Conception Des Reseaux

CONCEPTION DES RESEAUX D’IRRIGATION

Conception des réseaux d'irrigation

1

• •

Définition : Le réseau d’arrosage est d’ouvrages mis en œuvre pour : – – – – – – –

• •

l’ensemble

stocker l’eau ; la transporter d’un point à un autre ; la distribuer et la répartir ; la régulariser ; en assurer le contrôle ; éliminer l’excédent ; l’assainissement et le drainage.

Objectifs : Amener l’eau depuis la source jusqu’à n’importe quel point du périmètre de façon fiable, avec la quantité et la qualité requise, au moyen d’infrastructures appropriées. Conception des réseaux d'irrigation

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Classification des réseaux. a)

•

réseau gravitaire, ou à ciel ouvert : L’écoulement de l’eau dans tous les ouvrages s’effectue de façon gravitaire.

•

Inconvénients : – – –

•

Perte de surface (entre 5 à 10% de la surface du périmètre) ; Efficience limitée (80% au niveau du réseau et 60% au niveau de la parcelle agricole) ; Obstacles physiques.

Avantages : – – – –

Réseau classique (main d’œuvre non qualifiée, matériaux sur place) ; Identification facile des éventuelles pertes ou casses ; Curage facile des ouvrages ; Entretien et maintenance ponctuels. Conception des réseaux d'irrigation

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Réseau sous pression (réseaux enterrés). – Inconvénients : » Recours à l’énergie pour véhiculer l’eau ; » Sollicite du matériel et des équipements souvent importés. – Avantages : » Système enterré, d’où perte en surface limitée ; » Meilleur efficience dans l’utilisation des eaux ; » Permis l’utilisation de matériel d’irrigation approprié et économe d’eau. » Possibilité d’ingestion d’engrais dans le réseau d’irrigation Conception des réseaux d'irrigation

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Lit de pose

Pose de conduite Gros Diamètre Conception des réseaux 6 d'irrigation

Composition des réseaux – Équipements.

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a) ouvrage de prise ou d’alimentation : stations de pompage (rivière, puits, etc..)

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a) ouvrage de prise ou d’alimentation : Digue ou seuil sur rivière

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a) ouvrage de prise ou d’alimentation : Prise sur barrage

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b) canal principal ou conduite tête morte : Infrastructure assurant le transfert d’eau depuis la source jusqu’au réseau de distribution.

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c) Réseau de distribution : assure le cheminement de l’eau jusqu’à l’entré de l’exploitation agricole.

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d) Réseau interne : distribue l’eau au niveau de la parcelle agricole.

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CHOIX DU SYSTEME D’IRRIGATION 1) Types d’irrigation : – –

Gravitaire ; Aspersion (basse, moyenne et haute pression); • • • •

–

Système californien ; Asperseurs ; Pivots ou rampe latérale ; Enrôleurs.

Goutte à goutte ou localisée

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Réseau sous pression Rampe latérale

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Réseau sous pression Pivots

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Enrôleurs

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2) Critères de choix du type d’irrigation. –

Type de culture : assolement ; généralement pour les plantations, en préconise l’irrigation localisée. Topographie :

– • • •

Terrain à pente douce et régulière (i< 3%) : irrigation gravitaire ; Pente comprise entre 3 et 15% : irrigation par aspersion ; Pente > à 15% : irrigation en goutte à goutte, avec l’utilisation de goutteurs autorégulants.

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3) Sol : critère dominant, la perméabilité. – Pour des sols perméables (infiltration > à 10-4 m/s) : irrigation gravitaire ; – Pour des sols imperméables (infiltration > à 10-6 m/s), irrigation par aspersion ou localisée

•

Généralement un sol convenable pour l’irrigation a une perméabilité comprise entre 10-5 et 5.10-5 m/s.

4) Disponibilité de la ressource eau (quantité et qualité). • Efficience du système (efficience globale) – – –

Gravitaire Aspersion Localisé

: 50%; : 60%; : 80% Conception des réseaux d'irrigation

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5) Énergie :

Le système aspersif consomme plus d’énergie, par rapport au mode localisé. Quant au gravitaire, ce dernier n’en consomme pas. 6) Rentabilité économique.

7) Impact environnemental

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SYSTEMES DE PRELEVEMENT DE L’EAU • Prise gravitaire : qui comprend généralement : – un barrage seuil : ouvrage réalisé pour permettre de relever l’eau à un niveau donné, et orienter l’écoulement vers un chenal donné ; – Bassin d’admission : ouvrage sous forme d’un entonnoir, qui assure généralement la réception des dépôts solides ;

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Prise gravitaire – Vanne de garde : équipement hydromécanique statique permettant l’accès de l’eau dans le chenal en cas d’ouverture.

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– Système de régulation : équipement hydromécanique assurant le contrôle des débits à transiter. Généralement c’est une vanne avec une balançoire installée dans le canal, permettant le maintien du niveau d’eau dans le canal;

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Stations de pompage • un ensemble d’équipement (Génie Civil, hydromécanique et électrique) permettant de relever l’eau d’un point donné à un autre. • Pompe : appareil capable de transformer de l’énergie mécanique en énergie hydraulique ; Conception des réseaux d'irrigation

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Conduite de refoulement

Corps de la pompe

Générer un débit en transformant de l’énergie mécanique en énergie hydraulique. Elle est un générateur de débit.

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Colonne d’aspiration

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Fonctionnement d’une pompe Le principe des pompes utilisées en hydraulique est basé sur la variation de volume entre l’aspiration et le refoulement (volumétrique). • La caractéristique principale d’une pompe est sa cylindrée (c’est le volume de fluide aspiré en 1 tour de pompe), elle s’exprime généralement en cm3/tr. • Q = Vg x N / 1000. avec – Q = débit, en litres / minute (l / mn); – Vg = cylindrée, en cm3 / tr; – N = vitesse de rotation de la pompe en tr / mn Conception des réseaux d'irrigation

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PRINCIPALES CARACTERISTIQUES D’UNE POMPE HYDRAULIQUE • Une pompe se caractérise par : – sa cylindrée (Vg en cm3 / tr) ; – le niveau de pression supportable ; – son rendement ; – sa vitesse de rotation ; – son prix, …

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CLASIFICATION DES POMPES • Les pompes sont classées en 3 grandes familles : – pompes à engrenages ; – pompes à palettes ; – pompes à pistons.

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Pompe à engrenage externe • principes de fonctionnement La partie mobile des pompes à engrenage est composée de deux pignons qui engrènent et qui sont logés dans un corps. Un de ces "arbres pignons" est menant, couplé par un système de liaison élastique à l'arbre moteur. L'autre est mené par son engrènement dans le premier. Le fluide hydraulique remplit le volume entre-dents et il est transporté de l'aspiration vers le refoulement en occupant le volume entre-dents. Conception des réseaux d'irrigation

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Pompe à palette • Principe de fonctionnement: • Le stator est fixe dans le corps de pompe . Le rotor est muni de rainures dans lesquelles sont logées des palettes. • Le rotor est entraîné en rotation dans le sens horaire par le moteur électrique. Les palettes sous l’action de la force centrifuge sont plaquées sur le stator. L'excentration entre rotor et stator permet aux palettes d'effectuer des mouvements alternatifs dans les rainures exécutées dans le rotor. • Quand les palettes passent devant le lamage d'aspiration, le volume entre palettes augmente, c'est la phase aspiration de la pompe. • Les palettes continuant leur rotation, elles sont repoussées dans leur logement sous l'effet de l’excentration. Le volume entre palettes est en diminution, c'est la phase de refoulement de la pompe.

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- 1 : corps - 2 : stator - 3 : rotor - 4 : lamage de refoulement - 5 : lamage d'aspiration - 6 : palette

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Pompes à pistons axiaux • Principe de fonctionnement : Le barillet solidaire de l'arbre de pompe porte généralement 9 pistons. Le mouvement alternatif des pistons est imposé par l'inclinaison du plateau. Cette inclinaison peut-être fixe ou variable. Durant la phase d'aspiration, les pistons sortent du barillet (augmentation de volume). Durant la phase de refoulement, l'inclinaison du plateau chasse les pistons dans le barillet, c'est la diminution de volume. Conception des réseaux d'irrigation

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- 1 : corps - 3 : patin de glissement - 5 : barillet - 7 : arbre de pompe

Pompe à palette

- 2 : plateau face ou inclinable - 4 : piston - 6 : glace de distribution

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Les principaux éléments d’une station de pompage – – – – –

la conduite d’aspiration ; le groupe motopompe ; la conduite de refoulement ; une vanne d’étranglement pour ajuster le débit refoulé ; le clapet de pied ou clapet anti-retour ; organe permettant à l‘eau de circuler dans un sens, et le retient dans l’autre sens; – la crépine : équipement de filtration à la base de la conduite d’aspiration ; – Manomètre (lecture des pressions en amont et en aval du groupe motopompe) ; – Equipement anti-bélier : protection contre les surpression et les sous pression dans la conduite de refoulement. Conception des réseaux d'irrigation

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Dimensionnement d’une station de pompage Pression de service

Href Groupe motopompe Hasp

Href : hauteur géométrique de refoulement ; Hasp : hauteur géométrique d’aspiration. Hauteur géométrique totale « Hg », Hg = Href + Hasp Hauteur manométrique totale = Hg + Ps + Pertes de charges (linéaire et singulière).

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Le choix d’une pompe • Le choix d’une pompe se fait sur la base de sa puissance. • Soit une pompe sollicitée pour: – un débit Q (l/s); – une hauteur manométrique totale Hmt (m)

• La puissance totale que la pompe doit transmettre à l’eau à la sortie de la pompe est : Pe = ρ g Q Hmt avec : – Pe : puissance effective; – ρ : densité eau – g : pesanteur

• Pour une pompe d’un rendement donnée (Rp), la puissance de la pompe serait de : Pp= Pe/Rp • La puissance du moteur d’entraînement serait de : Pm= Pp/Rm Conception des réseaux d'irrigation

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Exemple de calcul • Choix d’un moteur pour actionner une pompe relevant de l’eau avec un débit Q= 50m3/h sur une hauteur manométrique totale Hmt=45m, le rendement de la pompe est de 70% . Pe = ρ g Q Hmt = 103 x 9,81 x (50/3600) x 45 = 6131,25 w Pp= 6,13 / 0,7 = 8,7 Kw Rendements observés pour différents types de moteurs: Moteur électrique : 90% ; Moteur à essence : 70 à 75% ; Moteur diesel : 65 à 70% Donc pour un moteur électrique, la puissance sollicitée serait de: Pm= 8,7 / 0,9 = 9,7 Kw ; Conception des réseaux d'irrigation

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• 1 KW = 1,36 CV • Pratiquement on adopte des majorations de puissance pour le choix des moteurs : – 30% pour des puissances inférieures à 5 CV ; – 20% pour des puissances comprises entre 5 et 25 CV ; – 10% pour des puissances supérieures à 25 CV.

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Régulation des stations de pompages • réservoir de service: son rôle est de stocké l’eau en cas d’excès et de la restituer en cas de déficit.

Vers réseau d’irrigation

Groupe motopompe

Ainsi le réservoir reçoit l’eau de façon constante à partir de la pompe (Q), et alimente le réseau d’irrigation via un débit variable (q). si Q > q : le réservoir se remplit ; si Q < q : le réservoir se vide Conception des réseaux d'irrigation

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Le cycle de fonctionnement d’un réservoir

• T = Tr + Tv avec – Tr : temps de remplissage ; – Tv : temps de vidange.

• V = (Q – q) Tr • V = q Tv • On définit q = α Q T=

V Q-αQ

+

V αQ

=V(

avec α < 1 1 Q-αQ

+

1 αQ

)

• D’où V = QT α ( 1 - α ) Conception des réseaux d'irrigation

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DIMENSIONNEMENT DU RESEAU D’IRRIGATION

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Irrigation ? • Apport d’eau artificiel à une culture en vue de lui fournir l’eau (et les fertilisants dans le cas de la fertigation) nécessaire à sa croissance et son développement.

Gravitaire

Aspersion Conception des réseaux d'irrigation

Localisée 44

a) Réseau gravitaire : –Tracé du réseau : Généralement les canaux sont posés avec une pente de l’ordre de 1‰ permettant une vitesse d’écoulement de 1m/s. En effet une vitesse plus faible (0,1 à 0,2m/s) induirait des dépôts de sédiments (matière en suspension). Les adducteurs principaux suivent les courbes des niveaux qui dominent le périmètre, alors que les réseaux de distributions sont inclinés par rapport aux courbes de niveaux. Le tracé du réseau dépend étroitement de la topographie du relief. Conception des réseaux d'irrigation

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•

Dimensionnement : L’écoulement dans un canal à ciel ouvert obéi à des lois hydrauliques faisant notamment intervenir le débit, la pente et les caractéristiques de la section découlement, à savoir : sa superficie, sa rugosité et sa forme géométrique. Pratiquement en utilise une des formules suivantes : Conception des réseaux d'irrigation

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•Formule de CHEZY (formule de BAZIN). • V= C.R1/2. I1/2 ou – V : la vitesse en m/s ; – R : rayon hydraulique (quotient de la section S par le périmètre mouillé en m) ; – I : pente ; – C : coefficient de CHEZY, calculé par la formule de BAZIN. 1

C= 1+

γ R1/2

γ : étant le coefficient de rugosité caractérisant la nature des parois du canal. Conception des réseaux d'irrigation

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•Formule de STRICKLER (ou de MANNING) • V = k R2/3. I½ ou k est le coefficient de STICKLER caractérisant la nature des parois. • La formule de MANNING est identique, k est remplacé par 1/n. • Le coefficient k peut varier entre 100 pour des parois en ciment lissé en parfait état, et 10 pour les chéneaux naturels encombrés de végétations et en mauvais état. • D’une manière générale, on peut adopter 60 à 70 pour les canaux revêtus en béton et 30 à 40 pour les canaux en terre. Conception des réseaux d'irrigation

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b) Réseau sous pression : –

Tracé : Pour les réseaux sous pression, la topographie importe peu. Le dimensionnement ciblera l’optimisation de son linéaire.

– –

La méthode couramment utilisée en la matière est la méthode géométrique.

i)

Méthode géométrique : Principe : Somme vectorielle est nulle A γ

α B

MA + MB + MC = 0

M β C

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Dimensionnement du réseau sous pression Optimisation du réseau fait appel la méthode de LABYE.

•

Données de bases : – tracé du réseau ramifié et en particulier la longueur de chaque tronçon ; – débit dans chaque tronçon ; – côte piézométrique minimale à respecter en chaque point du réseau (niveaux prises d’irrigation) ; Conception des réseaux d'irrigation

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– de même il faut fixer les vitesses minimale (0,2m/s) et maximale (2,0m/s) de l’eau dans les tuyaux ; – bordereau des prix des tuyaux selon les diamètres ; – loi de perte de charge pour chaque type de conduite.

J = L QM / DN avec *Q : débit en l/s ; *D : diamètre de la conduite en m ; *J : perte de charge unitaire en mm/m ; * L,M,N : coefficient fonction de la nature du matériau utilisé Amiante ciment Béton précontraint

: L=1,01 ; M= 1,84 et N= 4,88 ; : L=1,05 ; M= 1,60 et N= 4,93

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Il s’agit alors de déterminer les diamètres des tuyaux qui satisfont aux conditions hydrauliques (débit et pression) imposées et qui conduisent au coût minimum.

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n° TR

Noeud Amont

Nœud Aval

Nombre bornes

Diamètre (mm)

Longueu r (m)

Débit (l/s)

Vitesse (m/s)

P.D.C (m)

1

9999

1

1

1500

2200

2500

1.42

1.71

2

1

526

1

1000

80

1119

1.43

0.11

3

526

527

1

1000

160

1118

1.42

0.21

4

527

528

1

1000

390

1117

1.42

0.51

5

528

529

1

1000

100

1115

1.42

0.13

6

529

530

1

1000

220

1106

1.41

0.28

7

530

531

1

1000

205

1103

1.40

0.26

8

531

532

1

1000

330

1093

1.39

0.42

9

532

533

1

1000

446

1066

1.36

0.54

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Ouvrages d’un réseau d’irrigation Dans un réseau d’irrigation, les éléments linéaires que sont les canaux ou conduites assurent le transport de l’eau, tandis que toutes les autres fonctions sont remplies par des ouvrages ponctuels, dont on peut citer principalement :

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• les ouvrages de régulation du plan d’eau à un endroit déterminé du réseau. On peut avoir recours soit à un ouvrage statique comme le déversoir soit à un ouvrage équipé d’un appareillage hydromécanique comme les vannes automatiques à niveau constant ;

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• les ouvrages de répartition du débit soit en plusieurs fractions (partiteurs), soit par prélèvement d’une certaine quantité déterminée (ouvrage de prise). • Les ouvrages de sécurité contre les débordements intempestifs ; • Les ouvrages de franchissement des obstacles (ponts ou siphons) ; • Les ouvrages de distribution au niveau de la parcelle, cas particulier des ouvrages de répartition, fonctionnant la plupart du temps en « tout ou rien » Conception des réseaux d'irrigation

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Modes d’irrigation à la parcelle

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Irrigation à la raie

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Planche ou Calant

Cuvette

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Schéma d’une installation d’irrigation par aspersion

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Caractéristiques des busages et dispositifs d’implantation en couverture intégrale Buses (mm)

1 buse -4 - 4,4 - 4,8 2 buses - 4 x 2,4 - 4,4 x 2,4 - 4,8 x 2,4

Pression (bars)

Débit (m3/h)

Portée (m)

Dispositif d’implantation 18x18

- 3,5 - 3,5 - 3,5

- 1,2 - 1,5 - 1,7

- 14 - 15 - 15

- 3,7 - 4,6 - 5,2

- 3,5 - 3,5 - 3,5

- 1,5 - 1,7 - 2,1

- 14 - 15 - 15

- 4,6 - 5,2 - 6,5

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