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CHAPITRE II REVUE DE LA LITTERATURE ET CADRE CONCEPTUEL

Dans ce chapitre, il sera question de revoir la littérature des auteurs sur une étude du projet d’AEP. La revue sera axée sur : le cycle de l’eau, les propriétés physiques et chimiques d’eau potable, la qualité d’une eau  potable, la présentation des sources dans la nature, le captage, l’adduction, le type de réseaux de distribution, les ouvrages du réseau, et les paramètres de dimensionnement.

Cycle de l’eau

Généralités

Pour mieux comprendre d’où provient l’eau dont nous avons tous besoin, pourquoi cette eau ne s’épuise pas et  par quel mécanisme l’obtient-on nous nous référons au cycle de l’eau.

En effet, l’eau est le résultat d’un processus connu sous le nom de “cycle de l’eau” reconnu comme tel par son caractère éternel (c'est-à-dire qu’il n’a ni début ni fin; il continue comme une boucle). L’évaporation des fleuves, des lacs et des mers grâce à l’énergie solaire, conduit à la formation dans l’atmosphère des nuages. Ces nuages, poussé par le vent se transforment en pluie ou neige suite à la variation de la température (phénomène de la condensation) et donnent lieu à la formation des précipitations atmosphériques. Une partie de ces eaux s’évapore, une autre ruisselle ou s’infiltre. Les eaux d’infiltration sont utilisées en partie par la végétation qui par après seront rejetéespar le phénomène d’évapotranspiration et une autre partie reste dans le sous-sol pour former les nappes souterraines qui, à leur tour forme ou donne naissance aux sources qui émergent à la surface du sol que l’être humain utilise pour satisfaire à ses besoins quotidiens.

En définitive, à partir de ce cycle, l’eau se présente sous diverses formes et il revient à l’homme de l’adapter à ses besoins. Ainsi donc, il existe : Les eaux pluviales (précipitation) ; les eaux souterraines (infiltration) ; les eaux de source ; les eaux de surface.

Eaux pluviales

L’eau utilisée pour les besoins humains a pour origine première l’eau de pluie.        

Cependant, la pluie qui tombe sur le sol se partage en diverses fonctions suivant des proportions, variables à savoir :

  • une partie retourne dans l’atmosphère, sous forme de vapeur par évaporation ou transpiration des végétaux ;
  • une autre partie ruisselle à la surface du sol et contribue à l’alimentation des ruisseaux, rivières et lacs ;
  • Le reste qui est la fraction la plus faible, soit de 20% à 40% pénètre dans le sol par infiltration et contribue à l’alimentation des nappes profondes, des sources et dans certaines condition des rivières(C. Gomella et H. Guerrée 1980, 21).

Eaux souterraines

Les eaux souterraines ont toujours été recherchées en raison de leurs fraicheurs et de leurs qualités chimiques et bactériologiques. Le principe de se procurer de cette eau est d’aller la chercher assez loin dans son gîte géologique.

            Ces eaux peuvent être captées :

  • soit à leur exutoire naturel que sont les sources ;
  • soit au sein même de la nappe où elle se trouve incluses dans les éléments meubles, sables et graviers ;
  • soit au sein même du gisement pour les eaux circulant en terrain fissurés.

Eaux de surface

Ces eaux proviennent de l’eau de pluie tombée sur le bassin versant du lieu récepteur. Elles ne doivent être utilisées qu’avec beaucoup de précaution et, en tout état de cause, elles doivent subir un traitement particulier ayant pour but :

  • de les débarrasser des matières solides qu’elles peuvent contenir en suspension.
  • de les rendre potables car, bien souvent, les rivières sont les collecteurs naturels des villes et des villages et risquent d’être contaminées ou souillées par des rejets (déchets) provenant de l’exploitation industriels établis en bordure (A. Dupont 1974, 53).

Figure 1 : Schéma du cycle de l’eau

Source : http://fr.wikepédia.org.wiki/cycle de l’eau

Quelques définitions

Précipitation : Toutes les eaux de l’atmosphère, qui se déposent à la  surface sous forme de pluie, de neige, de grêle ou de brouillard.

Eau de ruissellement : Eau dérivée directement des précipitations ruisselant à la surface de la terre et qui alimente directement les cours d’eau, les rivières, les lacs et les mers.

Evaporation : Phénomène de perte d’eau provenant de l’échauffement de l’eau des terres et de toutes les étendues d’eau.

Evapotranspiration : Phénomène de perte d’eau des végétaux par leurs transpirations. En réalité, les êtres vivants et plus particulièrement les végétaux ont une influence sur le cycle, du fait que leurs racines pompent l’eau du sol et en relâchent une partie dans l’atmosphère et une autre partie est retenue par ces propres végétaux pour leur survie.

Infiltration : Phénomène de passage de l’eau, son parcours souterrain jusqu’à sa sortie du sol

Qualité d’une eau de consommation (eau potable)

L’eau potable est celle dont la consommation ne produit aucun effet indésirable à quiconque la consomme, tel que les maladies hygiéniques.

            A défaut de manque de résultats de valeurs limites, de paramètres recommandés par des normes en vigueur dans notre pays, nous nous référons aux normes internationales de l’eau potable fournis par l’OMS (Voir tableau 1).

Pour toute eau potable, en particulier à celle qui sera utilisé pour le présent projet, ne doit contenir :

  • aucun germe indésirable entre autre B. coli ou Escherichia coli, Entérocoque, Clostridium sulfitoréducteurs et des bactériophages fécaux ;
  • de substances toxiques ;
  • d’éléments minéraux excessifs dont la concentration est supérieure à 2 g/l.

Tableau 1 : Concentrations limites dans une eau potable d’après l’OMS

Corps chimiques

Unité

Concentrations

Turbidité

NTU

5

Valeur pH

-

7,0-8,5

Composés phénoliques

mg/l

0

Chrome Hexavalent

mg/l

0

Cyanures

mg/l

0

Sélénium

mg/l

0,05

Arsenic

mg/l

0,05

Plomb

mg/l

0,1

Fer (Fe++)

mg/l

0,3

Manganèse

mg/l

0,3

Fluorures

mg/l

1

Cuivre

mg/l

1

Ammoniaque (NH4+)

mg/l

1

Phosphates (PO4-)

mg/l

7

Potassium (K+)

mg/l

10

Sodium (Na+)

mg/l

20

Nitrates (NO2-)

mg/l

25

Calcium (Ca++)

mg/l

75

Matières en suspension

mg/l

500

Source: (A. Dupont 1981 Tome I, 68).

            Signalons qu’au-delà de ces concentrations ci-haut mentionné, l’eau devient nocive à la vie humaine puisqu’elle serait non potable.

Propriétés d’une eau potable

Propriétés physiques

La turbidité : Elle résulte des matières en suspension (matières colloïdales) comme les grains de silice et les argiles. Elle se mesure par un nombre de gouttes d’un réactif approprié à la matière testée. 25 à 30 gouttes.

La coloration : Une eau potable est généralement incolore. La coloration est due aux sels minéraux dissous ou aux matières organiques. Une eau d’alimentation ne doit pas présenter de coloration dépassant 20 unités de l’échelle colorimétrique au platino-cobalt (A. Dupont 1979, 64).

L’odeur et la saveur : Les odeurs de l’eau sont dues notamment aux micro-organismes vivants, aux algues mortes, aux planctons,  parfois à l’acide sulfurique (H2SO4), et aux résidus industriels. Une eau potable est généralement inodore même après 15 jours de conservation.                              

La saveur désagréable est due à la présence du fer (Fe), du manganèse (Mn), du chlore actif ou du phénol. L’eau potable est appréciée par dégustation.

La température : L’eau prend la température ambiante selon le milieu. Une eau potable doit avoir une température comprise entre 9 et 12°c elle ne devrait pas dépasser 15°c. Les eaux souterraines, qui circulent à des profondeurs moyennes, présentent des températures sensiblement constantes oscillant autour de 10 à 12°c. (Ibidem, 62)

La résistivité : Cette grandeur caractérise la teneur en sels dissous. La résistivité de l’eau potable doit être si possible supérieure à 1000w/cm.

 

Propriétés chimique

Valeur pH

La valeur pH est très importante dans la technologie de l’eau. Elle détermine si l’eau est acide, neutre ou alcaline.          

Il existe donc :

  • Solutions acides : (H+) > 10-7 > (OH-),
  • Solutions neutres : (H+) = (OH-) = 10-7,
  • Solution alcalines : (H+) < 10-7< (OH-).

(A. Dupont 1979, p.66)

Ainsi nous avons :

  • pH>7 : Eau alcaline
  • pH=7 : Eau neutre
  • pH<7 : Eau acide

Pratiquement, les valeurs des pH qui intéressent l’hydrologie sont comprises entre 5,5 et 10 ; les valeurs supérieures à 8 ne s’observent que dans l’eau de mer et l’eau minérale (Idem)

Minéralisation

Précédemment, nous avons vu qu’au cours de son parcours souterrain, l’eau se charge d’un certain nombre d’éléments minéraux en liaison avec la nature des terrains traversés. La minéralisation d’une eau qui signifie sa concentration en sels solubles, s’accroît généralement avec la profondeur à laquelle elle circule. Il existe entre la minéralisation et la résistivité une relation qui peut être utilisée pour calculer la minéralisation globale approchée d’une eau.     

(Ibidem, 65)

Cette minéralisation s’applique à des eaux de minéralisation comprise entre 1000 et 3000 ohm-cm.

Tableau 2 : Valeurs de la résistivité selon le degré minéralisation de l’eau

Degré de minéralisation

Valeurs de la résistivité (ohm-cm)

Très faible

> 10000

Faible

de 5000 à 3000

Moyenne

de 3000 à 1500 (eau des calcaires)

Importante

de 1500 à 1000

Excessive

< 1000

Source : (A. Dupont 1979, 65)

Substances  indésirables

L’eau se charge selon la nature du milieu dans lequel elle se trouve. Dans une eau potable, la teneur des substances indésirables doit êtreinférieure aux valeurs indiquées ci-après.

Tableau 3 : Teneur des substances indésirables

Substances

Teneur (mg/l)

Plomb

0,1

Sélénium

0,05

Fluorum

1

Arsenic

0,05

Cuivre

1

Fer

0,2

Manganèse

0,1

Zinc

5

Cyanure

0

Source : cours d’AEP

 

Présentation des sources dans la nature

Définitions

Les sources sont des emplacements où les eaux souterraines débouchent à l’air libre (C. Gomella et H. Guerrée 1980, 29).

            Autrement dit, une source c’est l’émergence naturelle d’une nappe d’eau souterraine qui apparaît à la surface du sol, sans moyen artificiel. La quantité d’eau d’une source (débit) est variable ou limitée en fonction des conditions climatiques. Ainsi nous distinguons le débit d’étiage et le débit de crue. Le débit d’étiage est la quantité minimale d’eau qui peut transiter à travers un cours d’eau à un moment déterminé.

Nature des sources de captage

Selon le mode de fonctionnement d’une source, il existe 3 principales formes de source à savoir :

  • Sources d’affleurement
  • Sources de déversement
  • Sources d’émergence

Sources d’affleurement

Ce sont des sources qu’on rencontre dans des vallées ouvertes. Dans le cas d’une source d’affleurement, l’écoulement apparait presque toujours à une cote plus basse que celle de l’assise imperméable sur laquelle l’eau circule (A. Dupont 1979 Tome I, 151).Les sources d’affleurement sont les plus importantes à capter en raison de leurs non épuisement.

Figure 2: Schéma d’une source d’affleurement

Source : (A. Dupont 1979 Tome I, 151).

Sources de déversement

Ce sont des sources qui prennent naissance dans les roches (ou fondations) fissurées en surface. La sortie d’eau se fait respectivement à la limite d’un terrain perméable. Ce type de sources présente moins d’importance en raison de leur débit ordinairement faible. Le schéma présenté ci-après illustre la formation de sources de déversement dans une roche granitique.

Figure 3: Schéma d’une source de déversement

Source : (A. Dupont 1981, 152).

Source d’émergence

            Ce sont des sources dont le fond de la vallée n’atteint pas la couche imperméable. Il se peut qu’au point de rencontre avec la surface topographique, la nappe ne trouve pas d’exutoire mais qu’en fond de la vallée, au passage des alluvions qui la tapisse ordinairement, l’eau surgisse, remonte de la nappe par une cassure verticale du terrain (A. Dupont 1974 Tome I, 152). Autrement dit, ces sources sont alimentées par la partie supérieure de la nappe.

Figure 4: Schéma d’une source d’émergence

Source : (Ibidem)

 

Captage des eaux de sources

Généralité sur le captage des eaux souterraines

La quantité d’eau à capter est fonction du degré de perméabilité du sol. La perméabilité est la propriété qu’a une roche de laisser passer l’eau à travers ses fissures ou ses pores, elle dépend de la nature du terrain (porosité du sol).

            La porosité est un nombre qui exprime le rapport du volume des vides du terrain au volume total (vides +          pleins). Elle dépend de la granulométrie, de l’arrangement des grains, de leur degré de tassement et l’on démontre que, théoriquement, selon l’empilement des grains, elle peut varier de 26 à 47 % (A. Dupont 1974, 90). La porosité représente le volume total d’eau que peut emmagasiner le sol.

            Le degré de perméabilité caractérise la faculté de circulation de l’eau au travers d’un sol.

Tableau 4 : Coefficients de perméabilité suivant la nature du sol

Type de sol

K  en cm/s

Gravier

1,00 - 100

Gravier avec sable

0,5 - 1,0

Sable

1,0.10-2 - 30.10-2

Argile

10-5 – 10-10

Source : cours d’AEP                                                                                   

Principe de captage

            En principe, il n’y a pas de règles précises pour le captage des sources comme il y a diverse formes de sources, il y a aussi diverses formes de captage. Le captage se fait par creusement d’une tranchée à l’endroit où se trouve l’eau et dans lequel on mettra des matériaux drainant (gravier) au-dessus desquels sera posé un tuyau perforé (crépine) qui acheminera l’eau vers l’ouvrage de collecte. Une fois le tuyau perforé mis en place, une couche de gravier servant de filtre lui sera mise au-dessus suivi d’une feuille plastique, d’une couche d’argile et d’une couche de terre ordinaire.

Pour capter le maximum d’eau en quantité et en qualité suffisante, il faut veiller à ce que l’ouvrage de captage soit construit dans une direction perpendiculaire au sens d’écoulement souterrain.

En  générale, les eaux devront être captées dans leur gite géologique ; c’est ainsi que l’ouvrage de captage d’une source devra aller chercher le (ou les) griffon(s) dans la roche même (C. Gomella et H. Guerrée 1980, 35).

Captage des sources d’émergence

            Lorsque l’émergence a été bien repérée, et mise à nu par enlèvement des terres de couverture, le captage consiste à installer un ouvrage étanche qui recueille les eaux à la sortie du gisement et permet leur déviation sur la conduite d’adduction. (C. Gomella et H. Guerrée 1980, 36)

            L’ouvrage doit être encastre dans la couche de terrain où circulent les eaux, de manière à éviter tout mélange avec les eaux superficielles qui circulent dans les alluvions.

Captage des sources d’affleurement

            Les sources d’affleurement peuvent provenir de plusieurs filets. Le captage consiste à dégager ces filets, puis à les recueillir et à les diriger dans une chambre de réception (Idem).


Figure 5: Schéma  de captage


Adduction

Définition

L’adduction est  le transport des eaux brutes (non traitées) ou traitées des zones de captage ou des stations de traitement aux zones d’utilisations (réservoir de distribution, bâches,…) (M. Bouslimi 2004, 18).

Types d’adduction

Il existe généralement deux types d’adduction :

  • Adduction gravitaire
  • Adduction par refoulement (pompage)

Adduction gravitaire

 Dans ce type d’adduction, la cote de la source ou du point d’eau est supérieure à celle du réservoir.

L’avantage de ce système est essentiellement économique, bien plus il évite les phénomènes de coups de bélier dans les conduites. L’écoulement peut être soit à surface libre ou en charge.

Ecoulement à surface libre

L’écoulement à surface libre est un cas fréquent. La conduite fonctionne comme un canal ouvert, l’eau n’atteint pas la partie supérieur des tuyaux (à l’intérieur). Le débit dépend de la pente au point donné de la hauteur d’eau dans la tuyauterie et des frictions (frottements) sur les parois.

Ecoulement en charge

L’écoulement en charge correspond au fonctionnement d’une adduction dont les tuyaux sont pleins et où les tronçons en amont et en aval interviennent sur l’écoulement. (Ibidem, 19). Le débit est en général plus grand, ce qui veut dire que la tuyauterie est toujours pleine pour ce cas d’écoulement et l’eau qui y écoule est poussée par la pression exercée par l’eau en amont. (Idem)

Figure 6 : Schéma d’un réseau de distribution type gravitaire

  • H: hauteur correspondant à la différence entre la cote du niveau minimal du réservoir et la cote (Z+h+P)
  • P: pression minimale de distribution au point le plus haut à desservir
  • Z: cote du sol au droit du point le plus haut à desservir
  • h: hauteur du point le plus haut à desservir par rapport au sol

Adduction par refoulement

Dans ce type d’adduction, le captage se situe à un niveau inférieur à celui du réservoir d’accumulation (A. Dupont 1979, 88). Les eaux du captage sont relevées par une station de pompage dans cette conduite de refoulement (M. Bouslimi 2004, 39).

Figure 7: Schéma d’un réseau  de distribution par surpression

  • HMT: hauteur manométrique total
  • j: pertes de charge
  • P: pression minimal

 

Figure 8 : Schéma d’un réseau de distribution par refoulement depuis un réservoir

  • Hgéo : hauteur géométrique
  • j: pertes de charge
  • j: hauteur du plan d’eau de pompage
  • HMT: hauteur manométrique totale

Réseaux de distribution

            Le réseau de distribution est l’ensemble des canalisations qui font suite au réservoir. Très souvent, l’eau sort de ce dernier ouvrage par une seule conduite, qui se prolonge à travers l’agglomération en formant une conduite maîtresse, et sur laquelle sont branchées des conduites de diamètre moindre dites secondaires, tertiaires, etc… (C. Gomella et H. Guerrée 1980, 180).                                    

Généralement, il existe trois types de réseaux : réseaux ramifiés, réseaux maillés et réseaux mixtes.

Réseau ramifié

Il est  caractérisé par une forme ayant une structure d’arbre et chaque point de ce  réseau ne reçoit l’eau d’un seul sens.

Le réseau ramifié, dans lequel les conduites ne comportent aucune alimentation en retour, présente l’avantage d’être économique, mais il manque de sécurité et de souplesse en cas de rupture : un accident sur la conduite principale prive d’eau tous les abonnés d’aval (A. Dupont 1979, 367).

Figure 9 : Schéma d’un réseau ramifié

Avec : 1 conduite principale                                                                           2 conduite maitresse (de distribution)                                         3 conduite de raccordement

Réseau maillés

Un réseau est dit maillé s’il y a une suite des conduites principales sur lesquelles sont branchées les conduites de distribution formant des mailles, assurant en eau aux consommateurs. (C. Gomella et H.Guerrée 1980,182).

Contrairement au réseau ramifié, le réseau maillé permet une alimentation en retour. Une simple manœuvre de robinets permet d’isoler le tronçon accidenté et de poursuivre néanmoins l’alimentation des abonnés d’aval.

Figure 10 : Schéma d’un réseau maillé

Avec : 1 conduite principale                                                                           2 conduite maitresse (de distribution)                                         3 conduite de raccordement

Réseau mixte

            Le réseau mixte est un réseau d’un système ramifié par connexion des extrémités des conduites (C. Gomella et H. Guerrée 1980, 182).

Figure 11 : Schéma d’un réseau mixte

Avec : 1 conduite principale                                                                           2 conduite maitresse                           3 conduite de raccordement

Ouvrages du réseau, de distribution et de conduite

Ouvrages du réseau

Chambre de captage

La chambre de captage est un ouvrage qui consiste à collecter toutes les émergences d’une source pour les conduire dans un ouvrage visitable appelé chambre collectrice dans le cas de plusieurs sources ou dans une chambre de départ dans le cas d’une seule source.

Chambre de départ

La chambre de départ est un ouvrage qui suit directement le captage, construit souvent en moellon destiné à collecter l’eau de la source avant de passer dans le réseau. Elle est souvent compartimentée pour pouvoir décanter les particules solides dans le premier compartiment, et l’eau passe ensuite au dessus du seuil plat pour se déverser dans le second compartiment.

Chambre d’équilibre et la brise charge

La chambre d’équilibre a pour rôle d’égaliser les pressions lorsque les eaux proviennent des sources situées à des altitudes différentes. La brise charge est un ouvrage destiné à limiter la pression de service dans les tuyaux (PVC, PN10, PN16).

Chambre de purge

La chambre de purge est un ouvrage situé aux différents points bas du réseau pour faciliter l’élimination des dépôts solides contenus dans les conduits d’eau.

Chambre de ventouse

Appelé aussi purge d’air, la chambre de ventouse est construite comme celle de purge mais elles diffèrent toutes les deux par leur emplacement car la chambre de ventouse, elle, est installée aux différents points haut du réseau pour élimination de l’air contenu dans les conduits.

Ouvrages de distribution

Réservoir

Un réservoir est un ouvrage servant à emmagasiner l’eau afin d’être utilisée en cas de pannes ou d’entretient de source.

            Le rôle des réservoirs a sensiblement varié au cours des âges. Servant tout d’abord de réserves d’eau, leur rôle primordial fut, ensuite, de parer à un accident survenu dans l’adduction (C. Gomella et H. Guerrée 1980, 165).

Borne-fontaine

            Une borne-fontaine est un appareil de puisage extérieur constitué par un coffre en fonte abritant une cuvette qui débouche à l’extérieur par un dégorgeoir. Il y a intérêt à placer les BF aux points hauts des canalisations ; elles remplacent avantageusement les ventouses (Ibidem, 210).

Ouvrages de conduite

Tuyaux

Les tuyaux sont des ouvrages de conduite d’une importance capitale dans un réseau d’AEP. Pour assurer une bonne conduite d’eau, les tuyaux doivent avoir les qualités suivantes :

  • Une bonne étanchéité,
  • Une bonne résistance à la pression interne,
  • Une résistance aux efforts extérieurs (compression),
  • Un bon coefficient d’écoulement,
  • Une disposition et une manière aisée de pose.

Les tuyaux diffèrent suivant la matière dont ils sont faits. Ainsi on distingue 4 catégories de tuyaux :

  • Tuyaux en plastique (PVC ou PE)
  • Tuyaux en fonte
  • Tuyaux en acier
  • Tuyaux en béton armé
  • Tuyaux en amiante-ciment

Tuyaux en plastique

Employés en raison de leurs légèretés, de leurs résistances à la corrosion, les tuyaux en plastique sont souvent utilisés dans de petites distributions d’AEP. Les plus rencontrés sont les tuyaux rigides en PVC et les tuyaux semi-rigides en PE. Les tuyaux en PVC résistent aux pressions de 6, 10 et 16 bars. Les plus rencontrés sur le marché ont des DN de 20, 25, 32, 40, 50, 63, 75, 90, 110 et 160 mm.

Tuyaux en fonte

La fonte grise est le matériel le mieux adapté à l’établissement des conduites enterrées, par sa longévité (M.Bouslimi 2004, 62). En raison de leur fragilité, les tuyaux en fonte doivent être manutentionnés avec une certaine précaution. Ces derniers résistent à une pression nominale comprise entre 16 et 40 bars. La fonte ductile à graphite sphéroïdal est la plus utilisées aux DN de 60, 80, 100, 125, 150, 175, 250, 300, 400, 450, 500, 700, 800, 900, 1000, 1100, et 1250 mm.

Tuyaux en acier

Pour de longue distance et débits élevés, il est conseillé d’utiliser des tuyaux en acier car ils résistent mieux à de forte pression dépassant 40 bars.  

Les tuyaux peuvent être obtenus, soit par laminage, soit à partir des tôles mises en forme à la machine et soudées longitudinalement, soit encore, à partir de bandes enroulées en hélice et soudées sur les bords (Ibidem, p.63). L’acier galvanisé est l’acier la plus utilisée avec des DN de ½", ¾",   1", 1"¼, 1"½, 2", 2"½, 3", et 4".                                                                                                                          1 pouce = 1" = 2,54 cm

 

Tuyaux en béton armé Ordinaire

Ils sont intéressants pour des conduites de gros diamètre travaillant dans des conditions bien déterminées. Ils sont mis en œuvre par centrifugation, c’est-à-dire que la mise en place et le serrage du béton sont obtenus par la force centrifuge créée par la rotation d’une moule et s’exerçant sur la masse du béton. (Ibidem, 46). Lors de leur fabrication, soit en usine ou sur chantier, il est important de veiller à ce qu’ils soient bien étanches.                                                  Le ciment utilisé peut être choisi suivant la nature des eaux à transporter. Les tuyaux en béton armé en ciment Portland de la classe 325 donnent satisfaction dans les conditions normales de transit de l’eau (C. Gomella et H. Guerrée 1980, 104)

Tuyaux en amiante-ciment

Ils sont fabriqués par enroulement continu, avec compression, de couches successives très minces composées d’un mélange d’amiante (silicate de calcium et de magnésium qui se présente sous forme de filaments peu adhérents entre eux) en fibres et de ciment (M. Bouslimi 2004, 64).         

Ils sont éprouvés en usine et ont une résistance aux pressions variant de 5 à 25 bars. Ils présentent l’avantage d’être légers et d’une pose commode.

Paramètre nécessaire dans le dimensionnement des conduites

Quelques éléments sont essentiellement nécessaires pour le dimensionnement hydraulique d’une conduite.

Ces éléments sont entre-autres :

  • Le coefficient de rugosité k,
  • La vitesse d’écoulement V,
  • Le débit Q,
  • Le diamètre de la conduite D,
  • La perte de charge j.

Le coefficient de rugosité (k)

Le coefficient de rugosité varie suivant que la conduite est neuve ou ancienne. Pour le cas du présent projet, la conduite utilisée sera neuve d’où k =10-4 m.

La vitesse d’écoulement (V)

La vitesse d’écoulement moyen d’eau dans la conduite sera fixée et choisie entre 0,3 et 0,5 m/s. Plus le diamètre de l’adduction sera grand, plus la vitesse d’écoulement sera faible.

Le débit (Q)

Le débit Q est donné par les consommations journalières des bénéficiaires.

Le diamètre de la conduite (D)

Après avoir évalué le débit circulant dans les conduites, le diamètre sera choisi de façon à ce que la vitesse de l’eau reste dans une marge acceptable. Le diamètre sera donné par la relation suivante :

Avec : Q : débit [m3/s]

V : vitesse d’écoulement [m/s]

Perte de charge ( j )

Il existe deux types de pertes de charges dans un réseau de distribution.

Les pertes de charges linéaires ou régulières et les pertes de charges singulières ou locales.

Pertes de charges linéaires (régulières)

Les pertes de charges linéaires représentent l’énergie perdue suite à la viscosité et au frottement de l’eau dans la conduite de section constante.

Elle dépend en toute rigueur des caractéristiques de l’eau (viscosité, régime d’écoulement, de la température, etc.)et des caractéristiques de la conduite (longueur, rugosité des parois, diamètre intérieur des conduites, etc.)                                                                 

Formule de Darcy-Weisbach :

(C. Gomella et H. Guerrée 1980, 127)

Avec : V : vitesse d’écoulement [m/s] 

D : diamètre de la conduite [mm]

g : accélération de la pesanteur [m/s2]

l : Coefficient de perte de charge. l = f (Re, )

             Rugosité relative

(J. Bonnin 1982, 80)

Avec :Re : nombre de Reynolds

  • si Re < 2000, le régime est laminaire.
  • si 2000 < Re < 3000, le régime est intermédiaire.
  • si Re > 3000, le régime est turbulent.

: viscosité cinématique égale à 10-6 m2/s à 25°c

Plusieurs travaux tant théorique qu’expérimentaux des auteurs les plus connu ont permis d’établir des abaques donnant la valeur de l en fonction du nombre de Reynolds. L’abaque le plus utilisé est celui de Moody. Suivant les types de tuyaux et les auteurs, l peut être calculé comme suit :

  • D’après COLEBROOK et WHITE

(C. Gomella et H. Guerrée 1980, 127)

Cette formule peut être utilisée pour tous les types de tuyaux.

  • D’après PRANTHD NIKURADSE

(J. Bonnin 1977, 80)

Elle est utilisée pour des tuyaux en acier, en font et en béton.

  • D’après BLASIUS

(Idem)

Elle utilisée pour les tuyaux lisses.

Autres formules :

  • Formule de PAVLOOSKY
  • Formule de Flamant
  • Formule de HAZEN William

Avec K : coefficient hydraulique

Avec  coefficient de HAZEN William

Pertes de charges singulières (locales)

Elles sont dues aux modifications brusques de l’écoulement dans les conduites tels que :

  • changement de section : rétrécissement, élargissement
  • changement de direction : utilisation des coudes et Tés
  • au niveau des appareils de contrôle de suivi : vannes et compteurs

Elles sont généralement données par la formule suivante :

(J. Bonnin 1977, 79)

Avec  : coefficient de pertes de charges singulières

En général, les pertes de charges singulières ou locales sont faibles dans un système de transport par rapport aux pertes de charges linéaires ou régulières, on ne les considère uniquement que si elles sont significatives. Dans le dimensionnement, on tiendra compte des pertes de charges linéaires calculées à base des formules mentionnées précédemment.

 

Evaluation de la pression que subi les conduites

La détermination de la pression de l’eau à chaque point des conduites se fait en appliquant le théorème de Bernoulli exprimant la loi de la conservation de l’énergie.

Le théorème de Bernoulli appliquée entre deux sections d’une conduite quelconque 1 et 2 de même débit nous permet d’écrire :

Avec :

            : perte de charge totale engendrée dans le tronçon 1-2

            Z: hauteur géodésique d’un point par rapport à un plan de référence

             : poids volumique de l’eau 1000kg/m3

            V : vitesse moyenne de l’eau dans la conduite en m/s

            P : pression de l’eau

            : énergie due à la pression au-dessus du fluide

            g : accélération de la pesanteur

            : énergie cinétique due à la vitesse au-dessus de l’eau en chargedynamique

Figure 12: Illustration schématique du théorème de Bernoulli

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