Cours Assainissement 1(1)

1 Introduction à l’assainissement

Les analyses du site et facteurs intervenants en assainissement Chaque site dépendant d’un système de drainage ou de collecte, qu’il s’agisse d’un bassin versant, d’un espace libre ou d’une zone d’extension à raccorder à l’existant, présente des spécificités. Il convient d’en analyser toute les participants touchant à l’assainissement que ce soit : la topographie, l’urbanisme, le climat, la qualité des sols et leurs occupation, …etc.

I. Morphologie du terrain et topographie Le relief, les chemins de ruissèlement, les sens d’écoulement, etc. sont autant d’éléments topographiques et morphologiques nécessaires à l’analyse hydrologique des bassins versant décomposés en éléments homogènes. La topographie est un paramètre imposé et son rôle est essentiel en matière d’assainissement et écoulements gravitaires. En effet la vitesse critique d’auto-curage obtenue à partir de cette vitesse minimale maintient les particules en suspension et évite le dépôt. (V>0,6 m/s). En terrain plat, ces conditions entrainent de l’amont vers l’aval un approfondissement couteux du réseau. Le relèvement mécanique des effluents est donc indispensable, ce qui entraine, pendant l’écoulement du réseau de fortes dépenses d’exploitation. Réseaux d’eaux usées

relèvement acceptable

Réseaux d’eaux pluviales à éviter dans toute la mesure du possible compte tenu de la discontinuité des pompages et de l’importance instantané des flots d’où création de bassin de retenue assurant le stockage, des eaux d’orage ce qui peut diminue les dimensions de certaines sections et réduire le cout de relèvement. A conclure que le paramètre topographie est une contrainte majeure dans l’étude d’un projet d’assainissement.

2. Hydrogéologie et régime des nappes Le contexte hydrogéologique traversé par un collecteur peut comporter des nappes d’eaux souterraines perchées (captive) ou alluviales dans la puissance dépend de la période hydrologique. En période humide, les réseaux non étanches posés en point bas de ces zones sont sujets à l’intrusion d’eaux parasites. A l’inverse, en période sèche, ils peuvent entrainés des fuites de pollution préjudiciables aux nappes. Plusieurs problèmes peuvent être posés par les ruptures des structures géologiques provoquées par les tranchées qui peuvent conduire les eaux de surface ou de nappe et constitués des tranchées drainantes.

2 Introduction à l’assainissement

En effet, la nature des terrains et leurs teneurs en eau autour des ouvrages existants ou projetés interviennent par les risques de glissement, de gonflement, de tassement, d’agressivité chimique des sols, de fluctuation des nappes phréatiques, etc. a cela s’ajoutent les effets extérieurs des charges statiques ou dynamiques relatives aux trafics des poids lourds et engins de chantiers durant les travaux. Ainsi avant d’implanter les ouvrages du réseau en vue de fixer le point de rejet et la nature de l’épuration à faire, le concepteur doit procéder aux choix nécessaires, comprenant notamment l’examen des circulations superficielles des eaux et le régime des nappes souterraines. -

Hydrographie : milieu récepteur Un ruisseau doit définir les capacités et les conditions d’accueil en quantité et en qualité. Un cours d’eau à régime très variable passant du niveau d’étiage au niveau de crue pouvant se répercuter dans les collecteurs. Le bord de la mer.

3. Pédologie et géotechnique Elle concerne les caractéristiques du sol liées à : -

-

-

La géométrie du site, sa pente, les couches de terrains rencontrées en couverture et en strates successives jusqu’au substratum. (problème de stabilité suite à la saturation ou au creusement d’une fouille, …etc.). La nature, la granulométrie, l’état des sols en surface, leurs perméabilités, le comportement au ruissèlement et à l’arrachement des matériaux susceptibles à être entrainés pour générer des dépôts dans les émissaires. La modification de la structure des sols suite à des travaux de terrassement et de remblaiement sans prise en compte des phénomènes d’hétérogénéité, de décompression de glissement, d’effondrement, …etc.  Perméabilité : définie comme étant la vitesse apparente de filtration dans les canaux capillaires du terrain. V=Q/S

Q : débit, S : surface unitaire du sol considéré Les expériences de DARCY montrent que cette relation s’écrit : V= K.j j: perte de charge unitaire K : coefficient de perméabilité (unité du gradient hydraulique m/s)  Résistance des sols : il faut souligner l’importance de la pente, l’imperméabilité et la structure du sol dans la génération des apports pluvieux, conditions d’écoulements et sédimentation. D’où nécessite la connaissance des sols et de leurs résistances mécaniques.

3 Introduction à l’assainissement

Pour tout les ouvrages souterrains et les ouvrages importants, comme les bassins de retenue, les postes de pompage, les stations d’épuration et dans une certaine mesure les collecteurs, une étude géotechnique de la structure des terrains est nécessaire. La nécessité de reconnaissance du sous sol au moyen de sondages sur l’étendue des zones considérées pour l’implantation des réseaux et des ouvrages de génie civil (propriétés mécanique du sous sol) : -

Constitution géologique Evolution de la charge de sécurité à la compression et l’importance des tassements Niveau piézométrique Teneur en eau

4. Hydrographie et influence des marées Le milieu récepteur à l’exutoire d’un évacuateur peut être : -

Un ruisseau dont on doit définir la capacité et les conditions d’écoulement en quantité et qualité. Un cours d’eau à régime très variable (étiage-crue) Des lacs et des étangs ou la sensibilité aux rejets est la plus forte Le bord de la mer avec, le cas échéant, l’influence des marées. (la pose d’un émissaire immergé est généralement nécessaire).

5. Climat, pluviométrie et hydrologie Un événement pluvieux de période de retour a une probabilité non nulle de se produire plus d’une fois dans cet intervalle de temps, ou de ne pas se produire du tout. En revanche, des événements statistiquement plus surs peuvent se produire au cours de cette période. En hydrologie urbaine, il est assez rare de recourir à des données spécifiquement adaptées au projet étudié. C’est la raison pour laquelle on s’attache à réunir une information de base, la plus complète possible pour aider à analyser par la statistique les événements pluvieux soit en limitant leurs paramètres. Le choix d’une période de retour à fixer pour le dimensionnement des collecteurs et pour la fréquence des déversements ne peut résulter que de situations générales ou particulières, de degré de production ou de compromis dont l’évolution revient aux responsables locaux.

4 Introduction à l’assainissement

6. Contexte urbain et occupation des sols Les villes ont des vocations différentes : villes importantes, moyennes, à population constante ou variable, à caractère administratif, touristique, résidentiel, portuaire, etc. Ce tissu urbain des villes est constitué d’une mosaïque d’occupation des sols dont les caractéristiques d’assainissement sont extrêmement variables. La nature et l’activité dominante de ces diverses composantes d’agglomération modifient les flux d’eaux usées ou pluviales et influent sur les réseaux et le fonctionnement des traitements.

1 Chapitre 1 : Effluents des agglomérations

Sommaire du chapitre 1

Chapitre 1 : Effluents des agglomérations............................................................................................. 2 I. Introduction ......................................................................................................................................... 2 II. Eaux de ruissèlement ......................................................................................................................... 2 A. Qualité des eaux de ruissellement ................................................................................................. 2 B. Débit à évacuer ............................................................................................................................... 2 1. La méthode rationnelle ............................................................................................................... 3 a) Coefficient de ruissellement.................................................................................................... 3 b) Intensité moyenne de précipitation........................................................................................ 4 c) Temps de concentration.......................................................................................................... 5 2. La méthode superficielle ............................................................................................................. 6 a) La pente moyenne................................................................................................................... 7 b) Allongement d’un bassin......................................................................................................... 7 III. Eaux industrielles............................................................................................................................... 7 A. Origine de ces eaux ......................................................................................................................... 7 B. Quantité à évacuer.......................................................................................................................... 7 IV. Eaux du service public ....................................................................................................................... 8 V. Eaux usées domestiques .................................................................................................................... 8 A. Nature des eaux usées domestiques .............................................................................................. 8 1. Les eaux vannes (de W.C)............................................................................................................ 9 2. Les eaux de vaisselle, de lavage, de bain et douche ................................................................... 9 3. Les eaux usées de la cour ............................................................................................................ 9 B. Quantité à évacuer.......................................................................................................................... 9

2 Chapitre 1 : Effluents des agglomérations

Chapitre 1 : Effluents des agglomérations I.

Introduction

Le système de canalisation, quelque soit sa nature, projeté au niveau d’une zone rurale, urbaine, industrielle, en assainissement, permet d’évacuer : -

Les eaux pluviales en quantité importante, qui englobent toutes les eaux de ruissèlement. Les eaux usées (eaux vannes, ménagères, etc.) provenant des habitations appelées également eaux d’origine domestique. Les eaux usées provenant des industries et services publics.

Le mode de transport de ces eaux est en fonction de leur origine, et leur composition en matières. De ce fait, elles peuvent être transportées séparément d’après leur nature ou mélangées dans le même transit soit dans un système unique.

II.

Eaux de ruissèlement :

A.

Qualité des eaux de ruissellement :

Nous pouvons avoir, lors d’un ruissellement, les eaux de pluie principalement et les eaux de lavage. Dans les premières minutes d’une chute de pluie, la teneur en matières organique qui est plus importante, dépend de la surface traversée par le ruissellement d’eau. Vers les dernières minutes de chute, cette teneur diminue du fait du lavage de ces surfaces. Pour des agglomérations à dominance industrielle, la pollution de ces eaux peut être importante à cause des eaux de lavage qui transportent les huiles et graisses déversées par certains services publics. (Station de lavage, services mécaniques, etc.). Néanmoins ces eaux, au cours de leur ruissellement, transportent du sable qui peut se déposer dans la canalisation, à la moindre chute de vitesse d’écoulement. Ce dépôt gène l’écoulement.

B.

Débit à évacuer :

Le calcul de base pour le dimensionnement d’un réseau pluvial, est la pluie (la plus forte) susceptible de survenir dans une période de 10 ans (débit décennal). Lors d’une chute de pluie, seule la fraction d’eau ruisselant, intéresse le dimensionnement d’un ouvrage déterminé, appelé à évacuer dans des conditions suffisantes le débit d’eau de cette fraction d’un bassin considéré. En fonction de l’étendue du bassin et de son urbanisation, nous considérons deux méthodes, les plus utilisées pour l’évacuation du débit pluvial :

3 Chapitre 1 : Effluents des agglomérations 1.

La méthode rationnelle

Cette méthode est utilisée pour des surfaces limitées (généralement inferieures à 10 ha). Le résultat est meilleur pour des aires encore plus faibles. Du fait de la bonne estimation du coefficient de ruissellement. Le débit déterminé est proportionnel à l’intensité moyenne, au coefficient de ruissellement et à l’aire balayée. =

: Débit à évacuer (l/s) ;

. .

: Coefficient de ruissellement ; : Intensité moyenne de précipitation (l/s/ha) ; : Surface d’apport (bassin) (ha). a)

Coefficient de ruissellement

C’est le rapport caractérisant le volume d’eau qui ruisselle de cette surface, au volume d’eaux tombées sur cette dernière :

=







é

é



La valeur de ce coefficient dépend de l’inclinaison, du genre et de la densité de la surface à drainer (terre rimeuse, avec ou sans végétation, sable, rocher, …etc.) l’humidité de l’air, l’humidité de la surface, la durée de la pluie. A. Coefficient de ruissellement de certaines surfaces : TYPE DE SURFACE Toits en métal, tuiles, en ardoise Trottoirs en chaussée avec peu de joints Pavé en pierres naturelles en briques Rue en bois avec des joints cimentés Pavage en blocages Surface goudronnée Chemin en gravier Gare, terrain de sport Parc, jardin gazons Foret

Cr 0,9 0,85-0,9 0,85-0,9 0,75-0,85 0,40-0,50 0,25-0,60 0,25-0,30 0,10-0,30 0,05-0,25 0,01-0,20

4 Chapitre 1 : Effluents des agglomérations

B. Coefficient de ruissellement pour différentes densités de population : DENSITE DE POPULATION / HECTARE 20 30-80 60-150 150-200 200-300 300-400 400-700

Cr 0,23 0,2 à 0,27 0,25 à 0,34 0,30 à 0,45 0,6 à 0,62 0,6 à 0,82 0,7 à 0,9

Le coefficient de ruissellement peut être obtenu d’une manière simplifiée par la relation suivante : =

0,98 4,53 +

+

0,78 (1 − ) 31,17 +

: Temps écoulé à partir du commencement de la précipitation (mn) ; : Pourcentage des surfaces imperméables (