𝐶) Dégel possible avec machine à vapeur chaude Structure moléculaire compacte Structure moléculaire compacte Matériel inerte De 2 à 5 % de noir de carbone

Tableau 5 : Différentes propriétés physico-chimiques du PEHD

26

Travail de fin d’études

III- PRESENTATION GENERALE DE LA STATION DE PRETRAITEMENT La station réalisée juste en amont de l’émissaire, permet de prétraiter les effluents avant de les évacuer loin de la côte. Les équipements de la station sont en inox. En effet, cet acier inoxydable se caractérise par une grande résistance aux effets de la corrosion, accentués ici par les chlorures (site en bordure de mer).

1-

Présentation de la filière eau

Les unités de traitement prévues pour la filière eau sont les suivantes :

1.1

Fosse à bâtard

Destinée à piéger les déchets volumineux véhiculés par les eaux usées et ainsi protéger les installations de la station. Cette fosse sera entièrement couverte et munie d’un grappin motorisé.

1.2

Dégrillage grossier

Conçu pour éliminer les gros déchets qui n’ont pas été retenus au niveau de la fosse { bâtard, il permet :  

De protéger les ouvrages en aval de l’arrivée de gros objets susceptibles de provoquer des bouchages dans les unités de l’installation. De séparer des matières volumineuses qui pourraient nuire { l’efficacité du traitement.

1.3

Poste de relevage intermédiaire

Ce poste est visé à : 





Eviter la mise en charge du réseau en amont, ce qui est susceptible d’engendrer des débordements au niveau des points les plus bas du réseau. Eviter des radiers profonds des ouvrages de traitement en aval et par conséquent, des économies au niveau de génie civil et des facilités d’exploitation. Le pompage sera assuré par des pompes submersibles, déversant les effluents dans un canal en amont du dégrillage fin.

27

Travail de fin d’études 1.4

Dégrillage fin

Conçu pour éliminer les gros déchets qui n’ont pas été retenus au niveau du dégrillage grossier.

1.5

Dégraissage/dessablage

Cette unité composée de trois dessableurs-dégraisseurs permet de décanter les sables après un temps de séjour de 7 𝑚𝑖𝑛 et avec une vitesse maximale de passage 25 𝑚/𝑕. Quant aux graisses, l’unité est munie de 4 turbines immergées destinées { la flottation des graisses. Ainsi, les performances visées sont les suivantes :  

Sable : rétention de 95% des particules grenues présentant un diamètre équivalent ou supérieur à 250 𝜇𝑚 et une densité supérieure à 2,65. Graisses : rétention de 20% des matières extractibles { l’hexane.

Pour la collecte et l’extraction des sables décantés et des graisses flottées, chaque dessableur-dégraisseur sera équipé d’un pont, construit en aluminium, disposant :  

D’un racleur de fond destiné { la collecte des sables décantés, le sable sera stocké momentanément dans une fosse de reprise en tête du dessableur. D’un racleur de surface destiné { la collecte des graisses flottées.

Les eaux sableuses extraites des dessableurs-dégraisseurs seront ensuite refoulées vers une vis classificatrice destinée { l’égouttage des sables. Les sables seront stockés dans une benne pour évacuation et les eaux seront dirigées vers la fosse à bâtard. Les graisses flottées, écumées en surface des ouvrage de dessablage-dégraissage seront dirigées gravitairement vers une fosse de stockage, où seront extraites périodiquement par camion hydrocureur.

2-

Présentation de la filière air

Les eaux résiduaires peuvent être { l’origine de mauvaises odeurs : ces eaux usées sont en effet chargées en matières organiques qui induisent, directement ou indirectement, la formation de composés malodorants au cours de processus physico-chimiques et biologiques. Les odeurs sont généralement dues à des molécules différentes, en concentration très faible, mélangées { l’air. Le prétraitement est l’une des plus importantes sources génératrices d’odeurs dans une installation d’épuration des eaux usées.

28

Travail de fin d’études La réduction de ces nuisances olfactives nécessite une installation complète de ventilation et de désodorisation.

2.1

Principe de ventilation

Afin de réduire autant que possible les émissions d’odeurs, les installations seront implantées dans un bâtiment fermé. Elles seront équipées de ventilateurs d’insufflation d’air neuf et de ventilateurs d’extraction d’air vicié, de façon { renouveler en continu l’air contenu dans le bâtiment. Afin de confiner les odeurs, les locaux seront maintenus en dépression. Le taux de renouvellement d’air, dans les locaux, variera entre 3 et 7 renouvellements par heure selon leurs catégories et le débit maximum d’air vicié est évalués à 43000 𝑚3 /𝑕.

2.2

Principe de désodorisation

Afin de traiter efficacement l’air vicié, un lavage physico-chimique sera réalisé dans deux tours de lavage disposés en série :  

Un lavage oxydant à 𝑝𝐻 = 9 en présence d’eau de javel et de soude visant à piéger l’H2S. Un lavage oxydant à 𝑝𝐻 = 11 en présence d’eau de javel et de soude visant { piéger les mercaptans.

La vitesse de passage maximum est 1,8 𝑚/𝑠 et le temps de séjour minimum est 1,4 𝑠. L’installation de désodorisation sera complétée d’un adoucisseur d’eau pour remplacer la solution évaporée ou entraînée par l’air sous forme d’aérosols.

29

Travail de fin d’études

IV- ETUDE HYDRAULIQUE 1-

Introduction

Suite à notre collecte des données sur le site, nous sommes amenés dans ce paragraphe à vérifier le dimensionnement sur le plan hydraulique et proposer un type de pompe approprié afin de vérifier ensuite le bon fonctionnement de l’émissaire.

2-

Données de calcul

Les données de calcul qui sont utilisées pour dimensionner l’émissaire sont les suivantes : Paramètres environnementaux Vive eau Morte eau Surcote de tempête Masse volumique de l’eau de mer Masse volumique de l’effluent Viscosité dynamique de l’effluent

4,0 2,4 0,5 1026 995 13,057. 10−4

𝑚 𝑚 𝑚 𝐾𝑔/𝑚3 𝐾𝑔/𝑚3 𝑃𝑎. 𝑠

Paramètres hydrauliques Débit à considérer (𝑄) Débit actuel (𝑄𝑎 ) Vitesse maximale (𝑉𝑚𝑎𝑥 ) Vitesse minimale d’autocurage (𝑉𝑎𝑢𝑡𝑜 ) Profondeur de rejet

1,1 0,6 2,2 0,75 −14,1

𝑚3 /𝑠 𝑒𝑛 2025 𝑚3 /𝑠 𝑚/𝑠 𝑚/𝑠 𝑚/𝑁𝐺𝑀

Tableau 6 : Paramètres environnementaux et hydrauliques

Pour le diffuseur, il a les caractéristiques suivantes :  

3-

Diffuseur à 4 cheminées de 1 𝑚 de long et de diamètre 450 𝑚𝑚, à 45°, avec becs de canard. Le diamètre du diffuseur est constant et égal au diamètre de la conduite principal.

Diamètre de la conduite

Le choix du diamètre intérieur de la conduite est conditionné par les contraintes de respect de la vitesse minimale d’autocurage et la vitesse maximale autorisées selon le matériau choisi.

30

Travail de fin d’études D’autre part, la géométrie du diffuseur impose un écoulement en pleine section pour vaincre la pression de l’eau de mer { la sortie. Cette condition n’est satisfaite qu’avec la vitesse maximale (𝑉𝑚𝑎𝑥 = 2,2 𝑚/𝑠).

Figure 4 : Diffuseur

Donc le diamètre est déterminé par l’équation :

𝑸 = 𝑽. 𝑺 Le résultat aboutit à un diamètre intérieur égale à 798 𝑚𝑚.  Vérification de la vitesse pour le débit actuel Pour le débit actuel qui est de 0,6 𝑚/𝑠, on doit vérifier que la vitesse dans la conduite est située entre la vitesse maximale et la vitesse d’autocurage. Et on a :

𝑽=

𝑸 𝑺

Tout calcul fait montre que 𝑉 = 1,2 𝑚/𝑠 Le résultat obtenu montre que le diamètre retenu vérifie bien le critère des vitesses.

4-

Pertes de charge

Les pertes de charge que nous avons considérées sont les suivantes :  Les pertes de charge linéaires liées à la longueur totale de la conduite.  Les pertes de charge singulières dues à la géométrie du tracé de la conduite.  Les pertes de charge singulières dues à la connexion à la station de pompage et aux quatre orifices des cheminées du diffuseur.  La contre pression à la sortie du diffuseur due à la différence de pression.

31

Travail de fin d’études 4.1

Pertes de charge linéaires

Elles sont déterminées par l’équation :

𝑳 𝑽𝟐 ∆𝑯𝑳 = 𝑪𝒓. . 𝑫 𝟐𝒈 Où – – – – –

𝐿: La longueur de la conduite (𝑒𝑛 𝑚) 𝐷: Le diamètre de la conduite (𝑒𝑛 𝑚) 𝐶𝑟 : Le coefficient de résistance 𝑉: La vitesse d’écoulement dans la conduite (𝑒𝑛 𝑚/𝑠) 𝑔: L’accélération de la pesanteur (𝑒𝑛 𝑚/𝑠 2 )

Le coefficient de résistance 𝐶𝑟 dépend du régime d’écoulement qui dépend lui-même du nombre de Reynolds :

𝑹𝒆 = 𝝆. 𝑽. 𝑫 𝝁 – 𝜇: La viscosité dynamique de l’effluent (𝑒𝑛 𝑃𝑎. 𝑠) – 𝜌 : La masse volumique de l’effluent (𝑒𝑛 𝐾𝑔/𝑚3 ) Tout calcul fait montre que : 𝑹𝒆 = 𝟏, 𝟑𝟒. 𝟏𝟎𝟔 >

𝟓𝟔𝟎 𝜺 𝑫

= 𝟎, 𝟒𝟓. 𝟏𝟎𝟔

Donc, on est en régime turbulent pleinement rugueux, dans ces conditions le coefficient 𝐶𝑟 ne dépend que de la rugosité 𝜀 et du diamètre 𝐷. Il est donné par l’équation : 𝟏 𝑪𝒓

𝜺

= 𝟏, 𝟏𝟒 − 𝟎, 𝟖𝟔. 𝑳𝒏( ) 𝑫

𝜀 : Rugosité de la conduite (𝜀 = 0,1 𝑚𝑚 pour une conduite neuve et 𝜀 = 1 𝑚𝑚 pour une conduite usée). Nous allons travailler avec le cas défavorable où 𝜀 = 1 𝑚𝑚. On trouve comme résultat ∆𝐻𝐿 = 13,69 𝑚.

4.2

Pertes de charge singulières

Pour les pertes de charge singulières, la relation entre la hauteur de perte de charge et le coefficient de perte de charge est la suivante : 𝑽𝟐

∆𝑯𝒔 = 𝒌. 𝟐𝒈 Où 

𝑘: Le coefficient des pertes de charge (ou 32

𝑘𝑖 en cas de plusieurs singularités)

Travail de fin d’études 

𝑉: La vitesse d’écoulement dans la conduite (𝑒𝑛 𝑚/𝑠)

Elles sont dues :  A la connexion à la station de pompage, soit un coefficient de pertes de charge de 1.  Aux quatre orifices des cheminées du diffuseur :  𝑘1 = 0,5 { l’entrée de la cheminée du diffuseur  𝑘2 = 1,0 à la sortie de la cheminée du diffuseur  Aux becs de canards : Les pertes de charges sont données par le fabriquant en fonction de la hauteur d’eau au niveau du diffuseur 1,028 𝑚.  Le tracé de la conduite présente deux courbes marquées { l’entrée et { la sortie du forage dirigé ainsi que deux autres pour les transitions entre tronçons, les angles et rayons de courbure sont les suivants :

Position

Angle de rotation (𝛼)

Rayon de courbure (𝑅𝑐 )

Transition tronçon Estran – HDD Entrée HDD Sortie HDD Transition tronçon HDD – immergé

13° 13° 2° 4°

54 𝑚 700 𝑚 1500 𝑚 54 𝑚

Tableau 7 : Angles et rayons de courbure des transitions entre les tronçons

Dans ces quatre cas le coefficient de pertes de charge se calcule de la manière suivante :

𝒌=

𝑫 𝟎, 𝟏𝟑 + 𝟏, 𝟖𝟓. 𝟐 𝑹𝒄

𝟕 𝟐

. 𝜶 𝟗𝟎

Où – – –

𝐷 : Diamètre de la conduite (𝑒𝑛 𝑚) 𝑅𝑐 : Rayon de courbure de transition (𝑒𝑛 𝑚) 𝛼 : Angle de transition (𝑒𝑛 °)

On trouve le résultat suivant : ∆𝐻𝑠 = 1,75 𝑚.

4.3

Contre pression de la mer

La contre pression { la sortie du diffuseur dépend de la hauteur d’eau au dessus du point de rejet et de la densité de l’eau de mer.

𝑷 = 𝒈. 𝑯𝒘 . (𝝆𝒘 − 𝝆) 33

Travail de fin d’études Avec   

𝐻𝑤 : La hauteur d’eau maximale au point de rejet (𝑒𝑛 𝑚) 𝜌𝑤 : La masse volumique de l’eau de mer (𝑒𝑛 𝐾𝑔/𝑚3 ) 𝜌 : La masse volumique de l’effluent (𝑒𝑛 𝐾𝑔/𝑚3 )

La hauteur d’eau maximale au dessus du point de rejet 𝐻𝑤 est : Profondeur au point de rejet Ecart 𝑁𝐺𝑀/𝑍𝐻 Amplitude de la marée en vive eau Surcote de tempête Hauteur d’eau maximale au point de rejet

Marée Haute +14,1 −2,17 +4,00 +0,50 𝐻𝑤 ,𝑚𝑎𝑥 = 16,43

Marée Basse +14,1 𝑚/𝑁𝐺𝑀 −2,17 𝑚 𝑚 𝑚 𝐻𝑤 ,𝑚𝑖𝑛 = 11,93 𝑚

Tableau 8 : Hauteur d’eau maximale au dessus du point de rejet

On déduit les pertes de charges dues { la contre pression { l’aide de la formule suivante :

∆𝑯𝒅𝒅 =

𝑷 𝝆.𝒈

Tout calcul fait montre que : ∆𝐻𝑑𝑑 = 0,51 𝑚

4.4

Pertes de charge totales

Les résultats de l’ensemble des pertes de charge sont résumés dans le tableau suivant : Perte de charge totale Pertes de charge linéaire dans la conduite Pertes de charge singulière dans la conduite Pertes de charge linéaire dans les cheminées Pertes de charge singulière dans les cheminées Contre pression au point de rejet Totale des pertes de charge

∆𝐻𝐿 ∆𝐻𝑠 ∆𝐻𝐿𝑐 ∆𝐻𝑠𝑐 ∆𝐻𝑑𝑑 ∆𝐻

Marré Haute Marré Basse 13,69 13,69 0,381 0,381 0,0092 0,0092 1,37 1,37 0,51 0,37 𝟏𝟓, 𝟗𝟔 𝟏𝟓, 𝟖𝟐

Tableau 9 : Les pertes de charge totales

5-

Auto-nettoyage

Selon les normes, la contrainte circonférentielle pour éviter la sédimentation des dépôts dans la conduite doit être supérieure à 4 𝑁/𝑚2 .

34

𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚

Travail de fin d’études Et on a : 𝑫 ∆𝑯𝑳

𝝉 = 𝝆. 𝒈. . 𝟒

𝑳

Avec :    

𝐷: Le diamètre nominal intérieur de la conduite (𝑒𝑛 𝑚) 𝜌 : La masse volumique de l’effluent (𝐾𝑔/𝑚3 ) ∆𝐻𝐿 : Les pertes de charge linéaires (𝑒𝑛 𝑚) 𝐿: La longueur de la conduite (𝑒𝑛 𝑚)

On trouve que 𝜏 = 12,75 𝑁/𝑚2 qui dépasse largement la contrainte limite de sédimentation, donc l’auto-nettoyage est assuré.

6-

Ecoulement des effluents

Les effluents prétraités sont refoulés au large des côtes via l’émissaire. Le poste de refoulement est équipé de quatre pompes submersibles dont une de secours. Chaque pompe dispose de son propre colonne montante de refoulement 𝐷𝑁600 raccordée au moyen d’une nourrice 𝐷𝑁800 { l’émissaire.

6.1

Fonctionnement gravitaire

Dans la période de marée basse, le niveau piézométrique en aval des pompes est plus faible que le niveau de remplissage de la bâche d’aspiration et dans ce cas un fonctionnement gravitaire est privilégié équipé d’un clapet.

4,00 m/NGM

4m NGM

2,00 NGM 1.9 m NGM

Pleine mer

Pleine mer

1,90 m/NGM

1,83 1,83mNGM m/NGM

1.1 m NGM

P

1,10 m/NGM

P

P

Basse mer

Basse mer

-1 -1mm/NGM NGM

-2,17 mNGM -2,17 m/NGM

0,5 m -0,5mNGM

Figure 5 : Fonctionnement gravitaire de la station

35

Travail de fin d’études 6.2

Fonctionnement en refoulement

Par contre, au cours de la marée haute, le niveau piézométrique en aval des pompes sera suffisant pour permettre la montée de niveau dans la bâche d’aspiration et donc un cycle de pompage sera déclenché en maintenant le clapet de by-pass fermé.

4,00 m/NGM Pleinmer mer Pleine

2,00 NGM

1,83 m/NGM

1,83 mNGM

1,90 m/NGM

P P

1,10 m/NGM

P

Basse mer

Basse mer

-2,17 mNGM -2,17 m/NGM

-1,00-1m/NGM NGM

0,50 m

Figure 6 : Fonctionnement en refoulement de la station

7-

Station de refoulement

La conception et l’équipement d’une station de refoulement dépend de nombreux facteurs tels que :  

 

Le débit { pomper et sa hauteur d’élévation qui déterminent, en grande partie, le type de pompe à utiliser. La nature du fluide, dont la viscosité et la température de fonctionnement peuvent imposer une vitesse de circulation, et dont les propriétés physiques et chimiques déterminent la nature des matériaux à employer. La forme de l’énergie motrice { utiliser, ce qui fixe le type de moteur et intervient dans le mode de régulation. Le genre d’exploitation qui fixe { son tour certaines qualités : rendement, sécurité de marche, régulation, facilité d’entretien, etc.…

7.1

Eléments de base pour le calcul et le choix des pompes

En tenant compte des critères déjà cités pour la conception de la station, cette dernière sera équipée de 4 pompes dont une de réserve.

36

Travail de fin d’études 7.1.1 Hauteur manométrique totale d’élévation C’est la différence de pression en mètre de colonne d’eau (𝑚𝐶𝐸) entre les orifices d’aspiration et de refoulement. Lors du pompage d’un liquide, la pompe ne doit pas seulement fournir une pression équivalente à celle correspondante { la différence des niveaux entre l’aspiration et le refoulement (hauteur géométrique d’élévation totale), mais également la pression nécessaire pour vaincre les pertes de charge dans les conduites d’aspiration et de refoulement. D’une manière générale le 𝐻𝑀𝑇 se calcule par la formule suivante :

𝑯𝑴𝑻 = 𝑯𝒈 + ∆𝑯 Avec – –

𝐻𝑀𝑇 : La hauteur manométrique totale (𝑒𝑛 𝑚) 𝐻𝑔 : La hauteur géométrique entre les deux plans d’eau (𝑒𝑛 𝑚)

–

∆𝐻 : Les pertes de charge totales (𝑒𝑛 𝑚) ∆𝑯 = ∆𝑯𝑳 + ∆𝑯𝒔 + ∆𝑯𝒅𝒅 Avec – ∆𝐻𝐿 : Les pertes de charge linéaires. – ∆𝐻𝑠 : Les pertes de charge singulières. –

∆𝐻𝑑𝑑 : Les pertes de charge dues à la différence de densité.

Pour les pertes de charge totales, le calcul fait aboutit à ∆𝐻 = 15,96 𝑚. Or 𝐻𝑔 = 0,73 𝑚, on trouve enfin 𝐻𝑀𝑇 = 16,69 𝑚.

7.1.2 Courbe caractéristique de la conduite Connaissant les caractéristiques de la canalisation équipant la pompe (longueur, diamètre, rugosité des parois) et des accessoires qui s’y trouvent intercalés, il est possible de calculer, pour différents débits 𝑄 possibles qui la traversent, les pertes de charge totales qui en résultent et donc la hauteur manométrique totale correspondante. La courbe qui représente 𝐻𝑀𝑇 = 𝑓(𝑄) constitue la courbe caractéristique de la conduite.

37

Hm (m)

Travail de fin d’études

40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000 Q (m3/h)

Figure 7 : Courbe caractéristique de la conduite

7.1.3 Courbes caractéristiques de la pompe Les courbes principales qui caractérisent une pompe sont au nombre de quatre. Elles sont établies par le constructeur pour un type de pompe donné.    

Courbe débit-hauteur 𝐻𝑀𝑇 = 𝑓(𝑄) Courbe de rendement de la pompe 𝜂 = 𝑓(𝑄) Courbe de puissance 𝑃𝑎 = 𝑓(𝑄) Courbe 𝑁𝑃𝑆𝐻 requis de la pompe 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟 = 𝑓(𝑄)

7.2

Choix d’un type de pompe

Le choix des pompes est conditionné par des considérations techniques et économiques :  Le fonctionnement hydraulique : il faut que le groupe choisi s’adapte aux caractéristiques de refoulement (le débit refoulé et la hauteur manométrique totale).  L’encombrement, le groupe choisi doit permettre une disposition (sans gène des différentes installations et équipements).  Il ne faut pas que le type de pompes choisi pose de problèmes au niveau maintenance et pièces de rechanges. Pour le choix d’un type de hydrauliques (𝑄 𝑒𝑡 𝐻), on peut citer :

pompe 38

en

fonction

des

caractéristiques

Travail de fin d’études 

D’une façon générale – –

𝐻𝑀𝑇 < 15 𝑚 et 𝑄 > 100 𝑙/𝑠 : Pompes hélices 𝐻𝑀𝑇 > 15 𝑚 avec tous les débits : Pompes centrifuges

Pour ce critère, le choix des pompes centrifuges s’avère compatible { notre cas (𝐻𝑀𝑇 = 16,69 𝑚 avec 𝑄 = 367 𝑙/𝑠).

7.3

Point de fonctionnement

Le point de fonctionnement de la pompe est donné par le couple (𝑄, 𝐻) auquel la pompe va opérer une fois insérée dans le système. Le calcul à priori du point de fonctionnement permet d’éviter une perte de temps due au montage d’une pompe inappropriée. D’une manière générale, le point de fonctionnement est le point d’intersection entre la courbe caractéristique de la pompe et la courbe caractéristique de la conduite.

Hmt (m)

Après avoir consulté plusieurs catalogues, le constructeur allemand KSB présente une très bonne gamme de pompes des eaux usées Amarex KRTK, Sewatec D et Sewatec K.

40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000 Q (m3/h)

CC-Conduite H (m)

CC-Amarex KRTK H (m)

CC-Sewatec D H (m)

CC-Sewatec K H (m)

Figure 8 : Point de fonctionnement

39

Travail de fin d’études Il est clair dans la figure que la pompe Amarex KRTK s’avère le meilleur choix dans notre cas. Le débit opérationnel est d’environ 𝑄 = 4220 𝑚3 /𝑕 pour toute la station avec une hauteur manométrique de 𝐻𝑀𝑇 = 19,75 𝑚.

7.4

Critères d’acceptation du point de fonctionnement

Une fois le débit de fonctionnement accepté par rapport à sa valeur quantitative. Il faut examiner deux paramètres qualitatifs :

7.4.1 Acceptabilité du rendement Il faut rester le plus proche possible du rendement optimal pour chacune des pompes.

7.4.2 Sécurité du point de vue cavitation Il faut que le débit de fonctionnement se trouve dans la zone où le 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 est supérieur au 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟 .  Phénomène de cavitation Dans l’utilisation pratique des pompes, on rencontre divers problèmes d’installation et de fonctionnement. Parmi ces problèmes la cavitation qui doit retenir une attention particulière lors du dimensionnement de la pompe et du circuit d’aspiration. La cavitation influence énormément les caractéristiques de fonctionnement et le comportement de la pompe et peut à la limite la détériorer (éroder les comportements tel le corps et la roue). Sur le plan thermodynamique, si la pression { l’entrée de la pompe atteint la pression de vapeur pour la température de l’eau, le liquide passe { l’état de vapeur. Une fois entrée dans la pompe, où règne une haute pression, les bulles de vapeur implosent en produisant un bruit de cailloux secoués, en endommageant et usant prématurément les aubes du rotor de la pompe. Sur le plan hydraulique, lorsque la pompe fonctionne en condition de cavitation, la pression et le rendement délivrés par la pompe chutent d’une manière brusque et marquée. En pratique, on observe le phénomène de cavitation bien avant que la pression { l’entrée de la pompe atteigne la pression de vapeur 𝑃𝑣 qui varie avec la température de l’eau.

40

Travail de fin d’études 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

1000

CC-Conduite H (m) 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

2000

3000

4000

CC-Amarex KRTK H (m)

5000

6000

7000

Q (m3/h) CC-Amarex KRTK équivalent H (m)

Figure 9 : Point de fonctionnement des pom 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000 Q (m3/h)

Rendement (%) 14 12 10 8 6 4 2 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

NPSHr (m) Figure 9 : Les courbes caractéristiques de la pompe

41

6000

7000 Q (m3/h)

Travail de fin d’études Or, la pompe fonctionne en surpression, nous définissons une charge absolue nette à l’aspiration en excédent { la charge de vapeur { une température donnée :

𝑵𝑷𝑺𝑯𝒅 =

𝑷𝒂 − 𝑷𝒗 − ∆𝑯𝒂𝒔𝒑 + 𝑯𝒂𝒔𝒑 𝝆. 𝒈

Avec – – – –

𝑃𝑎 : La pression atmosphérique (𝑒𝑛 𝑃𝑎) 𝑃𝑣 : La pression de saturation (𝑒𝑛 𝑃𝑎) 𝐻𝑎𝑠𝑝 : La hauteur géométrique d’aspiration (𝑒𝑛 𝑚) Δ𝐻𝑎𝑠𝑝 : Les pertes de charge d’aspiration (𝑒𝑛 𝑚)

Tout calcul fait aboutit à une valeur de 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 = 11,74 𝑚. Comme il est indiqué dans la figure le 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟 correspondant au débit opérationnel de chacune des pompes est de 6,8 𝑚. Une fois les valeurs de 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 et 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟 sont définies et pour éviter la cavitation il faut que :

𝑵𝑷𝑺𝑯𝒅 > 𝑵𝑷𝑺𝑯𝒓 Chose qui est vérifiée pour la pompe choisie. Donc, le phénomène de cavitation est évité. D’autre part, pour la pompe choisie, il est clair dans la figure que le rendement correspondant au débit opérationnel de chacune des pompes est de 78% et qui est très proche du rendement optimal 80%. Donc, le critère du rendement optimal est vérifié

7.5

Dimensionnement du bassin d’aspiration

Le calcul du volume du bassin est fait de manière { ce qu’elles puissent assurer une autonomie d’une demi-heure du débit de dimensionnement, soit :

𝑽 = 𝟏𝟖𝟎𝟎. 𝑸 Avec 𝑄 : Le débit de dimensionnement (𝑒𝑛 𝑚3 /𝑠) Ainsi le volume retenu est de 1980 𝑚3 .

42

Travail de fin d’études 7.6

Protection et équipements hydrauliques

Dans le présent projet, les pompes envisagées sont immergées dans la bâche d’aspiration, donc l’aspiration se fait directement sans pièces spéciales avant les pompes. Par contre, nous pouvons envisager les équipements suivants dans la conduite de refoulement :

7.6.1 Clapet anti-retour de refoulement A la sortie des pompes, un clapet pourra être placé dont le rôle est d’empêcher l’inversion du débit d’eau lors de l’arrêt des pompes. Le clapet sera placé en sortie de bride des pompes, cette solution élimine la nécessité de mettre un deuxième clapet en surface.

7.6.2 Vanne de refoulement La vanne de refoulement placée après la pompe et le clapet anti-retour, peut avoir plusieurs rôles. Cette vanne permettra tout d’abord d’isoler la pompe lors des entretiens et des démontages. La vanne peut intervenir également lors de la mise en marche et de l’arrêt de la pompe dans le cas des pompes centrifuges. Pour celles-ci, en effet, la courbe de puissance absorbée montre que la puissance est minimale lorsque la vanne de refoulement est fermée. Il sera donc intéressant dans le cas où de grosses puissances sont en jeu, de démarrer la pompe vanne fermée pour limiter la durée du démarrage. La manœuvre progressive de la vanne de refoulement permettra par ailleurs, lors du démarrage et de l’arrêt du groupe, de limiter les coups de bélier dus aux variations brusques de la vitesse de l’eau dans la conduite de refoulement. Ainsi aura-t-on intérêt :  

Lors de la mise en marche du groupe, à démarrer en barbotage puis à ouvrir lentement la vanne de refoulement. Lors de l’arrêt du groupe, { fermer lentement la vanne de refoulement puis { couper l’alimentation du moteur.

7.6.3 Ventouse Il est impératif de limiter l’entrée d’air dans le refoulement au strict minimum { l’arrêt des pompes-conduite en col de cygne (conduite commune en aval des conduites de refoulement individuelles) le départ de l’émissaire au droit du bâtiment doit toujours être en eau (niveau marée basse). Une ventouse triple fonction est prévue au point haut de la conduite pour évacuer l’air piégé dans le col de cygne { chaque démarrage des pompes de refoulement et assurer le dégazage permanent du refoulement.

43

Travail de fin d’études 7.6.4 Chambre anti-bélier  Phénomène du coup de bélier Se produit suite { un arrêt des pompes ou toute autre manœuvre d’arrêt, ce qui résulte quatre effets :    

Annulation de la vitesse. Augmentation de la pression. Dilatation (allongement si possible) de la conduite. Augmentation de la masse volumique du fluide.

Ces effets vont se propager très rapidement en amont de la conduite sous forme d’une onde de choc de célérité C déterminée par l’équation :

𝟏 𝑫 𝑪 = 𝝆. + 𝒆 𝑬. 𝒆 – – – – –

−𝟏/𝟐

𝜌 : La masse volumique du fluide (𝑒𝑛 𝑚) 𝑒𝑣 : Le module d’élasticité volumique du fluide ; 2,139. 109 𝑁/𝑚2 𝐸 : Le module d’Young de la conduite ; 2. 108 𝑁/𝑚2 𝐷 : Le diamètre intérieur de la conduite (𝑒𝑛 𝑚) 𝑒 : L’épaisseur de la conduite (𝑒𝑛 𝑚)

Tout calcul fait montre que 𝐶 = 119,53 𝑚/𝑠. Si cette onde a une période 𝑇 = 𝐿 𝐶 et avec une longueur totale de 𝐿 = 2090 𝑚, on trouve 𝑇 = 17,48 𝑠. La pression due au coup de bélier est donnée par l’équation :

𝑷𝒄𝒃 = ±

𝑪.𝑽 𝒈

 Dans le cas de dépression 𝑃𝑐𝑏 = −2,70 𝑏𝑎𝑟  Dans le cas de surpression 𝑃𝑐𝑏 = +2,70 𝑏𝑎𝑟 La durée mise par l’onde pour revenir au niveau de la vanne après sa propagation en amont est 2. 𝑇 = 34,97 𝑠. Donc un arrêt de plus de 35 𝑠 provoquerait une dépression de 2,7 𝑏𝑎𝑟 dans la conduite, cette dépression est importante vis-à-vis de la dépression maximale admissible de la conduite ce qui justifie la nécessité d’utiliser un dispositif anti-bélier. C’est un réservoir d’air qu’on place { l’approximité de la station de pompage et qu’en raccorde au refoulement.

44

Travail de fin d’études En fonctionnement normal, il contient un volume d’eau et un volume d’air dont la pression équilibre la pression de l’eau dans la conduite au point de raccordement. Le réservoir assure la continuité de l’alimentation par le volume d’eau qu’il contient, donc diminution d’eau dans le réservoir et augmentation du volume occupé par l’air et inversement quand il ya retour de l’eau.

7.7

Calcul des pressions

Pour garantir le bon fonctionnement de l’émissaire, il faut s’assurer que l’eau de mer ne peut pas rentrer au niveau du diffuseur. Autrement, il faut vérifier qu’au niveau de la sortie de la conduite, la pression de l’effluent 𝑃 est plus élevée que celle de l’eau de mer 𝑃𝑤 .

7.7.1 Données Les données nécessaires pour effectuer les calculs de cette partie sont rassemblées dans les tableaux suivants :

𝑍𝑝

Niveau d’entrée de la pompe Niveau d’entrée de l’émissaire Niveau de sortie de l’émissaire Niveau d'eau dans le bassin d'aspiration Niveau d'eau de mer Pertes de charge totale Hauteur manométrique opérationnelle

𝑍𝑒 𝑍𝑠 𝑍𝑏 𝑍𝑤 𝛥𝐻 𝐻𝑀𝑇

Cas 1

Cas 2

−0,5 4 −14,1 1,1 1,83 15,96 19,75

−0,5 4 −14,1 1,9 −2,17 15,82 19,75

𝑚/𝑁𝐺𝑀 𝑚/𝑁𝐺𝑀 𝑚/𝑁𝐺𝑀 𝑚/𝑁𝐺𝑀 𝑚/𝑁𝐺𝑀 𝑚 𝑚

Tableau 10 : Niveaux d’eau, pertes de charge et hauteur manométrique

7.7.2 Pression { l’entrée de l’émissaire Cette pression correspond à celle à la sortie de la pompe. Elle est donc déterminée par l’équation :

𝑯𝑴𝑻 =

𝑷𝒔 − 𝑷𝒆 𝝆. 𝒈

Avec –

𝑃𝑒 : La pression { l’entrée de la pompe (𝑒𝑛 𝑃𝑎), elle est donnée par la formule :

𝑷𝒆 = 𝝆. 𝒈. 𝒁 Avec 45

Travail de fin d’études –

𝑍: La hauteur d’eau au dessus de l’entrée de la pompe (𝑒𝑛 𝑚)

𝒁 = 𝒁𝒃 − 𝒁𝒑 Où – –

𝑍𝑏 : Niveau d’eau dans le bassin d’aspiration (𝑒𝑛 𝑚) 𝑍𝑝 : Niveau d’entrée de la pompe (𝑒𝑛 𝑚)

En faisant les calculs, on trouve :  

Cas 1 : 𝑃𝑒,𝑚𝑖𝑛 = 15,62 𝑘𝑃𝑎 Cas 2 : 𝑃𝑒 ,𝑚𝑎𝑥 = 23,43 𝑘𝑃𝑎

Donc la pression à la sortie de la pompe ({ l’entrée de l’émissaire) 𝑃𝑠 est donnée par :

𝑷𝒔 = 𝑷𝒆 + 𝝆. 𝒈. 𝑯𝑴𝑻 En faisant les calculs pour les deux cas, on trouve :  

Cas 1 : 𝑃𝑠 = 208,4 𝑘𝑃𝑎 Cas 2 : 𝑃𝑠 = 216,2 𝑘𝑃𝑎

7.7.3 Pression { la sortie de l’émissaire 𝑃 Puisqu’on cherche { monter que le critère 𝑃 > 𝑃𝑤 est toujours vérifié, il faut alors considérer le cas le plus défavorable c-à-d la comparaison de 𝑃𝑚𝑖𝑛 avec 𝑃𝑤 ,𝑚𝑎𝑥 . L’équation de Bernoulli entre l’entrée et la sortie de l’émissaire donne :

𝑷𝒔 𝑽𝟐 𝑷 𝑽𝟐 + + 𝒁𝟏 = + + 𝒁𝟐 + ∆𝑯 𝝆. 𝒈 𝟐. 𝒈 𝝆. 𝒈 𝟐. 𝒈 Etant donné que 𝑉 = 𝑐𝑡𝑒 Alors :

𝑷 = 𝑷𝒔 + 𝝆. 𝒈. ( 𝒁𝟏 − 𝒁𝟐 − ∆𝑯 ) En faisant les calculs pour les deux valeurs de 𝑃𝑠 , on trouve :  

Cas 1 : 𝑃 = 229,29 𝑘𝑃𝑎 Cas 2 : 𝑃 = 238,45 𝑘𝑃𝑎

7.7.4 Pression de l’eau de mer { la sortie de l’émissaire 𝑃𝑤 Le calcul de 𝑃𝑤 ,𝑚𝑎𝑥 est déterminé par l’équation hydrostatique : 46

Travail de fin d’études 𝑷𝒘,𝒎𝒂𝒙 = 𝝆𝒘 . 𝒈. 𝑯𝒘 Soit 

𝑃𝑤 ,𝑚𝑎𝑥 = 165,37 𝑘𝑃𝑎

Nous concluons que le critère 𝑃 > 𝑃𝑤 est toujours vérifié. Ainsi, et compte tenu de ce qui précède, le fonctionnement hydraulique est assuré en adoptant le diamètre 𝟕𝟗𝟖 𝒎𝒎. N.B : Tous les calculs sont détaillés en annexes.

V-

RESISTANCE MECANIQUE DE L’EMISSAIRE 1-

Introduction

Les tuyaux enterrés reçoivent les actions et les réactions par le sol environnant. Celles-ci dépendent étroitement de la nature et du comportement de la canalisation, des paramètres géotechniques du sol environnant et des remblais, ainsi que des conditions de mise en œuvre des remblais. Dans cette partie, nous sommes amenés à justifier la tenue mécanique de la conduite ensouillée dans le premier tronçon de l’émissaire, ainsi que la résistance { la pression interne tout au long du canal.

2-

Principaux paramètres utilisés dans le calcul 2.1

Caractéristiques du tuyau

Pour les paramètres 𝐸𝑇𝑖 , 𝐸𝑇𝑣 , 𝜈𝑇 et 𝑒0 , les valeurs indiquées par les fabricants sont les suivantes : Matériau Diamètre extérieur Epaisseur Module d’élasticité instantané Module d’élasticité différé Coefficient de Poisson Contrainte admissible à 𝑡0 Contrainte admissible à 𝑡50

PHED 𝐷𝑒𝑥𝑡 𝑒 𝐸𝑇𝑖 𝐸𝑇𝑣 𝜈𝑇 𝜎0 𝜎50

Tableau 11 : Caractéristiques du tuyau

47

900 51 1100 200 0,4 14 8

𝑚𝑚 𝑚𝑚 𝑀𝑃𝑎 𝑀𝑃𝑎 𝑀𝑃𝑎 𝑀𝑃𝑎

Travail de fin d’études 2.2

Nature du sol et paramètres associés

Le choix du groupe de sol intervient directement dans le dimensionnement du tuyau, d´où l´importance de caractériser précisément les sols (en particulier celui de l´enrobage) lors de l´étude géotechnique. Donc, une attention particulière devra être portée à la taille maximale des plus gros éléments de sol. Groupe de sol

Description Sables et graves, concassés (𝐷𝑚𝑎𝑥 < 50 𝑚𝑚).Sables ou graves peu silteuses Sables ou graves peu argileux Sables et graves très silteux, limons peu plastiques, sables fins peu pollués Sables et graves argileux à très argileux, sables fins argileux, limons argiles et marnes peu plastiques Argiles et argiles marneuses, limons très plastiques

G1 G2 G3 G4 G5

Tableau 12 : Description des groupes de sol

Vu l’état de sol du terrain, nous avons optez pour le groupe de sol 𝐺1. Voici quelques paramètres du sol nécessaires dans la suite des calculs :

𝛾 𝜈𝑠 𝑘1 𝐸𝑠 𝑘2 2𝛼 𝐻

Sol (1) Enrobage (Assise) 𝛾1 = 21 0,3 0,3 0,15 60° 𝐻1 = 0

Sol (2) Remblai 𝛾2 = 21 0,3 0,15 0,3 𝐻2 = 6

𝐵

-

5

Sol Poids volumique Coefficient de Poisson Coefficient de cisaillement du sol Module du sol Coefficient de pression horizontale Angle d’appui conventionnel Hauteur du remblai Largeur du remblai an niveau de la génératrice supérieure

𝑘𝑁/𝑚3

𝑀𝑃𝑎 ° 𝑚 𝑚

Tableau 13 : Caractéristiques du sol de couverture de la conduite

 Coefficient de cisaillement du sol 𝑘1 Le coefficient de cisaillement 𝑘1 en un point donné dans un sol est égal au rapport entre la contrainte de cisaillement sur un plan vertical et la contrainte normale sur un plan horizontal au point considéré. 48

Travail de fin d’études  Module du sol 𝐸𝑠 Le module conventionnel 𝐸𝑠 est un paramètre d´interaction sol-structure qui caractérise la raideur du remblai. Sa valeur est fonction du groupe de sol et des conditions de mise en œuvre.

 Coefficient de pression horizontale 𝑘2 Le coefficient 𝑘2 de pression horizontale des terres, à l´interface tuyau enrobage, en un point donné, est égal au rapport des contraintes normales agissant respectivement sur un plan vertical et sur un plan horizontal, au point considéré. Sa valeur est fonction du groupe de sol et des conditions de mise en œuvre.

 Angle d’appui conventionnel 2𝛼 L´angle d´appui conventionnel 2𝛼 est fonction du groupe de sol et des conditions de mise en œuvre.

2.3

Calcul du critère de rigidité

Pour pouvoir quantifier le comportement du tuyau dans son environnement, il convient de déterminer le critère de rigidité 𝑅𝐼𝐺. 𝑅𝐼𝐺 exprime la différence de déformation sous l´effet de la charge de remblai entre la canalisation et le sol environnant sous le plan horizontal passant par la génératrice supérieure de la canalisation. Le calcul du critère de rigidité s´effectue notamment en fonction des rigidités annulaires spécifiques instantanée 𝑟𝑎𝑠𝑖 ou différée 𝑟𝑎𝑠𝑣 par unité de longueur. Il est définit par l’équation :

𝑹𝑰𝑮 =

𝟖. 𝟏 − 𝝂𝒔 𝟐 . 𝒓𝒂𝒔 − 𝟎, 𝟏 𝑬𝒔

Où – – –

𝜈𝑠 : Le coefficient de Poisson du sol 𝐸𝑠 : Le module de sol (𝑒𝑛 𝑃𝑎) 𝑟𝑎𝑠 : La rigidité annulaire spécifique { l’ovalisation du tuyau (𝑒𝑛 𝑃𝑎)

𝒓𝒂𝒔𝒊 =

𝑬𝑻𝒊. 𝑰 𝑬𝑻𝒗 . 𝑰 𝑒𝑡 𝒓𝒂𝒔 = 𝒗 𝑫𝟑𝒎 𝑫𝟑𝒎

Où –

𝐸𝑇𝑖 : Le module d’élasticité instantané (𝑒𝑛 𝑃𝑎) 49

Travail de fin d’études

– –

𝐸𝑇𝑣 : Le module d’élasticité différé (𝑒𝑛 𝑃𝑎) 𝐷𝑚 : Le diamètre moyen de la conduite (𝑒𝑛 𝑚)

𝑫𝒎 = 𝑫𝒆𝒙𝒕 − 𝒆 On trouve : 𝐷𝑚 = 0,747 𝑚 –

𝐼 : L’inertie de flexion du tuyau par unité de longueur (𝑚4 /𝑚)

𝑰=

𝒆𝟑 𝟏𝟐. 𝟏 − 𝝂𝑻 𝟐

On trouve : 𝐼 = 1,32. 10−6 𝑚3 Tout calcul fait aboutit à 𝑟𝑎𝑠𝑖 = 23,65 𝑘𝑃𝑎 et 𝑟𝑎𝑠𝑣 = 4,3 𝑘𝑃𝑎  

Si 𝑅𝐼𝐺 > 0 : Le comportement de la canalisation est considéré comme rigide. Si 𝑅𝐼𝐺 ≤ 0 : Le comportement de la canalisation est considéré comme flexible.

D’après les calculs faits 𝑅𝐼𝐺𝑡0 = 0,474 et 𝑅𝐼𝐺𝑡50 = 0,00436. Donc, le comportement de la conduite est considéré rigide.

3-

Détermination des actions

Les actions à considérer sont :  La pression verticale des terres 𝑃𝑟𝑚 due aux remblais.  La pression verticale due aux charges d´exploitation 𝑃𝑒𝑥𝑝 .  La pression horizontale 𝑃𝑕 exercée par les remblais et les charges d´exploitation ou permanentes. 𝑃𝑒𝑥𝑝 B H

2

𝑃𝑟𝑚

𝑃𝑕

Figure 10 : Les actions exercées sur la conduite ensouillée

50

1

Travail de fin d’études 3.1

Pression verticale due aux remblais 𝑃𝑟𝑚

La pression verticale due au remblai 𝑃𝑟𝑚 est uniformément répartie sur le diamètre extérieur de la canalisation. Dans le cas d´une pose sur un lit et assise conformes au fascicule n°70, la réaction d´appui est verticale et uniformément répartie suivant l´arc d´appui 2α. 𝑃𝑟𝑚 est égale à la pression due au prisme de terre situé au-dessus de la génératrice supérieure du tuyau jusqu´au terrain naturel TN corrigé par un coefficient de concentration 𝐶. Dans ces conditions, on a :

𝑷𝒓𝒎 = 𝑪. 𝜸. 𝑯 Où – – –

𝛾 : Le poids volumique du remblai (𝑒𝑛 𝑁/𝑚3 ) 𝐻 : La hauteur de couverture (𝑒𝑛 𝑚) 𝐶 : Le coefficient de concentration

 Détermination du coefficient de concentration 𝐶 – Cas des canalisations à comportement flexible : on prend 𝐶 = 1. – Cas des canalisations à comportement rigide : On obtient 𝐶1 à l´aide de la figure, en fonction de 𝐻 𝐵, de 𝐵 𝐷𝑒𝑥𝑡 et de 𝑘1

Figure 11 : Valeurs de C1/ (B/Dext) en fonction de H/B et de k1

51

Travail de fin d’études Si 𝐶1 ≤ 1 on retient 𝐶 = 1 –

Sinon : On calcule 𝐶2

𝐻



𝑪𝟐 = 𝑪𝟎 si



𝑪𝟐 = 𝑪𝟎 − 𝟎, 𝟎𝟎𝟗.

𝐷𝑒𝑥𝑡

≤ 2,5 𝑬𝒔 𝒓𝒂𝒔𝒊

si

𝐻 𝐷𝑒𝑥𝑡

> 2,5

Avec 𝐶0 fonction de 𝐻/𝐷𝑒 et 2𝛼 (voir figure). On retient 𝐶 = 𝑀𝑖𝑛 (𝐶1 ; 𝐶2 )

Figure 7 : NPSH requis des pompes

Figure 12 : Valeurs du coefficient C0 en fonction de H/Dext et 2α

Dans notre cas, on a : 𝐻 𝐵

= 1,2 et 𝑘1 = 0,15, On obtient { l’aide de l’abaque (figure)

𝐶1

= 0,85

𝐵 𝐷𝑒𝑥𝑡

On trouve, 𝐶1 = 4,72 > 1 Donc, on doit calculer 𝐶2 Or

𝐻 𝐷𝑒𝑥𝑡

𝐸

= 6,67 > 2,5, 𝐶2 se calcule comme suit : 𝐶2 = 0,009 − 𝑟𝑎𝑠𝑠

On trouve, 𝐶2 = 1,47 En fin, on retient 𝐶 = 𝑀𝑖𝑛 𝐶1 ; 𝐶2 = 1,466 52

𝑖

Travail de fin d’études Tout calcul fait aboutit à 𝑃𝑟𝑚 = 184,7 𝑘𝑁/𝑚2

3.2

Pression verticale due aux charges d’exploitation 𝑃𝑒𝑥𝑝

Ils sont deux types d´actions : 

Les actions 𝑃𝑒𝑝 s´exerçant au niveau de la génératrice supérieure de la canalisation qui résultent de l´effet des charges permanentes au niveau du terrain naturel. La valeur de la pression 𝑃𝑒𝑝 exercée par les surcharges permanentes 𝑃0 dans le cas d´une pose en tranchée étroite est prise égale à : 𝑯

𝑷𝒆𝒑 = 𝑷𝟎 . 𝒆−𝟐.𝒌𝟏.𝑩 Où –

(𝑒𝑛 𝑁/𝑚2 )

– –

𝑃0 : Les surcharges permanentes permanentes 𝑃0 = 0) 𝑘1 : Coefficient de cisaillement 𝐻 : La hauteur de couverture (𝑒𝑛 𝑚)

(Pas

de

surcharge

–

𝐵 : La largeur de la tranchée au niveau de la génératrice supérieure (𝑒𝑛 𝑚)



Les actions 𝑃𝑒𝑟 s´exerçant au niveau de la génératrice supérieure de la canalisation, qui résultent de l´effet des charges roulantes routières. Elles correspondent au système de charge le plus défavorable affecté de coefficients de majoration dynamique. En général, on retient le convoi type 𝐵𝑐 (Voir figure).

Figure 13 : Pression due aux charges roulantes de type Bc en fonction de Dext et H

53

Travail de fin d’études D’après la figure ci-dessus : Pour 𝐷𝑒𝑥𝑡 = 900 𝑚𝑚 et 𝐻 = 6 𝑚 On trouve 𝑃𝑒𝑟 = 7 𝑘𝑁/𝑚2 Et on a :

𝑷𝒆𝒙𝒑 = 𝑷𝒆𝒓 + 𝑷𝒆𝒑 Tout calcul fait aboutit à 𝑃𝑒𝑥𝑝 = 7 𝑘𝑁/𝑚2 Et la pression verticale totale vaut alors :

𝑷𝒗 𝑻 = 𝑷𝒓𝒎 + 𝑷𝒆𝒙𝒑 Tout calcul fait aboutit à 𝑃𝑣 𝑇 = 190,7 𝑘𝑁/𝑚2

3.3

Pression horizontale 𝑃𝑕

La pression horizontale 𝑃𝑕 exercée par le remblai et les charges d´exploitation sur la canalisation est considérée comme uniforme et prise égale à :

𝑷𝒉 = 𝒌𝟐 . (𝑷𝒓𝒎 + 𝑷𝒆𝒙𝒑) Où k 2 : Le coefficient de pression horizontale des terres. D’après les calculs faits 𝑃𝑕 = 28,75 𝑘𝑁/𝑚2

3.4

Pression moyenne d’étreinte 𝑃

Sous l´effet des actions combinées, la canalisation se trouve soumise à une étreinte extérieure moyenne :

𝑷 = 𝑷𝒓𝒎 + 𝑷𝒆𝒙𝒑 . (

𝟏 + 𝒌𝟐 ) 𝟐

Tout calcul fait aboutit à 𝑃 = 110,23 𝑘𝑁/𝑚2

4-

Résistance aux sollicitations mécaniques

Dans cette partie, nous allons évaluer la résistance de la conduite aux sollicitations mécaniques, pour cela nous devons calculer les pressions interne et externe maximales admissibles par la conduite.

54

Travail de fin d’études 4.1

Résistance à la pression interne

La pression interne maximale admissible est donnée par l’équation :

𝑷𝒊𝒏𝒕

𝟐. 𝒆. 𝝇 = 𝑫𝒎

𝜎 : La contrainte admissible du PEHD (𝜎0 = 14 𝑀𝑃𝑎 à 𝑡0 et 𝜎50 = 8 𝑀𝑃𝑎 à 𝑡50 ) On obtient, 𝑃𝑖𝑛𝑡 0 = 1682 𝑘𝑁/𝑚2 et 𝑃𝑖𝑛𝑡 50 = 961,13 𝑘𝑁/𝑚2

4.2

Résistance à la pression externe 4.2.1 Conduite en portée libre

La contrainte générée par la pression externe est donnée par l’équation :

𝝇=

𝑷𝒆𝒙𝒕 . 𝑫𝒎 𝑬𝑻𝒊 𝒆 = 𝟐 . 𝟐. 𝒆. 𝑭𝒐𝒗 𝟏 − 𝝂𝑻 𝑫 𝒎

𝟐

Avec 𝐹𝑜𝑣 : Facteur de correction d’ovalisation de la conduite (0,65 pour le PEHD) Donc, nous obtenons :

𝑷𝒆𝒙𝒕

𝟐. 𝑬𝑻𝒊 𝒆 = . 𝟏 − 𝝂𝟐𝑻 𝑫𝒎

𝟑

. 𝑭𝒐𝒗

On trouve le résultat suivant : 𝑃𝑒𝑥𝑡 = 369 𝑘𝑁/𝑚2

4.2.2 Conduite en tranchée La pression admissible par la conduite en tranchée est donnée par la formule :

𝑷𝒆𝒙𝒕

𝟓, 𝟔𝟑 = . 𝑺𝒓 . 𝑬𝒕𝒈 . 𝜶 𝑭𝒔

Où – – –

𝐹𝑠 : Coefficient de sécurité égale à 2 𝛼 : Coefficient pris égale à 0,85 𝐸𝑡𝑔 : Module tangentiel du remblai 55

Travail de fin d’études 𝑬𝒕𝒈 = 𝟐. 𝑬𝒔𝒄 Avec –

𝐸𝑠𝑐 : Module sécant

𝑬𝒔𝒄 = 𝟏𝟎𝟎. 𝑯𝒆 + 𝟏𝟎𝟎𝟎 Où – –

𝐻𝑒 : Hauteur du remblai en eau égale à 14 𝑚 𝑟𝑎𝑠 : Rigidité annulaire de la conduite

𝑺𝒓 =

𝑬𝒕 𝟏𝟐. 𝟏 − 𝑺𝑫𝑹

𝟑

Avec –

𝐸𝑡 : Module d’Young (𝐸𝑡𝑖 à 𝑡0 et 𝐸𝑡𝑣 à 𝑡50 )

Tout calcul fait aboutit à 𝑃𝑒𝑥𝑡 0 = 742,1 𝑘𝑁/𝑚2 (à 𝑡0 ) et 𝑃𝑒𝑥𝑡 50 = 316,4 𝑘𝑁/𝑚2 (à 𝑡50 )

5-

Résultats

Tout calcul aboutit aux résultats suivants : La pression interne nominale de fonctionnement La pression interne maximale admissible à 𝑡0 La pression interne maximale admissible à 𝑡50 La pression externe admissible en portée libre La pression externe maximale en tranchée à 𝑡0 La pression externe maximale en tranchée à 𝑡50 La pression moyenne d’étreinte (effet des actions combinées)

750 1682 961,13 369 742,1 316,4 110,23

𝑘𝑁/𝑚2 𝑘𝑁/𝑚2 𝑘𝑁/𝑚2 𝑘𝑁/𝑚2 𝑘𝑁/𝑚2 𝑘𝑁/𝑚2 𝑘𝑁/𝑚2

Tableau 14 : Résistance mécanique de la conduite aux pressions interne et externe

Pour conclure, la conduite telle qu’elle définie est adaptée à la pression interne maximale de fonctionnement, et supportera bien la pression du remblai, immédiatement et après 50 ans. N.B : Tous les calculs sont détaillés en annexes.

56

Travail de fin d’études

VI- ETUDE DE STABILITE 1-

Introduction

L’émissaire étant constitué de trois tronçons différents, la vérification de la stabilité est réalisée en plusieurs étapes : 





Dans la zone terrestre et d’estran, la stabilité de la conduite est toujours assurée car la conduite est dans une tranchée fermée. Il est néanmoins nécessaire de s’assurer que la conduite est fondrière afin de pouvoir installer la conduite au fond de la tranchée qui sera inévitablement remplie d’eau. Dans la partie en forage dirigé, la stabilité est assurée puisque la conduite est totalement soustraite { l’action de la houle et du courant. La conduite est également tenue verticalement par le trou. Dans la zone immergée depuis la sortie du forage jusqu’au diffuseur, le calcul de stabilité consiste à déterminer la quantité de lest nécessaire.

De toute manière la stabilité de la conduite doit être assurée selon les deux critères suivants :  Stabilité statique : la conduite doit être fondrière (densité de la conduite supérieure { celle de l’eau de mer).  Stabilité dynamique : la conduite doit être stable sous l’action hydrodynamique de la houle. Le dimensionnement est réalisé en tenant compte l’hypothèse suivante : La conduite est considérée immergée et remplie à 75% d’effluent de densité 995 𝑘𝑔/𝑚3 . L’étude de stabilité déj{ faite relève les résultats suivants : – – –

Pour que la conduite ensouillée soit fondrière, elle doit être lestée avec une masse de béton de 150 𝑘𝑔/𝑚 au minimum. Le poids autostable de la conduite immergée est de 883 𝑘𝑔/𝑚. La stabilité de la conduite immergée nécessite un poids de lest égale à 704 𝑘𝑔/𝑚, avec des micro-pieux de force horizontale d’ancrage égale 4814 𝑁/𝑚.

Dans cette partie nous allons vérifier ces calculs avec l’hypothèse prise en compte.

2-

Données

57

Travail de fin d’études Les données nécessaires pour effectuer les calculs de cette partie sont rassemblées dans le tableau suivant :

La longueur du tronçon ensouillé La longueur du tronçon ensouillé terrestre La longueur du tronçon ensouillé d’estran La longueur du tronçon immergée Le diamètre extérieur de la conduite Le diamètre intérieur de la conduite La masse volumique du PEHD La masse volumique du béton La masse volumique de l’eau de mer La masse volumique de l’effluent

𝐿𝑒 𝐿𝑒𝑡 𝐿𝑒𝑠 𝐿𝑖𝑚 𝐷𝑒𝑥𝑡 𝐷

𝜌𝑃𝐸 𝜌𝑏 𝜌𝑤 𝜌

490 90 400 600 900 798 950 2400 1026 995

𝑚 𝑚 𝑚 𝑚 𝑚𝑚 𝑚𝑚 𝑘𝑔/𝑚3 𝑘𝑔/𝑚3 𝑘𝑔/𝑚3 𝑘𝑔/𝑚3

Tableau 15 : Caractéristiques de la conduite ensouillée

3-

Stabilité de la conduite ensouillée 3.1

Poids des blocs

Dans cette partie, nous sommes amenés à étudier la stabilité statique de la conduite qui consiste à vérifier la masse fondrière de la canalisation et calculer le poids minimum de lestage nécessaire pour assurer cette stabilité. La masse linéique de la conduite vide en air est donnée par l’équation :

𝒎= – – –

𝝅 . (𝑫𝟐𝒆𝒙𝒕 − 𝑫𝟐 ). 𝝆𝑷𝑬 𝟒

𝐷𝑒𝑥𝑡 : Le diamètre extérieur de la conduite 𝐷 : Le diamètre intérieur de la conduite 𝜌𝑃𝐸 : La masse volumique du Polyéthylène

La conduite étant immergée, la poussée d’Archimède s’exerçant sur la conduite est définie par son volume immergé. Le poids apparent vide immergé 𝑃𝑎𝑣 (poids moins la poussée d’Archimède) est défini comme suit :

𝑷𝒂𝒗 = 𝒎 −

𝝅 𝟐 .𝑫 .𝝆 𝟒 𝒆𝒙𝒕 𝒘

Le remplissage de la conduite à 75% d’effluent donne le poids apparent rempli 𝑃𝑎𝑟 : 58

Travail de fin d’études

𝑷𝒂𝒓 = 𝒎 −

𝝅 𝟐 𝝅 . 𝑫𝒆𝒙𝒕 . 𝝆𝒘 + 𝟎, 𝟕𝟓. . 𝑫𝟐 . 𝝆 𝟒 𝟒

Les résultats sont résumés dans le tableau suivant : Masse linéaire de la conduite vide en air Poids apparent immergée linéaire de la conduite vide Poids apparent immergée linéaire de la conduite remplie à 75%

129 𝑘𝑔/𝑚 −523 𝑘𝑔/𝑚 −150 𝑘𝑔/𝑚

Tableau 16 : Poids apparent immergée de la conduite

Donc, la conduite telle que spécifiée dans ce paragraphe, immergée et remplie à 75% d’effluent est flottante. Pour que la conduite soit fondrière, elle doit être lestée avec une masse de béton de 150 𝑘𝑔/𝑚 au minimum.

3.2

Espacement entre les blocs

Après avoir déterminé la masse linéique de béton nécessaire pour que la conduite soit fondrière, nous sommes amenés à choisir un poids unitaire des blocs ainsi qu’un espacement convenable entre ces derniers de manière à minimiser le poids et diminuer le nombre. Pour cela, nous avons proposé des lests dont le poids unitaire est d’environ 1600 𝑘𝑔, et par la suite obtenir les résultats suivants : Grandeurs

Formules

Résultats

La masse totale de béton 𝑀𝑇 L’espacement entre les blocs 𝑒𝑠 Le nombre de blocs 𝑁

𝑀𝑇 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑙𝑖𝑛é𝑖𝑞𝑢𝑒 ∗ 𝐿𝑒𝑠 𝑒𝑠 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑙𝑖𝑛é𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑁 = 𝐿𝑒𝑠 𝑒𝑠

60000 𝑘𝑔 11 𝑚 37

Tableau 17 : Poids des blocs et leur espacement dans la zone d’estran

4-

Stabilité de la conduite immergée 4.1

Stabilité dynamique 4.1.1 Introduction

Les calculs de stabilité dynamique de la conduite prennent en compte des efforts engendrés par :  Les courants induits par la houle en surface.  Les accélérations des particules de fluide créant des efforts d’inertie au niveau de la conduite immergée. Ces accélérations dépendent de la houle de surface. 59

Travail de fin d’études  Les courants permanents. Toutes ces forces sont modulées en fonction de l’angle d’incidence de ces courants par rapport à la conduite. Les forces exercées sur la conduite sont alors :  La force de portance : verticale, liée au courant de la houle et au courant sous marin.  La force de traînée : horizontale, liée au courant de la houle et au courant sous marin.  La force d’inertie : horizontale, liée au courant de la houle.

4.1.2 Principe de l’étude D’une part, nous avons pris en compte une épaisseur de béton équivalente { rajouter au diamètre initial de la conduite, afin de tenir compte de la présence des blocs de lestage dans le champ des vitesses et des accélérations du fluide due à la houle. Le poids de la conduite autostable est ainsi le résultat d’un calcul fonction du diamètre équivalent de la conduite. Plus on ajoute du béton pour rendre l’ensemble stable, plus les efforts hydrodynamiques sur la conduite sont importants (augmentation de la section). D’autre part, l’étude de stabilité de la conduite pour des hauteurs de houle significative 𝐻𝑠 et pour des profondeurs données est obtenue via une modélisation de la houle de surface la plus précise possible, de cette modélisation seront extraits les vitesses et accélérations des particules de fluides à la profondeur de la conduite et qui seront nécessaires pour la détermination des efforts hydrodynamiques.

4.1.3 Diamètre équivalent de la conduite Pour l’étude de stabilité dynamique de la conduite immergée, on doit prendre en compte les blocs de béton (lests) dans le calcul des poids, chose qui est difficile vue la géométrie compliquée et non linéaire. Pour cela, nous avons opté pour mettre une couche théorique de béton équivalente aux blocs pour la facilité des calculs. Pendant la phase d’installation, nous devons prendre en compte la flottabilité de la conduite pour la facilité d’amené et qui est prit égale { 88%. Pour calculer l’épaisseur équivalente, nous devons déterminer le poids de la conduite immergée en tenant compte de la flottabilité acceptable :

𝑷𝒄 + 𝑷𝒄𝒃 − 𝑷𝒘 = 𝟎 –

𝑃𝑐 : Le poids de la conduite PEHD vide et en air.

𝑷𝒄 =

𝝅 . 𝑫𝟐𝒆𝒙𝒕 − 𝑫𝟐 . 𝝆𝑷𝑬 𝟒 60

Travail de fin d’études

–

𝑃𝑐𝑏 : Le poids de la couche en béton en air.

𝑷𝒄𝒃 =

𝝅 . 𝑫𝟐𝑻 − 𝑫𝟐𝒆𝒙𝒕 . 𝝆𝒃 𝟒

–

–

𝐷𝑇 : Le diamètre extérieur de la conduite en tenant compte de la couche de béton. 𝑃𝑤 : Le poids de la quantité d’eau déplacée en tenant compte de la flottabilité.

𝑷𝒘 = 𝑭. –

𝝅 𝟐 .𝑫 .𝝆 𝟒 𝑻 𝒘

𝐹 : La flottabilité de la conduite

Donc, le diamètre équivalent peut être calculé à partir de la relation suivante :

𝑫𝑻 =

𝟒. 𝑷𝒄 − 𝑫𝟐𝒆𝒙𝒕 . 𝝆𝒃 𝝅 𝑭. 𝝆𝒘 − 𝝆𝒃

Tout calcul fait donne : 𝐷𝑇 = 1088 𝑚𝑚

4.1.4 Réfraction de la houle Les calculs de stabilité prennent en compte les phénomènes de réfraction de la houle liés { la décroissance de la profondeur d’eau { l’approche de la côte. La réfraction fait varier l’angle d’incidence de la houle au large. Dans notre cas d’étude, la réfraction diminue l’angle d’incidence de la houle sur la conduite immergée. La réfraction est liée { la diminution de la célérité de l’onde de surface (houle) avec la profondeur d’eau. L’angle d’incidence de la houle est donné par la loi de Snell :

𝒌𝟎 . 𝒔𝒊𝒏 𝜷𝟎 = 𝒌𝒉 . 𝒔𝒊𝒏 𝜷𝒉 – –

𝛽0 , 𝛽𝑕 : L’angle d’incidence de la houle par rapport { la bathymétrie avant et après réfraction. 𝑘0 , 𝑘𝑕 : Le nombre d’onde avant et après réfraction issue de la formule de dispersion :

𝒘= – 𝑤 : La pulsation définie par

𝒈. 𝒌𝒉 . 𝒕𝒉(𝒌𝒉 . 𝒅) 𝒘=

𝟐.𝝅 𝑻

Donc, on aura

𝜷𝒉 = 𝑨𝒓𝒄𝒔𝒊𝒏

𝒌𝒉 . 𝒔𝒊𝒏 𝜷𝟎 𝒌𝟎

61

Travail de fin d’études Avec

𝟒. 𝝅𝟐 𝒌𝟎 = 𝒈. 𝑻𝟐 Alors que 𝑘𝑕 se calcule par itération en vérifiant l’équation suivante :

𝒈. 𝒌𝒉 . 𝒕𝒉(𝒌𝒉 . 𝒅) =

𝟐. 𝝅 𝑻

Les angles d’incidence, tenant compte de la réfraction et de la phase de projet, sont indiqués dans le tableau suivant : Profondeur 𝑑 (𝑚)

𝑘𝑕

7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5

0,058 0,055 0,052 0,050 0,048 0,046 0,044 0,043

Incidence au large (𝛽0 ) Incidence sur la conduite (𝛽𝑕 ) 56° 56° 56° 56° 56° 56° 56° 56°

19,87° 21,13° 22,30° 23,41° 24,46° 25,46° 26,41° 27,32°

Tableau 18 : Incidence de la houle sur la conduite

4.1.5 Efforts hydrodynamiques Ces efforts sont dus soit aux courants généraux, soit aux courants de houle. Dans les deux cas en utilise les formules de Morison : 

La force de portance définie par :

𝑭𝒍 𝒕 = 

La force de traînée définie par :

𝑭𝒅 𝒕 =



𝟏 . 𝝆 . 𝑫 . 𝑪 . 𝒖 𝒕 . 𝐬𝐢𝐧 𝜷𝒉 + 𝒖𝒄 . 𝐬𝐢𝐧(𝜷𝒄 ) 𝟐 . 𝑪𝒔 𝟐 𝒘 𝑻 𝒍 𝒉

𝟏 . 𝝆 . 𝑫 . 𝑪 . 𝒖 𝒕 . 𝐬𝐢𝐧 𝜷𝒉 + 𝒖𝒄 . 𝐬𝐢𝐧(𝜷𝒄 ) 𝟐 𝒘 𝑻 𝒅 𝒉

𝒖𝒉 𝒕 . 𝐬𝐢𝐧 𝜷𝒉 + 𝒖𝒄 . 𝐬𝐢𝐧(𝜷𝒄 ) . 𝑪𝒔

La force d’inertie définie par :

𝝅. 𝑫𝟐𝑻 𝑭𝒊 𝒕 = . 𝝆𝒘 . 𝑪𝒎 . 𝒂𝒉 𝒕 . 𝐬𝐢𝐧 𝜷𝒉 . 𝑪𝒔 𝟒 Où 62

Travail de fin d’études

– – –

–

𝜌𝑤 : La densité de l’eau de mer 𝐷𝑇 : Le diamètre extérieur de la conduite en tenant compte de la couche du béton 𝑢𝑕 𝑡 : La vitesse du courant de houle moyenné sur la surface de la conduite exposée. 𝑎𝑕 𝑡 : L’accélération orbitale horizontale du courant de houle moyenné sur la surface de la conduite exposée. 𝑢𝑐 : La vitesse du courant ; 0,414 𝑚/𝑠

– – –

𝛽𝑕 : L’angle d’incidence de la houle par rapport à la conduite. 𝛽𝑐 : L’angle d’incidence du courant par rapport { la conduite ; 90° 𝐶𝑙 : Le coefficient de portance ; 0,8

–

𝐶𝑑 : Le coefficient de traînée ;

–

𝐶𝑚 : Le coefficient de masse ajoutée (d’inertie) ; 3,29

–

𝐶𝑠 : Le coefficient de sécurité lié aux données environnementales ; 1,5

–

𝑢𝑕 𝑡 et 𝑎𝑕 𝑡 sont des valeurs liées à la houle et dépendantes de la théorie de la houle et son modèle pris en compte pour les calculs. D’après les calculs déj{ faits, nous avons pu trouver les valeurs suivantes : – –

𝑢𝑕 ,𝑚𝑎𝑥 = 3,152 𝑚/𝑠 𝑎𝑕 ,𝑚𝑎𝑥 = 2,144 𝑚/𝑠

Le calcul des efforts hydrodynamiques est résumé dans le tableau suivant : Profondeur (𝑚)

Force de portance 𝐹𝑙 (𝑁/𝑚)

Force de traînée 𝐹𝑑 (𝑁/𝑚)

Force d'inertie 𝐹𝑖 (𝑁/𝑚)

7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5

1477,65 1609,65 1736,22 1859,69 1979,41 2095,92 2208,77 2318,74

1847,06 2012,06 2170,27 2324,62 2474,26 2619,91 2760,97 2898,43

3430,38 3638,27 3829,73 4009,91 4178,96 4338,65 4489,14 4632,14

Tableau 19 : Les efforts hydrodynamiques

4.1.6 La masse fondrière de la conduite Les trois formules de Morison permettent d’évaluer la force résultante maximale s’exerçant sur la conduite et d’en déterminer le poids fondrier nécessaire pour avoir une conduite stable. 63

Travail de fin d’études Le poids fondrier minimal de la conduite est déterminé par l’équation : 𝑾𝒔 =

𝑭𝒅 𝒕 + 𝑭𝒊 𝒕 + 𝝁. 𝑭𝒍 𝒕 𝝁. 𝒈

𝒎𝒂𝒙

Où 𝜇 : Le coefficient de frottement de la conduite sur le sol ; 𝜇 = 0,8 A ce stade, nous cherchons le cas dimensionnant pour un diamètre équivalent de la conduite de 1088 𝑚𝑚. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau suivant : Profondeur (𝑚)

Poids de la conduite autostable 𝑊𝑠 (𝑘𝑔/𝑚)

7,5 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5

823,08 884,05 941,51 996,72 1049,53 1100,32 1148,97 1195,92 Tableau 20 : Poids autostable de la conduite

Le cas dimensionnant est celui de la profondeur 14,5 𝑚, Le poids de la conduite autostable est de 1195,9 𝑘𝑔/𝑚, Or la conduite avec un diamètre équivalent de 1088 𝑚𝑚 pèse 253 𝑘𝑔/𝑚 remplie à 75% et immergée. Elle n’est donc pas stable. C’est pourquoi nous prévoyons d’installer des pieux d’ancrage afin de stabiliser la conduite.

4.2

Stabilisation complémentaire par pieux

Les efforts d’ancrage verticaux dans ce cas sont nuls (la conduite est fondrière) et les efforts d’ancrage horizontaux doivent reprendre la différence entre les efforts hydrodynamiques et les efforts de frottement, soit :

𝑭𝒂𝒉 = 𝑭𝒉 − 𝝁. 𝑷 − 𝑭𝒗

64

Travail de fin d’études

Figure 14 : Combinaison des efforts hydrodynamiques : Force d’ancrage

Avec – –

𝐹𝑎𝑕 : Force d’ancrage horizontale 𝐹𝑕 : Les efforts horizontaux maximum

𝑭𝒉 = 𝑭𝒊 + 𝑭𝒅 –

𝐹𝑣 : Les efforts verticaux maximum

–

𝑭𝒗 = 𝑭𝒍 𝑃 : Le poids autostable de la conduite 𝑷 = 𝑾𝒑 . 𝒈

–

𝜇 : Coefficient de friction sol/conduite; 0,8

Dans les conditions les plus critiques (14,5 𝑚 de profondeur) avec le diamètre considéré, on a : Le poids de la conduite autostable

𝑊𝑝

Les efforts horizontaux maximum Les efforts verticaux maximum Les forces d’ancrage horizontales maximales Les forces d’ancrage verticales maximales

𝐹𝑕 𝐹𝑣 𝐹𝑎𝑕 𝐹𝑎𝑣

253 7530 2318 7400 0

𝑘𝑔/𝑚 𝑁/𝑚 𝑁/𝑚 𝑁/𝑚 𝑁/𝑚

Tableau 21 : Force d’ancrage des pieux

Les pieux devront donc reprendre 4,7 𝑘𝑁/𝑚 horizontale afin de stabiliser la conduite.

4.3

Dimensionnement du lestage de la conduite

Le diamètre équivalent de 1088 𝑚𝑚 déjà déterminé correspond à une masse linéique de béton nécessaire d’environ 704 𝑘𝑔/𝑚, nous sommes amenés à choisir un poids unitaire 65

Travail de fin d’études des blocs ainsi qu’un espacement convenable entre ces derniers de manière { minimiser le poids et diminuer le nombre. Pour cela, nous avons proposé des lests dont le poids d’un seul bloc est d’environ 3000 𝑘𝑔, et par la suite obtenir les grandeurs suivantes :

Grandeurs

Formules

Résultats

La masse totale de béton 𝑀𝑇 L’espacement entre les blocs 𝑒𝑠 Le nombre de blocs 𝑁

𝑀𝑇 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑙𝑖𝑛é𝑖𝑞𝑢𝑒 ∗ 𝐿𝑖𝑚 𝑒𝑠 = 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑙𝑖𝑛é𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑁 = 𝐿𝑖𝑚 𝑒𝑠

422400 𝑘𝑔 5𝑚 120

Tableau 22 : Poids des blocs et leur espacement dans la zone immergée

Ainsi les résultats de notre étude de stabilité montrent quelques différences par rapport aux études déjà faites notamment : – –

Le poids autostable de la conduite immergée qui doit être de 𝟏𝟏𝟗𝟓, 𝟗 𝒌𝒈/𝒎 au lieu de 𝟖𝟖𝟑 𝒌𝒈/𝒎. La force horizontale d’ancrage des micro-pieux doit être égale à 𝟕𝟒𝟎𝟎 𝑵/𝒎 au lieu de 𝟒𝟖𝟏𝟒 𝑵/𝒎.

N.B : Tous les calculs sont détaillés en annexes.

66

Travail de fin d’études

VII- REALISATION DES TRAVAUX 1-

Dimensionnement de la digue 1.1

Introduction

La méthode d’installation de l’émissaire en mer se base sur la réalisation d’une digue d’accès et d’une plateforme de travail qui servira de support aux opérations de forage dirigé pour que celui-ci commence au bas de l’estran. Le dimensionnement de ces ouvrages passe par deux étapes essentielles que nous développons successivement : la détermination de la houle de projet et le dimensionnement des éléments constitutifs des ouvrages étudiés.

1.2

La houle de projet au pied de l’ouvrage

Le premier travail consiste à définir de façon classique, la houle de projet en vue d'assurer la stabilité de l'ouvrage. Vu qu’au pied des ouvrages qui se trouvent dans des petits fonds de +2,20 𝑚/𝑍𝐻 à 0 𝑚/𝑍𝐻 et compte tenu de la pente douce du fond marin au niveau des ouvrages (inférieure à 1%), la houle de dimensionnement est la houle déferlante. Donc, on peut exploiter l’un des résultats de déferlement des houles qui considère que la hauteur d’une vague ne peut pas évoluer indépendamment de la hauteur du tirant d’eau dans lequel elle se propage. Les premières approches considèrent que le déferlement d’une houle se propageant sur un fond de profondeur d de pente m commence dès que sa hauteur H atteint une valeur tel que : 𝑯 𝒅

=

𝟏,𝟓𝟔 𝒅

𝟏+ 𝒆−𝟏𝟗,𝟓∗𝒎 ∗[𝟏+𝟒,𝟒𝟏∗ 𝟏− 𝒆−𝟏𝟗∗𝒎 ∗ 𝟐 ] 𝑻

Dont on peut déduire la hauteur 𝐻 que la houle ne peut pas dépasser. En particulier si la pente m est inférieure à 2%, 𝐻 ≈ 0,8 𝑑 (MUK 1949). La houle de dimensionnement obtenu au pied de la digue d’accès (𝑑 = 2,5 𝑚) est de l’ordre de 2 𝑚, et pour la plateforme (Le musoir, 𝑑 = 4 𝑚) est de l’ordre de 3,6 𝑚.

1.3

Conception de la digue

La digue à talus mesurera environ 400 𝑚 de long. Elle comportera une plateforme de travail d’environ 25 𝑚 de large par 80 𝑚 de long à +7 𝑚/𝑍𝐻 et un accès de 6 𝑚 de large à environ +5 𝑚/𝑍𝐻.

67

Travail de fin d’études 1.3.1 Profil de la digue et de la plateforme La digue sera constituée :  



d’un soubassement { la partie inférieure de la digue. d’un noyau protégé par des sous‐couches et par des carapaces en éléments capables de résister { l’attaque de la houle pouvant être maintenues en partie basse par des butées de pied. enfin d’un couronnement en partie haute.

Figure 15 : Profil de la digue d’accès

Figure 16 : Profil de la plateforme (Musoir)

68

Travail de fin d’études 1.3.2 Paramètres pour le dimensionnement de la digue Grandeur choisie ou calculée Granulométrie du noyau

Pente de talus

Type de bloc utilisé

Dommage admis

Critères de choix pour les grandeurs choisies Fonction des ressources locales en enrochements Généralement 4/3 < tan (𝛼) < 2 Le choix d’une pente aussi raide tan (𝛼) = 4/3 permet d’économiser les matériaux Ressources en enrochements Facilité de réparation après des dommages partiels Economie en matériaux Facilité de pose Dommages admissibles Généralement fixés a priori en fonction de l’importance de projet étudié

Données bathymétrique (d, m) Conditions de la houle (H, T) Pente de talus Dommages admissibles Type de blocs utilisés

Poids des blocs de la carapace

Soubassement Largeur de la berme Probabilité de franchissement

Matériaux disponibles sur le site Tolérance de franchissement Economie de matériaux Protection envisagée du talus intérieur

Hauteur de la berme

Butée de pied

Paramètres intervenant dans le calcul des grandeurs

Egale généralement à celle de la carapace

Probabilité de franchissement Conditions de la houle (H, T) Type de blocs utilisés Pente de talus Poids de blocs de la carapace Cote des enrochements par rapport au niveau du plan d’eau Conditions de la houle (H, T)

Tableau 23 : Paramètres nécessaires dans le dimensionnement de la digue

69

Travail de fin d’études 1.3.3 Dimensionnement de la structure a- Le Soubassement Le soubassement est destiné à asseoir le corps de la digue en le surélevant de façon à économiser les matériaux nobles. Il est généralement réalisé avec des matériaux provenant du site. Dans le cas où ces matériaux sont susceptibles d’être remaniés par la houle, il y a lieu de les protéger par des matériaux plus grossiers que l’on dépose en tapis. b- Le Noyau Une attention particulière doit être apportée à la réalisation du noyau car cela conditionne la qualité de l’ouvrage. Le noyau devra être non poreux pour arrêter les ondes longues contenues dans la houle et donc comporter des éléments fins en quantité suffisante. On recourra donc aux matériaux tout-venant bien graduée de 0 à 1 𝑡. On s’attachera { ce que la pente naturelle du talus obtenu soit aussi proche que possible de la pente désirée pour l’ouvrage fini, qui est 4/3. c- La Carapace La carapace d’une digue est l’élément extérieur qui subit directement les agressions de la houle. Pour cela son calcul doit être une étape très importante dans le dimensionnement des ouvrages de protection contre la houle. Généralement une carapace doit être constituée de blocs qui résistent à la fois par leur propre poids et aussi par l’effet de groupe procuré par une imbrication des blocs entre eux, compte tenu de forte actions directes de la houle que subit cet élément de la digue. Pour des raisons historiques et aussi par habitude, l’ingénierie côtière marocaine est restée très attachée au tétrapode. Ainsi, les tétrapodes seront adoptés pour la carapace de la plateforme qui est située dans la zone de surf. Par contre, l’utilisation des enrochements naturels de tailles suffisantes pour résister aux divers chocs, dans la carapace de la digue d’accès située dans la zone d’estran s’avère bien la meilleure solution technique et économique à adopter.  Formule de stabilité Le dimensionnement de la carapace de protection se base sur la formule d’Hudson suivante :

𝑾=

𝜸𝒔 ∗ 𝑯𝟑

𝜸 𝑲𝒅 ∗ ( 𝒔 − 𝟏)𝟑 ∗ 𝒄𝒐𝒕𝒈(𝜶) 𝜸𝒘 70

Travail de fin d’études Avec – –

𝑊 : Le poids des blocs de la carapace en tonnes γs : Le poids spécifique des blocs constitutifs de la carapace; 2,40 𝑡/𝑚3

– –

𝐻 : Amplitude de la houle de projet : Angle de talus de la carapace

– –

𝛾𝑤 : Le poids volumique de l’eau de mer; 1,026 𝑡/𝑚3 𝐾𝑑 : Coefficient de stabilité caractérisant le comportement des blocs

Le coefficient de stabilité 𝐾𝑑 est un coefficient semi empirique établi pour chaque type de bloc grâce à des essais en modèle réduit physique ou grâce à des observations réalisées sur des ouvrages déjà construits, il dépend aussi des dommages 𝐷 admis. Avec

𝑫=

Type de bloc

𝑵𝒐𝒎𝒃𝒓𝒆 𝒅𝒆𝒔 𝒃𝒍𝒐𝒄𝒔 𝒅é𝒑𝒍𝒂𝒄é𝒔 𝑵𝒐𝒎𝒃𝒓𝒆 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝒅𝒆𝒔 𝒃𝒍𝒐𝒄𝒔 𝒅𝒆 𝒄𝒂𝒓𝒂𝒑𝒂𝒄𝒆

Dommages (chute de blocs) 0à1%

1à5%

5 à 10 %

10 à 20 %

Enrochement naturel

3

5,1

7,2

9,5

Bloc de tétrapodes

5

5

6,48

8,01

Tableau 24 : Coefficient de stabilité Kd en fonction des dommages

Le calcul a abouti { la nécessité d’utiliser des enrochements de 1 { 3 tonnes pour la digue d’accès, et des blocs artificiels de type tétrapode de 6,3 𝑚3 pour le musoir.  Epaisseur de la carapace L’épaisseur de la carapace est définie par une formule fonction du poids spécifique des blocs constitutifs de la carapace, des poids des blocs de la carapace et du coefficient de couche :

𝑾 𝑩 = 𝒏 ∗ 𝑲∆ ∗ ( )𝟏/𝟑 𝜸𝒔 Avec – – – –

𝐵: Epaisseur de la carapace γs : Poids spécifique des blocs constitutifs de la carapace 𝑊: Poids des blocs de la carapace 𝑛 : Nombre de couches

71

Travail de fin d’études –

𝐾∆ : Coefficient de couches donné dans le tableau ci-dessous en fonction de nature de blocs et son indice de porosité

Le calcul a abouti pour une carapace en tétrapodes à une épaisseur de 3,84 𝑚.  Côte d’arase de la carapace On dit qu’il y a franchissement de l’ouvrage dès que la hauteur d’ascension de l’eau sur la digue 𝑅𝑢 est égale à la hauteur de berme 𝑍. La hauteur de berme 𝑍 est calculée par la formule suivante :

𝒁 𝑳𝒏(𝑷) 𝟎,𝟓 = 𝟎, 𝟔𝟕 ∗ 𝑰𝒓 𝟎,𝟓𝟏 ∗ (− ) 𝑯 𝟐 Avec – – – –

𝑍 : Hauteur d’ascension 𝐻 : Amplitude de la houle de projet 𝑃 : Probabilité de franchissement 𝐼𝑟 : Paramètre d’IRRIBAREN-BATTJES

𝑰𝒓 = – –

𝒕𝒈 𝜶 𝑯 𝑳𝟎

α : Angle de talus de la carapace 𝐿0 : Longueur de l’onde dans les eaux profondes

𝑳𝟎 =

𝒈 ∗ 𝑻𝟐 𝟐. 𝝅

Le calcul a abouti pour une carapace en tétrapodes à une cote de +8,7 𝑚/𝑁𝐺𝑀.  Technique de pose des blocs de tétrapodes Placés en vrac ou non, les tétrapodes s’accrochent très bien entre eux, et préservent 50% de vides, ce qui leur permet de mieux éponger une fraction non négligeable de l’énergie de la houle incidente et en particulier d’en limiter les franchissements. Ce pouvoir d’absorption est en moyenne de l’ordre de 55% et peut atteindre 80%. Pour assurer un bon enchevêtrement, les tétrapodes sont habituellement disposés en deux rangées. Dans la première les tétrapodes sont posés à plat selon un plan de pose rigoureux, une des arêtes étant perpendiculaire au plan local de la digue. Dans la deuxième, ils sont positionnés de telle sorte que chaque tétrapode étant posé de façon inverse de ceux de la couche précédente.

72

Travail de fin d’études

Figure - Plan de pose des tétrapodes

Figure 17 : Pose des tétrapodes

Lorsque la houle attaque violemment une carapace ainsi constituée, c’est l’ensemble de celle‐ci qui se soulève et reprend sa place : on a l’impression que la carapace « respire » sous l’action des vagues les plus fortes. d- Les Sous-couches Le noyau réalisé avec des éléments de petite taille ne peut en général pas résister à la houle venant frapper l’ouvrage. Il devra être défendu par une carapace dont les éléments peuvent atteindre plusieurs dizaines de tonnes. Entre les deux, il est nécessaire de disposer des éléments de transition, l{ ou les sous‐couches qui ont un rôle multiple qui sont : 

Rôle de filtre granulométrique

C’est le premier rôle que doivent assurer les sous‐couches permettant de retenir les matériaux les plus fins. On pourra à cet effet vérifier que les règles énoncées par TERZAGHI sont bien respectées. L’idée consiste { empêcher que les grains d’une couche ne pénètrent dans les vides de la couche adjacente composée d’éléments plus gros suite { l’attaque des lames. Selon ces règles, les diamètres moyens 𝐷1 et 𝐷2 de deux matériaux grenus en contact, doivent vérifier : 73

Travail de fin d’études 𝟒. 𝑫𝟐 𝟖𝟓% ≥ 𝑫𝟏 𝟏𝟓% ≥ 𝟒. 𝑫𝟐 𝟏𝟓% Avec 𝐷1 > 𝐷2 et où 𝐷𝑥 % désigne le diamètre tel que x% en poids des éléments passent à travers le tamis de diamètre 𝐷. 

Rôle de filtre hydraulique

Entre une carapace très perméable et un noyau que l’on veut imperméable, il est nécessaire de réaliser correctement la transition hydraulique de façon à ce que la dissipation de l’énergie de la houle { l’intérieur de l’ensemble constitué par la carapace et les sous‐couches soit suffisante pour ne pas risquer de voir les éléments du noyau s’échapper du corps de digue. 

Rôle de fondation de la carapace

Elles permettront donc de limiter autant que possible les glissements et tassements de la carapace, contribuant ainsi { améliorer la tenue globale de l’ouvrage. Et enfin elles jouent le rôle de protection au noyau au cours de la construction de la digue.  Dimensionnement des sous‐couches a- Poids des blocs Le poids d’une sous-couche est en fonction du poids de la carapace, il est estimé entre W/15 et W/10. 𝑊 étant le poids de la carapace. Le calcul aboutit à la nécessité d’utiliser des enrochements de 1 { 1,5 𝑡, avec un poids moyen retenu des sous-couches de 1,25 𝑡. b- Epaisseur de la sous-couche L’épaisseur d’une sous‐couche est fonction de la forme des éléments qui la composent, du nombre de couches et de l’arrangement que l’on souhaite obtenir. Elle est calculée par la formule suivante :

𝒆 = 𝒏 ∗ 𝑲∆ ∗ (

𝑾 𝟏/𝟑 ) 𝜸𝒓

Avec : – – –

𝑒 : Epaisseur de la sous‐couche 𝑛 : Nombre de couches 𝐾∆ : Coefficient tenant compte de la nature de la sous‐couche

– –

𝑊 : Poids moyen des éléments constitutifs 𝛾𝑟 : Poids volumique des éléments 74

Travail de fin d’études Le tableau suivant donne les valeurs de 𝐾∆ et 𝑃 pour les différents types d’éléments constitutifs : Nature

Nombre de couches

Enrochement anguleux Bloc cubique rainuré type Antifer Tétrapode Dolos

2 2 2 2

𝐾∆

𝑃 (𝑒𝑛 %)

1,15 1,02 1,04 1,00

37 46 50 63

Tableau 25 : Différents paramètres de calcul des couches et des carapaces

Le calcul donne une épaisseur de 1,72 𝑚. c- Le nombre d’éléments { mettre en œuvre dans la sous-couche Le nombre 𝑁 d’éléments { mettre en œuvre par unité de surface de talus est :

𝑵 = 𝒏 ∗ 𝑲∆ ∗ 𝟏 −

𝑷 𝜸𝒓 ∗ ( )𝟐/𝟑 𝟏𝟎𝟎 𝑾

Avec 𝑃 : Porosité de la sous‐couche exprimée en %. Le calcul donne un nombre de 2,24 d’éléments { mettre en œuvre par unité de surface. e- La Butée de pied Pour achever le dimensionnement du profil, il restera enfin à déterminer les caractéristiques de la butée de pied dont il est essentiel de soigner la conception car elle conditionne en grande partie la stabilité de l’ouvrage. Des essais réalisés ont montré que la cote supérieure de la butée de pied devait être au plus égal { 1,2 ou 1,3 fois l’amplitude de la houle de projet au-dessous du niveau des plus basses mers. Le poids unitaire des blocs de la butée de pied peut être calculé par une formule de Hudson aménagée :

𝟎. 𝟏 𝜸𝒓 ∗ 𝑯𝟑 𝑯 𝑾= ∗ ∗ 𝑲𝒅 (𝑺𝒓 − 𝟏)𝟑 ∗ 𝒄𝒐𝒕𝒈(𝜶) 𝒉 Avec : La cote de la butée par rapport au niveau du repos de la mer.

75

Travail de fin d’études Compte tenu des conditions de projet on a opté pour une butée constituée de même blocs de la carapace.

2-

Réalisation de la souille 2.1

Partie estran

Dans la partie estran, la souille est réalisée depuis la digue provisoire, par plusieurs séries de tires explosives et { l’aide de pelles excavatrices hydrauliques sur chenilles et de marteaux hydrauliques dérocheurs.

Figure 18 : Les tirs explosifs

2.2

Partie terrestre-traversée de la voie Anasser

Le terrassement est réalisé du coté gare à racleur (à laisser des niches pour serrage des parties inférieures des brides et des lests). La tranchée a une profondeur de 7 m et une largeur de 2,25 m au fond, le terrassement se fait par talus et palier en laissant le bouchon coté mer (≈ 3m) (pour éviter l’arrivée de l’eau de mer).

2.3

Dimensions de la tranchée 2.3.1 Largeur de la tranchée en fond de la souille

Les dimensions de la tranchée respecteront les critères du Fascicule 𝑛°70 : La largeur au fond de la tranchée est au moins égale au diamètre de la conduite avec des sur-largeurs de 0,40 𝑚 de part et d’autre pour des diamètres nominaux au-delà de 600 𝑚𝑚. Il est recommandé d’excaver une tranchée de 2 𝑚 de large au fond de la souille, afin de laisser une marge suffisante pour l’installation des blocs bétons. 76

Travail de fin d’études 2.3.2 Profondeur de la souille La détermination de la profondeur de la souille doit tenir en compte :  La profondeur de la bride en attente immédiatement en aval de la chambre antibélier : L’axe de la bride { −3 𝑚 𝑁𝐺𝑀 = Point d’interface entre Lot1/Lot2.  La côte de la conduite d’interception d’assainissement 𝐷𝑁1200 −1,20 𝑚 𝑁𝐺𝑀.  La hauteur de recouvrement minimum de la conduite : 0,3 m au-dessus des blocs de béton. Les profondeurs minimum et maximum de la tranchée sur la zone d’estran sont respectivement de 2,62 𝑚 et 7,40 𝑚, ce qui assurera une hauteur de recouvrement minimale de 0,3 𝑚.

Figure 19 : Dragage et excavation de la souille

3-

Forage dirigé

La zone de surf, caractérisée par les forts déferlements de la houle, est inaccessible par les engins terrestres et par les engins maritimes. De plus, sa profondeur n’est pas importante pour la pose de l’émissaire au fond. Ainsi, afin d’installer la conduite dans cette zone, la solution retenue est de réaliser un forage horizontal dirigé de diamètre 48 pouces (1220 𝑚𝑚). Cette opération nécessite d’installer des équipements de forage sur la plateforme provisoire et d’autres sur une plateforme autoélévatrice « Jack up » installée dans l’autre extrémité du forage.

77

Travail de fin d’études

Figure 20 : Les équipements du forage

3.1

Caractéristiques du forage

Les caractéristiques du forage sont les suivantes :  Longueur : ~1000 𝑚  Diamètre : 48’’ (1220 𝑚𝑚)  Volume : 1124 𝑚3  Altitude au point d’entrée : +7,0 𝑚/𝑍𝐻  Profondeur d’eau au point de sortie : 12 𝑚/𝑍𝐻  Coordonnées d’entrée : E 208738.73 N 300052.07  Coordonnées de sortie : E 208203.30 N 300864.43  Rayon de courbure d’entrée : 700 𝑚  Rayon de Courbure de sortie : 1500 𝑚

3.2

Profil du forage

Le tracé du forage débute droit sur 50 𝑚 jusqu’{ la sortie de la gaine avant de suivre une courbe d’entrée de rayon 600 𝑚. Il entame enfin une courbe de remontée pour atteindre la zone de sortie avec un angle de 5°.

Figure 21 : Profil du forage dirigé

78

Travail de fin d’études

Figure 22 : Données géométriques du profil de forage

3.3

Installations avant forage 3.3.1 Installation du casing

Du fait de la nature artificielle de la digue, une gaine acier de diamètre 1500 aussi appelée « casing » est enfouie à 12° dans la digue. Son extrémité frontale est insérée dans le socle rocheux et recouverte d’un bouchon étanche de béton. Cette gaine permet de centrer le trou pilote en utilisant des viroles de centrage, insérées dans la gaine avant le début du forage. Afin d’éviter l’entrée de l’eau de mer dans le trou de forage, l’extrémité de la gaine est scellée dans la roche par un massif de béton étanche d’une couverture minimum de 1,1 𝑚 au dessus de la gaine.

Figure 23 : Installation du casing

79

Travail de fin d’études 3.3.2 Installation de Jack –up Un jack-up est installé un peu loin de la fin du forage. Cette plateforme est nécessaire pour supporter des installations du forage permettant de tensionner le train de forage pour en éviter le flambement durant l’opération du forage.

Figure 24 : Jack-up

3.4

Phases du forage

L’exécution du forage horizontal se déroule en 3 phases successives :   

Forage du trou pilote Alésages Nettoyage

Pendant toutes les phases du forage la communication sur digue ou digue-mer se fait via une communication radio VHF claire et continue.

3.4.1 Forage du trou pilote La première opération consiste en la réalisation d’un forage de petit diamètre selon les techniques standard de forage, ouvrant un diamètre de 10’’ à 11’’ qui servira ensuite de guide pour les opérations d’alésage. Afin de centrer la position du trou pilote par rapport à la gaine, une gaine supplémentaire de 300 𝑚𝑚 centrée par des viroles est insérée dans le casing. Le forage du trou pilote s’effectue par l’intérieur de cette seconde gaine et assure un premier trou centré dans la roche par rapport à la grande gaine. Ce centrage est nécessaire pour les alésages qui vont succéder au trou pilote.

80

Travail de fin d’études

Figure 25 : Principe du trou pilote

Figure 26 : Gaine et virole

Le fluide de forage est pompé au travers des tiges, il est injecté au travers des buses du tricône et transporte les matériaux découpés le long de la colonne de forage, et ce jusqu’{ la fosse d’entrée où le fluide est récupéré. Cette circulation continue est nécessaire { la lubrification des pièces dynamiques, l’évacuation de déblais et la consolidation du chemisage du conduit.  Propriétés de la boue       

Forme : poudre ou granulé Couleur : variable selon les matières premières Odeur : sans Densité : 2,5 environ Masse volumique en vrac : 0,8 à 1,1 𝑇 / 𝑚3 Solubilité dans l’eau : insoluble Valeur 𝑝𝐻 : 8 à 11 (suspension à 5 𝑔/ 100 𝑚𝑙 𝐻20)

81

Travail de fin d’études

Figure 27 : Récupération et mixage de la boue

Le forage du trou pilote se poursuit tige par tige jusqu’{ la zone de sortie. Une fois que le trou pilote a débouché en mer, le forage est connecté au Jack-up.

3.4.2 Alésage  Installation du Packer Une fois le trou pilote réalisé, le forage est ouvert aux fonds marins et la boue devient libre de s’échapper en mer { la sortie du forage. Donc, afin d’éviter ces pertes et pour préserver l’environnement marin et aussi limiter la consommation de bentonite, un Packer est mis en place. Il s’agit d’une gaine acier de 7 𝑚 de long et d’un diamètre externe de 10’’ { l’intérieur de laquelle se trouvent des membranes étanches. Donc, le Packer a un effet de bouchon, et permet de minimiser les pertes de boue pendant la suite des opérations.  Réalisation de l’alésage Une fois le Packer installé, plusieurs séries d’alésage de diamètres successives 28’’, 36 ’’, 42’’, 48’’ peuvent alors démarrer de la digue vers le Jack up.

Figure 28 : Principe du positionnement d’un aléseur

82

Travail de fin d’études Sur la passe de 36’’, l’aléseur est équipé d’un centreur de 24’’ connecté devant l’aléseur afin de centrer l’aléseur dans le trou pré-alésé de 28’’. Sur la passe de 42’’, l’aléseur est équipé d’un centreur de 32’’ connecté devant l’aléseur afin de centrer l’aléseur dans le trou pré-alésé de 36’’. Sur la passe de 48’’, l’aléseur est équipé d’un centreur de 38’’ connecté devant l’aléseur afin de centrer l’aléseur dans le trou pré-alésé de 42’’.

Figure 29 : Aléseur 48’’ précédé d’un centreur 38’’ à l’entrée de la gaine

 Retrait du Packer et débouchage en mer Lorsque les alésages sont terminés, il reste à enlever le Packer pour pouvoir déboucher en sortie de forage avec l’aléseur 48’’. L’espace annulaire entre l’extérieur de la canalisation et la paroi du trou est laissée libre, à terme on y trouve des résidus de forage et de l’eau de mer.

3.4.3 Nettoyage du trou foré Avant de procéder au tirage de la conduite dans le trou foré, il est procédé une passe de nettoyage { l’aide d’un ‘barrel reamer’ pour s’assurer de la propreté du trou foré avant d’y insérer la conduite.

4-

Préparation des conduites 4.1

Réception des conduites au port

Les tubes PEHD sont fabriqués par la société PIPELIFE en Norvège et remorqués en flottaison directement depuis le site de production jusqu’au port de Jorf Lasfar où elles sont stockés et préparés en attente de transfert vers le site d’El Jadida.

83

Travail de fin d’études Pendant le remorquage depuis la Norvège vers le port, tous les tubes sont terminés aux 2 extrémités par des brides pleines sauf le tube de 1067 𝑚 dont une extrémité est un bouchon. Les caractéristiques des tubes PEHD sont les suivantes :     

Diamètre extérieur : 900 𝑚𝑚 Epaisseur : 51 𝑚𝑚 Classe : 𝑆𝐷𝑅 17,6 Type résine : 𝑃𝐸100 Pression nominale : 𝑃𝑁 = 9,6 𝑏𝑎𝑟

Au total, six tubes sont remorqués ensemble :     

1 tube de longueur 1067 𝑚 2 tubes de longueur 300 𝑚 1 tube de longueur 318 𝑚 1 tube de longueur 125 𝑚 1 tube de longueur 50 𝑚

Figure 30 : Plan d’amarrage des conduites dans le port

4.2

Préparation des conduites 4.2.1 La conduite 1067 𝑚 du forage dirigé

La conduite de 1067 𝑚 est la première à installer sur le site d’El Jadida. C’est donc elle qui sera équipée la première. 84

Travail de fin d’études Les travaux à réaliser sont les suivants :  Installation de la tête de traction HDI D’abord le bouchon de PE, installé { l’extrémité de la conduite 1067 𝑚, est découpé au moyen d’une tronçonneuse électrique. Ensuite, La tête de traction HDI est présentée face au pipe et les deux sont insérés l’un dans l’autre. La conduite est ensuite percée à travers les trous pré-percés de la tête de forage. La tête de traction est donc boulonnée a la conduite.

Figure 31 : La tête de traction insérée dans la conduite 1067 m

 Mise en place des lests L’immersion de l’extrémité de la conduite 1067 𝑚 nécessite l’installation de 16 blocs espacés de 5 𝑚. La quantité exacte de bloc sera confirmée a l’issue du trou pilote du forage dirigé. Avant de lester la conduite, quatre bandes EPDM (Ethylène Propylène Diène Monomère) sont collées a l’intérieur des blocs (2 sur la partie inferieur et 2 sur la partie supérieure) afin de garantir l’adhérence des blocs sur la conduite pendant le remorquage des conduites lestées.

Figure 32 : Collage des bandes EDPM sur les lests

85

Travail de fin d’études Les anneaux en béton sont ensuite installés { partir d’un support naval ancré sur 4 points. Ces anneaux sont installés les uns après les autres sur le flanc de la barge par une structure appelée « ascenseur ». Ce support se déplace le long de la conduite au fur et à mesure de l’installation des blocs. Les étapes d’installation des anneaux sont :     

Mise en place de la partie inférieure du lest béton sur l’ascenseur { l’aide de la grue. Repositionnement du tuyau à couple de la barge de montage au dessus du bloc béton. Remontée de l’ascenseur avec le tuyau positionné dans la partie inferieur du lest. Mise en position de la partie supérieure du bloc et descente de l’ascenseur jusqu’{ ce que le tube soit en flottaison. Déplacement longitudinal de la barge de 5 𝑚 en position pour le montage des prochains lests béton.

Figure 33 : Les étapes d’installation des anneaux sur la conduite

4.2.2

Connexion des deux conduites 300 𝑚

Les deux conduites 300 𝑚 doivent être connectées pour constituer le tronçon 600 𝑚, dernier tronçon de l’émissaire. Avant de commencer cette opération, l’extrémité de

86

Travail de fin d’études l’une des conduites de 300 𝑚 est soulevée et posée sur des cales sur le pont pour être boulonner avec le diffuseur. Ensuite, la mise en place des lests dans les deux conduites est réalisée d’une manière identique à celle décrite pour la conduite 1067 𝑚. Après le démontage des deux brides pleines PIPELIFE, les deux conduites sont alors connectées entre elles.  Remarque : Les 3 conduites restantes sont la conduite 318 𝑚, la conduite 125 𝑚 et la conduite 50 𝑚. Ces conduites ne nécessitent aucune préparation. Elles seront remorquées en mer en utilisant les brides de traction fournies par PIPELIFE jusqu’au site d’El Jadida.

4.3

Remorquage des conduites vers le site d’El Jadida

L’amené de la conduite est divisée en trois remorquages, chaque remorquage est réalisé { l’aide d’un remorqueur de tête d’une puissance de 2500 𝐶𝑉 (remorqueur principal) qui se place en tête de convoi. Ce remorqueur est équipé d’un treuil de remorquage de capacité 30 𝑇 minimum.

Figure 34 : Trajet du remorquage vers le site d’El Jadida

Pour la partie immergée de la conduite, le tube est remorqué de manière à ce que le diffuseur se trouve en queue de convoi.

87

Travail de fin d’études

5-

Installation des conduites 5.1

Conduite du trou foré

La conduite est sécurisée dans le prolongement de l’axe du forage entre les jambes du Jack-up. A l’autre extrémité, elle est maintenue par un remorqueur et par 4 coffres traversiers. Les flotteurs «chameaux» qui sont amarrés sur les lests en fin de conduite sont gonflés.

Figure 35 : Plan de tirage de la conduite dans le trou foré

La conduite est entièrement remplie d’eau de mer pour permettre le coulage, puis connectée au train de tiges de forage par plongeurs et tirée { l’aide de celles-ci dans le trou foré. La foreuse continue de tirer la conduite jusqu’{ ce qu’elle ressorte par le point d’entrée du forage. Pendant ces opérations de tirage, aucun arrêt n’est techniquement possible au risque de coincer la conduite si la boue de forage se fige.

Figure 36 : Schéma du tirage dans le trou foré

La pose se fait en douceur et sans dommage du fait que la bentonite réduit les frottements en agissant comme un lubrifiant. 88

Travail de fin d’études Le remorqueur est déconnecté, le Jack-up est démobilisé et l’extrémité de la conduite est amarrée sur un coffre temporaire, en attente de la connexion du tronçon de 600 𝑚 lesté. La situation de la conduite après son tirage dans le forage est la suivante :  

La conduite est pleine d’eau. Son extrémité est maintenue en surface grâce { des «chameaux» pleins d’air fixés sur les derniers lests béton. Trois blocs béton reposent sur le sol en sortie du trou foré (pour se faire, les premiers chameaux ont été dégonflés par plongeur { la fin de l’opération de tirage). Fin du forage

Partie immergée de la conduite 1067m

Figure 37 : Situation de la conduite après tirage dans le forage

5.2

Connexion de la conduite 1067 m et 600 m

Avant l’arrivée du tronçon 600 𝑚 lesté sur la zone, la barge { 4 points d’ancrage est positionnée sur ses ancres au niveau de l’extrémité de la conduite 1067 𝑚. L’extrémité de ce tronçon est relevée sur les daviers de la barge prévus à cet effet, et un treuil arrière est maillé sur la conduite pour soulager les daviers au besoin.

Figure 38 : Barge à 4 points d’ancrage munie de 4 daviers

89

Travail de fin d’études A noter que l’eau présente dans le tube est vidée en partie jusqu’{ ce que son niveau soit sous le niveau de la marée basse. En effet la connexion doit être réalisée avec les conduites en air.

Figure 39 : Relevage des deux conduites à l’aide des daviers

Quand la conduite 600 𝑚 est suffisamment proche de la conduite 1000 𝑚, elles sont relevées d’un mètre au dessus du niveau d’eau puis connectées par plongeurs aux 2 daviers.

Figure 40 : Serrage des deux conduites

Ensuite, La plateforme de travail est redescendue sous le niveau de l’eau et puis la conduite est libérée et remise en flottaison.

90

Travail de fin d’études 5.3

Installation de la conduite 600 m

Le coulage est réalisé en injectant de l’eau de mer dans la conduite par une extrémité et en laissant l’air s’échapper par l’autre coté. L’injection de l’eau est réalisée { l’aide d’une pompe de coulage installée sur la plateforme et connectée à la tête de traction HDI

Figure 41 : Injection de l’eau dans la conduite

Progressivement, la conduite s’alourdit et se dépose au fond par gravité. Le coulage s’effectue de la terre vers le large et se termine quand le diffuseur est posé sur le fond. Vers fin émissaire

Figure 42 : Coulage de la conduite

Enfin, la conduite est ancrée par des pieux d'ancrage avec des longueurs d’ancrages variant entre 1,3 𝑚 et 0,7 𝑚.

91

Travail de fin d’études

Figure 43 : Installation des micro-pieux

5.4

Conduites partie terrestre-traversée voie Anasser

Pour la partie terrestre en amont de la voie Anasser, la mise en place de la conduite PEHD avec ses lests ainsi que le remblaiement est réalisé suivant le plan présenté dans la partie estran. Pour la traversée de la voie Anasser, un chemisage de la conduite PEHD est réalisé par un élément de conduite en CAO de diamètre 1400 𝑚𝑚. Ensuite, la conduite PEHD est insérée dans la conduite CAO.

Figure 44 : Traversée de la voie Anasser

92

Travail de fin d’études

Figure 45 : Perspective du chemisage de la conduite

5.5

Conduite partie estran

Une fois la conduite déposée dans la souille déjà ouverte, les extrémités amont et aval sont équipées de brides pour la connexion au reste de l’émissaire. La mise en place de la conduite { terre et sur l’estran est réalisée par le travail simultané de grue et pelles qui lèvent la conduite et la pose en tranchée de proche en proche tout en assurant un système de protection de la conduite contre toute rainure ou endommagement.

5.6

Constitution du remblai

La tranchée est remblayée de la manière suivante :

5.6.1 L’assise Une couche d’assise est installée pour protéger la conduite. Elle est constituée par les déblais du forage dirigé (sable de plus de 80 𝜇𝑚 à gravier). La granulométrie de ces déblais est contrôlée afin d’éviter tout risque d’endommagement de la conduite. L’assise est réalisée jusqu’{ la génératrice supérieure des lests bétons, soit sur 1,70 𝑚 de hauteur.

5.6.2 Le remblai La couche de remblai est constituée par les matériaux extraits lors de l’ouverture de la tranchée sur la zone d’estran et les déblais de forage sont triés { l’extraction afin de garder les éléments de granulométrie de taille suffisante. Le fond des tranchées est dressé soigneusement ou corrigé { l’aide du caillasse (40 à 70 𝑚𝑚) de façon { ce qu’il n’y ait ni ondulation ni irrégularité et que les canalisations reposent sur le sol sur toute leur longueur. 93

Travail de fin d’études

Enrochement

Remblai : Matériaux extraits de la tranchée

Blocs en béton Assise : Déblais du forage dirigé

Figure 46 : Remblaiement de la tranchée

94

Travail de fin d’études

CONCLUSION Le choix de PEHD offre le plus de garantie en raison de sa flexibilité, sa longévité et la possibilité de son remorquage par des grandes longueurs. Dans tous les cas, la pression de l’effluent { la sortie de l’émissaire est plus grande que la pression de l’eau de mer, ce qui assure le bon fonctionnement de l’émissaire. La stabilité de l’émissaire vis-à-vis des sollicitations mécaniques et des efforts hydrodynamiques nécessite le lestage de la conduite complété par l’installation des micro-pieux. Le site d’implantation de l’émissaire présente des difficultés pour les travaux d’installation de part la nature rocheuse du fond marin et l’exposition directe aux houles de l’océan atlantique. Afin de s’adapter aux difficultés du site, le groupement SOMAGEC/GEOCEAN/ETERMAR a décidé de mettre

en œuvre les techniques de

construction suivantes :  Excavation et installation de la partie terrestre de l’émissaire et de la zone d’estran par des moyens terrestres lourds.  Réalisation d’un forage dirigé pour passer sous la zone de surf { partir d’une digue et plateforme provisoires construites sur l’estran.  Prolongation de l’émissaire par un tronçon amené en flottaison et immergé sur site.

95

Travail de fin d’études

RECOMMANDATIONS Pour que notre étude soit complète, les études de dilution et de courantologie ont été nécessaires afin de justifier le choix, la longueur et l’orientation de l’émissaire. Pour protéger les installations contre la corrosion, Le diffuseur en acier ainsi que les conduites acier de la gare à racleur seront revêtus de peinture époxy, intérieurement et extérieurement, ayant une bonne résistance longue durée contre l’abrasion et l’eau. Mais, il s’avérait mieux que l’acier soit inoxydable pour faire face aux agressions chimiques des eaux usées et ce dans l’optique de garantir la pérennité de l’ouvrage. Au delà de l’horizon 2025, une extension de l’émissaire s’avère nécessaire. Il était plus judicieux de réaliser le forage dirigé qui constitue la partie la plus délicate des travaux, avec un diamètre plus grand et gagner financièrement lors des travaux d’extension. La pose des éléments de l’émissaire dans les fonds marins doivent s’adapter { des conditions météorologiques et maritimes particulièrement rudes, ce qui va constituer un véritable défi technique. Afin d’éviter tout risque d’ancrage des navires, des balises seront mises en place, délimitant ainsi la zone d’interdiction de navigation et de mouillage. Le choix d'un émissaire de rejet en mer est l'une des fortes recommandations actuelles, et l’une des solutions qui offrent le plus de garantie pour la baignade, la pêche et les métiers de la mer. Or, pour promouvoir le développement économique, social et environnemental de notre pays, le choix d’une station d’épuration complète pour ensuite la réutilisation des eaux épurées dans l’irrigation et l’arrosage s’avérait la solution la plus performante, principalement en raison du risque accru de raréfaction et de contamination de nos ressources en eau.

96

Travail de fin d’études

BIBLIOGRAPHIE 

Luc HAMM, La houle et ses effets en zones côtières, SOGREAH Maritime, Novembre 2004.



Najib CHERFAOUI et Hamadi DOGHMI, Vagues dans l’océan nouveau regard sur les digues portuaires, SCIENCES DE L’INGENIEUR, Juin 2002.



CSRPPGN, Circuits dans la mer, Paris, Mai 1993.



J.FEUILLET, Y.COEFFE, J.BERNIER et B.CHALOIN, Le dimensionnement des digues à talus, éditions EYROLLES, 1987.



Gérard philipponnat, Bertrand Hubert, Fondations et ouvrages en terre, 2007.



Albert VALENTIN, Ouvrages d’assainissement, calcul et exécution, Eyrolles, 1976, Paris.



LENCASTRE, A., Hydraulique général, Eyrolles, Paris, 1996.



M.Kenfaoui, Cours d’hydraulique en charge, Maroc, Casablanca, 2008.



Pierre SCHULHOF, les stations de pompage d’eau, AGHTM, 2000.



SOGREAH, les pompes et les petites stations de pompage, 2000.



S.Rhouzlane, Cours des machines hydrauliques, Maroc, Casablanca, 2009.



Jean-Paul Szezuka, Forage dirigé Ingénierie et méthodes, 2005.

97

Travail de fin d’études

WEBOGRAPHIE 

Fascicule n° 61 relatif à la conception, au calcul et aux épreuves des ouvrages d’art.



Fascicule n°70 relatif aux ouvrages d’assainissement.



Techniques de l’ingénieur : Coup de bélier – Marcel FRELIN.



Techniques de l’ingénieur : Pompes rotodynamiques de technologie particulière – Jean POULAIN.



Techniques de l’ingénieur : Ouvrages de protection contre la houle – Daniel CAMINADE.

98

Travail de fin d’études

ANNEXES

99