5 Reservoirs

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Chapitre 5: Réservoirs q  q  q  q  q  q 

Rôle d un réservoir Classification des réservoirs Emplacement des réservoirs Capacité théorique d un réservoir Construction des réservoirs Applications

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Chapitre 5: Réservoirs q  Rôle d un réservoir Ø 

Cas d une adduction gravitaire : •  • 

Ø  • 

• 

Pouvoir stocker l eau au moment de faible consommation et la restituer au moment de la pointe Avoir une réserve d incendie

Cas d une adduction par refoulement : L absence d un réservoir présente les inconvénients suivants : l  Coupure d eau en cas de : §  panne électrique, §  travaux sur adduction, §  panne de pompe Les avantages de la présence d un réservoir sont : l  Régularité dans le fonctionnement du pompage (Q=cte, H=cte), d où une régularité de la pression dans le réseau. l  Assurer les débits de pointe l  Avoir une réservewww.almohandiss.com d incendie

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Chapitre 5: Réservoirs q  Classification des réservoirs Ø 

D après la nature des matériaux, on distingue : •  Les réservoirs métalliques •  Les réservoirs en maçonnerie •  Les réservoirs en béton armé ou en béton précontraint

Ø 

Le matériau le plus utilisé est le béton armé (dosage en ciment de 400 kg/m3 environ).

Ø 

D après la situation des lieux, les réservoirs peuvent être : •  Enterrés •  Semi-enterrés •  Surélevés

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Chapitre 5: Réservoirs q  Emplacement des réservoirs Ø  Introduction • 

L adduction transite le débit de la pointe journalière : Qpj = Kj.Qmj (Qmj : débit moyen journalier : produit de la dotation en eau et du nombre de population, Kj : coefficient de la pointe journalière). •  Le réseau de distribution transite le débit de la pointe horaire : Qph = Kh.Qpj (Kh: coefficient de la pointe horaire) Avec Qph > Qpj car Kh > 1 L emplacement optimal d un réservoir se situe au centre de gravité de l agglomération à desservir. Soit un puits situé à une distance L d une agglomération à alimenter et examinons les cas extrêmes pouvant se présenter. ð  Le réservoir peut être envisagé, soit au centre de gravité de l agglomération, soit au dessus du puits. www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs

Figure : Réservoir en ville

Figure : Réservoir sur captage

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Chapitre 5: Réservoirs •  Dans le premier cas : Pour une pression au sol H nécessaire en A, la pompe fonctionnera avec une pression au sol de : H + jL si j est la perte de charge unitaire dans la conduite de refoulement PA de diamètre D et qui débite Qpj, le Réservoir aura une hauteur H. •  Dans le deuxième cas : PA est une conduite de distribution qui doit pouvoir transiter le débit de pointe horaire Qph. En conséquence, pour obtenir en A la même pression H, il faudra : l  Soit, en conservant à la conduite le même diamètre D que dans le premier cas, construire au dessus du puits un réservoir de hauteur H+j L Si φ = Cte ⇒ j > j ⇒ H + j L > H + jL ⇒ niveau réservoir 2 > niveau réservoir 1 l 

Soit, augmenter le diamètre D de la conduite pour diminuer la perte de charge et, par conséquent, la hauteur du réservoir. Qph > Qpj ⇒ φDist > φAdd . www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs Ø 

Choix du site d un réservoir :

• 

La présence d un relief à proximité d une localité peut faciliter l établissement d un réservoir semi enterré qui sera toujours plus économique qu un réservoir surélevé (à capacité égale).

• 

Le réservoir doit être placé sur un site dont l altitude lui garantit une pression suffisante sur le réseau au moment de la pointe.

• 

La pression sur le réseau doit être comprise entre 20 et 60 m.

• 

S il existe entre la localité et le site du réservoir une grande dénivelée, on fait recours à une distribution étagée.

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6.1: Types des réseaux de distribution

Exemple d une distribution étagée : Ø  Ville située entre les cotes 30 et 70NGM Ø  Pmax = 60 m, Pmin = 20 m.

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Chapitre 5: Réservoirs Exemple distribution étagée : Ville située entre les cotes 30 et 70 NGM 1- Réservoir 1 placé à la cote 70 * Bas de la ville : 70 – 30 = 40m * Haut de la ville : 70 – x = 20m ⇒ x =50 NGM Le réservoir 1 alimente la zone située entre les cotes 30 et 50 2- Entre les cotes 50 et 70 On place un réservoir qui puisse garantir une pression minimale de 20 m sur la partie du réseau située à la cote 70 ; soit : 70+20 = 90 NGM. Sur la cote 50, on aura une pression de: 90 - 50 =40m.

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Chapitre 5: Réservoirs q  Capacité théorique d un réservoir Les fonctions fondamentales assurées par les réservoirs sont résumées cidessous : Ø  Régulation de débit Ø  Régulation de pression Ø  Sécurité d approvisionnement Ø  Simplification de l exploitation Le volume des réservoirs sur un réseau de distribution est déterminé à partir des fonctions indiquées ci-dessus.

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Chapitre 5: Réservoirs Ø 

Fonction de régulation entre la demande et la production :

Ce volume se détermine théoriquement en comparant sur un graphique, pour une journée donnée (généralement la journée de pointe de l horizon considéré pour le projet), l évolution en fonction du temps : • 

De la courbe des consommations cumulées telle qu elle peut être estimée à partir de mesure sur les conditions actuelles et de prévisions sur son évolution.

• 

De la courbe des productions cumulées telle qu elle résulte des conditions de production (débit constant ou variable suivant la nature de la ressource et ses conditions d exploitation)

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Chapitre 5: Réservoirs Ø 

Fonction relative à la sécurité d approvisionnement :

Volume nécessaire à assurer en cas d insuffisance de l alimentation (Ex:incident sur les équipements, durée d une pollution accidentelle, durée de réparation d une canalisation maîtresse d alimentation). Ce second volume dépend par ailleurs de la ressource, de l unicité ou de la multiplicité des origines de la ressource.

Ø 

Fonction réserve d incendie :

La réserve d incendie dans un réservoir est destinée à alimenter le réseau de distribution d un débit de 60m3/h durant 2 heures (17l/s), soit une réserve de 120 m3.

Ø 

Charge :

La charge, ou l altitude, du réservoir nécessaire pour assurer la distribution,est fournie par le calcul du réseau.

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Chapitre 5: Réservoirs Détermination de la capacité théorique d un réservoir : • 

Le réservoir doit stocker l eau pendant les heures de faible consommation.

• 

Le réservoir doit combler le déficit en eau pendant les heures de pointe.

• 

La détermination de la capacité théorique nécessite la connaissance de la variation du débit de la pointe horaire Qph : §  06h – 7h = Qpj §  07h – 11h = 3.5 Qpj §  11h – 16h = 0.4 Qpj §  16h – 18h = 2 Qpj §  18h – 22h = 0.5 Qpj § 

22h – 06 h = 0.125 Qpj www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs

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Chapitre 5: Réservoirs

Figure:Capacité théorique en adduction continue 24h/24 • La consommation totale (de la journée de pointe) = 24 Qpj ⇒ Qpj = Consommation totale de la journée de pointe / 24 • Le volume théorique du réservoir = 10 Qpj = (10 /24)x consommation totale de la journée de pointe= 42 % de la consommation totale de la journée de pointe.

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Chapitre 5: Réservoirs Ø 

Capacité pratique d un réservoir (fonctionnement d adduction 24h/24):

• 

En pratique, la capacité d un réservoir destiné à alimenter une agglomération est égale à la moitié de la consommation de la journée de pointe augmentée de la réserve d incendie. Le volume total à stocker dans un réservoir est : V = Vres théo + Vincendie

• 

Si on réduit le temps de fonctionnement de l adduction en passant de 24h/24 à 10h/24, le rapport du volume de réservoir à la consommation totale en journée de pointe passe de 42% à 92% correspondant à 22.Qpj (voir applications ci-dessous). Quant au pompage limité strictement aux 8 heures creuses, il requiert un volume assez peu supérieur au précédant = 23 Qpj, soit 23/24 = 95.8% de la consommation totale de la journée de pointe.

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Chapitre 5: Réservoirs q  Construction des réservoirs Ø 

Exigence technique à satisfaire dans la construction d un réservoir : •  • 

Résistance : le réservoir doit, dans toutes ses parties, équilibrer les efforts auxquels il est soumis Etanchéité : Il doit constituer pour le liquide qu il contient un volume clos sans fuite. Il doit donc être étanche.

Ø 

Durabilité :

•  • 

Le réservoir doit durer dans le temps, c est à dire que le matériau : béton, dont il est constitué, doit conserver ses propriétés initiales après un contact prolongé avec l eau. Enfin le contact avec le béton du parement intérieur du réservoir ne doit pas altérer les qualités du liquide emmagasiné. Le revêtement intérieur, s il protége le béton sous-jacent doit aussi protéger le liquide de l influence du béton.

Ø 

Un réservoir se compose de :

•  • 

Cuve (s) Chambre des vannes www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs Ø  • 

• 

Cuve : Les réservoirs sont : l  enterrés l  semi-enterrés l  surélevés Les deux premiers sont utilisés quand les conditions topographiques sont favorables et aussi pour de grandes capacités. Les sections de ces réservoirs sont : §  § 

• 

rectangulaires : V > 3000 m3 circulaires : V < 3000 m3

On utilise les réservoirs surélevés (ou châteaux d eau) quand les conditions topographiques l imposent et quand la capacité est faible.

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Chapitre 5: Réservoirs v 

Réservoirs enterrés et semi-enterrés :

Les réservoirs doivent être : l  couverts contre les contaminations l  aérés l  bien protégés contre la chaleur et le froid (protection thermique) l  Visitables l  Compartimentés pour faciliter le nettoyage (cuves identiques)

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Chapitre 5: Réservoirs è  Réservoirs rectangulaires : •  • 

•  •  • 

•  • 

La hauteur utile d eau : 4-5 m (revanche 1 m) La cuve peut comporter un ou plusieurs refends pour consolider l ouvrage en cas de séisme et aussi pour garantir une bonne circulation de l eau à l intérieur de l ouvrage. Les parois sont constituées par des voiles en béton, l intérieur doit être couvert d un enduit étanche. La dalle (couverture) doit reposer sur des poteaux en béton armé La couverture doit comporter : §  Etanchéité multicouche §  Isolation thermique ü  1 couche de sable ü  dallettes en béton ü  1 couche végétale Le réservoir doit comporter un système de drainage périphérique et sous le radier Le réservoir doit comporter des lanterneaux d aération www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs

Figure : réservoir enterré rectangulaire www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs è  Réservoirs circulaires: Ces réservoirs ont une section circulaire et la couverture parfois bombée, le reste est identique au réservoir rectangulaire.

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Chapitre 5: Réservoirs v 

Réservoirs surélevés

Ces réservoirs ont deux problèmes : l  esthétique l  adaptation au site Les formes des cuves de ces réservoirs sont : l  Cylindrique : V < 1000 m3 l  Tronconique : V > 1000 m3 Ils comprennent une cuve montée sur tour ou sur des piliers. La cuve est en béton armé ou en béton précontraint. l  l  l 

l 

l 

l 

La hauteur d eau dans la cuve =5- 6 m, avec revanche = 1m La cuve doit être visitable et ventilée. La cuve doit être accessible par des escaliers, des échelles ou des échelons disposés à l intérieur ou l extérieur de la tour. Pour la préservation contre les variations de température, on utilise une couche de protection thermique sur la coupole. Elle est parfois doublée d une enveloppe en briques creuses. Un tuyau de descente d eau doit être placé pour recueillir les eaux de pluie reçues par la couverture L intérieur de la cuve doit être revêtu par un enduit étanche www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs

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Chapitre 5: Réservoirs Ø  v 

Chambre des vannes (ou chambre de manœuvre) : Réservoirs enterrés ou semi-enterrés

La chambre des vannes comprend : •  conduite d arrivée (ou adduction) •  conduite de départ (ou de distribution) •  trop plein •  vidange •  robinetterie

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Chapitre 5: Réservoirs è  Conduite d arrivée: • 

• 

La conduite d adduction, à son débouché dans le réservoir doit pouvoir s obturer quand l eau atteint dans la cuve son niveau maximal : une obturation par robinet flotteur si l adduction est gravitaire ou un dispositif permettant l arrêt du moteur si l adduction s effectue par refoulement. L arrivée peut être placée soit au fond du réservoir, soit à la partie supérieure ou même déverser au dessus de la surface libre.

è  Conduite de distribution: • 

Pour faciliter le brassage de l eau dans le réservoir, l orifice de départ de la conduite de distribution devra être situé autant que possible à l opposé de l arrivée, il sera placé à 0.15 ou 0.20m du fond pour éviter d entraîner dans la conduite de distribution d éventuels dépôts décantés dans le réservoir.

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Chapitre 5: Réservoirs è 

Trop plein:

Cette conduite de trop plein devra pouvoir évacuer la totalité du débit Q entraînant le dépassement du niveau maximum de l eau au réservoir. Elle ne comporte pas de robinet sur son parcours. Le trop- plein comporte : §  Un évasement en forme de tronc de cône dont la plus grande circonférence du rayon R formera déversoir à seuil circulaire pour le passage du débit Q sous une hauteur h. §  Le débit évacué est donné par :

Q = 27,85.µ.R .h 3/2

(µ

= 0,4 )

Q = 11,15.R.h3 / 2 § 

La canalisation de trop plein doit déboucher à un exutoire voisin. www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs è  Vidange: Elle part du point bas du réservoir et se raccorde sur la canalisation de trop plein. Elle comporte un robinet vanne. Son diamètre dépend du temps de vidange du réservoir.

è  By-pass entre adduction et distribution : En cas d indisponibilité (nettoyage ou réparation du réservoir), il est bon de prévoir une communication entre ces deux conduites.

è  Comptage : A la sortie de la conduite de distribution, un compteur doit être ménagé pour pouvoir effectuer des relevés périodiques de la consommation totale.

è  Robinets- vannes : Dans chaque canalisation (arrivée, départ, vidange…..) un robinet-vanne doit être prévu pour pouvoir effectuer le sectionnement de chacune de ces conduites en cas de besoin.

è  Tuyauterie : Pour la protection de tuyauterie contre la corrosion, celle-ci doit être galvanisée. www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs

Figure : Chambre des vannes d un réservoir enterré rectangulaire www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs v 

Réservoirs surélevés :

La chambre de manœuvre se situe au pied de la tour où se trouvent réunies les vannes. Seule la vanne de vidange se manoeuvre à partir d une plate-forme ménagée sous la cuve.

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Chapitre 5: Réservoirs q  Applications Calcul des capacités théoriques d un réservoir pour les cas suivants : Ø  Cas 1 : correspond à un pompage nocturne de durée 10 heures/24, entre 20 heures et 6 heures Ø 

Cas 2 : correspond au cas d un pompage nocturne de durée 8 heures/ 24, limité aux heures creuses de fourniture d énergie, c'est-à-dire entre 22h et 6h

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Chapitre 5: Réservoirs q  Solution : On voit sur les deux figures ci-dessous : Ø 

Figure 1 : Le pompage nocturne pendant 10 heures, avec un débit égal à 2,4 Qpj, nécessite un réservoir pouvant contenir 22 heures du débit Qpj, soit 22/24 = 91.7% de la consommation de la journée de pointe.

Ø 

Figure 2 : Si le pompage est limité strictement aux 8 heures creuses, le réservoir requiert un volume assez peu supérieur au précédant = 23heures de débit Qpj, soit 23/24 = 95.8% de la consommation de la journée de pointe.

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Chapitre 5: Réservoirs

Figure1 : Capacité du réservoir en adduction nocturne (pompage 10h/24) www.almohandiss.com

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Chapitre 5: Réservoirs

Figure 2 : Capacité du réservoir en adduction nocturne (pompage 8h/24) www.almohandiss.com