Mini projet Aep.pdf

Réseaux d’eau potable

Mini-Projet : Calcul d’un réseau d’eau potable

Noms du groupe : G1

-

BOUFTILA Hamza

-

BENSAID Khalid

-

ALIOUI Imad

-

BLALI Zakaria

Encadré Par : -

M.AIT BIHI

Mini-projet REP – 4GC

Remerciement: On souhaite adresser ici nos remerciements à toutes les personnes qui nous ont apporté leur soutien et leur aide et qui ont ainsi contribué à l’élaboration de ce projet. Nos remerciements les plus sincères sont adressés à notre encadrant Mr AIT BIHI pour le soutien, l’aide et le temps qu’il a bien voulu nous consacrer et sans qui ce rapport n’aurait jamais vu le jour. Nos remerciements s’adressent également à nos professeurs, ainsi qu’à tous ceux qui nous ont fait l’honneur de bien vouloir évaluer notre travail.

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Mini-projet REP – 4GC

SOMMAIRE I-

INTRODUCTION ............................................................................................................................. 6

II-

PARTIE ADDUCTION .................................................................................................................... 7 II.1 II.2 II.3 II.4

III-

DONNEES................................................................................................................................... 7 TRACE DE LA LIGNE PIEZOMETRIQUE.......................................................................................... 10 DETERMINATION DE LA PMS ..................................................................................................... 10 CHOIX DU MATERIAU DE LA CONDUITE ....................................................................................... 11

ANALYSE DU COUP DE BELIER ............................................................................................... 12

III.1 III.2 III.3

PREMIERE SIMULATION : SANS OUVRAGE ANTI COUP DE BELIER : ................................................... 19 SIMULATION AVEC L’AJOUT DU RESERVOIR D’AIR : ...................................................................... 21 SIMULATION AVEC CHEMINEE D’EQUILIBRE : ............................................................................... 23

IV- PARTIE DISTRIBUTION ............................................................................................................... 28 IV.1 IV.2 IV.3

V-

DONNEES DU PROJET ............................................................................................................... 28 METHODOLOGIE DE CALCUL UTILISEE ........................................................................................ 31 RESULTATS ............................................................................................................................. 32

CONCLUSION............................................................................................................................... 41

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Mini-projet REP – 4GC

Liste des figures Figure 1: vue générale du projet ............................................................................................ 7 Figure 2: Interface logiciel HYTRAN .....................................................................................13 Figure 3: mesure des distances sur AutoCAD ......................................................................13 Figure 4: Croquis des points introduits sur HYTRAN ............................................................14 Figure 5: profil de la conduite sur HYTRAN ..........................................................................15 Figure 6: profils des conduites ..............................................................................................15 Figure 7: séquences des noeuds..........................................................................................16 Figure 8: les coordonnées des nœuds .................................................................................16 Figure 9: points de référence pour le dessin .........................................................................17 Figure 10: Informations sur la vanne ....................................................................................17 Figure 11: Informations concernant le réservoir ....................................................................18 Figure 12: caractéristiques de la conduite ............................................................................18 Figure 13: Simulation sans ouvrage anti coup de bélier........................................................19 Figure 14: enveloppe max/min HGL .....................................................................................19 Figure 15: résultats avant l'utilisation de l’anti coup de bélier................................................20 Figure 16: dessin après l'ajout du réservoir d'air ...................................................................21 Figure 17: caractéristiques du réservoir d'air ........................................................................21 Figure 18: résultats après l'ajout du réservoir d'air................................................................22 Figure 19: Résultats des pressions max et min après l'introduction du réservoir d'air ...........23 Figure 20: dessin simulation cheminée d'équilibre ................................................................23 Figure 21: caractéristiques cheminée d'équilibre ..................................................................24 Figure 22: résultats après l'introduction de la cheminée d'équilibre ......................................25 Figure 23: enveloppe des pressions après l'introduction de la cheminée d'équilibre .............25 Figure 24: résultats pressions max/min après l'introduction de la cheminée d'équilibre ........27 Figure 25: situation de la zone étudiée .................................................................................28 Figure 26: Interface logiciel EPANET ...................................................................................32 4

Mini-projet REP – 4GC Figure 27: Réseau dessiné sur EPANET ..............................................................................33 Figure 28: Informations sur les nœuds .................................................................................33 Figure 29: Caractéristique pour les conduites .......................................................................34 Figure 30: courbe caractéristique de la pompe .....................................................................34 Figure 31: message d'erreur simulation ................................................................................35 Figure 32: rapport d'état de la simulation ..............................................................................35 Figure 33: Changement des caractéristiques de la pompe ...................................................35 Figure 34: Résultats de la première simulation .....................................................................36 Figure 35: valeurs de pressions............................................................................................36 Figure 36: Caractéristiques du réservoir après changement .................................................37 Figure 37: Dernier changement des caractéristiques de la pompe .......................................38 Figure 38: résultats dernière simulation ................................................................................38 Figure 39: Résultats des pressions à la fin de la simulation ..................................................39 Figure 40: résultats pour les vitesses ...................................................................................40

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Mini-projet REP – 4GC

BOUFTILA Hamza

EMSI RABAT

ALIOUI Imad BENSAID Khalid BLALI Zakaria MINI-PROJET: Réseaux d’Eau Potable

I- INTRODUCTION

Dans le cadre de notre cursus scolaire en tant qu’élèves ingénieur, un mini projet en réseaux d’eau potable est exigé pour évaluer les connaissances acquises au cours des études et mettre en pratique nos compétences, car c’est le meilleur moyen d’adaptation au travail en groupe et qui permet de consolider les attitudes, renforcer les comportements développés au cours de la formation, et se préparer à mieux fonctionner dans le milieu de travail. L’objectif principale de notre projet c’est que à la fin on doit être capable de : 

Déterminer les pertes de charges afin de tracer la ligne piézométrique.



Déterminer la PMS (pression maximale de service).



Choisir le matériau le mieux adapté pour le projet.



Analyser l’effet du coup de bélier.



Calculer pour les réseaux de distribution.

Pour faire, nous allons effectuer l’étude et l’analyse des différentes types et méthodes de réalisation, en se basant sur la formation et conseils du professeur, et d’extraire les principales actions et les différents variables qui influencent le projet.

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Mini-projet REP – 4GC

II- PARTIE ADDUCTION II.1

DONNEES

Dans le cadre du projet de renforcement du système d’adduction existant d’eau potable de la zone côtière de Rabat à Casablanca à partir du barrage Sidi Mohamed Ben Abdellah (SMBA), l’ONEE envisage de réaliser les travaux d’une nouvelle Station de traitement sur le site d’Oum Azza et une Adduction BR3, qui servira à acheminer gravitairement l’eau traitée vers le réservoir 10 000 m3 de l’ONEE à Casablanca. Le système de renforcement s’inscrit dans le cadre d’un programme général pour le développement et la sécurisation de la production du complexe de Bouregreg. En considérant l’horizon 2030, l’adduction concernée est destinée à transiter le complément des besoins en eau potable des agglomérations situées entre les villes de Rabat et Casablanca pour l’horizon 2030. Le tracé du projet entier est donné dans la figure suivante :

Figure 1: vue générale du projet

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Le présent rapport est consacré au lot 1. Le tracé du profil en long entre le point de départ A (au niveau du réservoir) et le point d’arrivée B est donné dans la feuille N° 1 lot 1 du plan en annexes de ce rapport. On suppose pour la conduite du projet : -

La charge au niveau du point A (réservoir) est à 191.93 m ;

-

La charge au niveau du point B est à 188.93 m ;

-

Un débit de 6000 l/s ;

-

Une rugosité Ks = 0.1 mm ;

-

La longueur L du tronçon est à mesurer sur le plan ;

-

La viscosité cinématique de l’eau est de 1.31 10-6 m2/s

-

On suppose que les pertes de charge singulières représentent 15% des pertes de charge linéaires.

1-1 Calcul du diamètre : Le calcul du diamètre peut être fait en appliquant l’équation de Bernoulli entre le point de départ A et le point B. Le diamètre est donc donné par la relation suivante : … Le coefficient des pertes de charge linéaire λ est à déterminer par l’équation de Colebrook suivante :

La longueur de la conduite mesuré sur le plan : L= 129.58+160.78+266.45+426.44+276.74  L=1259.99m 8

Mini-projet REP – 4GC

Nous avons :

 Pour le calcul des pertes de charges linéaires : 𝐿 𝑉2

∆𝐻 = 𝜆 𝐷 2𝑔 𝐿

∆𝐻 = 𝜆 𝐷5 ∗𝜋2

𝑄2 ∗8 𝑔

 Les pertes de charges singulières représentent 15 % des pertes de charges linéaires donc notre équation devient :

𝐿

∆𝐻𝑡 = 𝜆 𝐷5 ∗𝜋2

𝑄2 ∗8∗1.15 𝑔

Pour notre projet on va faire :

ΔHt=La charge au niveau du point A – charge au niveau du point B = 3m

 On obtient cette expression pour le calcul du diamètre :

2

𝐷 = (𝜆

𝐿 𝑄 ∗ 8 ∗ 1.15 ) 3 ∗ 𝜋2 𝑔

 Le nombre de Reynolds :

𝑅

𝑒=

1 5

𝑉𝐷 𝜈 9

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Nous avons réalisé une fiche Excel pour le calcul de nos variables, nous avons obtenus les

Données viscosité cinématique Ks L Q g V Re λ D equation de colbroock

0.00000131 0.0001 1259.99 6 9.81 2.42 3285468 0.012 1.775 -0.280

m2/s m m m3/s m/s2 m/s

m

résultats suivants :

II.2

TRACE DE LA LIGNE PIEZOMETRIQUE

Nous avons un seul tronçon, on a la charge au niveau du point A et la charge au niveau du point B, on va les lier par une droite pour obtenir la ligne piézométrique. (Voir plan en annexe avec ce rapport)

II.3

DETERMINATION DE LA PMS

Pour déterminer la PMS on prendra la distance entre le niveau le plus bas de notre conduite avec la ligne piézométrique. Dans notre cas nous avons eu PMS= 19.95m. (Voir plan en annexe avec ce rapport)

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II.4 CHOIX DU MATERIAU DE LA CONDUITE

Pour déterminer le matériau on se basera sur l’abaque suivant:

Dans notre projet nous avons PMS= 19.95 et D=1775mm donc le matériau le plus adapté pour notre cas est : BP ou PRV.

Diamètre nominale

Longueur(m)

PMS

Matériau

1800 mm

1259.99

19.95

BP ou PRV

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III- ANALYSE DU COUP DE BELIER

Pour le tronçon étudié à la première partie, il est indispensable de vérifier la protection des ouvrages en écoulement transitoire. Pour ce faire, le tronçon est assimilé à un système composé d’un réservoir (point A), une conduite et une vanne au bout de cette conduite (point B). On prévoit un réservoir anti-bélier pour la protection de la conduite et on demande de calculer le volume de ce réservoir nécessaire pour ce cas en utilisant le logiciel HYTRAN.

Nous avons prévu un temps de fermeture de la vanne de Tf = 15 secondes.

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Pour l’analyse du coup de bélier nous avons utilisé un logiciel qui s’appelle HYTRAN, c’est un logiciel facile à manipuler, dans l’interface on a le choix pour mettre les point de notre conduite précisément lorsqu’on est sure de notre point on click puis le logiciel génère automatiquement la suite de la conduite pour choisir le deuxième point, et pour arrêter le processus on fait un click droit. En haut nous avons un menu pour modifier ou supprimer un point ou une conduite, et à droite un menu pour le choix des différents éléments de la conduite tels que réservoirs, vannes…

Figure 2: Interface logiciel HYTRAN

Dans un premier lieu nous avons mesuré les distances horizontales et verticales dans le fichier AutoCAD à partir du point A, pour les dessiner d’une manière exacte sur HYTRAN.

Figure 3: mesure des distances sur AutoCAD

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Mini-projet REP – 4GC

Après avoir mesuré les différentes distances nous avons fait un croquis des points aux changements de direction.

Figure 4: Croquis des points introduits sur HYTRAN

Nous allons avoir une vanne au niveau du point B, c’est pour cela que nous allons faire un nœud avant B où on va mettre notre ouvrage anti coup de bélier si on aura besoin, pour cela nous avons déterminé l’équation de la dernière droite. Y= 0.02258 * x + 131.4 Le point qu’on va ajouter doit être proche de B nous avons choisi une abscisse de x= 1200 ; nous avons obtenus y= 185.5. Et puis nous avons dessiné ça sur HYTRAN :

14

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Figure 5: profil de la conduite sur HYTRAN

On a ensuite entré tous les données concernant la conduite le réservoir et la correction des positions des nœuds.

Figure 6: profils des conduites

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Figure 8: les coordonnées des nœuds

Figure 7: séquences des noeuds

16

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Figure 9: points de référence pour le dessin

Figure 10: Informations sur la vanne

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Mini-projet REP – 4GC

Figure 11: Informations concernant le réservoir

Et pour les caractéristiques de notre conduite :

Figure 12: caractéristiques de la conduite

18

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III.1 PREMIERE SIMULATION : SANS OUVRAGE ANTI COUP DE BELIER : Dans un premier lieu nous avons fait notre simulation sans anti coup de bélier, nous avons eu les résultats suivant :

Figure 13: Simulation sans ouvrage anti coup de bélier

Nous avons obtenu l’enveloppe max/min HGL qui avait la forme suivante :

Figure 14: enveloppe max/min HGL

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Mini-projet REP – 4GC

Pour les pressions nous avion des pressions qui dépasse largement notre PMS et qui se résument dans le tableau suivant :

Figure 15: résultats avant l'utilisation de l’anti coup de bélier

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Ces résultats montrent l’utilité de mettre un ouvrage anti coup de bélier avant la vanne, nous avons choisi un réservoir d’air donc notre dessin devient :

III.2 SIMULATION AVEC L’AJOUT DU RESERVOIR D’AIR :

Figure 16: dessin après l'ajout du réservoir d'air

Les caractéristiques de notre réservoir d’air au début étaient les suivantes :

Figure 17: caractéristiques du réservoir d'air

21

Mini-projet REP – 4GC Nous avons obtenus les résultats suivants après la simulation :

Figure 18: résultats après l'ajout du réservoir d'air

Nous avons obtenus les résultats suivants concernant le max et le min des pressions :

22

Mini-projet REP – 4GC

Figure 19: Résultats des pressions max et min après l'introduction du réservoir d'air

Nous avons essayé de changer les valeurs pour le volume d’air et pour la surface du réservoir mais nous avons remarqué que nous n’avons pas de grands changements de pressions dans notre conduite, donc nous avons pensé à introduire une cheminée d’équilibre.

III.3 SIMULATION AVEC CHEMINEE D’EQUILIBRE : Après l’introduction de la cheminée d’équilibre notre dessin devient :

Figure 20: dessin simulation cheminée 23 d'équilibre

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Nous avons essayé avec plusieurs diamètres et nous avons trouvé enfin le diamètre optimal qui nous donnera les résultats souhaité. C’était un diamètre de 10 m, alors nous avions les caractéristiques suivantes pour notre cheminée d’équilibre :

Figure 21: caractéristiques cheminée d'équilibre

24

Mini-projet REP – 4GC

Nous avons obtenus les résultats suivants :

Figure 22: résultats après l'introduction de la cheminée d'équilibre

L’enveloppe des pressions avait cette forme-là :

Figure 23: enveloppe des pressions après l'introduction de la cheminée d'équilibre

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Et pour les pressions min/max nous avons obtenus les résultats suivants :

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Mini-projet REP – 4GC

Figure 24: résultats pressions max/min après l'introduction de la cheminée d'équilibre

Donc d’après ces résultats nous avons la PMS > Pmax, et aussi Pmin > Pvap d’eau, alors nous allons prévoir ces caractéristiques pour notre projet.

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IV- PARTIE DISTRIBUTION La présente partie est indépendante de ce qui précède et concerne le réseau de distribution d’ Eau Potable d’une partie du lotissement AL AMAL 2ème tranche à ZAGORA. La situation géographique du projet est donnée dans la carte suivante :

Figure 25: situation de la zone étudiée

La topographie générale du terrain est assez accidentée. Le périmètre urbain est situé entre les altitudes 705 m et 730 m, et comporte des pentes moyennes allant jusqu’à 2.6%. Les objectifs de cette étude sont : -

Fixer les caractéristiques des conduites constituant le réseau de distribution de l’eau potable pour le lotissement cité ;

-

Faire plusieurs simulations afin de trouver les caractéristiques optimales du réseau de conduites (diamètre optimal de chaque tuyau).

IV.1 DONNEES DU PROJET Le tracé du réseau se présente comme suit : 28

Mini-projet REP – 4GC

Les propriétés des nœuds sont données dans le tableau suivant : Nœud

Altitude (m NGM)

Demande (l/s)

R ou 18

1009

0

1

1003.60

0

2

1003

2

3

1002.92

4

9

1002.80

13

4

1003.20

8

5

1003

7

7

1004

20

8

1003.60

18

6

1003.50

12

14

1003.20

16

13

1003.10

6

17

1003

8

29

Mini-projet REP – 4GC 16

1003.30

5

15

1003.21

12

11

1002.80

10

12

1002.70

14

10

1002.61

13

Pour les conduites reliant entre ces nœuds les caractéristiques supposées sont comme suit : Tuyau

Longueur (m)

Diamètre (mm)

1

80

300

3

100

200

4

90

200

5

80

180

6

100

250

7

95

190

8

50

100

9

150

100

10

200

100

2

45

100

15

40

150

20

180

190

12

100

300

13

30

250

14

100

250

16

25

190

17

31

160

21

100

170

19

70

190

Les principales hypothèses suivantes sont retenues : 30

Mini-projet REP – 4GC -

Le lotissement AL AMAL sera alimenté principalement à partir de la conduite existante DN250.ce point est assimilé à réservoir au nœud 18 qui a un diamètre de 10 m, un niveau d’eau initial de 1.5 m et un niveau maximal de 8 m.

-

La pompe au niveau du tuyau 11 a un débit nominal de 40 l/s et une hauteur manométrique correspondante de 38 mCE

-

Les pressions minimale et maximale acceptées en chaque nœud sont respectivement 10 et 60 mCE.

-

Les vitesses sont à garder pour ce projet entre 0.3 et 1.5 m/s.

-

Toutes les conduites du réseau de distribution sont prévues en PVC. Le coefficient de rugosité est pris égal à 0,1mm. Les classes disponibles sur le marché en PVC sont comme suit :

IV.2 METHODOLOGIE DE CALCUL UTILISEE La répartition spatiale des consommations est faite selon la méthode nodale qui se base sur la zone d’influence de chaque nœud. Les consommations sont réparties compte tenu de l’occupation du sol (type d’habitat, surface). La méthode nodale consiste à affecter pour chaque nœud du réseau une zone d’occupation du sol. Cette zone est délimitée suivant la topologie proposée pour le réseau de distribution ainsi que la répartition des lots dans la zone d’étude. La formule de perte de charge adoptée dans le calcul du réseau est :

J : gradient des pertes de charge linéaires. D : diamètre de la conduite en m. 31

Mini-projet REP – 4GC V : vitesse d’écoulement en m/s. CHW est le coefficient de Hazen Williams, égale à 150 dans le cas des conduites projetées en PVC. Le calcul du réseau est effectué au moyen du logiciel EPANET. Ce dernier se base sur la méthode de Hardy Cross expliquée au niveau du cours (Cf page 58). Il s’agit d’un logiciel de simulation. Il permet, en fonction des diamètres et des caractéristiques de la pompe et du réservoir, de simuler et de donner les vitesses pour chaque conduite et les pressions au niveau de chaque nœud. Ce qui signifie qu’il faudra modifier au niveau des hypothèses supposées au départ jusqu’à avoir toutes les vitesses comprises l’intervalle exigé et tous les nœuds à des pressions comprises dans l’intervalle exigé. Les différentes simulations ainsi que les résultats définitifs sont donnés dans le paragraphe suivant.

IV.3 RESULTATS

Le travail était fait sur un logiciel EPANET ; c’est un logiciel de simulation du comportement hydraulique et qualitatif de l'eau dans les réseaux sous pression. Il s'agît donc d'un logiciel permettant de déterminer les pressions, les vitesses, débit et qualité de l'eau dans un réseau d'adduction. EPANET est un logiciel facile à manipuler, premièrement on entre les points d’une manière qui n’est pas précise mais en respectant la forme du dessin, on dessine les conduites, on met les pompes et les réservoirs, puis on commence à entrer les informations d’une manière précise concernant les altitudes et les coordonnées des points, les niveaux des réservoirs, les longueurs et diamètres des conduites.

Figure 26: Interface logiciel EPANET

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Mini-projet REP – 4GC

Premièrement nous avons dessiné notre réseau comme le montre la figure si dessous :

Figure 27: Réseau dessiné sur EPANET

Puis nous avons introduit les informations des nœuds (demande, l’altitude) :

Figure 28: Informations sur les nœuds

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Mini-projet REP – 4GC

Ensuite nous avons introduit les caractéristiques des conduites :

Figure 29: Caractéristique pour les conduites

Pour la pompe nous avons introduit les caractéristiques de notre pompe :

Figure 30: courbe caractéristique de la pompe

34

Mini-projet REP – 4GC

Après l’exécution nous avons reçu un message d’avertissement :

Figure 31: message d'erreur simulation

Quand nous avons vu les détails on a trouvé que le débit demandé dépasse le débit maximum :

Figure 32: rapport d'état de la simulation

Alors nous avons augmenté le débit nominal dans les caractéristiques de la pompe :

Figure 33: Changement des caractéristiques de la pompe

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Mini-projet REP – 4GC

Calcul des pressions au niveau des nœuds :

Figure 34: Résultats de la première simulation

Figure 35: valeurs de pressions

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Mini-projet REP – 4GC

On remarque que les pressions et les vitesses sont faibles alors nous avons commencé à changer les diamètres des conduites mais toujours pas de changement surtout pour les pressions. Nous avons ensuite changé les caractéristiques du réservoir :

Figure 36: Caractéristiques du réservoir après changement

Là nous avions un changement de pressions mais les points qui sont loin du réservoir on avait pas un grand changement pour les valeurs de pression, alors nous avons choisi d’augmenter encore une fois les caractéristiques de la pompe :

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Mini-projet REP – 4GC

Figure 37: Dernier changement des caractéristiques de la pompe

Nous avons obtenus à la fin de la simulation les résultats suivants :

Figure 38: résultats dernière simulation

38

Mini-projet REP – 4GC

Résultats pour les pressions :

Figure 39: Résultats des pressions à la fin de la simulation

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Calcul des vitesses : ….

Figure 40: résultats pour les vitesses

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Mini-projet REP – 4GC

V- CONCLUSION

Durant cette période de réalisation on a eu la chance de s’exercer et d’appliquer les méthodes théoriques vues en cours afin d’aboutir au dimensionnement des conduites. La réalisation de ce projet nous a appris de travailler en groupe, et d’enrichir nos connaissances concernant l’alimentation en eau potable ; les méthodes de calcul, d’organisation du travail et aussi la détermination des différentes variables, la recherche et aussi travailler avec des logiciels (AutoCad, HYTRAN, EPANET). Malgré les problèmes rencontrés lors de la réalisation de ce projet, on a réussi à trouver les solutions pour avoir finalement un projet complet. Nous espérons que notre modeste travail était à la hauteur des attentes de notre professeur et encadrant.

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ANNEXE : Ligne piézométrique de la conduite :

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