Assainissement gravitaire

8/13/2019 Assainissement gravitaire

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Assainissement gravitaire - Notions essentielles

ENGEES

Formation Initiale dIngenieurs

Table des matieres

1 Debits des effluents 2

1.1 Debit deaux domestiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Debit deaux industrielles et de services publics . . . . . . . . 31.3 Debit deaux claires parasites . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31.4 Debit de temps sec - Debit de pointe de temps sec . . . . . . 3

2 Debits deaux pluviales 4

2.1 Objectifs du reseau - Niveaux de pluies . . . . . . . . . . . . . 42.2 Loi de Montana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.3 Transformations Pluie - Debit . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3 Dimensionnement et fonctionnement dun reseau 7

3.1 Dimensionnement - Generalites . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.2 Determination des diametres de conduites . . . . . . . . . . . 73.3 Associations de reseaux en parallele et en serie . . . . . . . . 83.4 Conditions de fonctionnement dun reseau . . . . . . . . . . . 9

4 Ouvrages speciaux 9

4.1 Bassins de retenue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.2 Bassins de depollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.3 Deversoirs dorage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

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Notations

Pdesigne la pression en un point [Pa ou Bar] ; designe la masse volumique du fluide [kg/m3] ; g designe lacceleration de la pesanteur [m2/s] ; L et Ddesignent une longueur et un diametre de conduite [m] ; hetz designent une hauteur deau (ou une charge, selon le cas) et une

hauteur de crete [m] ; I designe une pente [m/m] ; S designe la surface mouillee [m2] ; Pdesigne le perimetre mouille [m] ; Rh= S/P designe le rayon hydraulique [m] ;

Q= V Sdesigne le debit a travers la section S [m2

], ou V [m/s] estla vitesse moyenne dans la section ;

H= Pg +z+ V2

2g designe la charge hydraulique en un point [mCE] ; idesigne une intensite de pluie [mm/h ou mm/min] ; A designe une aire ou surface [ha].

Nous nous restreindrons dans ce formulaire aux problemes des ecoule-ments asurface libre, cest-a-dire aux ecoulements dans un chenal en contactavec la pression atmospherique ou dans une conduite ou il existe une surfacelibre, interface entre le fluide et lair.

1 Debits des effluents

Le debit arrivant a lexutoire du reseau dassainissement - station detraitement ou milieu naturel - est la somme de divers debits que nous allonsdefinir ci-apres.

1.1 Debit deaux domestiques

Le debit deaux domestiques Qedm est le debit moyen instantane pro-venant des usagers particuliers connectes au reseau. En Assainissement, onsinteressera davantage au debit domestique de pointe Qedp qui vaut :

Qedp = p Qedm (1)ou :

p 1.5 + 2.5

Qedm

avec Qedm en [L/s] ici.

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1.2 Debit deaux industrielles et de services publics

Ces debits sont generes par les activites industrielles des entreprises (quidoivent par ailleurs signer une convention particuliere de deversement dansle reseau) ainsi que par les activites des services publics pour le nettoyagedes espaces publics. De la meme facon que pour les eaux domestiques, ondefinira les debits de pointe par :

Qeip= pi Qeim (2)

Qesp= ps Qesm (3)oupi etps sont generalement compris entre 2 et 3.

1.3 Debit deaux claires parasites

Les eaux claires parasites sont les eaux qui sinfiltrent dans le reseaudassainissement gravitaire au niveau des branchements et par infiltration.Elles ne sont pas directement souhaitees car elles augmentent le volume deaua traiter, mais elles sont tolerees jusqua un taux de dilution de 100% cest-a-dire que lon souhaite que Qecp Qedm. En effet, il est difficile de tendrevers aucune infiltration et, de plus, cette tolerance permet dans certainesconditions un curage du reseau, ce qui est appreciable.

1.4 Debit de temps sec - Debit de pointe de temps sec

Le debit moyen de temps sec est le debit genere par toutes les activiteset par les eaux claires parasites en temps sec, cest-a-dire sans apport deaude pluie.

Qmts =

V olumes

Temps (4)

Le debit de pointe de temps sec ne sestime pas directement par la mul-tiplication du debit moyen par un coefficient correcteur, en effet, le debitdes eaux claires parasites na aucune raison detre augmente en pointe et

les coefficients respectifs p, pi et ps nont a priori aucune raison detreidentiques. Ainsi, on definit le debit de pointe de temps sec Qpts par :

Qpts= Qedp+Qeip+Qesp+Qecp (5)

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2 Debits deaux pluviales

2.1 Objectifs du reseau - Niveaux de pluies

Un reseau dassainissement doit certes permettre devacuer les eaux useeset de les traiter, mais il doit aussi evacuer les eaux de pluie. Il est alorspossible de concevoir un reseau separatif qui associe un reseau aux eauxusees et un reseau aux eaux de pluie ou un reseauunitairequi vehicule dansune seule conduite les eaux usees et les eaux pluviales. Nous nous placeronspar la suite dans ce dernier cas.

Un reseau doit donc pouvoir evacuer les eaux de pluie et proteger lemilieu urbanise de problemes dinondations. Cest pour cela que le choixdes debits deaux pluviales est tres important lors du dimensionnement du

reseau, vu quil influe directement sur le diametre des conduites et sur lesouvrages a prevoir.

La norme europeenne NF-EN-752-2 en nomenclature francaise etablitdifferentes periodes de retour T pour les pluies selon que la zone ou lon sesitue :

Zone type concernee Tmise en charge orage T risque dinondation

Rurale 1 an 10 ans

Residentielle 2 ans 20 ans

Urbaine 2 a 5 ans 30 ans

Reseau de transport 10 ans 50 ans

Le Guide Technique La ville et son Assainissement classe les pluiesselon 5 niveaux :

- Niveau 0 : Temps sec, traitement integral ;- Niveau 1 : Faibles pluies, traitement nominal ;- Niveau 2 : Pluies moyennes, rejets limites, mises en charge locales ;- Niveau 3 : Fortes pluies, gestion de linondation ;- Niveau 4 : Pluies exceptionnelles, seul objectif : limiter les dom-

mages aux personnes et aux biens.Dans cette echelle de niveau, la pluie de projetqui sera utile au dimen-

sionnement est une pluie dordre 3 generalement. Cela correspond souvent

a une pluie decennale, cest-a-dire une pluie pour laquelle T= 10 ans.

2.2 Loi de Montana

La loi de Montana est une loi intensite-duree-frequence car cest uneloi reliant la duree de la pluie a son intensite par deux parametre a et b deMontanaqui sont fonction de la periode de retour choisie - et donc de lafrequence :

i= a tb (6)

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oui est lintensite de la pluie [mm/min],t la duree de la pluie [min]. Les

coefficientsa et b (b


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C 20% B.V. urbainC 20% B.V. rural

La methode conceptuelle dite du modele reservoir fait intervenirdeux equations : une equation de conservation des debits et une equation destockage :

dS(t)dt =i(t) Q(t)

Q(t) = 1K S(t) (9)

ou S(t) est le stock [m3]. On integre la premiere equation de (9) pourobtenir lexpression generale de Q(t) :

Q(t) =Q0 e

tt0K

+

1

K

tt0

i(u) e( tuK )du

Kest un coefficient homogene a un temps, il est appele lag-time . Ilpeut etre approche par la formule de Desbordes :

K= 5.07 A0.18 I0.36 (1 +C)1.9 L0.15 t0.21 h0.07

- K et t sont exprimes en [min] ;- A est exprime en [ha] ;- L est la longueur du plus long chemin parcouru par leau [m] ;

- h est exprime en [mm].

Conditions dutilisation de la formule de Desbordes:

0.4 A 200 ha0.4% I 4.7%0.02 C 1110 L 17800 m

La methode superficielle de Caquot reste souvent la reference en matieredAssainissement bien quelle ne puisse etre appliquee a des debits superieurs

a 0.5 m3/s :

Qbrut = (k C)1/u Iv/u Aw/u (10)ou :

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k= 0.5b

6.6 au= 1 + 0.287 bv= 60.41 bw= 0.95 + 0.507 b

aveca et b les coefficients de Montana(equation (6) p.4), etQ exprimeen [m3/s], A en [ha].

On corrige le debit brut obtenu par un coefficientm :

m=

M

2

U

ouM=

LA

;U= 0.84 b1 + 0.287 b

Mest limite par la valeur limite inferieure 0.8.

Conditions dutilisation de la formule de Caquot:

A 200 ha0.2% I 5%0.2 C 1

3 Dimensionnement et fonctionnement dun reseau

3.1 Dimensionnement - Generalites

La section precedente a presente differentes methodes destimation desdebits pluviaux. Un dimensionnement de reseau se fait generalement parmodelisation informatique, le calcul a la main etant fastidieux et en-gendrant un surdimensionnement. On prend en compte la periode de retourTcorrespondant au type de milieu dans lequel on est et on doit respecteregalement les niveaux de pluie definies par le Guide Technique La ville etson Assainissement (p. 4).

Les conduites seront dimensionnees avec les debits de pointe et donc

lintensite de pluie. En revanche, les bassins de stockage seront eux dimen-sionnes avec le volume total de la pluie.

3.2 Determination des diametres de conduites

Pour le dimensionnement, on se place en regime permanent et uniforme(R.P.U.) et on ecrit la formule de Chezy :

V =C

Rh I (11)

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C est le coefficient de resistance selon Chezy. Plusieurs formules em-

piriques permettent de calculer ce coefficient, notamment les formules deManning-Strickleret de Bazin:

C=Ks R1/6h (12)

C=87 Rh

+Rh(13)

Le tableau suivant donne la valeur des parametres de rugosite utilisesclassiquement en Assainissement :

Type deffluent Turbulence Valeur de Valeur de KsE.U. Lisse 0.16 83

E.U. Rugueux 0.25 73

E.P. Lisse 0.30 67

E.P. Rugueux 0.46 57

3.3 Associations de reseaux en parallele et en serie

On peut calculer les parametres equivalents a deux sous-bassins versantsdisposes en parallele ou en serie. Avec les notations de la section precedente,on obtient :

Association de sous-B.V. en serie :

Aeq =

AkCeq =

CkAk

Ak

Ieq =

Lk LkIk

2Meq =

Lk

Ak

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Association de sous-B.V. en parallele :

Aeq =

AkCeq =

CkAk

Ak

Ieq =

IkQpkQpk

Meq = L(Qpk max)

Ak

ou L(Qpk max) est la longueur du sous-B.V. qui engendre le debit depointe maximum.

Les sous-bassins versants associes en parallele doivent en outre satisfairela relation :

Qi+Qj Qi//j

3.4 Conditions de fonctionnement dun reseau

Conditions en reseau separatif : Dmin E.U.=200 mm ; Dmin E.P.=300 mm dimensionne pour Q10; Imin=0.2%; Vmin=1 m/s au debit de pleine sectionQP S; Vmin=0.6 m/s a QP S/10 ; Vmin=0.3 m/s a QP S/100;

Vmax=4 m/s.

Conditions en reseau unitaire : Dmin=300 mm dimensionne pour Q10; Imin=0.2%; Vmin=0.3 m/s pour tout debit Q ; Vmin=0.5 m/s pour h/D=0.5; le debit moyen remplit la condition h/D=0.2; Vmax=4 m/s.

Conditions generales de pose : profondeur minimale denfouissement : 0.8 m ; reseau dassainissement le plus profond de tous les reseaux ; jamais de diminution de D de lamont vers laval ; pente douce avec points hauts pour positionner des ventouses ; pose dun regard a chaque variation de parametre geometrique (I, D

etc.), ou a defaut tous les 80 m.

4 Ouvrages speciaux

Rappelons tout dabord que :

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- un deversoir dorage ecrete une crue, cest-a-dire quil renvoie le trop-

plein au milieu naturel,- alors quun bassin dorage stocke durant la duree de la pluie le trop-

plein au-dela du debit admissible a la station depuration pour le traiterensuite, une fois la pluie terminee.

La principale difference entre les bassins de retenue et de depollution estleur capacite : les bassins de depollution sont bien plus petits et ne peuventstocker quune petite partie des eaux de pluie. De par leur fonction, lesbassins de retenue seront toujours construits en derivationdu reseau, cest-a-dire quils seront connectes lateralement et non directement au reseau.

4.1 Bassins de retenue

Deux methodes sont disponibles pour dimensionner des bassins de rete-nue.

La methode des volumes utilise le debit admissible a laval rapporte alhectare impermeable q ainsi quune abaque :

q= QavalA C

La lecture de labaque de dimensionnement donne ensuite, selon la periodede retour T et la region dans laquelle on se situe ha, capacite specifique destockage [mm] et on a le volume de stockage Vs par la relation :

Vs = A C ha (14)La methode des pluies ne necessite elle que la connaissance des parame-

tres a et b de la Loi de Montana (equation (6) p.4). On introduit deuxhauteur deau : la hauteur tombee et la hauteur se vidangeant du bassin :

ht = a t(1+b)hv = q t

ou q est toujours le debit admissible a laval rapporte a lhectare im-permeable. La resolution de :

dhsdt

= d[ht hv]dt

= 0

donne alors la hauteur de stockage necessaire hs. Alors le volume destockage Vs est donne par la relation :

Vs = A C hs (15)

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4.2 Bassins de depollution

La plupart des bassins de depollution sont calcules sur la base de bassinsde retention pour des petites pluies (T=1 mois par exemple). Mais le FNDAEpropose, pour le Bassin Rhin-Meuse une autre methode de calcul. Celle-cise base sur lhypothese dune intensite critiquede pluie lessivant le bassinversant Ic. On choisira alors :

- Ic=10 L/s/ha pour un milieu peu fragile,- Ic=15 L/s/ha en moyenne,- Ic=30 L/s/ha pour un milieu tres fragile.On definit alors une intensite critique aval, sorte dintensite critique

reservee a la pluie Icav :

Icav =QSTEU Qmts

A Cou QSTEU est le debit admissible a la Station de Traitement des Eaux

Usees. Labaque du FNDAE nous donne ensuite le volume de stockage reduitVr dou on tire le volume de stockage Vs par la relation :

Vs = Vr C A aT (16)ouaTest fonction du temps de concentration du bassin versant.

4.3 Deversoirs dorage

On peut estimer le debit deverse Qd par la formule de Poleni:

Qd = L h3/2

2 g (17)ouh est la charge hydraulique sur la crete deversante, et :

=

0.405 +

0.03

h

1 + 0.55

h

h+z

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ouz est la hauteur de pelle, L la longueur de crete.

Conditions dutilisation de la formule de Poleni :

0.08 h 0.7 mL 4 h0.2 z 2 mh z 3 h

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Un calcul rapide est permis par lestimation suivante du debit deverse :

Qd= 1800 L h3/2 (18)ou Qd est en [L/s], L et h en [m], et si h nest pas constante on pourra

ecrire :

h= 3 haval+hamont

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Rappelons queh est ici la hauteur de pellecalculee a partir de la crete,et non a partir du fond du deversoir. On veillera a ce que le deversoir jouebien son role, cest-a-dire que lon verifiera linegalite :

Qaval 1.3 Qreference (19)Deversoirs laterauxIls sont de deux types : a crete haute et a crete basse. Ils sutilisent en

regime fluvial. Le deversoir a crete haute inclut une conduite aval etrangleesur une certaine distance qui permet de reduire la charge jusqua retrouverun ecoulement a surface libre dans une conduite selargissant a nouveau.

Pour les deversoirs a crete haute, des dispositions constructives parti-culieres sont a prendre en compte :

z25 cm ; zhR.P.U. amont; z 0.6 Damont.Autres deversoirsDeux autres principaux types de deversoirs existent les deversoirs de type

leaping weir et les deversoirs frontaux.Les premiers laissent le debit conserve passer dans une conduite sous la

conduite de decharge par un trou dimensionne au debit de reference. Ils nesutilisent quen regime torrentiel exclusivement.

Les seconds ont une crete deversante perpendiculaire a la conduite dame-nee et la hauteur de crete est egale au tirant deau de reference. Ils ne suti-lisent quen regime fluvial.

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