Eau Potable

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Alimentation en Ch3 eau potable

Élaboré par: Hajer MAAZOUN Niveau: L2 GC2 –BAT & TP

ISET de Médenine – V 2014/2015

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Système d’alimentation en eau potable: Ch3

Eau potable E Distribution Ch4

D

Assainissement

Stockage

C Adduction

B

A

Captage

Traitement

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A

Captage d’eau

Le captage d’eau a pour but de procurer un volume d’eau potable suffisant pour satisfaire aux besoins de la collectivité à desservir. On parle de:

A.1. Captage d’eaux souterraines A.2. Captage d’eaux de surface

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A.1. Captage d’eaux souterraines: A.1.1. Captage des sources: Un captage de source consiste en un ouvrage aménagé dans un endroit ou l’eau souterraine fait résurgence à la surface du sol, par exemple à flanc de colline. flanc de colline

Eau souterraine faisant résurgence à la surface du sol

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flanc de colline

Eau souterraine faisant résurgence à la surface du sol Il comporte un drain horizontal aménagé à faible profondeur mais à plus d’un mètre de la surface du sol en amont du point naturel de résurgence de manière à capter l’eau avant qu’elle ne fasse surface.

Ce drain est relié à un réservoir à l’intérieur duquel est placée la pompe d’alimentation. Schéma d’aménagement d’un captage d’eau

L’eau ainsi captée est transportée par gravité.

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A.1.2. Captage des eaux peu profondes: a. Drains horizontaux: Surface du sol

Ouvrage d’extrémité ὁu sont aménagés des appareils de pompage

⋍1m Faible pente

Longueur pouvant dépasser 100m

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Il est percé de barbacanes inclinées sur les côtés et s'ouvrant vers les massifs de graviers. Le rôle de la semelle est de faciliter la mise en place de façon que les barbacanes soient correctement disposées. L'ouvrage est complété, à sa partie supérieure, par un corroi d'argile qui l'isole des infiltrations de surface. Ce corroi doit déborder largement de part et d'autre du drain. Ø = 0.8m à 1.5m pour la plus grande dimension intérieure

A.1.2. Captage des eaux peu profondes: b. Puits verticaux:

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Buses captantes en B.A: empilement d’éléments préfabriqués en B.A. disposés le long de la traversée de la couche aquifère. Barbacanes: ouvertures conçues pour limiter les pertes de charge, inclinées selon une pente légèrement supérieures à celle de l’éboulement du graviers. Massif de gravier: grains de dimensions 16-20mm, s’interpose entre la paroi et le milieu naturel, a pour rôle de:  assurer la perméabilité le long de la paroi  s’opposer à l’éboulement du massif Cuvelage cylindrique en B.A.: étanche, descendu au terrain de couverture, a pour rôle d’:  isoler l’ouvrage des venues éventuelles d’eau de la nappe de surface ou nappe phréatique

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A.1.2. Captage des eaux peu profondes: c. Puits à drains rayonnants: Composé de l’ensemble: - Puits: non captant, juste collecteur d’eau - Drains horizontaux: foncés dans le puits - Station de pompage: établie directement au dessus du puits Ø int = 4m ;

ép = 0.45m

Pouvant atteindre: Ø int = 6m ; ép = 0.5m Pour des profondeurs plus importantes

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A.1.3. Captage des eaux profondes: Forage:

Le captage des eaux profondes se fait par forage Diamètre plus petit et profondeur plus importante que le puits

Ø atteint rarement 1m Profondeur pouvant atteindre 3000m

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A.2. Captage d’eaux de surface: a. Captage en rivière: débit assez faible

régime torrentiel

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A.2. Captage d’eaux de surface: b. Captage à partir d’un barrage-réservoir : L’eau du barrage est prélevée grâce à une tour de prise, immergée dans la retenue. Cette tour est connectée à une galerie d’adduction forée en massif, située en rive gauche de la retenue qui amène l’eau jusqu’à la station de pompage à quelques kilomètres en aval.

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C

Adduction d’eau

L’adduction est le transport de l’eau de la source vers l’ouvrage de stockage. On parle de: C.1. L’adduction gravitaire C.2. L’adduction par refoulement

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C.1. L’adduction gravitaire:

Un projet d’adduction gravitaire peut comporter:  Des aqueducs :écoulement libre d’eau (pente)  Des conduites forcées: écoulement sous pression

Il est fonction de:  Débit d’eau à transiter  Pente (déclivité du T.N.) : doit garantir Vécoulement ≥ 1 m/s

On a intérêt à garder une pente faible pour garder une section constante de l’ouvrage.

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Il est entamé par l’élaboration d’un premier tracé:

Un premier tracé fonction de la pente du terrain, Successions de tronçons avec arrêt au droit des traversées des vallées

Avec possibilité de rectification de la valeur de la pente en cas de besoin

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Franchissement des vallées Aqueduc en élévation Ouvrages d’art – arcades en maçonnerie

Traversée de rivières ou routes Conduites forcées

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Ouvrages d’accompagnement: Regards en maçonnerie: accès/ visite, max tous les 500m Tête de siphon: section de jonction entre aqueduc et conduite forcée Traversée de route: conduites posées sous la route (siphon de route) Déversoirs: évacuation d’eau en cas de manœuvre à l’aval

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Les arcades ou le pont-aqueduc est un ouvrage en pierre qui permet de maintenir une pente constante entre les deux extrémités de la vallée. Selon la profondeur de la vallée, il faudra construire un, deux ou trois niveaux d’arcades pour surélever l’aqueduc.

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Les aqueducs de Zaghouan

Aqueduc Pente légère

Forme de vallée Les Romains, pour alimenter Carthage, ville considérable pour leur époque, ont dû aller chercher de l'eau très loin : au Mont Zaghouan (à 60 Km environ de Tunis)

21 Les regards d’accès sont de petits bâtiments en surface, qui communiquent par un escalier avec la galerie de l’aqueduc, située en souterrain. À cet endroit, on peut trouver un bassin de décantation. Les regards sont aussi munis d’ouvertures qui permettent d’aérer en permanence la galerie de l’aqueduc.

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Le siphon ou la tète de siphon est un ouvrage qui marque la séparation entre un aqueduc et une conduite forcée. Il permettre à l'eau arrivant de l'amont, de remonter après le passage d'une vallée. Pour ce faire, la tête du siphon amont doit obligatoirement être plus haute que la tête du siphon aval.

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On rappelle que :  Les aqueducs : font appel à écoulement libre d’eau (pente)  Les conduites forcées: font appel à écoulement sous pression Quand on rencontre des traversées de vallées, on recourt à des conduites forcées.

Les conduites forcée: des assemblages de tuyaux fabriqués à l’usine.

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Les aqueducs sont en:  Béton  Béton légèrement armé  Maçonnerie Les conduites forcées peuvent être en:     

Fonte Acier Béton armé Béton précontraint Matière plastique (PCV, polyéthylène)

Conduite en béton armé

Leur raccordement se fait par:  Joints  Raccords métalliques  Raccords métalliques

Conduite en fonte

Conduite en PVC

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Tracé conduites forcées:  Pas de plans horizontaux  Montée lente 2 ‰ à 3 ‰, descente rapide 4 ‰ à 6‰  Ventouse au point haut pour évacuer l’air  Vanne manuelle (décharge) au point bas pour vidange de conduite  Vannes de sectionnement pour conduites longues, facilitent les réparations  Clapets de retenue à l’aval des pompes, évitent le vidange du réservoir dans la station de refoulement  Brise charge pour tronçon du tracé à fortes pressions

Schéma de principe d’une conduite forcée

26 Condition de pose (PVC):     

Font de fouille soigneusement nivelé Lit de pose en sable (évite le contact avec des corps tranchants) Raccordement hors tranchée Longueur unitaire maximale: 500m Profondeur min tranchée: 0.8m (évite la déformation des tuyaux sous passage de charges roulantes)

Schéma type de pose d’une conduite

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C.2. L’adduction par refoulement:

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Tracé de refoulement:

    

Profil en long aussi régulier que possible Tracé en plan le plus court possible Rampe toujours dans le même sens vers le réservoir d’accumulation Éviter les contre-pentes Éviter les points de cantonnement d’air par installation de dispositifs anti-Bélier

Coup de Bélier: phénomène oscillatoire de la pression (entre surpression et dépression) causé par:  La fermeture instantanée d’une vanne située au bout d’une conduite d’adduction  L’arrêt brutal d’une pompe alimentant une conduite de refoulement  Le coup de Bélier peut atteindre plusieurs fois la pression de service de la conduite et est susceptible d’entrainer la rupture des tuyaux.

29 Pose des conduites:    

Posées à terre, en élévation au dessus du sol, en galerie, sur ouvrages d’art, dans le lit d’une rivière Largeur min tranchée: 0.6m Distance entre TN et génératrice supérieure du tuyau: 0.8 à 1.2m Lit de pose en fond de fouille (gravier ou pierre cassée), Ép.: 0.15 à 0.2m Remblaiement, par couches successives de terre purgée de pierre, arrosage et compactage Ép.: 0.3m au dessus de la conduite Remblaiement achevé avec tout venant Si terrain marécageux: Semelle continue en BA sous la conduite + pieux atteignant le bon sol

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Débit d’adduction: Il est déterminé par la demande en eau potable de l’agglomération à desservir.

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Débit de calcul:  Adduction gravitaire: (eau provenant d’une station de traitement ou source propre)

 Adduction par refoulement: (eau provenant d’un réseau de puits de captage ou station de traitement):  Si débit constant:

(pompage constant)

 Si débit variable:

(pompage de nuit seulement, ou pompage variable)

(On adopte le débit horaire maximum fourni par la station de pompage considérée)

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D

Stockage:

Le stockage d’eau se fait grâce à des réservoirs et a de multiples fonctions. En Tunisie, toute les villes sont alimentées par des réservoirs actuellement.

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Le stockage d’eau se fait grâce à des réservoirs dont le rôle est de: 

régulariser les débits d’eau entre:  l’adduction (imposé par le captage et le traitement)  la distribution (imposé par le besoin en eau)



Régulariser la pression en tout point du réseau:  le réservoir garde une pression suffisante et presque constante  la pression fournie par les stations de pompage varie suite à une mise en marche ou arrêt



Sécuriser une agglomération:  source d’eau garantie en cas de demande d’eau exceptionnelle (incendie)

34 Emplacement des réservoirs:

Ville présentant une différence de niveau importante

Réservoir en ville

Réservoir sur captage Distribution étagée

Agglomération de grande étendue, un réservoir unique fournit un débit de pointe faible => On ajoute un/des réservoir(s) d’équilibre en extrémité de ville

Topographie spéciale entre source et ville Réservoir semi-enterré

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Le choix de l’emplacement du réservoir demeure toujours relative à une étude approfondie fonction de:  

Relief du terrain Station de pompage à utiliser (coût des conduites, du pompage, de la construction du réservoir…)

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Volumes des réservoirs: (capacité pratique) Plusieurs méthodes existent pour calculer la capacité utile des réservoirs. Cette capacité est prise forfaitairement comme :   

100% de la consommation journalière maximale de l’agglomération si commune rurale 50% de la consommation journalière maximale de l’agglomération si commune urbaine 25% de la consommation journalière maximale de l’agglomération si grande ville

Les volumes des réservoirs les plus utilisés sont: 250, 500, 1 000, 15 00, 2 000, 3 000, 5 000, 7 500, 10 000, 12 000, 15 000 et 20 000 m3

Les châteaux d’eau e dépassent que rarement 1 000 m3 pour diminuer les frais de construction, d’exploitation et d’entretien. Des réservoirs semi-enterrés peuvent être ajoutés pour ajuster le régime de pompage. La hauteur de la cuve est de 5 à 6m et n’atteint que rarement les 10m.

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Types de réservoirs:

39 Réservoirs surélevés:

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Réservoirs semi-enterré:

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E

Distribution:

La distribution d’eau a pour objectif l’acheminement d’eau potable des réservoirs de stockage vers les consommateurs (abonnés). On distingue deux types de réseaux: E.1.Réseau ramifié E.2.Réseau maillé

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E.1.Réseau ramifié:

L’eau circule dans toute la canalisation dans un seul sens (du primaire au secondaire au tertiaire).

Avantage: économique Inconvénient: manque de sécurité: en cas de casse d’une conduite, tous les abonnés situés à l’aval seront privés d’eau.

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E.2.Réseau maillé:

Le réseau maillé dérive du réseau ramifié par connexion aux extrémités des conduites, permettant une alimentation de retour.

Ainsi, chaque point du réseau est alimenté en eau par au moins deux cotés. Avantages:  

Plus de sécurité dans l’alimentation des abonnés Une répartition plus uniforme des pressions et débits dans tout le réseau

Inconvénient: 

Cout élevé par rapport au réseau ramifié

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Conditions sur les vitesse et les pressions: Le calcul hydraulique se fait avec un débit de pointe horaire et les conditions suivantes sont à vérifier:

 V = 0.6 à 1.2 m/s  Charge min = 3m sur les prises les plus éloignées  Charge max = 40m (exceptionnellement 60m)

Calcul des réseaux de distribution: Le réseau de distribution est répartit en tronçons au droit de chaque points particulier (réservoir croisement de conduites, changement de diamètre,…) Chaque tronçon est caractérisé par des nœuds, il est caractérisé par deux débits:  un débit de transit (Qt): c’est le débit qui doit transiter par le tronçon en question  un débit de route (Qr): c’est le débit consommé par les abonnés raccordés sur le tronçon en question

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Le calcul hydraulique d’un tronçon déterminé (vitesse et perte de charge) se fait avec le débit de calcul:

Le débit est donc desservit comme suit:

Pour un réseau maillé, ce débit (le débit de calcul) est:

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Calcul des réseaux ramifiés:

 Détermination du débit de pointe horaire Choix du tracé du réseau de distribution et localisation des nœuds de calcul Détermination des longueurs des tronçons et des cotes des nœuds au sol En partant de l’extrémité aval du réseau et en remontant tronçon par tronçon jusqu’au réservoir, on calcule Qr, Qt et Qc Choix du diamètre de la conduite en fonction de Qc de façon à avoir V=0.6 à 1.2 m/s Calcul de la perte de charge avec Qc Calcul de la charge hydraulique en chaque nœud et déduction de la pression au sol

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Calcul des réseaux maillés: Pour un réseau maillé, ce débit (le débit de calcul) est:

et est répartit aux nœuds du réseau. Le calcul en réseau maillé respecte 2 lois: En un nœud du réseau, la somme des débits qui arrivent à ce nœud est égal à la somme des débits qui sortent:

Le long d’un parcours orienté et fermé (maille), la somme algébrique des pertes de charge est nulle.

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Le calcul se fait par la méthode de Hardy-Cross:  se fixer une répartition provisoire des débits ainsi qu’un sens d’écoulement dans tout le réseau, tout en respectant la 1ère loi. Cette répartition permet de choisir les diamètres « provisoires » des canalisations (vitesse entre 0.7 et 1.1 m/s) et de calculer les pertes de charges correspondantes. Généralement, la 2ème loi n’est pas vérifiée dès que le premier choix, ainsi il faut chercher la correction ∆q1:

En généralisant cette expression à un contour fermé quelconque comportant n tronçons, on peut écrire:

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En généralisant cette expression à un contour fermé quelconque comportant n tronçons, on peut écrire:

Les débits positifs, par rapport au sens choisi, seront corrigés par ∆q, affecté de son signe, alors que les débits négatifs seront corrigés par - ∆q. Si après cette correction, la 2ème loi n’est toujours pas vérifiée, il faudra corriger de nouveau avec la même démarche. Ainsi, on se rapproche de zéro pour la somme algébrique des pertes de charge du conducteur.

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NOTA:

Les pertes de charge sont calculées à partir de la formule de Hazen Williams:

On arrête les itérations lorsque pour toutes les mailles on a:

Si la solution obtenue ne vérifie pas les conditions imposées (conditions de vitesse et de pression), on doit modifier le choix initial des diamètres de certains tronçons et recommencer le calcul de nouveau.

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∼ Fin ∼