Chapitre 5: Dimensionnement des ouvrages d’assainissement: 5.1. Déversoirs d’orage

Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement 5.1.

Déversoirs d’orage:

Les déversoirs d’orages permettent de diminuer la charge des stations d’épuration, mais de l’autre côté, ils déversent une grande quantité de matières polluantes provenant des eaux usées dans le milieu naturel par temps de pluie. Le calcul des déversoirs d’orage a trait : • A la galerie proprement dite • Au seuil de déversement dont la cote conditionne le fonctionnement de l’ouvrage. La galerie doit être calculée pour pouvoir transiter la totalité des débits amont. Aucune règle générale ne peut être fournie quant à la fréquence de fonctionnement des déversoirs, celle –ci étant essentiellement fonction des conditions locales.

5.1.1. Calcul d’un déversoir d’orage

La procédure de dimensionnement des déversoirs d’orage est : -

-

-

Evaluation du débit maximum conservé à l’aval vers la station d’épuration, selon une dilution admissible à la station. Ce débit est de l’ordre de 3 à 6 fois le débit de temps sec. Détermination de la valeur du seuil de fonctionnement ainsi que la valeur de remplissage de la conduite d’amenée, cette dernière valeur déterminant le niveau de trop plein. Pour les débits de l’événement orageux considéré, on calcule ensuite la longueur du déversoir par application des formules du seuil (fonction du type de l’ouvrage).

La formule utilisée est celle de Poléni : 2 Qd = .µ ..b.h 2.g.h 3 35

Qd : débit du flot déversé en m3/s µ : coefficient de débit b : longueur de la crête déversante (m) h : hauteur de charge(m) g : accélération de la pesanteur (9,81 m/s2 ) Exemple :

On peut déterminer le débit du collecteur principal s’amenant vers la station d’épuration lorsque la dilution 5 (1 partie d’eau usée pour 4 parties d’eau pluviale) est atteinte par rapport au débit de temps sec. Diamètre du collecteur principal avant le déversoir d’orage : D 600 mm. Pente 1.6% Débit par temps de pluie : 800 l/s Débit par temps sec : 60 l/s On demande de : a) Calculer la longueur du déversoir b) Calculer le diamètre du tuyau d’étranglement (eau usée) après le déversoir sur une longueur de 40m. 2 3 H

1 2

On utilise l’équation de Manning Strickler Q = K St . A.R .I avec K = 90. Calcul de la longueur du seuil du déversoir (Formule de Poléni) 3 2 Qd = .µ.b. 2.g .hd 2 avec µ = 0.6 3 Solution : a) Le débit du collecteur s’amenant vers la station d’épuration avec une dilution 5 Q1 = (60 x 4) + 60 = 300 l/s

Le débit rejeté directement dans le cours d’eau : Q2 = 800 – 300 = 500 l/s *Calcul du niveau d’eau p1 dans la conduite d’arrivée D : 600 mm I : 1.6% K = 90 Le débit à pleine section 2 3 H

1 2

Q = K St . A.R .I = 90.

π .0,62 ⎛ 0,6 ⎞ 4

.⎜ ⎟ ⎝ 4 ⎠

2 3

.(0,016)2 = 0,908m3 / s ≅ 900l / s 1

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La hauteur partielle par temps de pluie : Rq =

QT 800 = = 0,89 QV 900

Ce qui est équivalent ( en utilisant l’abaque donné en annexe) à un rapport de remplissage de h/H=0,77 Donc p1= (h/H) x 600 =0,77 x 600 = 462mm * La hauteur partielle p2 lorsque le débit = 5x débit par temps sec = 300 l/s QT 300 = = 0,33 QV 900 Ce qui est équivalent ( en utilisant l’abaque) à un rapport de remplissage de h/H=0,38 Donc p2=( h/H) x 600 =0,38 x 600 = 228mm La hauteur du seuil du déversoir est de 228 mm. Coupe :

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Calcul de la longueur du seuil du déversoir (Formule de Poléni) 3 2 Qd = .µ.b. 2.g .hd 2 3

3 Qd b= . 2 µ .. 2.g .h 32 d Avec µ = 0.6 3 b= . 2

0.5 3 2

= 7,05m

⎛ 0,462 − 0.228 ⎞ 0,6. 19,62 .⎜ ⎟ 2 ⎝ ⎠ On a choisi un déversoir à 2 espacements de 5,5 m (au total 11m). b) Calcul du tuyau d’étranglement (EU)

Il doit être construit de telle façon que le débit ne dépasse pas 300 l/s

Q =300 l/s Kst = 90 I= 1,6% Choisissons D 400 2 3 H

1 2

Q = K St . A.R .I = 90.

π .(0,4)2 ⎛ 0,4 ⎞ 4

2

3 .⎜ ⎟ .(0,016)2 = 0,308m / s ≅ 300l / s , le diamètre choisi est ⎝ 4 ⎠ 1

bon

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5.2.

Bassins de retenue:

Les bassins de retenue sont utilisés dans le cas où on cherche à réduire les dimensions des collecteurs projetés à l’aval en étalant les débits de pointe sur un temps imposé par les conditions d’écoulement à l’aval. On peut utiliser les dépressions naturelles comme des bassins de rétention, si on les relit au réseau d’assainissement pour l’évacuation des débits de ruissellement stockés pendant un certain temps dans la dépression. Ces bassins sont constitués par un corps de bassin et un ouvrage aval constitué par un seuil d’évacuation qui peut être un déversoir ou un orifice.

Figure : Hydrogrammes d’entrée et de sortie d’un bassin de retenue

On peut obtenir l’hydrogramme de débit à l’entrée du bassin de retenue à partir de la courbe intensité – durée de la pluie maximale pour la fréquence choisie. Calcul du volume d’un bassin de rétention :

L’instruction technique Française CG 1333 cite une méthode dite “ des Volumes ” pour calculer le volume utile d’un bassin de rétention. L’application de cette méthode revient à calculer un volume V en fonction du temps t, le volume sera maximum quand dV = 0 dt La formule de base pour calculer la capacité d’un bassin de rétention s’écrit : V = h. S.C - Q.t

dans laquelle : V : est le volume de retenue en m3 h : est la hauteur d’eau tombant pendant un temps t, elle est donnée par la formule : h = a.t(1-b)

où a et b sont les paramètres de la formule de Montana

i = a.t-b

a : est à multiplier par 10-3 pour obtenir h en m; S : surface en m²

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C : Coefficient d’apport : Fraction du volume d’eau précipitée qui arrive au bassin de rétention Q : est le débit admissible à l’aval (débit de fuite) en m3/mn t : est le temps en mn. Les formules d’application sont : -1/b t =

Q a (1-b).S.C

V = a.S.C. t1-b - Q.t

La détermination de C est délicate, on pourra adopter en première approximation les valeurs ci-après pour des pourcentages de boisement variant de 0 à 100% : • Sol imperméable (argileux)

- 0,60 à 0,15

• Sol plutôt imperméable

- 0,40 à 0,10

• Sol plutôt perméable

- 0,20 à 0,05

• Sol perméable (sableux)

- 0,10 à 0,05

Le débit de sortie du bassin de rétention s’écrit : Qs = mΩ . √ 2g h

Qs : débit sortant du bassin de rétention (m3/s) h : hauteur de l’eau dans le bassin de rétention (m) g : accélération de la pesanteur, g = 9,81 m/s² m : constante caractéristique de l’orifice, m = 0,7

Ω : section de l’orifice (m²)

Application 5.1 : Calcul du volume d’un bassin de retenue Soit une cuvette dont le volume est de 248594m3. Le bassin d’apport de ladite cuvette a les caractéristiques suivantes : Superficie (ha) 1145

Paramètres de montana a 3.87

b 0.56

Coefficient d’apport C 0.4

On demande de calculer : 1. le volume du bassin de retenue 2. le débit de fuite pour un temps de vidange de 6 heures 3. la section de l’orifice pour l’évacuation du débit de fuite.

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5.3.

Siphons à point bas:

Ils ont pour rôle de franchir un obstacle à un niveau plus haut ou plus bas que celui du collecteur principal. Un obstacle peut être un cours d’eau, un canal, une route, un tunnel, une voie ferrée, une tranchée ou une conduite à grande dimension.

Les siphons à point bas fonctionnent toujours en charge, même s’ils transitent un débit très faible (débit par temps sec). Afin d’éviter l’obturation de siphons par des résidus secs volumineux, on choisit le même diamètre minimum que celui du réseau (Φ200 pour un réseau des eaux usées, Φ 300 pour un réseau unitaire ou pluvial). Le calcul hydraulique consiste à réaliser une vitesse minimale (environ 1 m/s pour un collecteur des eaux usées, 1.20 à 1.50 m/s pour un réseau unitaire ou pluvial). Pour la réaliser, il faut souvent utiliser plusieurs conduites en parallèle (une conduite pour le débit par temps sec, avec une ou plusieurs conduites en parallèle pour le débit par temps de pluie). Lorsqu’on ne peut pas réaliser les vitesses minimales ci-dessus, il faut installer des chasses d’eau. Un siphon à point bas doit avoir un regard de visite à chaque extrémité. Le calcul consiste donc à : -

déterminer les sections S1 et S2 pour les débits minima ;

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calculer les pertes de charge et la répartition des débits minima ;

-

vérifier si l’ensemble peut évacuer les débits maxima et éventuellement augmenter les section S1 et S2.

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