Cours d'Assainissement EMG (1)

RESEAUX D’ASSAINISSEMENT LIQUIDE A. R. BEN OSMANE Ingénieur Expert Assermenté près le tribunal de Rabat

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SOMMAIRE
Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées


Chapitre 3 : Détermination des débits d’eaux pluviales
Chapitre 4 : d’assainissement

Dimensionnement

des

réseaux

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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement



Définition de l’assainissement.



Natures des eaux d’assainissement.



Type de système d’assainissement, avantages et inconvénients.

leurs

 Schémas des réseaux d’assainissement

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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement 

Définition:

L’assainissement des agglomérations a pour objet d’assurer l’évacuation de l’ensemble des eaux pluviales et usées ainsi que leur rejet dans les exutoires naturels sous des modes compatibles avec les exigences de la santé publique et de l’environnement.



Natures des eaux d’assainissement:

Les eaux d’assainissement sont de trois types:  Eaux de ruissellement,  Eaux usées d’origine domestiques,  Eaux industrielles. Ces eaux peuvent être séparées ou mélangées. 4

Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement 

Eaux de ruissellement:

Les eaux de ruissellement comprennent essentiellement les eaux de pluie. La pollution des eaux de ruissellement est variable dans le temps, plus forte au début des précipitations qu’à la fin par suite de nettoyage des aires balayées par l’eau. 

Eaux usées d’origine domestiques:

Les eaux usées d’origine domestiques comprennent:



-

les eaux ménagères (eaux de cuisine, de lessive, de douches,…),

-

Les eaux vannes (en provenance des toilettes, matières fécales et urines).

Eaux industrielles:

Les eaux industrielles sont celles en provenance de divers usines de fabrication ou de transformation. 5

Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement



Types de systèmes d’assainissement, leurs avantages et inconvénients:

Les systèmes d’assainissement les plus rencontrés sont: o Le système séparatif; o Le système unitaire; o Le système pseudo-séparatif; o Le système individuel.

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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement o Système séparatif : - Deux réseaux d’évacuation : un réseau d’eaux usées et un réseau d’eaux pluviales. - La collecte séparative des eaux usées domestiques nécessite des ouvrages de section réduite en raison du volume limités des effluents. C’est un système économique si l’évacuation des eaux pluviales ne nécessite pas un autre réseau complet c’est-à-dire qu’elle puisse être réalisée en faisant un large appel au ruissellement dans les caniveaux. - Le recours à un assainissement séparatif peut être avantageux si la réalisation peut être effectuée progressivement.

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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement o Système unitaire : Il s’impose lorsqu’il n’y a pas de possibilité de concevoir économiquement un réseau des eaux pluviales de surface, c’est-à-dire: • Si l’exutoire est éloigné des points de collecte; • Lorsque les pentes du terrain sont faibles, ce qui impose de grosses sections aux réseaux d’égouts séparatifs.

Il est reconnu que le système unitaire est intéressant par sa simplicité, puisqu'il suffit d’une canalisation unique dans chaque voie publique et d’un seul branchement pour chaque habitation. 8

Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement o Système pseudo-séparatif : Les eaux météoriques y sont divisées en deux parties : • Les eaux provenant des voiries, cours et jardins s’écoulent par des ouvrages conçus à cet effet : caniveaux , fossés, etc….; • Les eaux des toitures déversent dans le réseau d’assainissement à l’aide des mêmes branchements que ceux des eaux domestiques.

Ce système est intéressant lorsque les surfaces imperméabilisées collectives (voiries, parking, etc …) représentent une surface importante avec de fortes pentes.

Il constitue alors une alternative au réseau séparatif, en réduisant le nombre de branchements par habitation à un. 9

Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement

o Système individuel: L’assainissement individuel est le système utilisé dans les zones urbaines à faible densité dans lesquelles les eaux usées d’une habitation sont éliminées au niveau même de cette habitation (fosse sceptique) ou à l’extérieur dans un terrain limitrophe (déversement).

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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement o Avantages et inconvénients des systèmes d’assainissement:

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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement 

Schéma des réseaux d’assainissement:

Un réseau d’assainissement est conçu comme un réseau ramifié. On peut classé les divers ossatures entre un nombre de schémas types:  Le schéma perpendiculaire: On l’appelle également schéma à écoulement direct. Il convient par exemple aux réseaux des eaux de pluie en système séparatif.

Cours d’eau (rivière – oued) 12

Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement  Schéma d’équipement par déplacement latéral: Il est également appelé schéma à collecteur latéral. Ses eaux sont recueillies dans un collecteur parallèle au cours d’eau. Il permet de reporter l’effluent à l’aval de l’agglomération. Son désavantage principal est qu’il nécessite souvent des relèvements.

Cours d’eau (rivière – oued) 13

Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement  Schéma d’équipement à collecteur transversal ou oblique: Le ou les collecteurs orientés par rapport à la pente topographique et à la direction de l’écoulement de la rivière comporte des égouts ramifiés; ces derniers reportent par gravité le débouché du réseau plus loin à l’aval que dans le schéma précédent.

Cours d’eau (rivière – oued) 14

Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement  Schéma par zones étagées ou schéma par interception: Le schéma est une transposition du schéma par déplacement latéral, mais avec multiplication des collecteurs longitudinaux; il permet de décharger le collecteur bas des apports en provenance du haut de l’agglomération.

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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement  Schémas sectionnels: Ils sont divisés en deux groupes G1 : Schéma sectionnel à centre collecteur unique: Le réseau converge sur un centre. A partir de ce centre l’effluent est refoulé dans un émissaire de transport.

G2 : Schéma d’équipement radial (ou à secteurs multiples) Le système comporte plusieurs schémas en éventail. Les schémas sectionnels conviennent spécialement aux régions uniformément plates. Le système séparatif s’applique bien dans de tels schémas à cause de la multiplicité des rejets. 16

Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées



Généralités.



Eaux usées domestiques.



Eaux usées industrielles.

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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées 

Généralités:

Les calculs des débits d’eaux usées portent essentiellement sur l’estimation des quantités et la qualité des rejets liquides provenant des habitations et lieux d’activité. Les rejets unitaires à considérer dépendent des facteurs socio-économiques que l’on peut intégrer dans les catégories d’occupation des sols, en fonction de l’importance de l’agglomération et de son activité dominante, sa spécificité. Après les différents usages, les principes d’assainissement sont l’évacuation rapide, sans stagnation des eaux pour éviter les formations et les rejets qui pourraient provoquer la contamination du milieu récepteur, tout en tenant compte des contraintes économiques d’équipement. D ’une manière générale, les eaux usées sont d’origine: -

Domestique (y compris Equipements publics);

-

Industrielle; 18

Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées 

Eaux usées domestiques:

Les eaux usées domestiques contiennent, en général, les matières que nous pouvons classer comme suit: o Des matières solides; o Des nutriments; o Des métaux lourds; o Des organismes pathogènes. Matières solides: C’est l’ensemble des matières en suspension et des sels dissous généralement exprimés en masse après évaporation de l’eau. Ces matières sont divisés en deux parties:  Les matières en suspension qui flottent à la surface ou sont en suspension dans la masse d’un liquide et que l’on peut enlever par filtration;  Les matières dissoutes et colloïdales contenues dan l’eau et obtenues 19 par différence entre les matières solides et les matières en suspension.

Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées Nutriments: Ce sont les éléments essentiels à la croissance des plantes. Leur déversement dans un cours favorise la croissance des plantes aquatiques indésirables. Les deux nutriments les plus importants sont l’azote (N) et le phosphore (P). Les eaux usées en contiennent de façon significative. Métaux lourds: Les métaux lourds (Plomb Pb, Cadmium Cd, Chrome Cr, etc) sont toxiques lorsqu’ils sont présents en quantités appréciables. Ils peuvent nuire à la vie aquatique dans les cours d’eau ou empêcher le fonctionnement normal des traitements biologiques. Ils proviennent généralement des rejets industriels. Organismes pathogènes: Les organismes pathogènes proviennent d’êtres humains infectés. Ils peuvent causer des maladies telles que la diarrhée, le choléra, etc… Ils sont présents en grand nombre dans les eaux usées. 20

Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées



Eaux usées industrielles:

Les eaux industrielles proviennent : o Eaux de refroidissement des machines et autres; o De lavages des produits; o Résultant de certains processus.

Ces eaux doivent théoriquement être traitées, ou détoxiquées avant rejet dans le réseau.

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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées  Calcul des débits des eaux usées: La production moyenne des eaux usées dépend de la consommation d’eau potable, du taux de retour à l’égout (Tres) ainsi que du taux de branchement au réseau d’égout (Trac). Elle est calculée comme suit: Qm,EU = Tres x Trac x Qm,AEP Avec Qm,AEP = Consommation moyenne d’eau potable. Le calcul des besoins de consommation d’eau potable se fait sur la base de la formule suivante: Qm,AEP = qpb x Ppb + qAdm x Ptot + qInd x Ptot + …. - qpb : dotation en eau de la population branchée, - Ppb : population branchée au réseau d’eau potable, - qAdm : dotation des administrations; - Ptot : population total de la ville, - qInd : dotation des industries. Ppb = TB x Ptot avec TB taux de branchement au réseau d’eau potable.

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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées

Débit de pointe journalière:

Le calcul du débit de pointe lors du jour de production maximale Qmax,j est fait en se basant sur la pointe journalière relative à la consommation en eau potable. Le débit maximal journalier se calcule de la manière suivante: Qmax,j = Cpj x Qm,EU Qm,EU : La production moyenne des eaux usées. Cpj : Le coefficient de la pointe journalière qui est le rapport du volume moyen d’eau potable des trois journées successives les plus chargées de l’année sur le volume moyen annuel. Cpj = Vm,AEP,3j / Vma 23

Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées Débit de pointe horaire: Le débit de pointe horaire tient compte de la variation de la production en eaux usées lors d’une journée. L e débit maximal horaire de temps sec se calcul de la manière suivante: Qmax,h =

Cpj x Cph x Qm,EU 24

Le coefficient de pointe horaire, Cph, se définit comme rapport du débit maximum dans l’heure la plus chargée Qmax,EU sur le débit moyen journalier Qm,EU d’eaux usées EU. Cph = Qmax,EU Qm,EU Le coefficient de pointe horaire est déterminé par la formule ci-dessous, en cas d’absence de statistiques:

24

Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées Le débit maximal de temps sec exprimé en l/s se calcul de la manière suivante: Qmax,EU =

Cpj x Cph x Qm,EU (m3/j) x 1000

(l/s)

24 x 36000 Expression générale du débit de pointe horaire: L’expression générale de ce débit de pointe en tenant compte de la répartition spatiale des usagers de l’eau est: Qmax,j

=

Cpj x Cph x ∑(Si x di x dNG ) x Tres x Trac

(l/s)

24 x 3600 Cpj : Coefficient de pointe journalière; Cph : Coefficient de pointe horaire; Si : Superficie (ha) du sous bassin correspondant à la zone homogène i; di : Densité brute en hab/ha de la zone homogène i; Trac : Taux de raccordement à l’égout; Tres : Taux de branchement à l’égout; dNG : Dotation en eau (l/j/hab).

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Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées  Calcul des débits des eaux industrielles: Les eaux industrielles sont celles en provenance des diverses usines de fabrication ou de transformation

- Qualité des eaux industrielles: Les eaux industrielles sont extrêmement variées selon le genre de l’industrie dont elles proviennent. Elles contiennent les substances les plus diverses, pouvant être acides ou alcalines, corrosives ou entartrantes à température élevée, souvent odorantes et colorées. Ces eaux peuvent nécessiter un prétraitement en usine car il faut éviter d’accueillir dans le réseau général, des eaux dont le traitement se révélerait difficilement compatible avec celui des effluents urbains.

26

Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées - Quantité à évacuer: Les quantités d’eaux évacuées par les industries dépendent de plusieurs facteurs; •

Nature de l’industrie;

•

Procédure de fabrication utilisée;

•

Taux de recyclage effectivement réalisé.

Il ne peut être indiqué que des fourchettes de quantités évacuées, une étude étant à entreprendre dans chaque cas particulier. Une étude de consommation d’eau a permis de dégager trois types de zones : • Zones d’entrepôts ou de haute technicité : 10 à 12 m3/j/ha lot; • Zones d’emplois, petites industries et ateliers : 20 à 25 m3/j/ha lot; • Zones d’industries moyennes : 50 à 150 m3/j/ha lot; En ce qui concerne le rapport du débit de pointe horaire au débit moyen horaire calculé sur le nombre d’heures de travail, celui-ci, se situe généralement entre les 27 valeurs 2 et 3.

Exercice d’application N°1

28

29

Exercice d’application N°2

30

31

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales



Introduction.



Paramètres utilisés.



Méthode rationnelle.



Formule générale du modèle Caquot (ajustée par DESBORDES).

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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales  Introduction. On distingue deux principales méthodes de calcul des débits pluviaux:  La méthode la plus ancienne et la plus utilisée en dehors du Maroc et de la France (essentiellement dans les pays anglophones) est la méthode dite « rationnelle » dont la formule de base est très simple, mais elle devient beaucoup plus complexe à utiliser manuellement si on intègre tous les correctifs et si on procède à une décomposition analytique fine .

 La plus utilisée en France et au Maroc et nommée « méthode superficielle de Caquot ». Elle permet de calculer en un certain nombre de points du système l’écoulement des débits maxima pour un orage donné. (La méthode n’indique pas les temps auxquels ces débits seront atteints)

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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

 Paramètres utilisés. Un certain nombre de paramètres interviennent dans l’établissement des formules précitées parmi lesquels on distingue:

o

L’intensité et la durée de l’averse;

o

La durée de stockage sur le sol et dans les canalisations au moment de l’averse;

o

Le temps de concentration du bassin versant.

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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales o L’intensité et la durée de l’averse; L’intensité moyenne I se définit par le rapport de la hauteur d’eau tombée ∆h pendant une durée ∆t, soit :

I = ∆h / ∆t L’intensité de précipitation I ( en mm/mn ou en mm/h) est déterminée à partir des courbes Intensité – Durée – Fréquence (IDF) pour une durée égale au temps de concentration. L’intensité s’exprime en fonction des paramètres a et b par la formule de « Montana »:

I (mm/mn) = a . tb Avec t en mn obtenu à partir des courbes IDF. 35

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

36

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

Le temps de concentration peut donc avoir trois aspects:  Le bassin ne comporte pas de canalisation : tc = t3  Le bassin comporte un parcours superficiel puis une canalisation :

tc = t3 + t1

 Le bassin est urbanisé et comporte une canalisation principale et des branchements tertiaires : tc = t2 + t1 37

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

38

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

39

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

40

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

41

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales o Cefficient de ruissellement (Suite): Exemple 1

C1 = 0,20 ; A1 = 2 ha

C2 = 0,30 ; A2 = 1,5 ha

C3 = 0,05 ; A3 = 1,8 ha

C4 = 0,10 ; A4 = 2,5 ha

Trouver Ceq ?

42

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales o Cefficient de ruissellement (Suite): Valeurs de C qui sont couramment utilisées Zone

C

Habitat continu à RDC

0.50

Immeuble

0.60

villas

0.30

industrielle

0.40

voirie

0.80

Ecole

0.50

Administrative

0.50

Commerce

0.60

Souk

0.25

Sport

0.15

Jardin

0.05

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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales  Méthode rationnelle. La méthode rationnelle consiste à estimer les débits à partir d’un découpage du bassin versant en secteurs A1,A2, ………, Aj,….....An limités par des lignes isochrones telles que l’eau tombant sur le secteur A1 (respectivement A2,…..AJ,……An) arrive à l’exutoire au bout d’un temps ∆t (respectivement 2 ∆t,……….,n∆t). Le pas de temps ∆t qui sépare deux isochrones consécutives dépend de la précision voulue (isochrones : lignes situées à la même distance hydraulique c’est-à-dire au même temps de parcours jusqu’à l’exutoire).

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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

45

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

46

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

 Méthode rationnelle (suite). Cette méthode soulève des critiques dont les principales sont les suivantes: - La décomposition du bassin en aires isochrones ne peut se faire de façon précise. - On suppose Cj constant, ce qui est peu vraisemblable. - On ne tient pas compte du stockage de ruissellement sur le bassin qui a pour effet d’étendre la durée de base de l’hydrogramme élémentaire et corrélativement, de réduire le débit de pointe: tout se passe dans l’application de la méthode, comme si l’apport de ruissellement provenant d’un point donné s’écoulait à l’exécutoire en un temps égal à la durée de l’averse qui le produit, ce qui n’est pas exact. 47

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales  Méthode rationnelle (suite). Par ailleurs, pour tenir compte de la distribution de la pluie dans l’espace, il y a lieu de lui appliquer un coefficient de répartition K de la pluie qui diminue lorsque l’on s’éloigne de l’épicentre. Le coefficient correctif k est donné d’après la loi de Fruhling par :

48

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

49

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales  Méthode rationnelle (suite) : Exemple 2 Le débit de l’exemple précèdent transite par la conduite B-C de 200m. Quel est le débit à la fin de la conduite ?

50

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales  Méthode rationnelle (suite) : Exemple 3

Bassin urbanisé (k=1)

51

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

52

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

Point N°

A (ha)

C

Tc (mn)

I (mm/h)

Q (m3/s)

1

2

0,30

5,34

147,99

0,264

2

5

0,27

7

141,35

0,53

3

6,5

0,24

9,51

132,38

0,57

4

8,3

0,20

12,84

122,08

0,56 53

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

 Formule générale du modèle de Caquot (ajusté par DESORDES). La formule de Caquot s’énonce comme suit: Q(T) = K(T) . IU(T) . CV(T) . AW(T) . m(T) Avec,

Q : Débit en m3/s. T : période de retour (années). I : pente moyenne du bassin versant (m/m) C : coefficient de ruissellement du BV. A : superficie du BV en hectares. m : coefficient correcteur d’allongement du BV.

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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

55

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

 Formule générale du modèle de Caquot (ajusté par DESORDES). Exemple: La formule de Caquot pour la ville de BENI MELLAL s »énonce comme suit:

Q(10 ans) = 0,749 . I0,3432 . C1,2403 . A0,7538 . [L/2A0,5]-0,7032

Avec,

Intensité de pluie / i(10 ans) = 3,275.t-0,675. I : pente moyenne du bassin versant (m/m) C : coefficient de ruissellement du BV. A : superficie du BV en hectares. L : allongement du BV. 56

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

57

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

58

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales  Paramètres équivalents d’un groupe de bassins: La formule superficielle développée ci-avant est valable pour un bassin de caractéristiques physique homogènes. L’application du modèle à un groupement de sous-bassins hétérogènes de paramètres individuels Aj, Cj, Lj (Longueur du drain principal). Qpj (débit de pointe du bassin considéré seul), nécessite l’emploi de formules d’équivalence pour les paramètres « A, C, I et M » du groupement. Ces formules, qui différent selon que les bassins constituant le groupement soit en « série » ou en « parallèle » sont exprimées comme suit:

59

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

60

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

61

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

62

Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales

63

SOMMAIRE
Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement
Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées


Chapitre 3 : Détermination des débits d’eaux pluviales
Chapitre 4 : d’assainissement

Dimensionnement

des

réseaux

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Chapitre 1 : Introduction à l’assainissement



Définition de l’assainissement.



Natures des eaux d’assainissement.



Type de système d’assainissement, avantages et inconvénients.

leurs

 Schémas des réseaux d’assainissement

65

Chapitre 2 : Evaluation des débits des eaux usées



Eaux usées domestiques.



Eaux usées industrielles.

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Chapitre 3 : Détermination des débits des eaux pluviales



Paramètres utilisés.



Méthode rationnelle.



Formule générale du modèle Caquot (ajustée par DESBORDES).

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Chapitre 4 : Dimensionnement des réseaux d’assainissement



Dimensionnement des conduites d’assainissement.



Dimensionnement des ouvrages d’assainissement.

68

Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement



Base de calcul.



Calcul des réseaux unitaires.



Calcul des réseaux séparatifs.

69

Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement

70

Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement Rayon hydraulique On définit le rayon hydraulique comme étant le rapport de la surface mouillée (section droite du liquide) sur le périmètre mouillé (périmètre de la conduite en contact avec le liquide). Rh = A/P Le rayon hydraulique est le quart du diamètre hydraulique, alors que le rayon est la moitié du diamètre. Pour une section circulaire (typiquement : une conduite en charge), le rayon hydraulique Rh vaut la moitié du rayon géométrique r : Rh= (π r2) / (2 πr) = r / 2

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Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement



Calcul des réseaux unitaires.

Les ouvrages sont calculés pour pouvoir transiter les débits pluviaux en fonction de la région d’implantation des ouvrages et la période de retour d’insuffisance retenue; (il ne sera pas tenu compte des débits d’eaux usée qui sont négligeables par rapport aux débits d’eaux pluviales).

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Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement  Calcul des sections : Le diamètre minimal des canalisations est fixé à 300 mm. En raison des dépôts qui peuvent se former, le coefficient γ de la formule de Bazin est pris égal à 0,46 d’où:

C = 60 RH1/4

V = 60. RH3/4 . I1/2

Q = 60 . S . RH3/4 . I1/2

Au-delà de 0,60 m de diamètre, l’utilisation des tuyaux ovoïdes est parfois jugée préférable car leur section inférieure permet un meilleur écoulement du flot de temps sec. La variation du débit transité est fonction de la hauteur de charge dans les ouvrages d’assainissement. Pour le cas d’une conduite circulaire ou ovoïde, on a: Pour un remplissage de l’ouvrage à 90%, on a Qh/QH = 1,06 d’où Qh= 1,06.QH Avec Qh le débit calculé des eaux à faire évacuer par l’ouvrage. On doit dimensionner par QH= Qh / 1,06. On peut utiliser les abaques ou faire un calcul direct:

S=π.D2/4

P= π.D

RH=S/P= D/4

QH=60.S.RH3/4.I1/2 = 16,661.D11/4.I1/2

D’où 73

Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement  Conditions d’écoulement : Un réseau d’assainissement du type unitaire doit, dans la mesure du possible, être auto-cureur c’est-à-dire qu’il doit être conçu de telle manière que:  Les sables soient automatiquement entraînés pour des débits pluviaux atteints assez fréquemment.  Les vases fermentescibles soient également entraînées pour le débit des EU. Ces conditions sont à peu près satisfaites dans les ouvrages calculés pour l’évacuation du ruissellement de fréquence décennale en y réalisant des vitesses de 0,60m/s pour 1/10 du débit à plein section et de 0,30 m/s pour 1/100 de ce même débit. Ces vitesses sont toutes deux obtenues avec des vitesses à pleine section de l’ordre de 1m/s sur les canalisations circulaires et de 0,90 m/s sur les tuyaux ovoïdes. Si les conditions d’auto-curage ne sont pas réalisées, il faut prévoir soit la mise en place de chasses automatiques soit l’utilisation périodique d’engin de curage.

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Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement

 Conditions d’implantation et de fonctionnement des réseaux : L’implantation des réseaux est étudiée en donnant aux canalisations amont des pentes permettant l’auto-curage. La pente souhaitable est de 5 pour mille. La profondeur des ouvrages doit permettre le raccordement des immeubles riverains au moyen de branchements, dans la mesure du possible, un peu au dessus du plan d’eau de temps sec. Dans le souci de prévenir la dégradation des joints des ouvrages non visitables ou d’assurer la sécurité du personnel des ouvrages visibles, la vitesse de l’eau ne devra pas dépasser 4m/s à 5m/s. Si la pente du terrain est trop forte, il y aura lieu de ménager des accrochements dans le profil en long des ouvrages par l’introduction de cheminées déversantes. 75

Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement 

Calcul des réseaux séparatifs:  Ouvrages pluviaux :

Ces ouvrages sont, d’une manière générale, calculés comme les ouvrages unitaires et ce pour un débit correspondant à l’averse dont la fréquence a été adoptée. Les conditions de l’auto-curage moins impérieuses que sur les réseaux unitaires du point de vue hygiène; les pentes limites pourront, de ce fait, être un peu plus faibles. Les canalisations doivent être groupées par réseaux partiels, orientés selon les plus grandes pentes et se dirigeant, au plus près, vers le milieu récepteur. La profondeur des ouvrages peut être réduite, du fait qu’ils n’ont à évacuer que les eaux superficielles mais ce, tout en respectant la question relative à leu résistance mécanique. 76

Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement  Canalisations d’eaux usées: Il faut évaluer les débits de pointes pour le calcul des sections des canalisations et aussi les débits minimaux pour la vérification des conditions d’auto-curage.

- Sections: Le diamètre minimal des canalisations est fixé à 200 mm eu égard à la pellicule grasse qui se dépose à l’intérieur des ouvrages, le coefficient γ de la formule de Bazin est pris égal à 0,25 d’où: C = 70 RH1/6

V = 70. RH2/3 . I1/2

Q = 70 . S . RH2/3 . I1/2

77

Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement - Conditions d’écoulement: Les conditions d’auto-curage sont les suivantes: * A pleine ou à demi-section, la vitesse d’écoulement doit être supérieur à 0,70 m/s, cette limite pouvant, à l’extrême rigueur être abaissée à 0,50 m/s. * Le remplissage de la conduite doit être assuré au 2/10 du diamètre pour le débit moyen, la vitesse d’écoulement étant alors au minimum de 0,30 m/s. Les conditions d’auto-curage sont souvent délicates à réaliser dans les parties amont des réseaux où les débits sont faibles; on est alors conduit à rechercher des pentes de 4 à 5 pour mille afin d’améliorer le régime des vitesses, tout en ne perdant pas de vue la nécessité du remplissage au 2/10 du diamètre. A l’aval, il pourra être admis des pentes de 3 pour mille, le minimum de 2 pour mille étant même admis moyennant une pose particulièrement soignée des canalisations. 78

Chapitre 4 : Dimensionnement des conduites d’assainissement

- Conditions d’implantation des réseaux: Ces réseaux doivent être établis de manière à satisfaire aux conditions d’auto-curage et ce en évitant au maximum les stations de relèvement; dans le cas contraire, et à défaut de curages réguliers des canalisations, il faudra avoir recours aux chasses automatiques. S’il faut tenir compte des débits d’avenir, il faudra cependant, être prudent en la matière car le surdimensionnement des canalisations crée des sujétions pour l’autocurage. Le raccordement des immeubles riverains doit être effectuer comme pour les réseaux unitaires.

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement



Déversoirs d’orage.



Bassins de retenue.



Siphons à point bas.

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement



Déversoir 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.

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement



Calcul d’un déversoir d’orage:

La procédure de dimensionnement des déversoirs d’orage est : • Evaluation du débit maximal 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 calcul ensuite la longueur du déversoir par application des formules de seuil (fonction du type de l’ouvrage).

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement 

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 paries 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 I=1,6 %; Débit par temps de pluie : QT= 800 l/s; Débit par temps sec : 60 l/s. On demande de : • Calculer la longueur du déversoir. • Calculer le diamètre du tuyau d’étranglement (eau usée) après le déversoir sur une longueur de 40m.

On utilise l’équation de Manning Strickler: Q = Kst . A . RH 2/3 . I1/2 avec Kst = 90. Calcul de la longueur du seuil du déversoir (Formule de Poléni): (avec µ=0,6)

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement 

Solution :

a) Le débit du collecteur s’amenant vers la station d’épuration avec une dilution 5: Q1= (60 . 4) + 60 = 300 l/s Le débit rejeté directement dans le cours d’eau : Q2 = 800 – 300 = 500l/s. • Calcul du niveau d’eau p1 dans la conduite d’arrivée: D = 600 mm

,

I = 1,6%

,

Kst = 90

Le débit à pleine section est: Qv = Kst . A . RH 2/3 . I1/2

=

90 . (π.0,62 / 4). (0,6/4) 2/3 . (0,16)1/2

= 0,908 m3/s ≈ 900 l/s.

La hauteur partielle par temps de pluie est : Rq= QT/Qv = 800/900 = 0,89 Ce qui est équivalent (en utilisant l’abaque) a un rapport de remplissage de h/H = 0,77. Donc

p1 = (h/H) . 600 = 462 mm. 86

Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement • La hauteur partielle p2 lorsque le débit = 5 . Le débit par temps sec = 300 l/s Qr/Qv = 300/900 = 0,33 Ce qui est équivalent (en utilisant l’abaque) à un rapport de remplissage de h/H = 0,38. Donc p2 = (h/H) . 600 = 0,38 . 600 = 228 mm. La hauteur du seuil du déversoir est de 228 mm.

COUPE

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement PLAN HORIZONTAL

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement • Calcul de la longueur du seuil du déversoir (Formule de Poléni)

Qd = 2/3 µ b hd3/2 √2.g b = 3/2 . Qd / (µ . hd3/2 √2.g

)

avec µ = 0,6

b = 3/2 . 0,5 / {0,6 . [(0,462 – 0,228)/2] 3/2 √19,62

}

On choisi un déversoir à 2 espacements de 5,5 m (au total 11m).

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement 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 Qv = Kst . A . RH 2/3 . I1/2

=

90 . [π.(0,4)2 / 4]. (0,4/4) 2/3 . (0,016)1/2

= 0,308 m3/s ≈ 300 l/s.

Le diamètre choisi est validé.

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement 

Bassin 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 relies 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.

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.

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement - 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/dt = 0. La formule de base pour calculer la capacité d’un bassin de rétention s’écrit :

V = h.S.C – Qt 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(a-b) Où a et b sont les paramètres de la formule de Montana I=a.tb a : est à multiplier par 10-3 pour obtenir h en m; S : Surface en m3. C : Coefficient d’apport : fonction de 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.

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement

La détermination de C est délicate, on pourra adopter en première approximation les valeurs ciaprès 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 0,10

•Sol perméable (sableux)

- 0,10 à 0,05

Le débit de sortie du bassin de rétention s’écrit :

Qs = m. Ω . √2gh 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)

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement 

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).

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Chapitre 5 : Dimensionnement des ouvrages d’assainissement Afin d’éviter l’obturation par des résidus secs volumineux, on choisit le même diamètre minimum que celui du réseau (∅ = 200 pour un réseau des eaux usées, ∅ = 300 pour un réseau unitaire ou pluvial) Le calcul hydraulique consiste à réaliser une vitesse minimale (environ I m/s pour un collecteur des eaux usées, 1,20 à 1,50 m/s pour un réseau unitaire ou pluvial). Lorsqu’on ne peut pas réaliser les vitesses minimales ci-dessues, 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; • Calculer les pertes de charge et la répartition des débits minima; • Vérifier si l’ensemble peut évacuer les débits maxima et éventuellement augmenter les sections S1 et S2. 96

Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement



Ouvrages principaux.



Ouvrages annexes.

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Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement Les éléments constitutifs d’un réseau d’assainissement se subdivisent en : Les ouvrages principaux comprenant :  Des tuyaux circulaires;  Des tuyaux ovoïdes préfabriqués;  Des ouvrages visitables de profils particuliers, limités aux grands centre urbains; Les ouvrages annexes comprennent:  Regard de visite;  Bouches d’égout;  Regards borgnes;  Branchements particuliers;  Stations de relèvement;  Déversoirs d’orage;  Bassin de rétention. 98

Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement 

Ouvrages principaux.

Un égout est considéré comme un aqueduc à écoulement libre dont la mise en charge doit être exceptionnelle et limitée par le débordement éventuel des regards et ouvrages annexes. Du point de vue de l’étanchéité, il y a lieu de distinguer deux cas: • L’étanchéité parfaite aux eaux transitées qui était jadis peu recherché sauf dans certains cas spéciaux, contamination d’une nappe , par exemple. • L’étanchéité aux eaux extérieures, provenant de la remontée saisonnière d’une nappe, doit être absolue, faute de quoi l’égout fonctionne comme drain de ladite nappe, ce qui a pour effet de perturber, considérablement le fonctionnement de la station d’épuration.

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Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement Les conduites d’assainissement existantes sur le marché peuvent être distinguées en 2 catégories selon leurs modes de fabrication: • Conduite préfabriquées : elles sont généralement circulaires; • Conduites coulées sur place et pouvant avoir les formes les plus diverses : circulaires, ovoïdes normalisés ou non, dalots ou voûtes. o Les tuyaux circulaires sont désignés par leur diamètre intérieur, dit diamètre nominal, exprimé en millimètre. o Les tuyaux ovoïdes sont désignés par leur hauteur intérieure, dite nominale, exprimée en centimètres. o Les joints furent d’abord réalisés en mortier de ciment sur chantier. Ces joints cédèrent la place aux joints en élastomère, étanche tant aux eaux intérieures qu’aux eaux extérieures.

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Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement

• Conduite préfabriquées : On distingue selon la nature des matériaux utilisés: -

les conduites en béton comprimé ou vibré non armé;

-

les conduite en béton armé;

-

les conduites en amiante-ciment;

-

les conduites en P.V.C.

D’autres types de canalisations sont aussi utilisés: -

les conduites en fonte ductile;

-

les conduites coulées sur place. 101

Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement

-

Les conduites en béton comprimé ou vibré non armé;

Elles figure parmi les plus anciens produits réalisés en béton. Domaine d’utilisation: Bien qu’elles continuent à être utilisées à l’heure actuelle, leur usage devient de moins en moins courant au niveau de l’ossature des réseaux. Les conduites en béton comprimé sont parfois utilisées pour la réalisation des branchements particuliers de 200 mm et les raccordements des bouches d’égout de diamètre 300 mm. Caractéristiques: Les diamètres fabriqués vont de 120 au 1000 mm dans les 3 classes suivantes : 30B, 60B et 90B. 102

Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement

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Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement

-

Les conduites en béton armé;

Parmi les conduites en béton armé fabriquées et largement utilisées au Maroc dans le domaine de l’assainissement on trouvera : o Les conduites en béton vibré armé; o Les conduites en béton centrifugé ordinaire (CAO); o Les conduites en béton précontraint. L’usage du béton précontraint reste très restreint au Maroc.

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Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement o Les conduites en béton vibré armé: Procédés de fabrication : Le processus de fabrication utilisé est organisé de la manière suivante: Le cage d’armatures est montée verticalement sur un collet en acier sur lequel vient coulisser le moule extérieur. Le béton est injecté par passe montantes par centrifugation. A la fin de fabrication, la buse est soumise à une compression qui permet d’améliorer sa compacité. La conduite ainsi fabriquée est transportée verticalement vers l’aire de stockage où elle est maintenue jusqu’à ce qu’elle atteigne une résistance suffisante. Caractéristiques: Les éléments fabriqués ont une longueur de 2,5 m en diamètres variant de 300 à 1000 mm et correspondent à deux classes (90A et 135A). Les éléments de conduites sont montés à bout mâle et femelle. 105

Chapitre 6 : Eléments constitutifs des réseaux d’assainissement o Les conduites en béton Centrifugée Armé Ordinaire (CAO): Procédés de fabrication : Les armatures sont obtenues à partir des fils d’acier en bottes et enroulés autour d’un mandarin. La fabrication se fait par centrifugation de la cage d’armature horizontalement avec insertion du béton durant la rotation de la buse. Cette centrifugation confère à la buse une très bonne compacité, une bonne résistance à l’ovalisation et une bonne étanchéité. Caractéristiques: Les buses se présentent sous forme d’éléments à joint torique ou d’éléments à bouts droits. La jonction des tuyaux CAO (JT) se fait par l’intermédiaire d’un joint torique en élastomère qui autorise des déviations angulaires de plusieurs degrés; la jonction des tuyaux CAO à bout droit (BD) se fait par l’intermédiaire d’une bague matée au mortier sec. Les éléments fabriqués présentent des diamètres de 200 à 2200 mm correspondant à 3 classes : 60A, 90A et 135A. 106

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