Système D'adduction en Eau Potable - PFE [PDF]

Zitiervorschau

Université Sultan Moulay Slimane FACULTE POLYDISCIPLINAIRE DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE - BENI MELLAL -

Filière : Sciences de la Matière Physique (SMP) Parcours : Energétique

Projet de Fin d’Etudes Sur le thème

Système d’adduction en eau potable ••••• Réalisé par

Youssef BOUAIZ Rida AIT HAMOU Hamza BENAALI

••••• Soutenu le 19/07/2021 devant le jury composé de : Prof. Soufiane BELHOUIDEG, FP, Béni Mellal

Président

Prof. Mohamed DRIOUICH, FP, Béni Mellal

Examinateur

Prof. Mohamed SAMMOUDA, FP, Béni Mellal

Encadrant

Année Universitaire : 2020-2021

1

Dédicace Ce travail est dédié à : Nos chers parents, qui nous ont supportées, soutenues, ont toujours cru en nous, et ont mis à notre disposition tous les moyens nécessaires pour que nous réussissions nos études. Nos sœurs et nos frères. Nos familles. Nos enseignants. Nos chers(es) amis(es) et collègues.

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Remerciement Nos remerciements vont premièrement à Allah tout puissant pour la volonté, la santé et la patience qu’il nous donné durant toutes ces années d’étude. Nous tenons à remercier vivement notre encadrant, monsieur MOHAMMED SAMMOUDA, pour leur entière disposition, leur judicieux conseils, leur patience et leur rigueur persévérance tout au long de notre projet. Nous remercions tous le corps professoral et administratif de la faculté polydisciplinaire de Béni Mellal, et surtout les professeurs du département de physique, pour les grands efforts déployés pour assurer aux étudiants une formation actualisé Nous tenons à remercier les membres du jury devant lesquels nous aurons le grand honneur d’exposer notre travail. Nous remercions nos chers parents, nos frères, nos sœurs, nos familles, et tous nos collègues et amis pour leur aide et leur soutien, et tous ce qui est contribué de proche ou de loin à la réussite de ce travail.

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Table des matières Liste des figures ........................................................................................................................ 7 Liste des tableaux ..................................................................................................................... 7 Introduction .............................................................................................................................. 8 Chapitre I : Notions d’hydraulique ........................................................................................ 9 I) Introduction ............................................................................................................................ 9 II) Propriétés des fluides ............................................................................................................ 9 II.1) Définition ........................................................................................................................... 9 II.1.1) Fluide parfait ................................................................................................................... 9 II.1.2) Fluide réel ........................................................................................................................ 9 II.2) La masse volumique ........................................................................................................... 9 II.3) Poids volumique ............................................................................................................... 10 II.4) La densité ......................................................................................................................... 10 II.5) La viscosité ....................................................................................................................... 10 II.5.1) La viscosité dynamique ................................................................................................. 10 II.5.2) La viscosité cinématique ............................................................................................... 11 II.6) La compressibilité ............................................................................................................ 11 II.6.1) Définition ...................................................................................................................... 11 II.6.2) Fluide compressible....................................................................................................... 11 II.6.3) Fluide incompressible ................................................................................................... 12 III) Ecoulement des fluides ...................................................................................................... 12 III.1) Lignes de courant ............................................................................................................ 12 III.2) Ecoulement permanent.................................................................................................... 12 III.3) Le débit ........................................................................................................................... 12 III.3.1) Le débit massique ........................................................................................................ 12 III.3.2) Le débit volumique ...................................................................................................... 12 III.4) Régimes d’écoulement .................................................................................................... 13 III.4.1) Régime laminaire ......................................................................................................... 13 III.4.2) Régime turbulent .......................................................................................................... 13 III.4.3) Nombre de Reynolds.................................................................................................... 13 IV) Théorème de Bernoulli ...................................................................................................... 14 IV.1) Cas d’un fluide parfait incompressible ........................................................................... 14 IV.2) Cas d’un fluide réel incompressible ............................................................................... 15 V) Pertes de charge .................................................................................................................. 15 V.1) Définition ......................................................................................................................... 15 4

V.2) Types de pertes de charge ................................................................................................ 16 V.2.1) Pertes de charge linéaires (régulières) ......................................................................... 16 V.2.2) Pertes de charge singulières .......................................................................................... 17 Chapitre II : Système d’adduction en eau potable .............................................................. 18 I) Définition .............................................................................................................................. 18 II) Captage de l’eau .................................................................................................................. 18 II.1) Captage des eaux souterraines.......................................................................................... 18 II.1.1) Nappe ............................................................................................................................ 18 II.1.1.1) Les nappes phréatique ................................................................................................ 18 II.1.1.2) Les nappes profondes (ou captives) .......................................................................... 19 II.1.2) Source ............................................................................................................................ 19 II.2) Captage des eaux surfaciques ........................................................................................... 20 II.2.1) Les barrages................................................................................................................... 20 II.2.2) Les rivières .................................................................................................................... 22 III) Traitement .......................................................................................................................... 22 IV) Adduction .......................................................................................................................... 22 IV.1) Adduction gravitaire ....................................................................................................... 23 IV.2) Adduction par refoulement ............................................................................................. 23 IV.3) Caractéristiques des pompes ........................................................................................... 23 V) Réservoir de stockage ......................................................................................................... 24 V.1) Rôles du réservoir ............................................................................................................ 24 V.2) Emplacement du réservoir ............................................................................................... 25 V.3) Classification des réservoirs............................................................................................. 25 V.4) Capacité du réservoir ....................................................................................................... 26 VI) Réseau de distribution........................................................................................................ 27 VI.1) Classification des réseaux de distribution....................................................................... 27 VI.2) Hypothèses de calcul ...................................................................................................... 29 VI.2.1) Le Débit ....................................................................................................................... 29 VI.2.2) Choix du diamètre........................................................................................................ 29 VI.2.3) Pression ....................................................................................................................... 30 VI.3) Vérification de la condition d'incendie ........................................................................... 30 Chapitre III : Système d’AEP du quartier d’AIT TELT ................................................... 31 I) Présentation de la zone d’étude ............................................................................................ 31 I.1) Situation géographique ...................................................................................................... 31 I.2) Situation climatique ........................................................................................................... 32 5

II) Estimation des besoins en eau potable ................................................................................ 33 II.1) Population de référence .................................................................................................... 33 II.2) La dotation........................................................................................................................ 33 II.3) Calcule de la consommation en eau potable .................................................................... 33 II.3.1) La consommation moyenne journalière ........................................................................ 33 II.3.2) Coefficients de pointe.................................................................................................... 34 II.3.2.1) Coefficient de pointe journalière ................................................................................ 34 II.3.2.2) Coefficient de pointe horaire ...................................................................................... 34 II.3.2.3) Coefficient de perte .................................................................................................... 35 II.3.3) Calcule les débits des différentes ouvrages du réseau................................................... 35 II.3.3.1) Volume capté.............................................................................................................. 35 II.3.3.2) Débit d’adduction ....................................................................................................... 35 II.3.3.3) Débit de distribution .................................................................................................. 36 II.3.4) Variation des débits horaire consommés ....................................................................... 36 III) Captage .............................................................................................................................. 38 IV) Détermination de la capacité du réservoir ......................................................................... 40 V) Adduction ............................................................................................................................ 41 V.1) Débit de la pompe ............................................................................................................ 41 V.2) Diamètre économique de la conduite ............................................................................... 41 V.3) Calcul de la vitesse ........................................................................................................... 41 V.4) Calcul les pertes de charges ............................................................................................. 41 V.5) Calcul de la hauteur manométrique totale d’élévation 𝐻𝑚𝑡 ............................................. 42 V.6) La puissance fournie par la pompe .................................................................................. 42 V.7) Puissance absorbée par la pompe ..................................................................................... 42 V.8) Energie annuel consommée par la pompe........................................................................ 42 VI) Distribution ........................................................................................................................ 42 VI.1) Le type de réseau de distribution .................................................................................... 42 VI.2) Pression ........................................................................................................................... 43 VI.3) Diamètre économique ..................................................................................................... 43 VI.4) Vitesse de distribution .................................................................................................... 44 VII) Reportage photographique du quartier ............................................................................. 44 Conclusion ............................................................................................................................... 49 Bibliographie........................................................................................................................... 50

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Liste des figures Figure I.1 : Variation de vitesse ............................................................................................... 10 Figure I.2 : Expérience de Reynolds. ....................................................................................... 13 Figure I.3 : Les lignes de courant ............................................................................................. 13 Figure I.4 : Les lignes de courant ............................................................................................. 13 Figure I.5 : Représentation graphique de l’équation de Bernoulli .......................................... 16 Figure II.1 : Schéma générale d’un système d’AEP ................................................................ 18 Figure II.2 : Nappe phréatique ................................................................................................. 19 Figure II.3 : Nappe profonde .................................................................................................... 19 Figure II.4 : Source d’affleurement .......................................................................................... 20 Figure II.5 : Source d’émergence ............................................................................................. 20 Figure II.6 : Source de déversement......................................................................................... 20 Figure II.7 : La prise d’eau fixe................................................................................................ 21 Figure II.8 : La prise d’eau en surface ..................................................................................... 21 Figure II.9 : La tour de prise .................................................................................................... 22 Figure II.10 : Adduction gravitaire .......................................................................................... 23 Figure II.11 : Adduction par refoulement ................................................................................ 23 Figure II.12 : Hauteur manométrique totale ............................................................................. 24 Figure II.13 : Types des réservoirs d’après la nature des matériaux ........................................ 26 Figure II.14 : Types des réservoirs d’après la situation par rapport au sol .............................. 26 Figure II.15 : Le réseau ramifié ................................................................................................ 28 Figure II.16 : Le réseau maillé ................................................................................................. 28 Figure III.1 : Présentation de la région de Béni Mellal-Khénifra ............................................ 31 Figure III.2 : Presentation de la ville de KASBA TADLA ...................................................... 31 Figure III.3 : Présentation de la zone d’étude (Ait TELT) dans la ville de Kasbah Tadla ....... 32 Figure III.4 : Climat annuel de la ville de Kasbah Tadla ......................................................... 32 Figure III.5 : Diagramme de variation de la consommation horaire ........................................ 38 Figure III.6 : Diagramme de variation de la consommation cumulée ...................................... 38 Figure III.7 : Réservoir du système d’AEP du quartier............................................................ 39 Figure III.8 : Réseau de distribution du quartier AIT TELT (logiciel Auto CAD) ................. 43 Figure III.9 : Plan du quartier (Logiciel Auto CAD) .............................................................. 44

Liste des tableaux Tableau 1 : Variation des débits horaires consommés du quartier d’AIT TELT ..................... 36 Tableau 2 : Dimensionnement du réservoir ............................................................................. 40

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Introduction L’éloignement des points d’eau constitue un problème pour l’approvisionnement en eau potable des populations. Or parfois, il est nécessaire de parcourir plusieurs kilomètres pour avoir accès à une source d’eau améliorée. Il est donc nécessaire de mettre un système d’adduction en eau potable (AEP) afin d’acheminer l’eau depuis le point de départ de la ressource jusqu’aux habitations. La réalisation et la gestion des réseaux d’adduction en eau potable a pour objectif de livrer aux consommateurs une eau répondant aux normes de qualité, à un prix le plus bas possible et avec une continuité du service sans défaut. Un système d’adduction en eau potable est composé d’un ensemble d’infrastructure et d’installations nécessaires à satisfaire tous les besoins en eau potable d’une agglomération. L’objectif de ce travail est la préparation d’un rapport d’un système d’adduction en eau potable pour un quartier, de la ville de KASBA TADLA, Alimenté en eau potable seulement par les bornes fontaines. Ce travail est composé de trois chapitres : Dans le premier chapitre nous commençons par un rappel des notions d’hydraulique : les propriétés physiques, les régimes d’écoulement, les lois et les équations de la mécanique des fluides. Le deuxième chapitre comporte une étude bibliographique des systèmes d’adduction en eau potable, dans ce chapitre nous présentons les différents maillons constituants un réseau d’Alimentation en Eau Potable. Le troisième et le dernier chapitre est basé sur l’étude du système d’adduction en eau potable du quartier étudier.

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Chapitre I-Notions d’hydraulique I) Introduction : L’hydraulique est la partie de la mécanique des fluides qui étudié les liquides au repos (hydrostatique) ou en mouvement (hydrodynamique).

II) Propriétés des fluides : II.1) Définition : Un fluide peut être considéré comme étant une substance formée d’un grand nombre de particules très petites et libres de se déplacer les unes par rapport aux autres. Un fluide est donc un milieu continu, déformable, sans rigidité et qui peut s’écouler. Les forces de cohésion entre les particules élémentaires d’un fluide sont très faibles de sorte que le fluide est un corps sans forme propre qui prend la forme du récipient qui le contient. Les fluides sont les liquides et les gaz. II.1.1) Fluide parfait : En mécanique des fluides, un fluide est dit parfait s'il est possible de décrire son mouvement sans prendre en compte les effets de frottement. II.1.2) Fluide réel : Contrairement à un fluide parfait, qui n’est qu’un modèle pour simplifier les calculs, pratiquement inexistant dans la nature, dans un fluide réel les frottements sont pris en considération. II.2) La masse volumique : C’est la masse par unité de volume, elle est donnée par : 𝛒 =

𝐦

; (𝑘𝑔/𝑚3)

𝐕

Où : 𝑚 : la masse en (𝑘𝑔) 𝑉 : le volume en (𝑚3). Remarque : Au chauffage de l’eau jusqu’à 30 0C (𝜌 = 995,649 𝑘𝑔/𝑚3), sa masse volumique dont la valeur maximale est observée à 4

0

C (𝜌 = 999,965 𝑘𝑔/𝑚3), diminue d’une manière

insignifiante (diminue de 0,43 %). C’est pour cela dans les calculs (hydraulique, …..), la masse volumique de l’eau peut être considérée constante à 1000 kg/m3

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II.3) Poids volumique : Il représente la force d’attraction exercée par la terre sur l’unité de volume, c’est-à-dire le rapport entre le poids du fluide et son volume : 𝛄 =

𝒎𝒈 𝑽

= 𝛒𝐠

(𝑁/𝑚3)

;

Où : 𝑚 : la masse en (𝑘𝑔) 𝑉 : le volume en (𝑚3). 𝑔 : l’accélération de la pesanteur en (𝑚/𝑠2). Remarque : Le poids volumique de l’eau change peu en fonction de la température, comme d’ailleurs la masse volumique. Dans les calculs on le prend constant. II.4) La densité : C’est un nombre sans dimension qui exprime le rapport de la masse volumique d’un fluide sur la masse volumique d’un fluide de référence : 𝒅 =𝝆

𝝆

𝒓𝒆𝒇

Dans le cas des liquides, on prend l’eau comme fluide de référence. Et dans le cas des gaz, on prend l’air comme fluide de référence. II.5) La viscosité : C’est une grandeur qui caractérise les frottements internes du fluide, elle caractérise la résistance d'un fluide à son écoulement lorsqu'il est soumis à l'application d'une force. II.5.1) La viscosité dynamique : Expérience de Couette : Considérons un fluide au repos qui se trouve entre deux plaques parallèles de grandes dimensions et initialement au repos. On applique à la plaque supérieure une force, parallèle à la plaque, qui met cette plaque en mouvement à une vitesse constante V 𝒛

→ 𝑭

→ 𝑽

∆𝒛 ∆𝑉

Figure I.1 : Variation de vitesse.

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La force 𝐹 nécessaire pour maintenir le mouvement de la plaque supérieure est proportionnelle à sa surface 𝑆 et au gradient de vitesse : 𝐹∝𝑆

∆𝑉 ∆𝑧

Le coefficient de proportionnalité s’appelle viscosité dynamique du fluide on la note 𝜇 : 𝐹 = 𝜇𝑆

∆𝑉 ∆𝑧

L’unité de la viscosité dynamique 𝜇 est le Pascal seconde (𝑃𝑎.𝑠) ou le Poiseuille (𝑃𝑙).

(1

𝑃𝑎.𝑠 = 1 𝑃𝑙). II.5.2) La viscosité cinématique : La viscosité cinématique exprime la diffusion du mouvement dans le fluide lorsque celui-ci est sous l’action d’une contrainte tangentielle. Elle est définie comme étant le quotient de la viscosité dynamique par la masse volumique du fluide : 𝜇

𝑣=𝜌

;

(𝑚2/𝑠).

On utilise souvent le Stokes (𝑆𝑡) comme unité de mesure de la viscosité cinématique : 1 𝑆𝑡 = 10−4 𝑚2/𝑠. II.6) La compressibilité : II.6.1) Définition : La compressibilité est une propriété physique qui traduit la variation de volume de fluide avec une variation de pression. Pour quantifier cet effet, on introduit le coefficient de compressibilité isotherme défini par : 1 𝜕𝑉

𝛘 𝑇 = − 𝑉 (𝜕𝑃 ) 𝑇

;

(𝑃𝑎−1)

Avec : 𝑉 : Volume de fluide en m3. 𝜕𝑉 : Variation de volume m3. 𝜕𝑃 : Variation de pression en N/m2 ou Pa. 𝑇 : La température. II.6.2) Fluide compressible : Un fluide est dit compressible lorsque le volume occupé par une masse donnée varie en fonction de la pression extérieure. Sa masse volumique est variable.

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II.6.3) Fluide incompressible : Un fluide est dit incompressible lorsque le volume occupé par une masse donné ne varie pas en fonction de la pression extérieure. Sa masse volumique est constante. Remarques : •

Les gaz sont très compressibles.

•

Les liquides comme l’eau peuvent être considérés comme des fluides incompressibles.

•

Même pour les liquides, le coefficient de compressibilité isotherme n’est pas nul mais très faible, par exemple pour l’eau

𝜒𝑇 𝑒𝑎𝑢 ≈ 4,4 10−10 𝑃𝑎−1.

III) Ecoulement des fluides : III.1) Lignes de courant : On appelle ligne de courant la courbe suivant laquelle se déplace un élément de fluide. Une ligne de courant est tangente en chacun de ses points au vecteur vitesse du fluide en ce point. III.2) Ecoulement permanent : Un écoulement est dit permanent (ou stationnaire) lorsque toutes les grandeurs caractéristiques du fluide (𝑣, 𝜌, 𝑃, 𝑇,…) sont invariables dans le temps en chacun des points de l’écoulement. Ecoulement permanent ↔

𝜕 𝜕𝑡

=0

III.3) Le débit : Le débit est la quantité de fluide (masse ou volume) traversant une section donnée par unité de temps. Il y a deux types de débit : le débit massique et le débit volumique. III.3.1) Le débit massique : Le débit massique 𝑞𝑚 est la masse de fluide 𝑑𝑚 traversant une section donnée, par unité de temps 𝑑𝑡 : 𝑞𝑚 =

𝑑𝑚 𝑑𝑡

;

(kg/s)

III.3.2) Le débit volumique : Le débit volumique 𝑞𝑣 est le volume de fluide 𝑑𝑉 traversant une section donnée, par unité de temps 𝑑𝑡 : 𝑞𝑣 =

𝑑𝑉 𝑑𝑡

(m3/s)

;

Remarques : 1. La masse volumique du fluide : 𝜌 =

𝑑𝑚 𝑑𝑉

12

1 𝑑𝑉

2. La vitesse de l’écoulement du fluide : 𝑣 = 𝑆 𝑑𝑡 =

𝑞𝑣 𝑆

=

𝑞𝑚 𝜌𝑆

avec 𝑑𝑉 est le volume

élémentaire de fluide traversant une section 𝑆 pendant l’intervalle de temps 𝑑𝑡. III.4) Régimes d’écoulement : Les expériences réalisées par Reynolds en1883 lors de l'écoulement d'un liquide dans une conduite cylindrique rectiligne dans laquelle arrive également un filet de liquide coloré, ont montré l'existence de deux régimes d'écoulement : régime laminaire et régime turbulent :

Injection d’un colorant Zone d’observation Sens de l’écoulement

Conduit e

Figure I.2 : Expérience de Reynolds. III.4.1) Régime laminaire : Les filets fluides sont des lignes régulières, parallèles entre elles.

Figure I.3 : Les lignes de courant Pour ce régime, les lignes de courant glissent sans déformation les unes par rapport aux autres. Elles restent pratiquement parallèles. C’est un écoulement ordonné. III.4.2) Régime turbulent : Les filets fluides s’enchevêtrent, s’enroulent sur eux-mêmes.

Figure I.4 : Les lignes de courant.

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Pour ce régime, les lignes de courant ne sont plus parallèles. Les molécules décrivent des trajectoires quelconques. La vitesse d’écoulement est plus grande, l’écoulement est désordonné. Il existe encore une subdivision entre : - les écoulements turbulents lisses. - les écoulements turbulents rigoureux. III.4.3) Nombre de Reynolds : Reynolds a étudié en 1883 l’influence des divers paramètres (viscosité, débit, diamètre de la conduite), et il a montré que le paramètre qui permettait de déterminer si l'écoulement est laminaire ou turbulent est un nombre sans dimension appelé nombre de Reynolds donné par l’expression suivante : 𝑅𝑒 =

𝑉𝑑 𝑣

Avec : 𝑉 : Vitesse moyenne d’écoulement à travers la section considérée (𝑒𝑛 𝑚/𝑠) 𝑑 : Diamètre de la conduite (𝑒𝑛 𝑚) 𝜈 : Viscosité cinématique du fluide (𝑒𝑛 𝑚2/𝑠) En fonction de la valeur du nombre de Reynolds, on distingue trois régimes principaux : •

Si 𝑅𝑒 ≤ 2000 : le régime est laminaire.

•

Si 2000 < 𝑅𝑒 < 100000 : le régime est turbulent lisse.

•

Si 𝑅𝑒 ≥ 100000 : le régime est turbulent rigoureux.

IV) Théorème de Bernoulli : IV.1) Fluide parfait incompressible : Considérons un fluide parfait (non visqueux) incompressible d’une masse volumique𝜌, en écoulement permanent à une petite distance AB dans une conduite lisse (pas de frottement entre le fluide et les parois) de section SA, pression PA et vitesse découlement vA en A et de section SB, pression PB et vitesse d’écoulement vB en B. Si l’écoulement se fait sans échange de travail, c’est-à-dire il n’y a aucune machine hydraulique entre A et B, le théorème de Bernoulli s’écrit : 1

1

𝑃𝐴 + 𝜌𝑔𝑧𝐴 + 2 𝜌𝑣𝐴2 = 𝑃𝐵 + 𝜌𝑔𝑧𝐵 + 2 𝜌𝑣𝐵2 = 𝑐𝑡𝑒 Ou bien : 1

𝑃 + 𝜌𝑔𝑧 + 2 𝜌𝑣 2 = 𝑐𝑡𝑒 Avec : 𝑃 : Pression statique. 14

𝜌𝑔𝑧 : Pression de pesanteur. 1 2

𝜌𝑣 2 : Pression dynamique. Si par contre, l’écoulement se fait avec échange de travail entre le fluide et une machine

hydraulique placée entre A et B, le théorème de Bernoulli s’écrit : 1

𝑃𝐴 + 𝜌𝑔𝑧𝐴 + 2 𝜌𝑣𝐴2 +

𝑃𝑛𝑒𝑡 𝑞𝑣

1

= 𝑃𝐵 + 𝜌𝑔𝑧𝐵 + 2 𝜌𝑣𝐵2 = 𝑐𝑡𝑒

Où 𝑃𝑛𝑒𝑡 est la puissance hydraulique nette (en watt) que la machine échange avec le fluide qui la traverse, et 𝑞𝑣 le débit volumique du fluide. IV.2) Fluide réel incompressible : Pour un fluide réel incompressible (visqueux) en tenant compte les frottements entre les couches du fluide et entre le fluide et les parois de la conduite, et aussi les incidents de route, c’est-à-dire que le fluide au cours de l’écoulement perd une partie de son énergie, ou bien de son charge. 1

Donc la charge 𝑃 + 𝜌𝑔𝑧 + 2 𝜌𝑣 2 diminue avec l’écoulement. Le théorème de Bernoulli peut s’écrit entre deux points A et B comme suite : •

S’il n’y a aucune machine hydraulique entre A et B : 1

1

𝑃𝐴 + 𝜌𝑔𝑧𝐴 + 2 𝜌𝑣𝐴2 = 𝑃𝐵 + 𝜌𝑔𝑧𝐵 + 2 𝜌𝑣𝐵2 + ∆𝑃𝐴→𝐵 Avec ∆𝑃𝐴→𝐵 pertes de charge entre A et B exprimé en Pa. •

S’il existe une (ou des machine) hydraulique entre A et B : 1 𝑃𝑛𝑒𝑡 1 𝑃𝐴 + 𝜌𝑔𝑧𝐴 + 𝜌𝑣𝐴2 + = 𝑃𝐵 + 𝜌𝑔𝑧𝐵 + 𝜌𝑣𝐵2 + ∆𝑃𝐴→𝐵 2 𝑞𝑣 2

C’est Le théorème de Bernoulli généralisé.

V) Pertes de charge : V.1) Définition : On appel pertes de charge, l’énergie totale ou bien la charge perdus par un fluide lors de son écoulement. Considérons alors un fluide réel incompressible en écoulement permanant d’un point A à un autre point B dans une conduite, tel qu’il n’y a pas de machine hydraulique entre les deux points. On utilise donc le théorème de Bernoulli généralisé : 1 1 𝑃𝐴 + 𝜌𝑔𝑧𝐴 + 𝜌𝑣𝐴2 = 𝑃𝐵 + 𝜌𝑔𝑧𝐵 + 𝜌𝑣𝐵2 + ∆𝑃𝐴→𝐵 2 2 Ou bien sous une autre forme : 𝑧𝐴 +

𝑃𝐴 𝑣𝐴2 𝑃𝐵 𝑣𝐵2 + = 𝑧𝐵 + + + ∆ℎ𝐴→𝐵 𝜌𝑔 2𝑔 𝜌𝑔 2𝑔 15

∆ℎ𝐴→𝐵 : C’est l’ensemble des pertes de charge entre A et B. Elle a la dimension d’une hauteur. Elle s’exprime en mCF : mètres de colonne de fluide. 𝑧 : L’altitude par rapport à une référence, en m. 𝑣 2𝑔 𝑃 𝜌𝑔

: La hauteur de vitesse, en m. : La hauteur piézométrique, en m. Cette dernière équation peut être interprétée graphiquement de la manière suivante :

Plan de charge 𝑣𝐴2 2𝑔

∆ℎ𝐴→𝐵 : Pertes de charge

Ligne de charge

𝑃𝐴 𝜌𝑔

𝑧𝐴

𝑣𝐵2 2𝑔

Ligne piézométrique 𝑃𝐵 𝜌𝑔

𝑧𝐵 Plan de référence

Figure I.5 : Représentation graphique de l’équation de Bernoulli. V.2) Types de pertes de charge : Généralement, on distingue deux types de pertes de charge : Pertes de charge linéaires et pertes de charge singulières. V.2.1) Pertes de charge linéaires (régulières) : Les pertes de charge linéaires sont dues à la résistance à l’écoulement issue de la viscosité du fluide d’une part, et aux frottements entre le fluide et les parois d’autre part. Le calcul des pertes de charge linéaires est donné par la formule générale suivante dite de Darcy-Weisbach : 𝑣2 𝑙

∆ℎ = 𝜆 2𝑔 𝑑 Avec : •

𝑣 : vitesse moyenne de l’écoulement dans la conduite en m/s.

•

𝑔 : l’accélération de la pesanteur en 𝑚/𝑠2.

•

𝑙 : longueur de la conduite en m. 16

•

𝑑 : diamètre intérieur de la conduite en m.

•

𝜆 : coefficient de perte de charge linéaire (sans dimension). Il dépend du régime d’écoulement et notamment du nombre de Reynolds 𝑅𝑒 : ▪

Dans le cas où 𝑅𝑒 ≤ 2000 (Régime d’écoulement laminaire) : 64

𝜆 = 𝑅𝑒 ▪

(Formule de Poiseuille)

Dans le cas où 2000 < 𝑅𝑒 < 105 (Régime d’écoulement turbulent lisse) : 0.316

𝜆 = 𝑅𝑒 1⁄4 ▪

(Formule de Blasius)

Dans le cas où 105 ≤ 𝑅𝑒 (Régime d’écoulement turbulent rigoureux) : 𝜀

𝜆 = 0,79√

𝑑

(Formule de Blench)

Avec : 𝜀 : Rugosité de la surface interne de la conduite en mm. 𝑑 : Diamètre intérieur de la conduite en mm. V.2.2) Pertes de charge singulières : Les pertes de charge singulières sont essentiellement dues aux accidents de canalisation, c’est-à-dire toute modification géométrique de la conduite. On les exprime par la relation suivante : 𝑣2

∆ℎ = 𝑘 2𝑔 Avec : •

𝑣 : vitesse moyenne de l’écoulement dans la conduite en m/s.

•

𝑔 : l’accélération de la pesanteur en 𝑚/𝑠2.

•

𝑘 : coefficient de pertes de charges singulières (sans dimension). Il dépend de la nature et de la géométrie de l’accident de forme.

Les valeurs de 𝑘 sont données par les constructeurs dans leurs catalogues.

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Chapitre II : Système d’adduction en eau potable I) Définition : Un système d’adduction en eau potable (AEP) est un ensemble d’installations et appareillages qui permet de traiter et transporter l’eau à partir d’une source jusqu’aux consommateurs. Dans un système d’AEP on peut distinguer 5 étapes : Captage de l’eau

Traitement

Adduction

Réservoir de stockage

Réseau de distribution

Figure II.1 : Schéma générale d’un système d’AEP.

II) Captage de l’eau : C’est la première opération dans un système d’AEP, il permet de recueillir l’eau naturelle à partir d’une source. On cherche toujours la meilleure qualité disponible et ce en fonction du cout de revient. Par exemple si l’acheminement d’une eau éloignée de très bonne qualité coute plus cher que le traitement d’une eau de moins bonne qualité à proximité, on choisit cette dernière solution. Cette eau peut être : •

Souterraine : nappe, source.

•

Superficiel (de surface) : Lac, rivière, barrage, mer.

II.1) Captage des eaux souterraines : II.1.1) Nappe : Une nappe est une couche de terraine perméable qui est saturée d’eau. L’exploitation des eaux souterraines dépend principalement du type de nappe. II.1.1.1) Les nappes phréatique : Ce sont des nappes très proches de la surface de la terre, elles sont généralement caractérisées par une eau à la pression atmosphérique : l'eau est en contact avec l'atmosphère à travers les grains des couches supérieures perméables. L'exploitation de ces nappes se fait généralement à l'aide de puits : ouvrages de 3 à 5 mètres de diamètre et de profondeur allant jusqu'à 30 mètres.

18

Figure II.2 : Nappe phréatique. II.1.1.2) Les nappes profondes (ou captives) : Les nappes profondes sont des nappes de grande profondeur, elles sont généralement caractérisées par une eau à une pression supérieure à la pression atmosphérique. L'exploitation de ces nappes se fait généralement à l'aide de forages tubés de faible diamètre (environ de 25 centimètres).

Figure II.3 : Nappe profonde. II.1.2) Source : Les emplacements où les eaux souterraines débouchent à l’air libre, toute source est alimentée par une portion de la nappe qui lui a donné naissance. •

Sources d’affleurement : Sont alimentées par la partie inférieur de la nappe, le fond de la vallée atteint l’imperméable.

19

Figure II.4 : Source d’affleurement. •

Sources d’émergence : Sont alimentées par la partie supérieur de la nappe, le fond de la vallée n’atteint l’imperméable.

Figure II.5 : Source d’émergence. •

Sources de déversement : Prennent naissance dans les formations fissurées.

Figure II.6 : Source de déversement.

II.2) Captage des eaux surfaciques : II.2.1) Les barrages : La prise d’eau peut être : 20

•

Fixe, elle consiste en un simple piquage :

Figure II.7 : La prise d’eau fixe. •

En surface de la retenue :

Figure II.8 : La prise d’eau en surface. •

Variable à différents niveaux en fonction de la température de l’eau. C’est le cas pour la tour de prise munie d’orifices vannés à différentes hauteurs :

21

Figure II.9 : La tour de prise. II.2.2) Les rivières : Le point de captage en rivière doit être choisi au tant que possible à l’amont des points importants de pollution : agglomération, usines. La prise peut être faite : •

Dans une berge : Pour des rivières à assez faible courant.

•

Dans le lit de la rivière : Pour des rivières de faible courant.

•

En dessous du lit : Ce procédé est utilisé pour les rivières à régime torrentiel.

III) Traitement : Le traitement de l’eau se passe généralement en trois étapes : •

La clarification : il s’agit de débarrasser l’eau des particules colloïdales en utilisant un massif filtrant.

•

La stérilisation : son objectif est de rendre l’eau bactériologiquement pure. Pour ceci, on utilise des oxydants tels que le chlore et l’ozone.

•

L’affinage : permet d’éliminer les micropolluants (corps dissous).

Selon la qualité de la source d’approvisionnement en eau, on peut devoir soumettre l’eau à un traitement plus ou moins élaboré. Ainsi, par exemple, dans le cas d’une eau souterraine de bonne qualité, une stérilisation seule peut produire une eau de consommation qui satisfaite aux normes en vigueur, en revanche, une eau superficielle exige un traitement plus complet.

IV) Adduction : L'adduction est le transfert de l'eau de la source naturelle ou de la station de traitement vers les réservoirs de distribution. On distingue généralement deux types d'adduction : Adduction gravitaire et par refoulement. 22

IV.1) Adduction gravitaire : Quand la côte source est supérieure à la cote du réservoir. Ce type d’adduction s'effectue soit : •

à surface libre : Avec des aqueducs (ou des canaux à ciel ouvert), l'écoulement est à surface libre, c'est-à-dire sans pression, grâce à la pente, il est ordinairement uniforme sur tout le parcours, que l'on aura étudié pour pouvoir transiter le débit voulu

•

en charge : Avec des conduites en charge, l'écoulement est à section pleine, c'est-à-dire sous pression.

Figure II.10 : Adduction gravitaire. IV.2) Adduction par refoulement (écoulement en charge seulement) : Le captage se situe à un niveau inférieur à celui du réservoir de stockage. Les eaux du captage sont relevées par pompage en utilisant une station de pompage.

Figure II.11 : Adduction par refoulement. IV.3) Caractéristiques des pompes : Le refoulement des eaux se fait par une station de pompage à l’aide des pompes. Une pompe a les caractéristiques hydrauliques suivant : •

Le débit Q : Le volume de l’eau pompé par unité de temps.

23

•

Hauteur Manométrique Totale (HMT) notée H (en mètres de colonne d'eau) : la charge donnée à l'eau par la pompe, elle est donnée par : 𝐻 = 𝐻𝑔 + ℎ𝑡

Avec : 𝐻𝑔 : Hauteur géométrique.

Hg : Hauteur géométrique

ℎ𝑡 : Pertes de charge totale.

Pompe

Figure II.12 : Hauteur manométrique totale. •

Rendement global de la pompe : 𝜌.𝑔.𝑄.𝐻

𝜂 = 𝑝𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 𝑠𝑢𝑟 𝑙’𝑎𝑟𝑏𝑟𝑒 •

Caractéristiques de fonctionnement : - La variation de la hauteur H en fonction du débit à vitesse constante (La caractéristique H-Q). - La caractéristique 𝜂-Q. - La caractéristique P-Q…

V) Réservoir de stockage : Les réservoirs d'eau sont, en général, nécessaires pour pouvoir alimenter, convenablement, une agglomération en eau potable. Ils sont principalement imposés par la différence entre le débit de captage ou de refoulement d'eau et le débit d'eau consommé par l'agglomération. V.1) Rôles du réservoir : •

Un réservoir est un régulateur de débit entre le réseau d’adduction et le réseau de distribution. 24

•

Un réservoir est régulateur de pression en tout point du réseau. Il permet de fournir aux abonnés une pression suffisante et plus ou moins constante.

•

Un réservoir est un élément de sécurité vis-à-vis des risques d'incendie, de demande en eau exceptionnelle ou de rupture momentanée de l'adduction (panne dans la station de pompage, rupture de la conduite d'adduction, arrêt de la station de traitement,...).

•

Un réservoir a une fonction économique, puisqu'il permet une certaine adaptation du fonctionnement du pompage de telle façon à optimiser l'ensemble adduction + réservoirs (moins de consommation d'énergie électrique pendant les heures de pointe, pompes refoulant un débit constant correspondant au rendement maximum).

V.2) Emplacement du réservoir : L’emplacement du réservoir pose souvent un problème délicat à résoudre, pour cela nous somme à tenir compte des certains considération techniques et économique : •

Il est préférable que l’emplacement puisse permettre une distribution gravitaire, la cote du radier doit être supérieure à la cote piézométrie maximal dans le réseau.

•

Il est préférable que le remplissage se fasse gravitaire, ce qui implique qu’on puisse le placer à un point bas par rapport à la prise d’eau.

•

Le réservoir doit être situé le plus près possible de l’agglomération à alimenter. Ceci fait que plus le réservoir s’éloigne de l’agglomération, plus la côte du plan d’eau doit être élevée (pertes de charge augmente).

•

La présence des reliefs dans la région peut faciliter l’implantation d’un réservoir, qui sera toujours plus économique (réservoir semi-enterré mieux qu’un château d’eau).

•

La nature du sol joue un rôle important dans le choix de l’emplacement d’un réservoir. Il est indispensable, en effet, d’établir un réservoir sur un sol parfaitement résistant.

V.3) Classification des réservoirs : D’après la nature des matériaux, on distingue : •

Les réservoirs métalliques.

•

Les réservoirs en maçonnerie.

•

Les réservoirs en béton armé.

25

Réservoir en béton Réservoir métallique Réservoir en maçonnerie armé Figure II.13 : Types des réservoirs d’après la nature des matériaux. D’après la situation par rapport au sol, ils peuvent être : •

Enterrés.

•

Semi-enterrés.

•

Surélevés, sur tour.

Figure II.14 : Types des réservoirs d’après la situation par rapport au sol. D’après les considérations esthétiques, ils peuvent : •

Soit affirmer les fonctions de l’ouvrage.

•

Soit s’intégrer au paysage.

V.4) Capacité du réservoir : Pour satisfaire au rôle qu’il doit jouer, le réservoir doit avoir une capacité de stockage suffisante. Elle est définie comme étant la capacité correspondante à une journée de consommation, augmentée de la réserve d’incendie. Elle doit être estimée en tenant compte des variations des débits à l’entrée et à la sortie, c’est-à-dire, du régime d’approvisionnement et de distribution, le calcul de la capacité se fait par plusieurs méthodes, en présente ici une méthode analytique :

26

Le volume maximal de stockage du réservoir, pour la consommation, est déterminé par la formule suivante : 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 (%) ×

𝑄max 𝑗 100

Avec : •

𝑉𝑚𝑎𝑥 : Volume maximal de stockage pour la consommation (m3).

•

𝑃𝑚𝑎𝑥 : résidu maximal dans le réservoir (%).

•

𝑄max 𝑗 : consommation maximale journalière (m3/j).

Détermination de la valeur de 𝑷𝒎𝒂𝒙 : - la répartition de la consommation maximale journalière sur les 24 heures se détermine à l’aide du tableau de distribution du débit journalier sur 24 heures. - on répartit ensuite le débit de pompage tout au long de la journée. - la différence entre l’apport et la distribution pour chaque heure de la journée, sera reportée dans la colonne des surplus ou des déficits selon son signe. - on détermine ensuite le résidu dans le réservoir pour chaque heure. La valeur maximale trouvée (𝑃𝑚𝑎𝑥 ) sera le pourcentage du volume de stockage. + | − | 𝑃𝑚𝑎𝑥 = |𝑅𝑚𝑎𝑥 + |𝑅𝑚𝑎𝑥

Avec : •

+ | |𝑅𝑚𝑎𝑥 : résidu maximum positif (%).

•

− | |𝑅𝑚𝑎𝑥 : résidu minimum négatif (%).

VI) Réseau de distribution : Le réseau de distribution désigne tout le réseau mis en place entre les réservoirs de stockage et les lieux de consommation d'eau potable. Pour que les performances d’un réseau de distribution soient satisfaisantes, ce réseau doit être en mesure de fournir, à des pressions compatibles avec les hauteurs des immeubles, les débits et les volumes d’eau requis, et ce en tout temps lors de la durée de sa vie. C’est pourquoi lors de la conception d’un réseau, il est important d’identifier et prendre en compte les situations les plus critiques afin que le réseau dans de telles situations se comporte de façon satisfaisante. VI.1) Classification des réseaux de distribution : Les réseaux de distribution peuvent être classés comme suit : Le réseau ramifié, dans lequel les conduites ne comportent aucune alimentation en retour, présente l’avantage d’être économique, mais il manque de sécurité et de souplesse en cas de rupture : un accident sur la conduite principale prive d’eau tous les abonnés d’aval.

27

Réservoir

Figure II.15 : Le réseau ramifié. Le réseau maillé dérive du réseau ramifié par connexion des extrémités des conduites (généralement jusqu'au niveau des conduites tertiaires), permettant une alimentation de retour. Ainsi, chaque point du réseau peut être alimenté en eau de deux ou plusieurs côtés. Ce type de réseaux présente les avantages suivants : plus de sécurité dans l'alimentation (en cas de rupture d'une conduite, il suffit de l'isoler et tous les abonnés situés à l'aval seront alimentés par les autres conduites) et une répartition plus uniforme des pressions et des débits dans tout le réseau. Il est, par contre, plus coûteux et plus difficile à calculer. Mais en raison de la sécurité qu’il procure, il doit être toujours préféré au réseau ramifié.

Réservoir

Figure II.16 : Le réseau maillé. Le réseau mixte, qui est un réseau maillé comportant, en cas de besoin, quelques ramifications permettant d'alimenter quelques zones isolées de la ville (zones industrielles, zones rurales….). Le réseau étagé, dans le cas où la topographie est très tourmentée : Si la topographie du territoire desservi par un réseau de distribution accuse de trop fortes dénivellations, on peut 28

devoir créer diverses zones indépendantes les unes des autres en ce qui concerne le niveau de la pression. Pour se faire, on installe entre ces zones soit des vannes de réduction de pression, s’il faut réduire la pression (l’eau provenant d’une zone plus élevée), soit des postes de surpression, s’il faut augmenter la pression (l’eau provenant d’une zone plus basse). Les réseaux à alimentations distinctes distribuent, d’une part, l’eau potable destinée à tous les besoins domestiques, et d’autre part, l’eau non potable réservée aux usages industriels et aux lavage et arrosage des rues et plantations. Ces réseaux ne se justifient que dans les installations extrêmement importantes. VI.2) Hypothèses de calcul : Les mêmes principes fondamentaux, évoqués pour les conduites d'adductions, s'appliquent aussi pour les canalisations de distribution : Caractéristiques hydrauliques (pertes de charge linéaires et singulières, ligne piézométrique, débit, vitesse d’écoulement de l’eau, pression…), diamètre économique… VI.2.1) Le Débit : Une estimation, aussi précise que possible, doit être faite des besoins en eau de l'agglomération à alimenter. On calcule aussi le débit pendant l'heure de pointe. Les conduites de distribution devront pouvoir transiter les plus forts débits. Le calcul hydraulique des canalisations se fait donc avec le débit de pointe (pendant l'heure de pointe). Il faut aussi vérifier le comportement du réseau de distribution en cas d'incendie (heure de pointe + incendie). Le débit d'incendie à prévoir au point le plus défavorable du réseau est de 60 m3/h (soit 17 l/s). On tient compte de plusieurs incendies en même temps dans le cas d'une grande ville ou d'une agglomération à haut risque d'incendie. VI.2.2) Choix du diamètre : Dans les tronçons sur lesquels il est prévu l'installation de bouches d'incendie, le diamètre minimal sera de 0,100 mètre. On utilise rarement le diamètre 0,080 mètre. La vitesse de l'eau dans le diamètre choisi d'un tronçon de distribution quelconque sera entre 0,60 et 1,20 m/s. Les vitesses inférieures à 0,60 m/s favorisent le dépôt solide dans les canalisations. Les vitesses supérieures à 1,20 m/s risquent de favoriser les fuites et les coups de bélier, et de créer les cavitations et les bruits. En cas d'incendie, généralement, on accepte des vitesses atteignant 2,50 m/s.

29

VI.2.3) Pression : Le réseau de distribution doit être calculé pour fournir les pressions au sol suivantes, selon la hauteur des immeubles (en mètres d'eau) : •

12 à 15 m pour un étage.

•

16 à 19 m pour 2 étages.

•

20 à 23 m pour 3 étages.

•

24 à 27 m pour 4 étages.

•

29 à 32 m pour 5 étages.

•

33 à 36 m pour 6 étages.

•

37 à 40 m pour 7 étages.

Pour les immeubles plus élevés, leurs propriétaires se trouvent obligés d'installer, dans les sous-sols, des groupes surpresseurs. Les canalisations équipées de bouches d'incendie devront pouvoir fournir, en cas d'incendie, une pression minimale au sol de 10 m, en tout point du réseau de distribution. VI.3) Vérification de la condition d'incendie : Pour un réseau de distribution, il faut vérifier les conditions d'incendie. II s'agit de refaire le calcul du réseau, avec les mêmes diamètres, en ajoutant un ou plusieurs débits d'incendie (60 m3/h) aux points sensibles du réseau. Il faut vérifier alors que les vitesses dans tous les tronçons sont inférieures à 2,5 m/s et que les pressions dans tous les nœuds sont supérieures à 10 mètres. Le nombre de débits d'incendie à ajouter dépend de l'importance de la ville et de son risque aux incendies. Si ces conditions ne sont pas vérifiées, on doit modifier les diamètres de certains tronçons et recommencer le calcul dès le début (pendant l'heure de pointe, ensuite une autre vérification pendant l'heure de pointe + incendies).

30

Chapitre III : Système d’AEP du quartier d’AIT TELT AIT TELT est un quartier de la ville de KASBA TADLA alimenté en eau potable juste par les bornes fontaines, ce n’est plus correspond au niveau de vie de la population. Pour cela nous avons décidé de préparer une nouvelle étude d’un système d’AEP individuel pour ce quartier, et la proposer sur les autorités compétentes.

I) Présentation de la zone d’étude : I.1) Situation géographique : KASBA TADLA est une ville marocaine située au centre du pays à la région de Béni MellalKhénifra.

Figure III.1 : Présentation de la région de Béni Mellal-khénifra

Figure III.2 : Presentation de la ville de KASBA TADLA. 31

Le quartier AIT TELT est situé à l’extrême nord de la ville de KASBA TADLA.

Figure III.3 : Présentation de la zone d’étude (AIT TELT) dans la ville de Kasbah Tadla. I.2) Situation climatique : Kasbah Tadla possède un climat méditerranéen caractérisé par un été chaud et sec (Juin à Aout), et un hiver tempéré et pluvieux (Octobre à Avril).

Figure III.4 : Climat annuel de la ville de Kasbah Tadla.

32

II) Estimation des besoins en eau potable : II.1) Population de référence : La direction des affaires sociales de la commune de Kasbah Tadla estime le nombre de maisons du quartier AIT TELT à 250, et la densité de la population par maison à 4 habitants. Donc le nombre de population du quartier est estimer à 250*4 soit 1000 habitants. II.2) La dotation : La consommation domestique moyenne est généralement rapportée au nombre d'habitants, elle est alors exprimée en litres par jour et par habitant (en l/jour/hab). Cette consommation varie en fonction de plusieurs facteurs : le niveau de vie, les habitudes, la disponibilité de l'eau, le climat, le prix de l'eau, la forme de la fourniture de l'eau (alimentation individuelle ou borne fontaine), etc. D'autre part, elle évolue d'une année à l'autre, en liaison avec l'évolution du niveau de vie. Les besoins domestiques d'une agglomération quelconque peuvent être estimés par : •

Soit des statistiques, qui concernent la consommation moyenne et son évolution annuelle, ainsi que le nombre total d'habitants et le taux annuel d'accroissement de la population. Ceci n'est possible que pour une agglomération qui est déjà alimentée en eau potable.

•

Soit en comparaison avec d'autres agglomérations qui sont jugées comparables, surtout en ce qui concerne le niveau de vie et le climat, et pour lesquelles des données statistiques sont disponibles.

Pour notre étude on se basant sur les systèmes d’AEP des quartiers voisins ayant les mêmes caractéristiques de notre cartier (climat, niveau de vie…). Donc on prend une dotation de 120 l/jour/hab. II.3) Calcule de la consommation en eau potable : II.3.1) La consommation moyenne journalière : La consommation moyenne journalière (𝑄𝑚𝑜𝑦𝑗 ) de toute la population du quartier, est déterminée par la relation suivante : 𝑸𝒎𝒐𝒚𝒋 (𝒎𝟑 ⁄𝒋) =

𝒅𝒐𝒕𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏(𝒍⁄𝒉𝒂𝒃⁄𝒋) ∗ 𝒑𝒐𝒑𝒖𝒍𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏(𝒉𝒂𝒃) 𝟏𝟎𝟎𝟎

Pour notre étude : 𝒑𝒐𝒑𝒖𝒍𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏

𝒅𝒐𝒕𝒂𝒕𝒊𝒐𝒏(𝒍⁄𝒉𝒂𝒃⁄𝒋)

𝑸𝒎𝒐𝒚𝒋 (𝒎𝟑 ⁄𝒋)

1000

120

120

33

II.3.2) Coefficients de pointe : II.3.2.1) Coefficient de pointe journalière : La consommation d'eau est variable en fonction du mois (la consommation est maximale en juin, Juillet et Août), du jour, de la semaine et de l'heure de la journée (elle est généralement maximale vers 12 heure du matin). Les ouvrages de prise, de traitement et d'adduction d'eau doivent être dimensionnés pour pouvoir fournir la demande journalière maximale (la journée de pointe). On définit alors un coefficient de pointe journalière 𝐶𝑝𝑗 : 𝑪𝒑𝒋

𝑸𝒎𝒂𝒙𝒋 (𝒎𝟑 ⁄𝒋) = 𝑸𝒎𝒐𝒚𝒋 (𝒎𝟑 ⁄𝒋)

Avec : 𝑄𝑚𝑜𝑦𝑗 (𝑚3 ⁄𝑗) : La consommation moyenne journalière. 𝑄𝑚𝑎𝑥𝑗 (𝑚3 ⁄𝑗) : La consommation maximale journalière. La valeur de ce coefficient 𝐶𝑝𝑗 est, en principe, déterminée à partir des statistiques sur la variation journalière de la consommation, sur les 365 jours de l'année. Généralement, cette valeur de 𝐶𝑝𝑗 varie de 1,2 à 1,6, selon le climat et les activités estivales de l'agglomération. Dans notre cas : 𝐶𝑝𝑗 = 1.2 II.3.2.2) Coefficient de pointe horaire :

Les ouvrages de distribution d'eau doivent être dimensionnés pour fournir la demande horaire maximale, de la journée de pointe. On définit aussi un coefficient de pointe horaire 𝐶𝑝ℎ : 𝑪𝒑𝒉

𝑸𝒎𝒂𝒙𝒉 (𝒎𝟑 ⁄𝒉) = 𝑸𝒎𝒐𝒚𝒉 (𝒎𝟑 ⁄𝒉)

Avec : 𝑄𝑚𝑜𝑦ℎ (𝑚3 ⁄ℎ) : La consommation moyenne horaire. 𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ (𝑚3 ⁄ℎ) : La consommation maximale horaire. La valeur du coefficient 𝐶𝑝ℎ est déterminée à partir des statistiques sur la variation horaire de la consommation. Sa valeur varie de 1.5 à 3.5, selon l'importance de l’agglomération : •

Pour une grande ville𝐶𝑝ℎ = 1.5 à 2.

•

Pour une ville moyenne𝐶𝑝ℎ = 2 à 2.5.

34

•

Pour une zone rurale𝐶𝑝ℎ = 3 à 3.5.

Dans notre cas : 𝐶𝑝ℎ = 2.02 II.3.2.3) Coefficient de perte : Dans un réseau d'alimentation en eau potable, les pertes d'eau sont situées à différents niveaux : la prise d'eau, la station de traitement, les stations de pompage, les réservoirs, les réseaux d'adduction et de distribution, les vannes, les joints, les compteurs, etc... Le volume de ces pertes d'eau dépend de : •

La nature des conduites.

•

L’âge et l'état du réseau.

•

La compétence et l'efficacité du service de maintenance du réseau (rapidité de détection des fuites, efficacité d'exécution des travaux, moyens humains, équipement en matériels adéquats, organisation, etc.).

Pour tenir compte de ces pertes, on définit le coefficient de perte𝐾𝑝 . 𝐾𝑝 =

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚é

En général, la valeur de 𝐾𝑝 varie de 1,2 à 1,5 : •

𝐾𝑝 = 1.2 pour un réseau neuf ou bien entretenu.

•

𝐾𝑝 = 1.25 à 1.35 pour un réseau moyennement entretenu.

•

𝐾𝑝 = 1.5 pour un réseau vétuste ou mal entretenu.

Dans notre cas : 𝐾𝑝 = 1.2 II.3.3) Calcule les débits des différentes ouvrages du réseau : II.3.3.1) Volume capté : Le volume d'eau annuel ( 𝑉𝑡𝑜𝑡 ) à prévoir au niveau de la source d'eau est donné par : 𝑽𝒕𝒐𝒕 (𝒎𝟑 ) = 𝑲𝒑 ∗ 𝑸𝒎𝒐𝒚𝒋 (𝒎𝟑 ⁄𝒋) ∗ 𝟑𝟔𝟓 𝒋 = 𝟓𝟐𝟓𝟔𝟎 𝒎𝟑

II.3.3.2) Débit d’adduction : Le débit des ouvrages d'adduction (station de pompage, station de traitement, réservoirs, conduites d'adduction, etc.) est égal au débit journalier maximum en tenant compte les pertes. Il est donné par : 𝑸𝒎𝒂𝒙𝒋 (𝒎𝟑 ⁄𝒋) = 𝑪𝒑𝒋 ∗ 𝑲𝒑 ∗ 𝑸𝒎𝒐𝒚𝒋 (𝒎𝟑 ⁄𝒋) = 𝟏𝟕𝟐. 𝟖 𝒎𝟑 ⁄𝒋

35

II.3.3.3) Débit de distribution : Le débit des ouvrages de distribution est égal au débit horaire maximum en tenant compte les pertes. Il est donné par : 𝑸𝒎𝒂𝒙𝒉 (𝒎𝟑 ⁄𝒉) = 𝑪𝒑𝒋 ∗ 𝑪𝒑𝒉 ∗ 𝑲𝒑 ∗

𝑸𝒎𝒐𝒚𝒋 (𝒎𝟑 ⁄𝒋) = 𝟏𝟒. 𝟓𝟒𝟒 𝒎𝟑 ⁄𝒉 𝟐𝟒

Résumé : Les coefficients de points : 𝐶𝑝𝑗

𝐶𝑝ℎ

𝐾𝑝

1.2

2.02

1.2

𝑉𝑡𝑜𝑡 (𝑚3 )

𝑄𝑚𝑎𝑥𝑗 (𝑚3 ⁄𝑗)

𝑄𝑚𝑎𝑥ℎ (𝑚3 ⁄ℎ)

52560

172.8

14.544

Les débits :

II.3.4) Variation des débits horaire consommés : Le débit horaire consommé d’une agglomération est variable tout au long du jour, il est déterminée en fonction du facteur de variation de débit qui est aussi appelé coefficient de variation horaire𝐾ℎ . Le calcul de la variation des débits horaires consommés par rapport au débit maximal journalier consommé par l’agglomération se fait par la relation suivante : 𝑄ℎ (𝑚3 ⁄ℎ) =

𝐾ℎ (%) ∗ 𝑄𝑚𝑎𝑥𝑗 (𝑚3 ⁄𝑗) 100

Tableau 1 : Variation des débits horaires consommés du quartier d’AIT TELT. Horaire

Variation du débit horaire consommé

Consommation cumulé

(h)

𝐾ℎ (%)

𝑄ℎ (𝑚3 ⁄ℎ)

𝐾ℎ (%)

𝑄ℎ (𝑚3 ⁄ℎ)

00-01

0.75

1.296

0.75

1.296

01-02

0.75

1.296

1.50

2.592

02-03

1.00

1.728

2.50

4.320

36

03-04

1.00

1.728

3.50

6.048

04-05

2.00

3.456

5.50

9.504

05-06

3.50

6.048

9.00

15.552

06-07

4.50

7.776

13.50

23.328

07-08

5.50

9.504

19.00

32.832

08-09

5.50

9.504

24.50

42.336

09-10

5.50

9.504

30.00

51.840

10-11

6.00

10.368

36.00

62.208

11-12

8.50

14.688

44.50

76.896

12-13

8.50

14.688

53.00

91.584

13-14

6.00

10.368

59.00

101.952

14-15

5.00

8.640

64.00

110.592

15-16

5.00

8.640

69.00

119.232

16-17

3.50

6.048

72.50

125.280

17-18

3.50

6.048

76.00

131.328

18-19

6.00

10.368

82.00

141.696

19-20

6.00

10.368

88.00

152.064

20-21

6.00

10.368

94.00

162.432

21-22

3.00

5.184

97.00

167.616

22-23

2.00

3.456

99.00

171.072

23-24

1.00

1.728

100.00

172.8

Total

100.00

172.8

100.00

172.8

37

Débits consommé 16 14 12 10 8 6 4 2

23_24

22_23

21_22

20_21

19_20

18_19

17_18

16_17

15_16

14_15

13_14

12_13

11_12

10_11

09_10

08_09

07_08

06_07

05_06

04_05

03_04

02_03

01_02

00_01

0

Débits consommé

Figure III.5 : Diagramme de variation de la consommation horaire.

Consommation cumulé 200 180 160

140 120 100 80 60

40 20

00_01 01_02 02_03 03_04 04_05 05_06 06_07 07_08 08_09 09_10 10_11 11_12 12_13 13_14 14_15 15_16 16_17 17_18 18_19 19_20 20_21 21_22 22_23 23_24

0

Consommation cumulé

Figure III.6 : Diagramme de variation de la consommation cumulée.

III) Captage : Le réseau d’AEP déjà existant dans le quartier comprend : •

Un forage d’un diamètre de 24 cm et d’une profondeur de 180 m.

•

Les conduites de captage et d’adduction ayant un diamètre de 3 pouces = 7.62 cm, et une longueur de 123m.

38

•

Une pompe de rendement 90%.

•

Un réservoir en béton armé de 30 m3 en capacité, et d’une hauteur de 11.7 m par rapport au sol.

Figure III.7 : Réservoir du système d’AEP du quartier. 39

IV) Détermination de la capacité du réservoir : Pour la détermination de la capacité du réservoir on utilise la méthode analytique mentionnée dans le chapitre précédent. La variation de la consommation horaire en pourcentage est donnée dans le tableau 1. Pour garder le même réservoir de capacité 30 m3, la station de pompage doit fonctionner 16h par jours : Donc le débit moyen horaire de la station de pompage pendant les 16 heures de son fonctionnement est donné par : 𝑄𝑚𝑜𝑦ℎ𝑠𝑝 =

𝑄𝑚𝑎𝑥𝑗 = 10.8 𝑚3 ⁄ℎ 16

Le débit apport d’eau en pourcentage de la station de pompage est donc : 𝑙 ′ 𝑎𝑝𝑝𝑜𝑟𝑡(%) =

𝑄𝑚𝑜𝑦ℎ𝑠𝑝 ∗ 100 = 6.25 𝑄𝑚𝑎𝑥𝑗

Tableau 2 : Dimensionnement du réservoir. Heure

L’apport(%)

Consommation(%)

00-01

0

01-02

Déficit(%)

Résidu(%)

0.75

-0.75

4.75

0

0.75

-0.75

4.00

02-03

0

1.00

-1.00

3.00

03-04

0

1.00

-1.00

2.00

04-05

0

2.00

-2.00

0.00

05-06

6.25

3.50

2.75

2.75

06-07

6.25

4.50

1.75

4.50

07-08

6.25

5.50

0.75

5.25

08-09

6.25

5.50

0.75

6.00

09-10

6.25

5.50

0.75

6.75

10-11

6.25

6.00

0.25

7.00

11-12

6.25

8.50

-2.25

4.75

12-13

6.25

8.50

-2.25

2.50

13-14

6.25

6.00

0.25

2.75

14-15

6.25

5.00

1.25

4.00

15-16

6.25

5.00

1.25

5.25

16-17

6.25

3.50

2.75

8.00

40

Surplus(%)

17-18

6.25

3.50

2.75

10.75

18-19

6.25

6.00

0.25

11.00

19-20

6.25

6.00

0.25

11.25

20-21

6.25

6.00

0.25

11.50

21-22

0

3.00

-3.00

8.50

22-23

0

2.00

-2.00

6.50

23-24

0

1.00

-1.00

5.50

Total

100

100

16.00

-16.00

𝑃𝑚𝑎𝑥 (%) = 16 % Le volume maximal de stockage du réservoir, pour la consommation est : 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 𝑃𝑚𝑎𝑥 (%) ×

𝑄max 𝑗 172.8 = 16 × = 27.648 𝑚3 100 100

Donc le réservoir de capacité 30 m3 déjà existant dans le quartier est suffisant.

V) Adduction : A partir du forage on fait une adduction par refoulement à l’aide d’une pompe pour transporter l’eau vers le réservoir. V.1) Débit de la pompe : Pour répondre à la demande d’apport d’eau, la pompe doit fournir, pendant les 16 heures de son fonctionnement un débit de : 𝑄=

𝑄max 𝑗 172.8 = = 10.8 𝑚3 ⁄ℎ = 3 𝑙 ⁄𝑠 16 16

V.2) Diamètre économique de la conduite : Pour minimiser les coutes on garde les mêmes conduite de captage et d’adduction ayant un diamètre D= 3 pouces = 7.62 cm. V.3) Calcul de la vitesse : 𝑉=

𝑄 4𝑄 = = 0.658 𝑚⁄𝑠 𝑆 𝜋𝐷2

V.4) Calcul les pertes de charges : Pertes de charge linéaires 𝒉𝒍 : •

Le nombre de Reynolds : 𝑅𝑒 =

𝑉𝐷 = 50000 𝜐 41

•

Coefficient de perte de charge linéaire

Formule de BLASIUS : 𝜆=

0.316 1

= 0.021

𝑅𝑒 4 •

Pertes de charge linéaires : ℎ𝑙 = 𝜆

𝑉2 𝑙 = 0.748𝑚 2𝑔 𝐷

Pertes de charge singulière 𝒉𝒔 : ℎ𝑠 = 𝑘

𝑉2 = 0.042𝑚 2𝑔

Pertes de charge totale 𝒉𝒕 : ℎ𝑡 = ℎ𝑙 + ℎ𝑠 = 0.790𝑚 V.5) Calcul de la hauteur manométrique totale d’élévation 𝑯𝒎𝒕 : 𝐻𝑚𝑡 = 𝐻𝑔 + ℎ𝑡 = 122.5𝑚 Avec : 𝐻𝑔 : Hauteur géométrique (121.7m). ℎ𝑡 : Pertes de charges totales (m). V.6) La puissance fournie par la pompe : 𝑃𝑛𝑒𝑡 = 𝜌. 𝑔. 𝑄. 𝐻𝑚𝑡 = 3605.175 𝑊 V.7) Puissance absorbée par la pompe : 𝑃=

𝑃𝑛𝑒𝑡 = 4005.75 𝑊 𝜂

V.8) Energie annuel consommée par la pompe : 𝐸 = 𝑃 × 𝑡 = 23409.603 𝑘𝑊ℎ Avec : 𝑡 : Temps de fonctionnement annuel de la pompe (365.25*16=5844h). 𝑃 : Puissance absorbée par la pompe (kW).

VI) Distribution : VI.1) Le type de réseau de distribution : En raison de la construction irrégulière des maisons du quartier, nous choisissons un réseau de distribution ramifié.

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Figure III.8 : Réseau de distribution du quartier AIT TELT (logiciel Auto CAD). VI.2) Pression : La plupart des maisons, dans le quartier étudié, sont des maisons de deux et trois étages, donc le réseau de distribution doit fournir une pression au sol minimale de 20 mètres d’eau. VI.3) Diamètre économique : La conduite de distribution sera calculée en fonction du débit maximal horaire Q maxh (m3 ⁄h) = 14.544 m3 ⁄h. Les formules qui nous permettent de calculer le diamètre économique sont : •

Formule de BONNIN : 𝑑 = √Q maxh = 0.064 𝑚 43

•

Formule de BRESS : 𝑑 = 1.5 × √Q maxh = 0.095 𝑚

On choisira un diamètre compris entre les deux valeurs calculées par la formule de BONNIN et celle de BRESS : qui est le plus économique. Soit 𝑑 = 0.07 𝑚 = 7 𝑐𝑚. VI.4) Vitesse de distribution : 𝑉=

Q maxh 4Q maxh = = 1 𝑚 ⁄𝑠 𝑆 𝜋𝑑 2

VII) Reportage photographique du quartier :

Figure III.9 : Plan du quartier (Logiciel Auto CAD).

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Conclusion L’alimentation individuelle en eau potable constitue une des grandes nécessités de la vie moderne, est c’est l’objectif de ce travail, qui fait changer le système d’adduction en eau potable par les bornes fontaines qui reste toujours un mode de branchement collectif, par un nouveau système d’adduction individuel correspondant au niveau de vie de la population du quartier AIT TELT. Une bonne gestion d’un réseau d’AEP passe toujours par une bonne connaissance de ses infrastructures et de son fonctionnement hydraulique. Mais avec le temps ce réseau vieilli, engendrant des perturbations, une dégradation de la qualité de l’eau, par exemple, est observée à cause des différents facteurs (matériau, le sol, les fuites, nature de l’eau…). Pour cela nous avons toujours besoin de la réparation et du renouvellement et non seulement de la réalisation des systèmes d’AEP.

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BIBLOIGRAPHIE [1] : A. DUPONT : « Hydraulique urbain », Tome I : Hydrologie-Captage et traitement des eaux, Edition Eyrolles, 264 pages, 1978. [2] : A. DUPONT : « Hydraulique urbain », Tome II : Ouvrage de transport-Elévation et distribution des eaux, Edition Eyrolles, 484 pages, 1979. [3] : AHMED BAHLAOUI : « Cours de Mécanique des Fluides », 43 pages, 2020/2021. [4] : SOUFIENE BELHOUIDEG : « Cours de machines thermiques et hydraulique », 53 pages, 2020/2021. [5] : JEAN-LOUP ROBERT : « Hydraulique urbaine », 168 pages, 2004. [6] : MOHAMED TAMMAL : « Cours d’alimentation en eau potable », 43 pages. [7] : SALEH ABDELKERIM ABDERAMANE : « Analyse du fonctionnement du réseau d’alimentation en eau potable de la commune d’EL HADJAR », Mémoire de master, Université BADJI MOKHTAR-ANNABA, 127 pages, 2016. [8] : BENARIBA MOURAD : « Alimentation en eau potable de la ville de CHEBLI », Mémoire de master, Université ABOU BAKER BELKAID-TLEMCEN, 66 pages, 2013. [9] : AHSENE LYDIA : « Alimentation en eau potable (Adduction) de la commune de TIZI N’TLETA à partir du piquage sur la conduite de transfert KOUDIAT ACERDOUNE (Wilaya de TIZI OUZOU) », Mémoire de master, Université ABDERRAHMANE MIRA de BEJAIA, 119 pages, 2015. [10] : IBTISSAM OUFAMA : « Cours de l’alimentation en eau potable », 162 pages, 2019/2020. [11] :

https://www.meteoblue.com/fr/meteo/historyclimate/climatemodelled/kasba-

tadla_maroc_254472. [12] : https://fr.scribd.com/document/374953388/Hydraulique-AEP.

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