INSA de Strasbourg – Spécialité GENIE...

Sujet : Requalification du centre-ville de Lure

Auteur : Julien WALTZ

Elève ingénieur en 5ème année

Tuteur entreprise : Martin CIESIELSKI

Ingénieur, chef du département VRD, OTE Ingénierie

Tuteur INSA : Abdelali TERFOUS

Maitre de conférences à l’INSA de Strasbourg

Juin 2009

Projet de Fin d’Etudes

INSA de Strasbourg – Spécialité GENIE CIVIL

Mémoire du PFE

Julien WALTZ - 2 - Juin 2009 5ème année Génie Civil

REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier, l’entreprise OTE ingénierie d’ILLKIRCH de m’avoir

accueilli pendant toute la durée mon Projet de Fin d’Etudes, plus particulièrement

mon tuteur, Martin CIESIELSKI, chef du département Voirie et Réseaux Divers. Mais

également les responsables d’études, Catherine ALMY, Florence CUSINATO, Pierre

KAMMERER, Brice PIERRAT, Stéphanie WASSMUTH, les dessinateurs, Elisa DE

MATOS, Véronique ROTH et Jean-Luc VOEGELE ainsi que les personnes des

autres services de m’avoir consacré du temps et transmis les connaissances pour

me permettre de résoudre les problèmes auxquels j’ai été confrontés.

Je remercie également Abdelali TERFOUS, mon tuteur INSA, pour son aide et

ses conseils, qui m’ont permis de faire évoluer mon Projet de Fin d’Etude.

Mémoire du PFE


RESUME

Ville au rôle prépondérant et sous-préfecture de Haute-Saône, Lure souffre

actuellement de problèmes liés à la circulation et au vieillissement de ses

infrastructures urbaines. Pour pallier cela et tenter de redynamiser cette cité de

caractère, le bureau d’études OTE Ingénierie a été désigné en compagnie des autres

membres de l’équipe de maitrise d’œuvre, qui ont chacun des rôles définis. Dans le

cadre du projet de requalification du centre-ville de Lure, cette étude sera axée sur la

partie liée à l’assainissement du site. Pour une meilleure gestion des eaux pluviales

et une protection du milieu naturel, il a été choisi de remplacer le réseau unitaire

existant par un réseau pseudo-séparatif. La multiplicité des données et des

contraintes à prendre en compte pour réaliser l’analyse et le dimensionnement des

conduites, nous a amené à émettre des hypothèses qui seront validées au fur et à

mesure de l’avancement du projet. En considérant les informations recueillies sur le

terrain ainsi qu’en comparant plusieurs méthodes, cette étude montre le

raisonnement utilisé pour le dimensionnement de réseaux d’assainissement

permettant d’aboutir à des solutions. L’étendue et la complexité d’un tel chantier

alliées à la situation financière actuelle donnent à ce projet des incertitudes qu’il

faudra maîtriser pour le mener à bien.

MOTS-CLES

- Génie civil

- Etudes

- Assainissement

- Dimensionnement

Mémoire du PFE


SOMMAIRE

Introduction -6-

Présentation de l’entreprise -7-

Présentation du projet -9-

Présentation des aménagements -12- Le phasage La circulation Le stationnement Les aménagements L’éclairage L’assainissement L’accessibilité Le chantier

Les phases du projet -22- La candidature L’étude de définition L’esquisse L’avant-projet Projet

Etudes -25-

Découverte du projet -25- Les pièces écrites Les visites Les relevés Les réunions

Diagnostic des réseaux -27- Les techniques de réhabilitation Vérification de l’écoulement

Les eaux pluviales -31-

Etude hydrologique -31-

Etude hydraulique -33- Méthode superficielle Méthode rationnelle Choix de la méthode

Les assemblages -41- Les assemblages en série Les assemblages en parallèle Les limites des assemblages

Mémoire du PFE


Les assemblages des bassins versant de Lure

Dimensionnement -44- Relation générale Conditions initiales Première approche Conditions d’autocurage Résultats des calculs

Vérification des calculs -54-

Les eaux usées -56-

Les origines -56-

Les débits -57- Eaux usées domestiques Eaux usées industrielles Eaux claires parasites Eaux pluviales Bilan

Les conduites -60- Conditions de dimensionnement Conditions d’autocurage

Etude hydrologique -62- Hypothèses de calcul

Vérification des réseaux existants -64- Raisonnement Les débits générés Vérification de l’écoulement Résultats

Entretien et risques -69-

Ouvrages annexes -71-

Les séparateurs à hydrocarbures et débourbeurs -71-

Les limiteurs et régulateurs de débits -72-

Station de relevage ou de pompage -74-

Séparateurs à graisses ou à fécules -75-

Déversoirs d’orage -75-

Conclusion -76-

Bibliographie -77-

Liste des figures -78-

Annexes -80-

Mémoire du PFE


INTRODUCTION

Dans le cadre de mon Projet de Fin d’Etudes de cinquième année en Génie

Civil à l’INSA de STRASBOURG, j’ai débuté mon expérience le 26 janvier 2009 au

sein de l’entreprise OTE Ingénierie dont le siège se situe à ILLKIRCH (67). Durant

mon activité, dont le thème est centré sur la requalification du centre-ville de Lure

(70), j’ai pu découvrir la complexité d’un chantier de cette ampleur ayant pour but de

redynamiser un espace public urbain. Ce vaste projet vise en effet à résoudre

plusieurs problèmes dans différents domaines tels que la circulation ou encore

l’éclairage.

Mon travail s’est quant à lui concentré sur l’assainissement du site, avec le

dimensionnement du réseau d’eaux pluviales et la vérification de celui des eaux

usées. Après avoir pu me familiariser avec le sujet en étudiant les pièces écrites

existantes et en me rendant sur place, j’ai débuté les études en découvrant de

nouveaux raisonnements et méthodes.

L’ensemble de mon activité s’est déroulé au sein du département Voirie et

Réseaux Divers d’OTE, lequel s’occupe des parties techniques concernant la voirie,

l’assainissement, les différents réseaux secs, le phasage et le chiffrage des travaux

de ce projet dans l’équipe de maîtrise d’œuvre dont il fait partie.

Ce rapport est composé d’une brève présentation de l’entreprise, d’une

présentation du projet et des différents aménagements qui sont envisagés. Il y est

ensuite exposé les différentes études effectuées concernant l’assainissement avec le

développement du dimensionnement et la vérification.

Compte tenu de la conjoncture actuelle, l’avancement du projet a été quelque

peu ralenti pour permettre à la ville de Lure de trouver les fonds nécessaires. Pour

continuer mon travail sur ce projet, j’ai dû prendre quelques hypothèses, notamment

sur le tracé des réseaux futurs qui n’est toujours pas fixé et qui dépendent

d’informations provenant d’autres entreprises. Ces hypothèses ne mettent cependant

pas en question les méthodes de calculs utilisées.

Mémoire du PFE


PRESENTATION DE L’ENTREPRISE

OTE Ingénierie (Omnium Technique Européen) est une entreprise, dont le siège

est situé à ILLKIRCH (67), capable de remplir des missions de bureau d’étude

technique, de maîtrise d’œuvre et d’économiste.

Cette entreprise fondée en 1962 était avant tout reconnue comme spécialiste

dans la construction de bâtiments publics, tertiaires et industriels de haute technicité,

OTE s’est plus récemment développée dans des activités publiques ou hospitalières.

D’abord centrée sur l’infrastructure et le bâtiment, l’entreprise s’est également

tournée vers l’environnement la sécurité et les VRD.

Comptant près de 200 employés dont 105 cadres et ingénieurs, OTE est divisée

en plusieurs départements :

- Direction de projet

- Environnement et sécurité

- Génie Civil

- Génie Thermique

- Génie Electrique

- Economie de la construction

- Direction de travaux

- Voirie et Réseaux Divers

Le groupe OTE Ingénierie comprend différentes structures telles que R2A

basée à METZ, ITECO basée à ILLKIRCH, OTELIO basée à COLMAR mais

également des locaux à PARIS, NANTES et MULHOUSE.

Quelques réalisations auxquelles la société a pris part :

- Le nouvel hôpital civil de STRASBOURG

- Parlement Européen IPE 4

- Musée d’art moderne et contemporain de

STRASBOURG

- Lilly France

- …

Mémoire du PFE


Figure n° 1, Organigramme de l’entreprise

L’ensemble de mon activité s’est déroulée au sein du département Voirie et

Réseaux Divers de l’entreprise. Cette partie d’OTE Ingénierie comprend 3

dessinateurs ainsi que 5 responsables d’études qui traitent des parties concernant la

voirie, les différents réseaux et les espaces verts des différentes affaires. Ils

s’occupent de réaliser les études techniques concernant ces parties et peuvent

également assurer le suivi des travaux sur les chantiers traitant du domaine des

VRD.

Mémoire du PFE


PRESENTATION DU PROJET

Le sujet de mon Projet de Fin d’Etudes traite de la requalification du centre-ville

de LURE (70).

Lure est une ville située au centre d’une région à caractère rural avec la

présence d’activités industrielles. Elle a été instaurée sous-préfecture de Haute-

Saône (70) au XIXe siècle, ce qui lui a donné des attributs de centralité importants.

Drainant plus de 20 000 personnes dans son bassin de vie, la ville de Lure souhaite

conserver son rôle structurant. Située à 25 km de Belfort et de Vesoul, la ville de

Lure et ses activités rayonnent sur un important bassin.

Figure n° 2, Plan de situation de Lure (70)

Aujourd’hui, les habitants de la Communauté de Communes du Pays de Lure

veulent offrir une image plus dynamique au centre-ville, qui possède toutefois un

patrimoine original et riche en possibilités. Un projet de requalification des espaces

publics doit permettre de conserver cet attrait.

Mémoire du PFE


Actuellement le centre-ville de Lure souffre de plusieurs problèmes tels que les

difficultés de circulation et un vieillissement de l’espace public. Le projet devra

résoudre ces problèmes en intégrant l’identité propre de la ville, son architecture, ses

traditions. L’exigence de conserver cette identité se lie à l’originalité créative d’un

projet. Il s’agira de mettre en place une bonne gestion des différents flux de

circulation et des réseaux. La notion de qualité devra également être un point moteur

pour la requalification de l’habitat et de l’économie en intégrant des dispositions

environnementales.

Pour réaliser le projet, le maître d’ouvrage, qui est une collectivité, à savoir la

mairie de LURE, à choisit de recourir à un marché dit de définition. Celui-ci est

possible lorsque la personne publique n'est pas en mesure de préciser les buts et

performances à atteindre par le marché, les techniques de base à utiliser, les

moyens en personnel et en matériel à mettre en œuvre, elle peut alors recourir aux

marchés dits de définition.

Ces marchés ont pour objet d'explorer les possibilités et les conditions

d'établissement d'un marché ultérieur, le cas échéant au moyen de la réalisation de

maquettes ou de démonstrateurs. Il y aura alors mise en compétitions entre

différents projets, dont un seul sera finalement retenu.

Pour mettre ce projet en forme et ainsi proposer une candidature, l’entreprise

OTE Ingénierie a choisi d’intégrer une équipe de maîtrise d’œuvre qui se compose

de :

Figure n° 3, Organigramme de l’équipe de maîtrise d ’œuvre

Mémoire du PFE


• Marion TALAGRAND

Dirige un atelier d’urbanisme et de paysage situé à Paris qui s’occupe pour ce

projet de la conception des différents aménagements urbains ainsi que l’élaboration

des plans. C’est également lui le mandataire de l’équipe, cela signifie qu’il est

l’interlocuteur particulier de l’équipe de maitrise d’œuvre avec l’équipe de maitrise

d’ouvrage.

• Matthieu GELIN et David LAFON

Dirigent un cabinet d’architecture basé à Paris s’occupant principalement de la

conception du mobilier urbain et participant également pour les aménagements.

• OTE Ingénierie

Travail de collaboration entre les agences d’ILLKIRCH et de COLMAR sur les

études concernant l’assainissement, l’eau potable, les différents réseaux secs, le

phasage des travaux, les études environnementales ainsi que le dimensionnement

de la voirie et le chiffrage des travaux. OTE Ingénierie assurera également la mission

d’OPC (Ordonnancement Pilotage Coordination) sur le chantier.

• VIALIS

Vialis est un bureau d’étude basé à COLMAR, réalisant

les études concernant le trafic et la circulation, ainsi que les

études d’éclairage.

La composition d’une telle équipe de maitrise d’œuvre permet de réunir dans

plusieurs domaines les compétences nécessaires pour un chantier de cette taille. La

candidature de l’équipe à été déposée auprès du maître d’ouvrage en juillet 2007.

Après plusieurs présentations et élimination de différentes équipes candidates, le

groupement dont OTE fait partie à été choisi le 24 avril 2008 pour assurer la maîtrise

d’œuvre.

Mémoire du PFE


PRESENTATION DES AMENAGEMENTS

Ce projet, dont le but est de mettre en valeur une partie du centre-ville de LURE

va toucher plusieurs aménagements et aura de nombreuses spécificités propres à la

ville et son environnement. (Annexe 1)

Figure n° 4, Plan d’ensemble du projet, source : pl aquette AVP

Sur ce plan d’ensemble (figure n°4), nous pouvons o bserver en gras les rues

concernées par les aménagements. Avec deux « places » importantes que sont

l’avenue de la République qui est l’artère principale de la ville dans le sens nord-sud

et l’esplanade Charles de Gaulle, à l’est sur le plan, qui est un lieu de vie lors des

grandes manifestations de la ville. Plusieurs rues relient ces deux points de passage

privilégiés.

Esplanade Charles de Gaulle

Rue de la Tannerie

Avenue de la République

Rue des Gleux

Carrefour de la Poste

Mémoire du PFE


Le phasage

Il faut savoir que le projet de requalification du centre-ville de Lure entraine des

travaux de grande ampleur sur les réseaux et la voirie, c’est pour cette raison que la

réalisation se fera en plusieurs phases. Les premiers travaux réalisés concernant la

tranche ferme sont planifiés entre janvier 2010 et novembre 2011, ils concerneront

l’Avenue de la République, l’Avenue Carnot, la rue de la Tannerie et l’Esplanade

Charles de Gaulle. Ce projet en plusieurs phases permet de maintenir la circulation

et l’accès aux commerces du centre-ville par l’intermédiaire de déviations. Les

nuisances engendrées par un chantier en un endroit précis seront alors limitées dans

le temps. La tenue d’une foire internationale, de fêtes foraines et de marchés

hebdomadaires sur l’esplanade impose des contraintes de temps qui justifient la

réalisation en différentes phases (Annexe 2).

Figure n° 5, Photo de l’Avenue de la République

Dans le cadre de la tranche, initialement prévue en seconde phase, les travaux

seront axés sur les rues transversales et secondaires qui permettent de relier les

espaces publics majeurs, cependant leurs aménagements seront plus discrets.

Mémoire du PFE


Les récentes réunions organisées entre le maître d’ouvrage et l’équipe de

maîtrise d’œuvre ont montrées que les élus de la ville de Lure souhaitent étaler la

réalisation dans la durée pour mieux amortir le coût des travaux au vu de leur

difficultés actuelles à trouver des subventions. Ainsi à la base, la durée était estimée

à 5 ans. Une nouvelle planification répartira l’ensemble sur 8 à 10 ans avec un

nombre de phases plus importantes. L’avenue de la République et l’Esplanade

Charles de Gaulle resteront les deux éléments majeurs, mais leur réalisation ne se

fera plus en parallèle mais certainement l’une après l’autre avec la rue de la Tannerie

et celle des Gleux. Cette modification à des raisons budgétaires mais aussi

politiques. Il faudra donc adapter un nouveau phasage en fonction des souhaits du

maître d’ouvrage.

Les travaux concernant l’avenue de la République et l’Esplanade Charles de

Gaulle représentent la majorité de la tranche ferme. Ces deux endroits sont les

composantes les plus emblématiques du centre-ville de Lure. Le projet à pour

objectif de mettre en valeur les façades nobles de l’avenue qui est aujourd’hui

surchargées par du mobilier urbain et une place trop importante prise par la voiture,

comme il est possible de l’observer sur la photo (figure 5). Il s’agit donc de redonner

à la rue un aspect plus agréable pour mettre en valeur son architecture et augmenter

l’espace pour les piétons. A l’inverse, l’Esplanade est actuellement trop vide pour ne

pas imposer de contraintes aux manifestations annuelles qui s’y déroulent. Il s’agit

d’habiller cette place pour lui permettre un usage quotidien sans pour autant nuire

aux grands rassemblements. Lors de l’aménagement il faut également tenir compte

que ces différents espaces publics ne se vivent pas de la même manière au fil des

saisons ou au cours d’une journée.

La circulation

L’un des principaux objectifs de ce projet est de redonner une place plus

importante aux piétons et aux cyclistes dans le centre-ville. Des études de trafic ont

montré que la création du nouveau contournement ouest de Lure déleste le centre-

ville et principalement l’avenue de la République du trafic de transit qui était autrefois

non négligeable. Il est actuellement encore jugé que la voiture occupe une place trop

importante, le choix à été fait de mettre plusieurs rues en sens unique pour favoriser

les circulations douces telles que les piétons et cyclistes, mais aussi pour réduire le

nombre de voitures.

Mémoire du PFE


Figure n° 6, Plan de circulation, source : plaquett e ESQ

Ainsi la circulation automobile dans le centre-ville se fera sous la forme de

plusieurs boucles, dont la principale consistera à emprunter l’avenue de la

République dans le sens nord-sud et l’Esplanade dans le sens sud-nord, avec la rue

de la Tannerie au nord et la rue des Gleux au sud. Ce sens à été choisi car d’après

les études de trafic, la circulation dans l’avenue est 1.5 fois plus élevée dans le sens

nord-sud que dans le sens inverse. Ces tracés ont également pour vocation de ne

pas changer radicalement les habitudes de circulation des riverains. La

détermination de ces sens de circulation dépend également de la capacité des bus et

des poids lourds à emprunter ces voies. Des études ont également été menées pour

déterminer si les virages sont acceptables pour les rayons de giration des véhicules

les plus encombrants. Certains carrefours tels que celui de la rue de la Tannerie ou

celui de la Poste (figure n° 7), au sud de l’avenue de la République, posent problème

Mémoire du PFE


du fait de la proximité d’un passage à niveau qui limite fortement la capacité de

stockage dans l’avenue Carnot, en cas de fermeture. Il a donc été choisi pour des

raisons de sécurité de favoriser le flux Carnot-Gare et de stocker si nécessaire vers

le nord.

En plus d’offrir plus d’espace aux piétons et cyclistes, le fait de mettre certaines

rues à sens unique fluidifiera le trafic car les problèmes engendrés par des

intersections seront réduits. Cette solution améliorera également la sécurité de tous

les usagers car les points de conflits seront mieux maitrisés. Actuellement, les

cyclistes utilisent à certains endroits la chaussée puis le trottoir à d’autre, les piétons

circulent sur la chaussée à cause d’un manque de place. Ce sont toutes ces zones à

risques qu’il est important de traiter.

Figure n° 7,

Aménagement du

carrefour de la

Poste, source :

plaquette AVP

La proximité d’un lycée et de plusieurs écoles engendre un nombre important

de piétons et de cyclistes, il est donc important de leur permettre un accès rapide et

aisé aux différents coins de la ville.

Figure n° 8, Photo de l’Esplanade

Charles de Gaulle

Mémoire du PFE


Le stationnement

Actuellement l’Esplanade sert de lieu d’accueil des évènements festifs de la

ville, cependant ces rassemblements sont ponctuels. Pendant le reste de temps cet

espace est un vaste parking occupé par quelques véhicules comme on peut

l’observer sur la figure n°8. Les autres rues dispo sent elles aussi de places de

stationnement. Le projet propose de maintenir le nombre de stationnements réels en

appliquant une nouvelle répartition. Ainsi, certaines zones seront délestées d’un

nombre de voiture au profit de certaines autres, par exemple l’avenue de la

République qui compte aujourd’hui deux voies de circulation avec deux voies de

stationnement se retrouvera en sens unique avec une seule voie de stationnement.

Figure n° 9, Coupe de

l’avenue de la République,

état existant

Figure n° 10, Coupe de

l’avenue de la République,

projet

Mémoire du PFE


Les aménagements

Dans ce projet, différents aménagements sont prévus. Celui de l’Esplanade se

caractérise par l’introduction d’espaces verts avec des essences locales.

L’introduction de végétation permettra d’habiller la place et de lui donner un aspect

plus accueillant. La figure n°11 donne une idée des aménagements proposés pour

l’Esplanade.

Figure n° 11, Représentation de l’Esplanade vue dep uis le nord, source : plaquette

AVP

La mise en place de sol coloré comme sur la figure n° 11, délimitera des zones

sur cet espace et lui donnera de multiples fonctions telles qu’une aire de jeux ou un

terrain de sport, tout en conservant une surface importante pour les manifestations et

un nombre de places de stationnement suffisants. Ces activités permettront à

l’Esplanade d’être un véritable lieu de rencontre entre des personnes de différents

âges à tout moment de la journée et de l’année. Ainsi en été, il sera possible de se

reposer à l’ombre d’un arbre, tandis qu’en hiver, les habitants pourront y profiter des

rayons de soleil. La proximité d’établissements scolaires fourni à cet espace une

activité qu’il faut exploiter pour le faire vivre.

Mémoire du PFE


Figure n° 12,

Représentation de

l’avenue de la

République

Source : plaquette AVP

L’aménagement de la voirie de l’avenue de la République, comme sur la figure

n° 12, permettra quant à lui de redonner plus d’esp ace aux piétons et aux

commerces pour favoriser un certain dynamisme. Ainsi une rue où cet espace est

favorisé pourra développer le secteur de la restauration, par exemple, où il sera

dorénavant possible d’installer des terrasses et d’offrir des lieux de détente. Ces

lieux plus accueillants vont favoriser le passage piéton et cela aura des retombées

économiques sur les commerces voisins.

Concernant la voirie, d’une manière générale :

- les voies en sens unique auront 3.50 m

- les voies en double sens auront 5.50 m

- le stationnement longitudinal : 2.20 m

- les trottoirs suivant le gabarit des rues

Pour habiller l’espace public, des études ont été réalisées concernant le

mobilier urbain, qui doit répondre aux attentes des habitants suivant leur humeur ou

le moment de la journée, ainsi les usagers pourront attendre, se reposer ou encore

se repérer grâce à ces nouveautés. Actuellement ce mobilier (bacs floraux, barrières,

…) surcharge l’avenue de la République et est totalement inexistant sur l’Esplanade,

l’objectif est alors d’assurer une meilleure répartition pour donner à chaque espace

son utilité.

Mémoire du PFE


L’éclairage

La partie concernant l’éclairage est également étudiée. Actuellement l’éclairage

est assuré par des candélabres sur mâts ou sur façade suivant le cas. L’objectif du

projet, en terme d’éclairage, est d’offrir une intensité lumineuse différente en fonction

de l’usage de l’espace, ainsi l’avenue de la République plus passante sera plus

lumineuse que la rue Pasteur par exemple.

L’assainissement

Une autre partie importante du projet concerne l’assainissement. Actuellement

un réseau unitaire récupère l’ensemble des eaux pluviales et des eaux usées. Le

projet prévoit de mettre en place un réseau pseudo-séparatif qui collectera d’une part

les eaux usées, les eaux de toitures traversant les habitations et les cours intérieures

et d’autre part les eaux de voirie avec celles de toiture récupérées en façade. Une

analyse des réseaux existants déterminera si les tuyaux actuels sont encore en état

ou si une réhabilitation voire un remplacement est nécessaire. Ces deux conduites

seront toutefois reliées à un collecteur unitaire existant en aval qui mène à la station

d’épuration. La séparation complète ne se fera que lorsque des travaux similaires

seront effectués sur la partie en aval de notre projet. Le choix d’un réseau pseudo-

séparatif à été fait car il présente l’avantage d’être plus économique que le système

séparatif. En effet ce dernier imposerai de refaire tous les branchements même ceux

effectués sous les habitations qui connectent eaux pluviales et eaux usées.

Cependant il faut bien veiller à ce que tous les branchements soient correctement

réalisés pour ne pas introduire d’eaux usées dans le collecteur d’eaux pluviales. La

possibilité d’une gestion alternative des eaux pluviales, par infiltration notamment, a

été évoquée, mais la configuration du bâtit actuel ne laisse pas la place nécessaire

sauf sur l’Esplanade Charles de Gaulle. La présence d’un sol argileux sur l’ensemble

du site ne favorise pas l’infiltration.

L’accessibilité

Le nouvel aménagement doit rendre tout le centre ville accessible aux

personnes à mobilité réduite, ainsi des accès sont spécialement prévus et les pentes

aménagées.

Mémoire du PFE


Le chantier

Dans la mesure où le chantier se déroulera dans un espace occupé, il est

nécessaire de limiter les nuisances pendant les phases de travaux. Ainsi ce projet

répond à une charte de chantier à faibles nuisances, c'est-à-dire de faibles

dégagements de poussières et de bruits. Des engins et des techniques de réalisation

particulières devront être utilisés pour y parvenir.

Mon activité sur ce projet a été principalement axée sur l’assainissement. Avec,

pour l’eau pluviale, la détermination des bassins versants, les pentes de chacun et

leurs débits. Grâce aux assemblages il a ensuite été possible de connaitre le débit

total pour dimensionner les réseaux en fonction de plusieurs critères. Les résultats

obtenus ont pu être comparés avec l’emploi de plusieurs méthodes :

- Méthode superficielle

- Méthode rationnelle

Concernant les eaux usées, la vérification pour savoir si les conduites sont

encore utilisables nécessite l’utilisation d’autres raisonnements.

Mémoire du PFE


LES PHASES DU PROJET

A la base de tout projet il y a une demande émanant d’un maître d’ouvrage.

Dans le cas de la requalification du centre-ville de Lure, la mairie n’avait pas les

moyens de déterminer précisément les buts à atteindre par ce marché et les moyens

à mettre en œuvre pour y parvenir. Elle a donc fait appel à un marché dit de

définition, qui lui à permis de découvrir et d’approfondir différentes variantes

possibles au projet qu’elle souhaitait entreprendre. Dans le cadre de ce marché,

plusieurs équipes ont été mises en concurrence pour n’en retenir finalement qu’une

seule. Il y a eu plusieurs étapes pour aboutir à la situation actuelle.

La candidature

Au départ, pour présenter sa candidature à la réalisation de ce projet, OTE

Ingénierie s’est associé à plusieurs partenaires spécialisés dans différents domaines

qui auront chacun des missions bien précises.

A partir du moment où les candidatures des différentes équipes ont été

proposées au maître d’ouvrage, l’étude de définition peut alors commencer.

L’étude de définition

Cette étude de définition débute par une présélection de 5 équipes qui sont

jugées les plus aptes à entreprendre ce projet de par leurs références et leurs

compétences. Ce choix à été effectué le 23 juillet 2007. Le 25 juillet 2007, les 5

candidats ont été réunis par le maître d’ouvrage pour prendre connaissance des

attentes de celui-ci et pour tenter de mieux cerner le projet ainsi que ses enjeux et

ses contraintes.

Après un délai de 28 jours, les équipes concernées ont été auditionnées pour

une présentation sur la première réflexion qu’elles ont eue à propos du projet. Cette

présentation a montrée au maître d’ouvrage les grandes lignes proposées qui seront

ensuite approfondies par chacun. Après ces auditions, le 10 septembre 2007, le

maître d’ouvrage affinât ses choix en n’en conservant que 3 qui sont dites équipes

de définition. La mise au point des Marchés de définition succède à la sélection.

Mémoire du PFE


Un marché de définition est composé de plusieurs phases, la première est la

phase ouverte. Durant celle-ci les trois titulaires des marchés ont travaillé en

commun avec le maître d’ouvrage pour cerner le secteur d’étude et les objectifs ainsi

que de tester les orientations possibles.

Après cette phase, le maître d’ouvrage a effectué une synthèse des points

traités et de la direction qu’il souhaitait voir prendre le projet. Il a alors fourni le

programme aux équipes de définition.

La phase suivante est appelée phase fermée. Durant celle-ci les 3 titulaires ont

travaillé individuellement pour proposer une vision plus personnelle du projet en

restant conforme au programme. Les dossiers ont été remis à la mairie le 4 février

2008, puis exposés publiquement. Après analyse des documents, le maître

d’ouvrage a finalement arrêté son choix, le 24 avril 2008, sur une seule équipe qui

s’est vue confiée la mission de maîtrise d’œuvre, suivant les indications du Code des

Marchés Publics.

L’entreprise OTE Ingénierie à donc décroché la mission de maîtrise d’œuvre en

collaboration avec VIALIS, un bureau d’étude d’éclairage et déplacements, avec le

cabinet des architectes Matthieu GELIN et David LAFON, ainsi que Marion

TALAGRAND, qui gère un atelier de paysage et d’urbanisme et qui est également le

mandataire de l’équipe.

Les différentes phases d’un projet et leur contenu sont définis par la loi MOP

(Maîtrise d’Ouvrage Publique), cette loi appliquée en France depuis 1985, régit les

relations entre un maître d’ouvrage public et un maître d’œuvre privé.

L’esquisse

La première de ces phases se nomme esquisse (ESQ), elle a pour but de

reprendre les études et le travail réalisé lors du marché de définition en tenant

compte des remarques formulées après concertation des usagers. Plusieurs points,

tels que les plans de circulation ont été retraités, de ceux-ci découle une partie du

dimensionnement des aménagements. A l’issue de cette phase, l’équipe de maîtrise

d’œuvre à remis au maître d’ouvrage :

- différents éléments graphiques (plan masse, plan masse projet,

coupes, ...) échelle 1/500e ou 1/1000e.

- une notice explicative

- des plans de circulation

- un phasage

- un chiffrage par phase

Mémoire du PFE


L’avant-projet

La phase d’avant-projet (AVP) succède à l’esquisse, elle s’est terminée en

février 2009. Les documents rendus ont été :

- des éléments graphiques (plan masse, plan techniques, coupes, …)

échelle 1/500e ou 1/200e.

- une notice explicative

- des plans de circulation avec des simulations

- des maquettes des lieux emblématiques

- une charte des espaces publiques concernant les sols, les

plantations, le mobilier, les lumières.

- une notice environnementale

- une stratégie de phasage

- un chiffrage par lot et par phase

- un descriptif technique

Projet

Actuellement, nous nous trouvons dans la phase projet (PRO). Les documents

à rendre sont de plus en plus complets et détaillés au fur et à mesure de

l’avancement. Les grands choix techniques et méthodiques devront alors être pris.

Puis viendra la phase d’exécution (EXE). Chaque membre de l’équipe de

maîtrise d’œuvre fourni différents documents suivant la phase dans laquelle on se

situe et suivant les besoins des entreprises qui réalisent les travaux.

Mémoire du PFE


ETUDES

• Découverte du projet

Les pièces écrites

Lors du commencement de mon Projet de Fin d’Etudes, le projet de la

requalification du centre-ville de Lure était à la finalisation de la phase d’avant-projet.

Pour débuter, je me suis familiarisé avec le sujet en découvrant les éléments

graphiques et les pièces écrites qui existaient déjà. En observant les éléments

rendus lors de la phase esquisse, j’ai pu me rendre de compte des aménagements

proposés par l’équipe de maîtrise d’œuvre. Pour réaliser ce projet il faut tenir compte

de la ville, de son architecture, de son activité et des habitudes de ses habitants. Il

faut également bien cerner les problèmes qui peuvent être rencontrés, pour les

anticiper au mieux. La vocation de ce réaménagement de l’espace public est de

donner une nouvelle jeunesse à ce centre-ville, mais également d’améliorer le

quotidien de ses habitants et usagers.

La maîtrise des textes règlementaires tels que la loi MOP est également très

importante. Cette loi règlemente les relations d’un maître d’ouvrage public avec un

maître d’œuvre privé, c’est elle aussi qui fixe la répartition des rémunérations suivant

les phases. Pour un maître d’œuvre il s’agit donc de bien prendre connaissance du

travail et des documents à fournir pour lesquels il va être rémunéré. Il y a même des

risques pour lui à prendre de l’avance sur le travail demandé pour une phase en

effectuant une étude approfondie sur un élément non demandé. Pour mener à bien

le projet il faut donc partir d’éléments très sommaires puis approfondir chaque

domaine au fur et à mesure de l’avancement des études, chacun des domaines

influe sur les autres.

Les visites

Lors de visites sur le site, j’ai pu me rendre compte de l’état actuel de la ville,

notamment des problèmes de circulation dans l’avenue de la République. Lieu où se

côtoient des véhicules circulant en double sens, d’autres y étant stationnés, mais

aussi des véhicules de livraison arrêtés sur la chaussé faute de place et une forte

activité piétonne liée aux nombreux commerces de cette avenue. A l’opposé,

l’Esplanade offre un vaste espace qui parait mal exploité lors de journées sans

évènements particuliers.

Mémoire du PFE


Les relevés

Ces visites m’ont permis de participer à différents relevés. Nous avons dans un

premier temps répertorié les descentes de toiture des eaux pluviales pour chaque

bâtiment. Les descentes en façades seront raccordées au réseau d’eaux pluviales

projeté récupérant également celles de la chaussée. Ces comptages sont

nécessaires pour connaitre les surfaces à collecter. Les eaux de toiture descendant

à l’arrière des bâtiments seront quant à elles récupérées avec les eaux usées.

Actuellement ces descentes arrières traversent les bâtiments et habitations et sont

reliées au réseau unitaire via les conduites d’eaux usées. Cette configuration sera

donc conservée pour éviter de refaire tous les branchements, ce qui serait beaucoup

trop contraignant et onéreux. Nous avons également relevé certains niveaux de fils

d’eau du réseau unitaire pour connaitre les altitudes et les pentes de celui-ci.

Les réunions

J’ai également pu assister à des réunions entre le maître d’ouvrage, la maîtrise

d’œuvre et les gestionnaires des réseaux. Ainsi il est possible de connaitre l’état

actuel des différents réseaux par ceux qui les gèrent. Ces réunions permettent

également de les informer des travaux prévus. Un point du projet prévoit d’enterrer

tous les réseaux aériens de l’Esplanade Charles de Gaulle. Il donc important que

France Télécom pour la communication, EDF pour les courants forts et courants

faibles, GDF pour le gaz et Véolia pour l’adduction d’eau potable prennent

connaissance du projet pour planifier leurs interventions. Certains réseaux devront

être déplacés car ils se situent sous de futures plantations, d’autres profiteront des

travaux pour remplacer un réseau ancien. Ces réunions permettent aussi de

connaitre qui réalise quels travaux. Les limites de prestation sont très importantes

pour avoir un projet cohérent.

Mémoire du PFE


• Diagnostic des réseaux

Des inspections télévisées des réseaux d’assainissement, réalisées par

l’entreprise FCA Franche Comté Assainissement pour le compte de Véolia,

permettent de connaitre l’état actuel des réseaux et leurs différentes pathologies.

Ces inspections sont réalisées en partant d’un regard de branchement sur le réseau,

puis un robot surmonté d’une caméra, comme le montre la photo 13, est lancé dans

le réseau jusqu’à atteindre un autre regard de branchement qui sont généralement

espacés d’environ 50 à 60m pour des

raisons pratiques lors des opérations de

curage.

Figure n° 13, Photo d’une inspection

télévisée

Les rapports de ces inspections, dont on peut observer un exemple en annexe

3, font état des réseaux en notant les raccordements et toutes les dégradations

(dépôts, racines pénétrantes, fissures, défaut de joint, déplacements d’assemblage,

…) en fonction de la section inspectée et de la distance. En répertoriant ces défauts

sur un plan des réseaux (voir annexe 4), il est alors facile de repérer les conduites

les plus abimés. Certains problèmes étant plus graves que d’autres, des racines

pénétrantes prouvent la non étanchéité du réseau tandis que certains fissures

peuvent n’être que superficielles.

Le but de ces inspections est de connaître l’état des conduites en tout point du

réseau car pour réaliser le système d’assainissement pseudo-séparatif du centre-

ville de Lure, l’une des options est d’utiliser les anciennes conduites unitaires pour

faire circuler les eaux usées ainsi que les eaux de pluies des toitures et des cours

arrières. Pour cela il est nécessaire de savoir quelles conduites sont à remplacer ou

à traiter contre différentes pathologies. Actuellement, nous ne disposons pas encore

de toutes les inspections souhaitées, notamment celles des réseaux de l’Avenue de

la République qui sont l’un des points important pour notre étude.

Mémoire du PFE


Pour lutter contre ces problèmes, il existe des solutions de réhabilitation qui

évitent le remplacement des conduites. Ces techniques alternatives varient en

fonction des cas à traiter.

Les techniques de réhabilitation

Un fraisage préparatoire se fait grâce à un robot qui découpe les conduites

pénétrantes ou élimine les dépôts et parties friables de la paroi dans le but de

favoriser le bon écoulement dans les tuyaux.

Une autre technique consiste à injecter une résine pour colmater les défauts

fraisés préalablement. Ces défauts peuvent être des fissures ou des infiltrations. La

résine est appliquée à l’aide de spatules ou de coffrages, mis en place par des

robots pour des conduites ayant un diamètre supérieur à 150mm. La résine injectée

est en faite une bi-composante, à savoir une dose de résine et un durcisseur qui sont

mélangés dans le coffrage au moment de leur application. Il faut ensuite entre 15

minutes et une heure pour un bon durcissement suivant la température ambiante.

Cette solution offre une bonne étanchéité car l’injection se propage dans tous les

interstices à traiter. Un fraisage de finition permet d’éliminer les aspérités crées.

Les travaux robotiques ne sont pas la seule solution de réhabilitation, il existe

aussi des travaux ponctuels tels que la pose de manchettes, que l’on peut observer

sur la figure 14, ou chemisage partiel qui traite les défauts depuis l’extérieur. La

manchette, qui peut être en fibre de verre, est imprégnée de résine et positionnée

sur un manchon gonflable. Introduit dans le collecteur avec une surveillance vidéo, le

manchon est gonflé plaquant ainsi la manchette sur la canalisation à réhabiliter. La

polymérisation se fait en chauffant le manchon. Cette technique est utilisable pour

des conduites de tout type de matériau du diamètre 120 à 800mm et nécessite

l’obturation de la conduite en amont. Elle permet de résoudre des problèmes

ponctuels tels que des fissures circulaires et de petites infiltrations.

Figure n° 14, réhabilitation par pose de manchettes , source : site internet Véolia.

Mémoire du PFE


Le procédé du chemisage consiste à insérer, par réversion à l’air, une gaine

textile souple imprégnée de résine qui va s’appliquer contre la canalisation à

réhabiliter et qui, après polymérisation, formera une conduite neuve (voir figure 15).

Le durcissement de la résine se fait par chauffe à la vapeur. Les gaines utilisées ont

une épaisseur appropriée (calcul de dimensionnement) et sont durablement

étanches. La gaine imprégnée de résine est enroulée sur le tambour de réversion

après avoir été fixée à une extrémité. Le tambour est ensuite mis sous pression ce

qui provoque le retournement et l’avancement de la gaine. Les vitesses

d’avancement et de durcissement sont contrôlées depuis l’extérieur.

Figure n° 15,

Schéma de

chemisage par

inversion, source

site internet M3R

Le chemisage peut également se faire par traction de la gaine à travers la

conduite. La gaine est imprégnée manuellement puis tirée par un treuil pour ensuite

être gonflée et plaquée contre la paroi.

Dans certains cas, le chemisage est dimensionné pour être structurant, c’est-à-

dire qu’il doit être capable de reprendre l’intégralité des efforts supportés par l’ancien

collecteur qui sert dorénavant de coffrage perdu. Tandis que l’injection ponctuelle de

résine n’apporte aucune résistance mécanique.

La réhabilitation de conduites par chemisage entraine dans tous les cas une

diminution de la section intérieure de la canalisation. Pour permettre le même

écoulement il faut calculer l’épaisseur de la gaine.

Mémoire du PFE


Vérification de l’écoulement

En utilisant la formule de Manning-Strickler qui est préconisée pour

l’assainissement urbain :

Q = K x Sh x Rh 2/3 x I1/2 (1)

Avec Q le débit max en m3/s

K le coefficient de Strickler en m1/3/s

Sh la surface hydraulique en m²

Rh le rayon hydraulique en m = Aire/périmètre = πR² / Dπ = R/2

I la pente en m/m

En prenant une conduite en béton (K = 70) de diamètre 200mm posée avec une

pente de 0.008 m/m, nous obtenons :

Q = K x Sh x Rh2/3 x I1/2

Q = 70 x π x 0.1² x (0.1 / 2) 2/3 x 0.0081/2

Q = 27 l/s

En y ajoutant une gaine en polyéthylène (PEHD) avec une résine en polyester de

4.5mm d’épaisseur nous obtenons une conduite de 191mm de diamètre avec un

coefficient de Strickler de 90, nous obtenons alors :

Q = K x Sh x Rh2/3 x I1/2

Q = 90 x π x 0.0955² x (0, 0955 / 2) 2/3 x 0.0081/2

Q = 30 l/s

Ce cas prouve que l’utilisation d’un matériau moins rugueux favorise

l’écoulement malgré une faible réduction de section due à l’épaisseur du chemisage.

Le chemisage permet donc une réhabilitation de la conduite en limitant les

infiltrations mais peut également favoriser l’écoulement.

Mémoire du PFE


• Les Eaux Pluviales

o Etude hydrologique

Après avoir étudié les inspections caméra et répertorié les défauts des

canalisations existantes, mon activité s’est tournée vers le calcul des débits des eaux

pluviales.

La première partie de ce travail consiste à déterminer les différents bassins

versants élémentaires présents sur le site du projet, c’est ce que nous allons

développer dans cette partie sur l’étude hydrologique. A l’aide d’un plan

topographique au 1/500e, il a été possible de repérer les points hauts et les points

bas pour ensuite tracer les bassins versants en reliant les points hauts de chaque

zone (voir figure 16).

Figure n° 16, Plan de

localisation des

différents bassins

versants élémentaires

Dans la mesure où les chaussées ont un profil en toit, il a fallut séparer chaque

coté pour former deux bassins distincts. La connaissance des descentes d’eaux

pluviales à été nécessaire pour déterminer quel bassin reprend les eaux de quelle

toiture.

Mémoire du PFE


L’utilisation de différentes couleurs permet de mieux visualiser leurs formes et

leurs emplacements. Une fois les bassins tracés, il a été possible de déterminer les

caractéristiques de chacun d’entre eux, à savoir, leur surface, leur pente moyenne

grâce au point haut et au point bas reliés par le cheminement hydraulique

préférentiel qui donne la longueur hydraulique du bassin.

Figure n° 17, Schéma des différents bassins versant s élémentaires, source : fichier

Mensura

Il a été possible de séparer les eaux de toiture et les eaux de voirie dans nos

raisonnements. Pour des raisons pratiques, il a été pris comme hypothèse que les

toitures ont les mêmes pentes que la voirie sur laquelle elles sont reprises. Mais il n’y

a d’intérêt de séparer ces eaux que lorsque l’utilisation de techniques alternatives,

telles que l’infiltration des eaux de toiture, est envisagé. Ce qui n’est pas le cas pour

le site du centre-ville de Lure où la densité du bâti, la nature du sol et la présence

d’une nappe phréatique limitent fortement l’infiltration.

Mémoire du PFE


o Etude hydraulique

Pour calculer les débits d’eaux pluviales il existe différentes méthodes telles que

CRUPEDIX et SOCOSE qui sont adaptées à des bassins versants non urbanisés.

Dans notre cas, du centre-ville de Lure, les méthodes superficielles dite de Caquot et

rationnelles sont plus adaptées pour des bassins versants urbanisés. Ce sont ces

techniques qui sont utilisées dans les documents d’assainissement urbain, dans

l’instruction technique de 1977 notamment.

Méthode superficielle

Présentation

Les formules superficielles, données par l’instruction technique relative aux

réseaux d’assainissement des agglomérations de 1977, sont couramment utilisées

pour les bassins versants urbanisés. Caquot chercha à établir une relation donnant

explicitement le débit de pointe de période de retour donné, en tout point du réseau.

La formule superficielle du débit de fréquence de dépassement « F » prend l’aspect

suivant :

Q (F) = k1/u x Iv/u x C1/u x Aw/u (2)

Dans cette relation :

Q (F) est le débit de fréquence de dépassement F en (m3/s)

I est la pente moyenne du bassin versant en (m/m)

C est le coefficient de ruissellement

A est la superficie de bassin en (ha)

Figure n° 18, Tableau de

coefficients de Montana pour

Belfort

Mémoire du PFE


k, u, v, w, sont des coefficients tels que :

k = (0.5-b(F) x a(F)) / 6.6

u = 1 + 0.287 (-b(F))

v = - 0.41 (-b(F))

w = 0.95 + 0.507 (-b(F))

Les coefficients a et b sont donnés par des tableaux. Pour nos calculs, nous

avons choisi la station de Belfort, la plus proche de Lure. Les coefficients pris en

compte correspondent à une pluie de durée de retour 10 ans , avec une durée de

pluie comprise entre 15 et 120 minutes suivant le tableau n° 18.

Il existe cependant des tableaux généraux qui divisent la France en trois

principales régions de pluviométrie homogène. Dans notre cas nous utiliserons les

coefficients donnés par la station météorologique de Belfort (90), plus cohérents

avec le climat de cette région.

En prenant a = 7.799 et b = 0.719 nous obtenons les coefficients :

k = 1.945

u = 0.794

v = 0.295

w = 0.585

Après calcul, le débit Q (F) obtenu, est le débit d’orage brut, ce débit nécessite

d’être corrigé, car il ne tient pas compte de la forme du bassin, qui peut être allongée

ou ramassée et qui influe sur la valeur du débit final.

Il est donc nécessaire d’introduire des coefficients correcteurs qui font intervenir la

surface du bassin ainsi que sa longueur hydraulique,

Soit le coefficient d’allongement : M = (L / A0,5) (3)

Avec : L la longueur du bassin versant en (m)

A sa superficie en (ha)

Le coefficient correctif : m = (M / 2)x (4)

Avec x = (0,84 x -b) / (1 + 0,29 x -b)

Au final nous obtenons un débit d’orage corrigé Q(A) :

Q (A) = Q (F) x m (5)

Mémoire du PFE


comparaison des coefficents

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

Rapport Longueur/largeur

Val

eur

des

coef

f

Coefficient d'allongement

Coefficient de compacité

Forme des bassins versants

La forme du bassin versant peut également être prise en compte grâce à des

indices de forme tels que le coefficient de compacité, définis par :

Kc = P / 2√(A x π) (6)

Avec : Kc la valeur du coefficient de compacité

P, le périmètre du bassin en m

A, la superficie du bassin en m²

Ce coefficient de compacité vaut 1.12 pour un bassin carré et est d’autant plus

grand que le bassin est allongé, alors que celui d’allongement vaut 1.00. Ces deux

coefficients sont proches pour des bassins versant dits compacts, c'est-à-dire ayant

un rapport Longueur/largeur proche de 1 comme on peut l’observer sur le graphique.

Ce graphique de la figure 19 montre l’évolution de la valeur de ces coefficients de

forme en fonction du rapport Longueur/largeur. On peut observer que pour les deux

cas les valeurs augmentent lorsque le bassin est allongé et que celles-ci divergent

avec l’allongement.

Pour rester cohérent avec le raisonnement de la méthode superficielle, nous ne

tiendrons compte que du coefficient d’allongement dans nos calculs.

Figure n° 19, Graphique de comparaison des coeffici ents de forme

Mémoire du PFE


Limites de la méthode superficielle

Cette méthode possède certaines limites d’utilisation ainsi :

La surface A doit être inférieure à 200 ha

La pente du bassin versant doit être comprise entre 0.002 et 0.05 m/m

Le coefficient de ruissellement doit être compris entre 0.2 et 1

Pour notre cas, nous nous placerons dans une zone totalement imperméabilisée

avec des habitations très denses, d’où C = 0.9.

Cette détermination du coefficient de ruissellement dépend la nature de la couche de

surface du sol et du type d’habitat.

Mémoire du PFE


Méthode rationnelle

Présentation

La seconde méthode dite rationnelle est plus ancienne que la superficielle, elle

à été mise au point au milieu du XIXe siècle. Cette formule utilise un modèle de

transformation de la pluie, décrite par son intensité considérée comme uniforme dans

le temps, en un débit instantané maximal à l’exutoire. Elle peut être utilisée dans le

cas de bassin versant urbanisés ou non.

La méthode découle de la formule :

Q (π) = C x i x α A (7)

Avec :Q (π) le débit de pointe avec une période de retour (π) en (l/s)

A la surface du bassin en (ha)

C le coefficient de ruissellement

α l’abattement spatial de i

i l’intensité moyenne de la pluie de retour π et de durée t en (l/s/ha)

Hypothèses fondamentales

Cette méthode est fondée sur trois hypothèses :

- Le débit de pointe ne peut être observé à l’exutoire que si l’averse a une

durée égale ou supérieure au temps de concentration.

- Le débit de pointe est proportionnel à l’intensité moyenne de l’averse au cours

du temps de concentration.

- Le coefficient de ruissellement C est invariable pour un bassin versant.

Dans notre cas, nous reprendrons un coefficient de ruissellement constant de 0.9

correspondant à un habitat très dense et totalement imperméabilisé.

L’abattement spatial de i

L’abattement spatial de i, α est donné par les relations empiriques :

α = 1 – 0.006 √d pour un bassin allongé (longueur supérieure à 2 fois la largeur)

α = 1 – 0.005 √2d pour un bassin ramassé (longueur inférieure à 2 fois la largeur)

Avec d la distance en mètre du point de calcul au centre du bassin

Mémoire du PFE


L’intensité i de la pluie

L’intensité i(t, π) = a (π) x t -b(π) (8)

Avec : i l’intensité de la pluie, en mm/min

t le temps de concentration en min

(π), la période de retour

a et b les coefficients de Montana donné par la région de Belfort soit a = 7.799

pour une période (π) de 10 ans b = 0.719

Le temps de concentration

Le temps de concentration t de la pluie (en min), est donné par différentes formules

telles que :

- Ven te Chow : t = (0.868 x L3/h) 0.385 x 60 (9)

- Ventura – Passini : t = 0.108 (S x L)1/3 / I ½ x 60 (10)

- Giandotti : t = (4 S1/2 + 1.5 L½) / (0.8 h1/2) x 60 (11)

- Kirpich : t = (4 (S x L)1/4) / (I3/8) (12)

Avec : h la dénivelée en (m)

L la longueur du bassin versant en (km)

S la surface en (km²)

I la pente en (m/m)

Ces formules sont applicables suivant différents critères, pour le cas d’un bassin

versant fortement urbanisé, la formule de Kirpich convient, tandis que les autres

formules sont plus adaptées à des bassins versants naturels ou des zones

géographiques très précises qui intègrent directement les pluies.

Figure n° 20, Tableau de comparaison des temps de c oncentration

Mémoire du PFE


En prenant l’exemple de plusieurs bassins versants imaginaires, comme les

trois premiers du tableau 20 ou réels comme les trois suivants, il est possible de

comparer les valeurs des temps de concentrations obtenus à partir des formules

citées ci-dessus. On peut observer que la formule de Giandotti donne des temps très

élevés par rapport aux autres tandis que celles de Kirpich et Ven te Chow sont

proches. Mais cette dernière n’est adaptée qu’aux bassins versants naturels.

Grâce à t, nous pourrons ensuite calculer l’intensité i en mm/min, il faudra

ensuite transformer cette valeur en l/s/ha pour l’introduire dans la formule :

Q (π) = C x i x α A (7)

D’où le débit à l’exutoire Q (π)

Choix de la méthode

Un fichier de calcul EXEL m’a permis de rassembler et de récapituler toutes les

données relatives à chaque bassin et ainsi de comparer les valeurs des débits

obtenus pour les deux méthodes superficielles et rationnelles (voir annexe 5).

L’annexe 6 est un schéma récapitulatif des différents bassins versants

élémentaires.

Nous avons répertoriés les surfaces pour chaque bassin versant de l’annexe 6,

en indiquant également la pente moyenne et la longueur hydraulique de celui-ci. Ces

données sont nécessaires pour calculer l’abattement spatial ainsi que le temps de

concentration qui vont nous permettre de connaitre les débits.

Pour la méthode superficielle nous pouvons remarquer que le débit brut et le

débit corrigé sont équivalents lorsque le coefficient d’allongement est proche de 2, le

coefficient correcteur sera lui alors égal à 1 dans notre cas. Cela se produit pour des

bassins ayant une longueur égale à deux fois la largeur. Si la longueur du bassin est

inférieure à deux fois sa largeur alors le bassin sera dit ramassé et le débit corrigé

sera plus important que le débit brut. A l’inverse si la longueur du bassin est plus de

deux fois plus grande que la largeur, alors il sera dit allongé et le débit corrigé sera

plus faible que le débit brut.

Ces résultats s’expliquent par le fait que le débit brut ne tient pas compte de

l’allongement du bassin mais seulement de sa superficie. Dans le cas d’un bassin

allongé la pluie tombant à l’extrémité de celui-ci mettra plus de temps à arriver à

l’exutoire que pour un bassin ramassé de la même surface, l’évacuation de l’eau

sera plus répartie dans le temps, le débit sera donc plus petit pour un bassin allongé.

Mémoire du PFE


Il peut également exister des différences entre les deux méthodes. La méthode

superficielle est dérivée de la méthode rationnelle avec une application exclusive aux

surfaces urbaines drainées. Les différences proviennent du fait que la méthode de

Caquot introduit un amortissement de l’intensité lié au stockage de l’eau dans les

réseaux et que le temps de concentration n’est pas considéré comme constant mais

dépend du débit de pointe. C’est pour cela que nous avons choisi de prendre en

compte, pour la suite des calculs, la méthode superficielle plutôt que la rationnelle.

Mémoire du PFE


BV 1 BV 2

o Les assemblages

Une fois les bassins élémentaires déterminés, avec toutes leurs

caractéristiques, il faut réaliser des assemblages qui peuvent être soit en série soit

en parallèle. Les bassins versants seront donc assemblés deux par deux en partant

de l’amont vers l’aval pour connaitre les débits générés par certaines parties et par

l’ensemble.

Les assemblages en série

Les assemblages en série se font lorsque deux bassins versant se suivent sur

un même cheminement hydraulique.

Figure n° 21, Schéma

d’assemblage en série

Pour le calcul d’un assemblage en série BV1 et BV2 donne BV 1-2

Aire du bassin BV1-2 = Aire BV1 + Aire BV2

La longueur du bassin versant est déterminée par la somme de la longueur de

chacun des bassins qui le compose.

La pente I est déterminée par la formule I = (Σ L / Σ (L/(I^0,5)))^2

Le calcul du débit se fait par la méthode superficielle.

Figure n° 22,

Exemple

d’assemblage

en série

Mémoire du PFE


BV 1 BV 2

Les assemblages en parallèle

Les assemblages en parallèle se font lorsque deux bassins versants se

rejoignent au même exutoire en ayant un cheminement hydraulique différent.

Figure n° 23,

Schéma d’assemblages en parallèle

Pour le calcul d’un assemblage en parallèle BV1 et BV2 donne BV1-2

Aire du bassin BV1-2 = Aire BV1 + Aire BV2

Pente I BV1-2 = ((I BV1 x Q BV1) + (I BV2 x Q BV2)) / (Q BV1 + Q BV2)

Le calcul est ensuite fait avec la méthode superficielle en prenant comme longueur

de bassin celui ayant le plus grand débit.

Au final si Q 1-2 > Q1 + Q2 alors Q 1-2 = Q1 + Q2

Et si Q 1-2 < Q1 + Q2 alors Q 1-2 = Q 1-2

Figure n° 24, Exemple

d’assemblage en parallèle

Les limites des assemblages

La succession des assemblages permet d’obtenir un seul bassin versant final

issu de chacun des sous-bassins qui le composent.

Mémoire du PFE


Ces méthodes d’assemblage possèdent néanmoins quelques limites qu’il faut

connaitre pour interpréter les résultats. Dans un premier temps, pour les bassins en

parallèle, la notion de pente équivalente n’a aucun sens puisque jusqu’à leur exutoire

commun ils constituent des unités indépendantes avec leurs hétérogénéités.

Le problème lié à la longueur du bassin fixée à celle du bassin ayant le plus fort

débit est également arbitraire. La formule a alors tendance à sous-estimer

l’allongement des groupements, par conséquent à surestimer les débits.

Les assemblages en parallèle apportent donc plus d’incertitudes dans le calcul

que les assemblages en série.

Les assemblages des bassins versants de Lure

Dans le cas de l’étude des eaux pluviales de Lure, il à été nécessaire de

réaliser des assemblages après avoir défini les bassins versants et leurs débits.

L’annexe 7 est un tableau récapitulatif des valeurs de débits obtenus en

fonction des assemblages successifs effectués. Ainsi il y avait au départ 59 bassins

versants élémentaires, les premiers assemblages regroupant deux numéros ont été

fait principalement en parallèle car ils représentaient deux bassins récupérés au

même point bas qui est matérialisé par un avaloir. Les assemblages suivants

regroupent les deux cotés d’une chaussée en toit qui seront récupérés dans la même

canalisation. Pour finir, les assemblages représentés par des lettres correspondent à

un groupement de bassins élémentaires d’une même rue.

Cette annexe indique la succession des assemblages avec leur surface, leur

pente moyenne et les débits qui en résultent. Le débit maximal est celui à retenir car

pour certains assemblages nous pouvons observer que le débit corrigé d’un

groupement est supérieur à la somme des débits de chaque bassin, ce qui n’est pas

cohérent. Il faut alors retenir la somme, comme dans le cas de l’assemblage des

bassins 2 et 3, où le débit de 2 (Q2) vaut 0.081 m3/s et Q3 = 0.028 m3/s donc Q2 +

Q3 = 0.109 m3/s alors que la mise en commun donnait 0.134 m3/s. Cette différence

provient du fait que la longueur hydraulique prise en compte est celle du bassin

ayant le plus fort débit.

D’autres observations peuvent être faites telles que l’assemblage en série de la

rue Pasteur qui fourni un débit de 0.363 m3/s pour les bassins EFG puis 0.303 m3/s

lorsqu’on y ajoute H. Cela s’explique par le fait que H est un bassin très allongé qui

augmente le temps de concentration de l’ensemble et réduit alors le débit.

L’annexe 8 est composée de deux schémas indiquant l’ordre dans lequel ont

étés réalisés les assembles.

Mémoire du PFE


o Le dimensionnement

A partir du moment où les débits récupérés dans les canalisations sont connus,

il est possible de déterminer les pentes à mettre en œuvre et les sections minimales

à utiliser, qu’il faudra ensuite surévaluer pour entrer dans la gamme des fabricants.

Relation générale

La relation générale permettant de dimensionner les sections des ouvrages est

celle de Chézy :

Formule de Chézy V = c √ (Rh x I) (13)

Avec : V, la vitesse de l’écoulement en m/s

Rh, le rayon hydraulique qui est égal à surface mouillée / périmètre mouillé

I, la pente en m/m

c, le coefficient de Chézy en m1/2/s

Cette formule de Chézy n’est applicable que dans le cas d’un écoulement

turbulent rugueux, ce qui est le cas le plus souvent rencontré dans la pratique. Il faut

donc que le nombre de Reynolds soit supérieur à 2000. Alors la vitesse de

l’écoulement ne dépend plus que du rayon hydraulique ainsi que de la rugosité de la

conduite. La formule de Chézy découle de celle de Weisbach-Darcy :

Formule de Weisbach-Darcy hl = f x L/D x V²/2g (14)

Avec : hl, la perte de charge linéaire en m

f, le facteur de friction

L, la longueur du tuyau en (m)

V, la vitesse moyenne de l’écoulement en m/s

Le coefficient de Chézy, c, peut être déterminé par différentes méthodes :

- celle de Bazin

- celle de Manning-Strickler

- celle de Kutter

Mémoire du PFE


Méthode de Bazin

La méthode de Bazin peut être utilisée pour déterminer le coefficient de Chézy,

c, elle se fait par la formule :

Formule de Bazin c = 87 / (1 + (γ / √ Rh)) (15)

Avec γ, le coefficient d’écoulement de Bazin, qui dépendant de la nature du

matériau employé pour la conduite, mais également de la nature des eaux, car le

transport de matières solides augmente la perte de charge dans une conduite.

Nature des parois γ

Parois très unies (béton lisse, PVC, …) 0,06

Parois unies (Fibrociment, Grès, …) 0,16

Parois en maçonnerie de moellons 0,46

Parois de nature mixte 0,85

Canaux en terre dans les conditions ordinaires 1,30

Canaux en terre, avec fond de galets, parois herbées 1,75

Figure n° 25, tableau de valeur du coefficient de Bazin, source : site internet

• En système séparatif, d’après le guide de l’instruction technique, il est

acceptable de prendre γ = 0.25 pour des eaux usées, en effet, la présence de

matières grasses favorisent l’écoulement malgré la possibilité de rencontrer

des matières solides. Si le réseau est neuf ou bien entretenu, la valeur du

coefficient de Bazin peut être ramenée à 0.16.

• Pour un réseau unitaire ou pluvial dans le cas du séparatif, γ = 0.46, ce qui est

supérieur au cas précédent. Le transport de matières solides y est plus

fréquent surtout si les avaloirs ne sont pas équipés de décanteurs. Cependant

si le réseau est bien entretenu, il y a alors moins de dépôts et le coefficient

peut être pris égal à 0.30.

La formule de Bazin est couramment utilisée en France et dans les pays

francophones. Dans les pays anglophones, elle est remplacée par la formule de

Manning-Strickler.

Mémoire du PFE


Méthode de Manning-Strickler

Formule de Manning-Strickler c = K x Rh 1/6 ou c = 1/n x Rh 1/6

(16) et (17)

Avec : c, le coefficient de Chézy en m1/2/s

Rh, le rayon hydraulique en m

K, le coefficient de rugosité de Strickler en m1/3/s

n, le coefficient de rugosité Manning, n = 1/K

Ce qui nous donne au final, après injection dans la formule de Chézy :

V = K x Rh 2/3 x I1/2 ou V = 1/n x Rh 2/3 x I1/2

(18) et (19)

Figure n° 26, tableau de valeur des coefficients d e rugosité de Strickler et Manning

Le coefficient de Manning étant l’inverse de celui de Strickler, l’utilisation de

l’une ou l’autre formule n’influence pas la valeur de la vitesse.

Méthode de Kutter

La formule empirique de Kutter permet elle aussi d’approximer le coefficient de

Chézy :

Formule de Kutter c = 100 / (1 + mk / √Rh) (20)

Mémoire du PFE


Avec : mk, le coefficient de rugosité de Kutter en m1/2 donné par le tableau, figure 27,

pour différents types de matériaux.

Figure n° 27, tableau de valeur des coefficients d e rugosité de Kutter

Comparaison des trois méthodes

Figure n° 28, tableau comparatif de débits en fonc tion de la méthode

Mémoire du PFE


En comparant les méthodes de Bazin, de Strickler et de Kutter, dans le tableau

précédent, il est possible d’observer certaines différences. En prenant le cas d’une

conduite en fonte neuve, nous pouvons observer que pour chaque section de

conduite proposée, la méthode de Bazin donne les débits les plus faibles tandis que

les valeurs obtenues avec Strickler et Kutter sont très proches (environ 2% de

différence). Ensuite en gardant la même conduite et en faisant varier la pente les

observations sont identiques. La variation de pente influence donc les débits de la

même manière suivant les méthodes. En changeant de type de canalisation, à savoir

une ancienne conduite en béton, la méthode de Bazin donne donc toujours des

débits plus faibles que celle de Strickler, tandis que celle de Kutter est trop

défavorable avec un coefficient de 1 au vue des débits fournis pour les autres cas.

Les méthodes de Bazin et de Strickler sont les plus couramment utilisées, avec

chacune leurs limites, ainsi la formule de Strickler n’intègre pas la nature des eaux

transportées tandis que Bazin, dans l’instruction technique, n’intègre pas la nature de

la conduite.

Dans la mesure où la formule de Strickler est la plus utilisée et la plus cohérente

au vu des paramètres pris en compte, c’est la méthode qui permet la meilleure

cohérence entre les projets.

Conditions initiales

Pour un réseau d’eaux pluviales, il est courant d’opter pour une pente de 0.5 %.

Cependant dans le cas du centre ville de Lure, il existe quelques difficultés. Avant

tout, il faut savoir que l’exutoire du réseau est une conduite unitaire existante. La

côte de raccordement est donc connue. Ce raccordement ne se fait pas au point bas

du centre-ville ce qui pose quelques problèmes de pentes. En effet l’avenue de la

République présente une dépression au niveau de l’église (milieu de l’avenue) avec

une altitude de 291.50 tandis que l’altitude au niveau du carrefour du 1er Régiment

des Dragons et à la sortie de la rue de la Tannerie est d’environ 293.00. L’Esplanade

Charles de Gaulle a une altitude moyenne de 291.50 ce qui est également plus bas

que le niveau à l’exutoire. Pour palier à ce problème de pente, il faudra faire appel à

un système de relevage, cependant, l’utilisation de faibles pentes dans le réseau

permettra de limiter les problèmes.

Pour un réseau d’eaux pluviales il est conseillé de ne pas utiliser des conduites

d’un diamètre inférieur à 300mm pour des raisons d’entretien et pour éviter que des

objets ou des matières solides ne viennent obstruer la canalisation.

Mémoire du PFE


La conduite doit également être posée avec un recouvrement suffisant, de

l’ordre de 80cm pour la protéger du trafic et du gel.

Lors de la détermination des caractéristiques du réseau il est important de

respecter le fait que les diamètres des tuyaux vont en augmentant au fil de l’eau pour

ne pas favoriser les obstructions. Il est également important que les réseaux ne

présentent pas de fortes cassures de pentes, surtout dans le cas où on la diminue.

Première approche

Dans l’étude menée précédemment nous avions déterminé les débits de

chaque bassin versant (voir annexe 7). Par exemple pour le bassin A, le débit

calculé à son exutoire vaut 0.099 m3/s soit 99 l/s, pour des conduites en béton neuf

(K = 90). Pour effectuer une première approche du dimensionnement nous pouvons

alors utiliser la formule (1) : Q = K x Sh x Rh2/3 x I1/2 pour déterminer des diamètres

des canalisations en fonction d’une pente limite. Nous obtenons donc :

- Ø500 avec une pente minimale de 0.1 %



- Ø300 avec une pente minimale de 1 %

Ainsi pour faire circuler un débit de 0.099 m3/s dans une canalisation béton

Ø300 il faut mettre en place une pente de 1 %. Il est donc possible de diminuer le

diamètre en augmentant la pente. Le choix de la canalisation et de sa pente se fera

ensuite en tenant compte des conditions d’autocurage.

Conditions d’autocurage

Pour déterminer le type de canalisation, son diamètre, sa pente, en fonction du

débit, il est nécessaire que le réseau satisfasse des conditions d’autocurage. Ces

conditions doivent être respectées pour des raisons d’hygiène et d’entretien. En effet

si la vitesse dans le réseau est trop faible, des dépôts et des déchets

fermentescibles peuvent stagner dans les conduites.

Les conditions de satisfaction de l’autocurage sont :

- Vitesse à pleine section supérieure à 1 m/s

- Vitesse supérieure à 0.60 m/s pour 1/10 du débit à pleine section


Mémoire du PFE


Pour une canalisation d’eau pluviale en béton, nous choisirons un coefficient de

Strickler de 90. La vitesse à pleine section vaut alors :

VPS = ( K x I 1/2 x D2/3 ) / 42/3 (21)

Avec : VPS, la vitesse pleine section, en m/s

K, le coefficient de rugosité de Strickler en m1/3/s (90 dans ce cas)

I, la pente, en m/m

D, le diamètre intérieur de la canalisation, en m

On calcule ensuite le débit à pleine section :

QPS = VPS x section (22)

QPS = VPS x ( π x D² ) / 4

Avec QPS, le débit à pleine section, en m3/s

On détermine ensuite le rapport des débits, entre celui obtenu réellement et

celui à pleine section : QA / QPS

D’après un tableau, fourni en annexe 9, issu des formules de Thormann-Franke

concernant les canalisations circulaires partiellement remplies reprises dans

l’instruction technique de 1977, on déduit le rapport V / VPS à partir de la valeur de

QA / QPS. Le tableau en annexe 9 donne les relations de débit, de vitesse et de

hauteur de remplissage à section partielles et pleines.

• Connaissant la vitesse à pleine section, VSP, il est possible de savoir si la

première condition d’autocurage est remplie. VSP doit être supérieur à 1 m/s.

• Pour la seconde condition, il faut commencer par calculer le dixième du débit

à pleine section, QPS/10. On se réfère ensuite au tableau donnant V/VPS

pour la valeur de QPS/10 obtenue.

Dans ce cas V/VPS = V1/VPS1

La vitesse d’écoulement V1 est obtenue par : V1 = V1/VPS1 x VPS

Pour que la seconde condition d’autocurage soit remplie il faut que la vitesse

d’écoulement V1 soit supérieure à 0.60 m/s.

• Pour la troisième condition, il faut commencer par calculer le centième du

débit à pleine section, QPS/100. On se reporte ensuite au tableau donnant

V/VPS pour la valeur de Q/QPS obtenue.

Mémoire du PFE


Dans ce cas V/VPS = V2/VPS2

La vitesse d’écoulement V2 est obtenue par : V2 = V2/VPS2 x VPS

Pour la dernière condition d’autocurage soit respectée il faut que la vitesse V2 soit

supérieure à 0.30 m/s.

Ces trois conditions permettent de savoir si un écoulement est maintenu même

avec un faible débit et ainsi éviter la formation de dépôts. Exemple : Pour le bassin versant A ayant un débit de 0.099 m3/s on choisit avec une conduite béton Ø600 (K = 90) avec 0.25 % de pente. VPS = (K x I1/2 x D2/3) / 42/3 = (90 x 0.00251/2 x 0.62/3) / 42/3 = 1.27 m/s

QPS = VPS x (π x D²) / 4 = 1.27 x (π x 0.6²) / 4 = 0.36 m3/s QA / QPS = 0.099 / 0.36 = 0.275 D’après le tableau en annexe 9, avec QA/QPS = 0.275 on obtient V/VPS = 0.86 V = V/VPS x VPS = 0.86 x 1.27 = 1.09 m/s → condition 1 respectée QPS/10 = 0.36 / 10 = 0.036 m3/s D’après le tableau en annexe 9, avec QPS/10 = 0.036 on obtient V1/VPS1 = 0.47 V1 = V1/VPS1 x VPS = 0.47 x 1.27 = 0.59 m/s→ condition 2 non respectée

Lorsque l’une des conditions n’est pas respectée il vaut faire varier l’un des paramètres, à savoir la pente de la conduite, le diamètre de la conduite ou la nature du matériau utilisé pour faire varier le coefficient de Strickler.

Nous choisirons de faire augmenter la pente pour augmenter la vitesse

d’écoulement, car une augmentation de diamètre ou un changement de matériau augmenterai le cout des travaux.

→ Choix d’une pente de 0.35 % VPS = 1.50 m/s QPS = 0.425 m3/s QA / QPS = 0.233 D’après le tableau en annexe 9, avec QA/QPS = 0.233 on obtient V/VPS = 0.81 V = V/VPS x VPS = 0.81 x 1.50 = 1.21 m/s → condition 1 respectée QPS/10 = 0.425 / 10 = 0.0425 m3/s

D’après le tableau en annexe 9, avec QPS/10 = 0.0425 on obtient V1/VPS1 = 0.50

V1 = V1/VPS1 x VPS = 0.50 x 1.50 = 0.75 m/s→ condition 2 respectée

Mémoire du PFE


QPS/100 = 0.425 / 100 = 0.00425 m3/s

D’après le tableau en annexe 9, avec QPS/100 = 0.00425 on obtient V2/VPS2 = 0.24 V2 = V2/VSP2 x VSP = 0.24 x 1.50 = 0.36 m/s→ condition 3 respectée

Pour transporter ce débit de 0.099 m3/s en respectant les trois conditions d’autocurage, l’une des solutions est de mettre en place une canalisation béton Ø600 avec 0.35 % de pente.

Résultats des calculs

Le type de calcul par itération fait dans l’exemple précédent est fait pour chaque

tronçon, avec de nouvelles conditions de débit.

Le tableau de calcul, fourni en annexe 10, montre la suite de calculs itératifs

pour obtenir la conduite souhaitée pour le bassin versant A. Cela permet de

connaitre les diamètres des canalisations ainsi que les pentes qui peuvent être

misent en place. Ainsi, on peut observer que pour le cas du bassin versant A,

fournissant un débit de 0.099 m3/s, les trois conditions sont respectées pour des

conduites Ø500 avec 0.5% de pente, ou Ø600 et plus avec une pente à partir de

0.35%. Cela provient du fait que l’on augmente la vitesse en augmentant la pente,

mais une compensation est possible en augmentant le diamètre.

Dans la mesure où à Lure se posent des problèmes liés aux pentes du terrain

naturel, il est préférable d’opter pour une canalisation avec 0.35% de pente et donc

un diamètre 600mm.

Cette suite de calculs est effectuée pour obtenir un schéma de principe du

réseau d’eaux pluviales avec les pentes et les diamètres calculés (voir figure n° 29).

Dans la majeure partie des tronçons, une canalisation Ø600 en béton avec une

pente de 0.35 % permet d’assurer l’évacuation des eaux pluviales. Lors du

branchement de la rue Pasteur sur l’avenue de la République, il faut augmenter le

diamètre pour passer à un Ø800 tout comme dans la rue de la Tannerie, tout deux

viendront se connecter sur la conduite existante qui est un ouvrage cadre en

maçonnerie.

Le schéma n° 29 montre un cheminement possible du r éseau d’eaux pluviales

pour se raccorder à un ouvrage cadre existant menant à un bassin d’orage pouvant

récupérer le débit avant un rejet possible dans un cours d’eau naturel. Actuellement

le réseau unitaire en place s’écoule gravitairement vers un exutoire situé rue de la

fond.

Mémoire du PFE


Figure n° 29, schéma de principe du réseau d’eaux p luviales

Une solution alternative grâce à des tuyaux ovoïdes peut permettre d’assurer

l’autocurage pour de faibles débits car la surface de tuyau en contact est plus faible

et donc l’écoulement est favorisé

Mémoire du PFE


o Vérification des calculs

Pour vérifier la validité des résultats obtenus par le calcul manuel, il est possible

d’utiliser des logiciels de calcul. Le département VRD d’OTE Ingénierie possède un

logiciel appelé Mensura qui est utilisé pour la réalisation de projets VRD en matière

de terrassement, d’assainissement, de conception routière et de réalisation de

métrés.

Lors de mon travail sur ce logiciel, je me suis servi de la fonction

assainissement. La première étape consiste à insérer un fichier dwg sur Mensura. La

plupart des plans étant réalisés sur AutoCad, il est important de pouvoir les utiliser

en tant que fond de plan sur Mensura.

Ensuite l’étape la plus importante consiste à entrer les paramètres

correspondants à l’étude réalisée.

Figure n°30, extrait du logiciel

Mensura

Il s’agit d’y insérer les valeurs

des paramètres a et b, la période

de retour, le coefficient de

ruissellement…, par des fenêtres

d’insertion comme celle de la

figure 30

Il est très important de connaitre toutes parties du logiciel car un bon nombre de

paramètres sont remplis par défaut, si l’on oublie de les changer, le logiciel

effectuera tout de même un calcul avec des valeurs fausses.

Mémoire du PFE


Sur le fond de plan topographique il s’agit ensuite de tracer les contours de ces

bassins en indiquant les cheminements hydrauliques et les exutoires (figure 31). En

traçant les réseaux, il sera ensuite possible de connaitre la valeur des débits après

avoir fait les assemblages.

Figure n° 31,

Photo des assemblages,

source : fichier Mensura

Après avoir réalisé les assemblages, j’ai pu comparer les résultats obtenus

manuellement et par Mensura. Il y a tout de même une grande différence entre les

valeurs des débits à l’exutoire final, 1.4 m3/s pour le calcul manuel et 1 m3/s pour le

calcul avec Mensura. La différence provient de la façon de prendre en compte les

pentes du bassin qui sont nettement plus faibles sur Mensura. Le logiciel n’intègre

pas correctement le fait que le cheminement hydraulique ne se fasse pas en ligne

droite et ne considère donc que le dernier tronçon menant à l’exutoire. Une

importante différence est observable pour le bassin de la rue de la Tannerie où le

cheminement suit les caniveaux en effectuant plusieurs angles, la valeur de la pente

est alors faussée, tout comme la valeur du débit. Pour les bassins versants ayant un

cheminement rectiligne la valeur calculée manuellement est proche de celle trouvée

par Mensura. Exemple assemblage B : 0.111 m3/s manuellement, 0.125 m3/s pour

Mensura ou assemblage J : 0.198 m3/s manuellement et 0.194 m3/s pour Mensura.

Sur le logiciel Mensura il est possible de synthétiser tous les résultats obtenus

en fonction des bassins versants et des assemblages pour connaitre toutes leurs

caractéristiques, ces résultats sont reportés dans l’annexe 11. Dans cette annexe la

dénomination des bassins versants est la même que pour les schémas du calcul

manuel, (voir annexes 8).

Mémoire du PFE


• Les Eaux Usées

Dans le cas du projet de requalification du centre-ville de Lure, il a été choisi de

réaliser un réseau d’assainissement pseudo-séparatif qui a l’avantage d’être moins

cher et engendrant moins de travaux que la reconversion en réseau séparatif. Après

le dimensionnement du réseau d’eaux pluviales, il faut ensuite s’intéresser à celui

des eaux usées, qui reprendrons des eaux de différentes natures.

o Les origines

Les eaux circulant généralement dans les conduites peuvent avoir différentes

origines :

- Les eaux domestiques, qui se composent :

o des eaux ménagères, issues des salles de bains ou des cuisines qui

sont souvent riches en graisses, détergents et solvants.

o des eaux vannes, issues des toilettes, chargées en matières

organiques azotées fermentescibles et riches en germes.

Ces eaux domestiques correspondent généralement à la quantité d’eau

potable rejetée ou souillées par différentes activités. On estime généralement

que le débit en résultant est équivalent à 150-200 litres/jour/habitant.

- Les eaux industrielles ou non domestiques, qui peuvent provenir de diverses

entreprises, usines ou artisans. Les débits rejetés varient fortement suivant les

activités et les moments de la journée, il est donc conseillé d’effectuer des

relevés de débits produits lorsque les entreprises sont déjà installées. Ces

débits peuvent néanmoins être estimés entre 10 m3/jour/hectare lotis pour

des entrepôts ou des zones de haute technologie jusqu’à plus de

500m3/jour/hectare lotis pour des industries lourdes. La nature des rejets

varie elle aussi assez fortement. Sur le site du centre-ville de Lure, aucunes

eaux usées industrielles ne seront collectées.

- Les eaux claires parasites provenant d’infiltrations lors de la présence d’une

nappe phréatique ou d’évènements pluvieux, peuvent résulter de défauts de

joints, de fissures dans les canalisations, de mauvais branchements…

- Dans le cas d’un réseau pseudo-séparatif, les conduites d’eaux usées

peuvent également reprendre une partie des eaux pluviales.

Mémoire du PFE


o Les débits

Ces différentes eaux usées ont chacune leurs formules pour connaitre les

débits générés.

Eaux usées domestiques

Concernant les eaux usées domestiques, on note Qmts, le débit moyen par

temps sec. Il correspond au débit qui est susceptible de circuler dans la canalisation

à tout moment de la journée et qui est issu des activités domestiques.

Qmts = ( N x C ) / 86400 (23)

Avec : Qmts, le débit moyen par temps sec, en l/s

N, le nombre d’habitants concernés

C, la consommation journalière moyenne par habitant, en l/jour/hab, soit

environ 150 à 200 l/jour/hab

86400, le nombre de seconde dans une journée

On définit également le coefficient de pointe par temps sec K par :

K = 1.5 x 2.5 / √(Qmts) avec K < 4 (24)

Le débit de pointe d’eaux domestiques Qpd, en l/s, est donné par la formule :

Qpd = K x Qmts (25)

Eaux usées industrielles

Concernant les eaux usées industrielles, il est nécessaire de séparer :

- Les industries existantes, dont la mesure du débit se fera sur place.

- Les industries futures, qui seront soumises à des études et parfois des

limitations.

- Les industries traitant elles-mêmes leurs rejets, parfois directement vers le

milieu naturel.

- Les industries lourdes, qui ne veulent pas être tributaires du réseau public.

Mémoire du PFE


En fonction de toutes ces hypothèses et variables il néanmoins possible de dégager

quelques fourchettes de débit :

- 10 à 12 m3/jour/ha loti pour des entrepôts ou des zones de haute technologie

- 20 à 25 m3/jour/ha loti pour de petites industries et des ateliers

- 50 à 150 m3/jour/ha loti pour des industries moyennes

- Jusqu’à 500 m3/jour/ha loti pour de grosses industries

Ces valeurs correspondent à un débit spécifique moyen, Qsmi ramené en l/s/ha.

La valeur du coefficient de pointe Ki est compris entre 2 et 3, il correspond au

rapport entre la valeur du débit de pointe et du débit moyen.

La valeur du débit de pointe Qpi vaut alors :

Qpi = Ki x Qsmi x S (26)

Avec : Qpi, le débit de pointe d’eaux usées industrielles en l/s

Ki, le coefficient de pointe industriel

Qsmi, le débit spécifique moyen industriel, en l/s/ha

S, la surface, en ha

Au vu de la multiplicité des hypothèses, il est nécessaire d’effectuer des études

préalables pour rassembler le maximum d’informations concernant les entreprises,

pour dimensionner au mieux les réseaux.

Eaux claires parasites

Il est généralement difficile d’estimer la valeur du débit, Qecp, provenant d’eaux

claires parasites sans une inspection des conduites. Cependant il est possible de

prendre une valeur, Qecp = Qmts, admissible par l’Agence de l’Eau Rhin-Meuse.

D’une manière générale nous obtenons un débit de pointe par temps sec, Qpts, en

l/s, de :

Qpts = Qmts x K + Qsmi x Ki x S + Qecp (27)

Qpts = Qpd + Qpi + Qecp (28)

Dans le cadre du dimensionnement des réseaux d’eaux usées, aucunes eaux usées

industrielles ne seront collectées, la valeur du débit par temps sec se limitera donc

à :

Qpts = Qmts x K + Qecp (29)

Mémoire du PFE


Eaux pluviales

Dans le cadre du projet de mise en place d’un réseau d’assainissement pseudo-

séparatif, certaines eaux pluviales seront collectées avec les eaux usées. Pour

calculer ces débits d’eaux pluviales il faut utiliser les mêmes méthodes que pour le

calcul des eaux pluviales sur voirie, à savoir la méthode superficielle ou la méthode

rationnelle.

Pour effectuer ces dimensionnements il faut cependant prendre quelques

hypothèses de calcul, telles qu’une pente faible de l’ordre de 0.2 % pour les cours,

les espaces verts, ainsi que pour les toitures dont on juge le débit à la sortie de la

descente et non sur le toit. Les coefficients d’imperméabilisations devront être

déterminés d’après des images satellites pour aller de 0.2 pour les espaces verts,

jusqu’à 0.9 ou 1 pour les toitures.

Bilan

Pour dimensionner les conduites d’eaux usées du centre-ville de Lure nous

choisissons de ne tenir compte que du débit provenant des eaux pluviales à savoir le

débit d’orage. Le site ne produisant pas d’eaux usées industrielles et le débit par

temps sec Qpts provenant des eaux usées sera considéré comme négligeable par

rapport au débit d’orage. Pour ne pas surdimensionner le réseau il sera possible de

réaliser des ouvrages de surverse vers le réseau d’eaux pluviales en cas d’orage.

Mémoire du PFE


o Les conduites

Conditions de dimensionnement

Pour dimensionner les conduites d’eaux usées, la méthode utilisée est la même

que pour les conduites d’eaux pluviales, il y a cependant quelques conditions

différentes à vérifier :

- condition de vitesse : pour éviter la formation de dépôts dans les conduites, il

est conseillé de dimensionner le réseau de telle manière à obtenir une vitesse

minimale de 0.30 m/s et une vitesse maximale de 4 m/s pour éviter une

érosion trop rapide des conduites et des autres ouvrages.

- condition de diamètre, qui préconise l’emploi de tuyaux ayant un diamètre

minimal de 200 mm pour des raisons d’entretien.

- condition de pente, qui limite celle-ci à un minimum de 0.5 % voire 0.2 % dans

les cas d’une topographie défavorable, à condition que la vitesse soit

suffisante.

- l’aération du réseau, qui est nécessaire lorsque celui-ci transporte des

matières organiques, pour éviter de mauvaises odeurs ou la formation de

dangereux gaz. Il se produit une fermentation aérobie (en présence

d’oxygène) qui est beaucoup moins dangereuse que la fermentation

anaérobie qui s’effectue en milieu anoxique. Pour déterminer le diamètre des conduites on utilise la formule théorique de

Manning-Strickler :

Q = K x Rh 2/3 x I1/2 x S (30)

D = 45/8 x ( Q / Ks / I 1/2 / π )3/8 (31) Avec : D, de diamètre de la conduite, en m

Q, le débit total d’eaux usées, en m3/s

K, le coefficient de Strickler en m1/3/s

I, la pente, en m/m

Rh, le rayon hydraulique en m

S, la surface hydraulique en m²

Lorsque le diamètre de la canalisation est déterminé, il convient encore de

vérifier les conditions d’autocurage qui sont différentes de celles rencontrées pour un

réseau d’eaux pluviales.

Mémoire du PFE


Conditions d’autocurage

Pour commencer, nous avons obtenu par le calcul un diamètre théorique, il faut

ensuite le remplacer par le diamètre supérieur existant dans les gammes des

fabricants.

Après cela, il faut calculer la vitesse à pleine section VPS :

VPS = ( K x I 1/2 x D2/3 ) / 42/3 (21)

• La première condition d’autocurage impose une vitesse à pleine section

supérieure à 0.70 m/s.

Nous pouvons ensuite déterminer le débit à pleine section, QPS :

QPS = VPS x section (22)

QPS = VPS x ( π x D² ) / 4

On peut alors calculer le rapport entre le débit total d’eaux usées et le débit à

pleine section : Q / QPS.

D’après le tableau en annexe 9, concernant les canalisations circulaires

partiellement remplies de l’instruction technique de 1977, on déduit le rapport des

hauteurs h / D et des vitesses V / VPS à partir de la valeur de Q / QPS.

• La seconde condition d’autocurage impose une valeur de h / D supérieure à

0.2. Cela signifie que la conduite doit être remplie au minimum au 2/10e de sa

hauteur lors du débit maximum atteint.

• La troisième condition implique une vitesse d’écoulement supérieur à 0.30

m/s. Cette vitesse V est obtenue par V = (V/VPS) x VPS.

Ces trois conditions sont à respectées pour des conduites d’eaux usées

uniquement. Dans le cas du centre-ville de Lure les canalisations seront

dimensionnées en respectant les conditions d’autocurage propres à un réseau

d’eaux pluviales, car lors de chaque pluie les conduites seront nettoyées ce qui

évitera la formation de dépôts.

Mémoire du PFE


o Etude hydrologique

Dans la mesure où l’élément dimensionnant notre réseau reprenant les eaux

usées est un débit d’eaux pluviales, cette étude hydrologique à pour but de

déterminer les surfaces concernées ainsi que leurs caractéristiques.

La première étape de cette étude est de repérer sur un plan du site les

différentes surfaces étudiées à l’aide d’une image satellite du centre-ville. En se

rendant directement sur place il aurait été possible de repérer précisément toutes les

surfaces, mais cette technique nécessitait trop de temps avec le risque de ne pas

pouvoir accéder à tous les espaces.

Figure n° 32, Figure n° 33,

Schéma des surfaces Photo satellite du centre-ville de Lure,

source : site internet Google Maps

L’image satellite de droite (figure n°33), représen te l’îlot (n°14) situé entre

l’avenue de la République et la rue du Fahys, on peut ainsi y repérer les habitations

et leurs dépendances, les espaces verts et les zones imperméabilisées par des

pavés ou de l’enrobé. Sur un plan du site (figure n° 32), il est alors possible de

retranscrire ces surfaces pour calculer leurs aires :

- Les surfaces hachurées sur la figure 32 représentent les habitations avec

leurs dépendances, donc des toitures.

- Les surfaces hachurées colorées en rouge correspondent aux toitures

reprises par le réseau d’eaux pluviales considérées dans le chapitre des eaux

pluviales.

Mémoire du PFE


- Les surfaces jaunes de la figure 32 indiquent les zones imperméabilisées

telles que les arrière-cours.

- Les surfaces vertes symbolisent les espaces verts.

Il a donc fallut calculer la superficie de chaque îlot en séparant les différents

revêtements. L’annexe 12 est un schéma permettant de situer les îlots étudiés et

l’annexe 13 est un tableau récapitulatif des données trouvées.

Nous pouvons ainsi observer que la surface de toiture reprise par le réseau

d’eaux usées est supérieure à celle reprise par le réseau d’eaux pluviales : 38500 m²

contre 27500 m². Cela s’explique par le nombre important de bâtiments dans les

arrière-cours. La superficie imperméabilisée, 42300 m², va elle aussi générer un

débit important.

Hypothèses de calcul

Pour continuer notre étude, nous avons été dans l’obligation de prendre

plusieurs hypothèses concernant ces différentes surfaces.

Concernant les pentes, nous avons optés pour une valeur uniforme de 0.5 %

sur l’ensemble du centre-ville. Cette valeur a été prise car nous ne disposons pas de

relevé topographique sur le domaine privé. Cependant 0.5 % parait être également

une valeur moyenne pour les pentes longitudinales des voiries, c’est pour cette

raison que nous l’avons choisi pour caractériser la pente d’écoulement des eaux

pluviales récupérées sur les espaces verts, les zones imperméabilisées et les

toitures.

Concernant les coefficients d’imperméabilisation plusieurs valeurs ont été

retenues :

- 1.00 pour les toitures

- 0.90 pour les surfaces dites imperméabilisées

- 0.20 pour les espaces verts car nous considérons que 80 % des eaux

s’infiltreront directement dans le sol et seulement 20 % d’entre elles

ruisselleront pour être récupérées dans les canalisations.

Mémoire du PFE


o Vérification des réseaux existants

Dans notre projet d’assainissement, le réseau d’eaux usées n’est pas à

dimensionner puisque l’une des hypothèses fondamentales de notre calcul sera

l’étude de la possibilité de la réutilisation du réseau unitaire existant pour y faire

circuler le débit calculé. Il s’agira alors de vérifier si les conduites en place sont dans

un état et une configuration suffisante pour accueillir les débits produits en

respectant les conditions d’autocurage d’un réseau d’eaux pluviales voire d’un

réseau d’eaux usées.

Raisonnement

Pour effectuer ces vérifications il faut procéder en plusieurs étapes et par

tronçon, c'est-à-dire pour chaque partie de réseau située entre deux regards de

branchement.

Sur un plan des réseaux existants, il est possible de situer les conduites

unitaires existantes et leurs regards, ce qui va définir le découpage.

Il a ensuite fallut affecter les surfaces calculées précédemment à chaque partie,

pour savoir quelles eaux seront récupérée sur quel tronçon en ne considérant pas

les eaux de toitures reprises par le réseau pluvial.

o

o

Figure n° 34, Schéma de répartition des zones par t ronçon

Surface reprise par le tronçon n° 6 de la rue Pasteur

Regards de branchement

Tronçon n° 6 du réseau unitaire de la rue Pasteur

Mémoire du PFE


Ainsi les îlots définis dans l’annexe 12 seront repartis entre les différents

tronçons, comme on peut l’observer sur la figure n° 34, où le tronçon n° 6 du réseau

unitaire de la rue Pasteur reprend des eaux provenant d’une partie de l’îlot 5 et d’une

partie de l’îlot 1. Le découpage se fait suivant les limites parcellaires et la disposition

des bâtiments, nous avons donc considéré que les eaux récoltés sur une parcelle se

dirigeront vers l’avant de celle-ci. Cette considération est une hypothèse pour

poursuivre notre étude.

Les débits générés

Lorsque les délimitations sont faites il est alors possible de calculer les débits

récupérés par chaque tronçon du réseau qui dépendent des caractéristiques de la

surface collectée.

La pente de la surface

La pente est considérée comme constante sur l’ensemble de la surface avec

une valeur de 0.5 % comme expliqué dans les hypothèses du chapitre précédent.

Le coefficient d’imperméabilisation

Le coefficient d’imperméabilisation global de la surface collectée est déterminé

grâce à la formule :

(surfaces toitures arrières x 1.00) + (surfaces imperméabilisées x 0.90) + (surface espaces verts x 0.20)

Cglobal = (Σ des surfaces) (32)

La longueur hydraulique

La longueur hydraulique prise en compte est celle allant du point le plus éloigné

de la parcelle jusqu’au regard de branchement le plus en aval.

Mémoire du PFE


Méthode utilisée

Pour déterminer les débits générés, nous avons utilisé la méthode superficielle

de la même façon que dans le chapitre des eaux pluviales.

L’annexe 14 est un schéma permettant de situer les tronçons considérés et

l’annexe 15, un tableau récapitulatif des débits récupérés pour chaque tronçon.

Vérification de l’écoulement

Lorsque les débits pénétrants dans les canalisations sont connus il faut vérifier

tronçon par tronçon si un écoulement correct est assuré et si les diamètres sont

suffisants. Ce bon écoulement dépend de la pente donnée à la canalisation. Il est

possible de connaitre cette pente grâce aux informations fournies par les inspections

caméra des réseaux dont le robot mesure la dénivellation au cours de son

avancement. L’annexe 16 est un exemple de relevé effectué par Franche Comté

Assainissement pour le compte de VEOLIA. On peut y observer une dénivellation de

plus de 800 mm sur 36 m d’inspection entre les regards notés R51B et R51A, soit

une pente que l’on peut juger d’uniforme d’environ 2.2 %.

Ne disposant pas des niveaux des fils d’eau du réseau, l’utilisation des

inspections caméra est la seule façon d’obtenir les pentes des canalisations.

Pour contrôler le bon écoulement dans la conduite, nous disposons dorénavant

de toutes les informations nécessaires pour vérifier si les trois conditions

d’autocurage d’un réseau d’eaux pluviales sont respectées, à savoir :

- Vitesse à pleine section supérieure à 1 m/s



Nous pouvons également vérifier les recommandations faites concernant un réseau

d’eaux usées :

- un taux de remplissage supérieur à 0.2 pour le débit maximal

- une vitesse d’écoulement comprise entre 0.3 et 4 m/s

- des diamètres de conduites supérieurs à 200 mm.

- une pente de canalisation supérieure à 0.5 %.

Ces vérifications sont réalisées pour chaque tronçon séparément.

Mémoire du PFE


Assemblages

Cependant, nous ne pouvons pas considérer que chaque tronçon est

indépendant puisque la canalisation reprend le débit de sa surface collectée mais

également le débit des tronçons en amont. C’est pour cette raison que nous avons

réalisé des assemblages en série et en parallèle des différentes conduites de la

même manière que les bassins versants dans l’étude des eaux pluviales.

En se reportant à l’annexe 14, il est possible d’observer les assemblages :

Tronçon n° Rue Débit (m3/s) Assemblage Débit résult ant (m3/s) 4 Pasteur 0,028 5 Pasteur 0,095

Série 0,123

4-5 Pasteur 0,123 6 Pasteur 0,092

Série 0,183

4-5-6 Pasteur 0,183

7 Pasteur 0,059 Série 0,185

1 Pasteur 0,066 2 Pasteur 0,087

Série 0,105

1-2 Pasteur 0,105 3 Pasteur 0,063

Série 0,146

Figure n° 35, Tableau d’exemples d’assemblages

Les conditions d’autocurage sont aussi à vérifier pour les assemblages en

prenant en compte :

- la pente de la canalisation la plus en aval

- la longueur hydraulique en partant du point le plus éloigné d’une parcelle

jusqu’à l’exutoire de l’assemblage

- le coefficient d’imperméabilisation définit par :

C = ( (Surface A x coeff de A) + (Surface B x coeff de B) ) / (Surface A + Surface B)

Mémoire du PFE


Résultats

Dans le but de vérifier si le réseau unitaire existant est capable de reprendre les

eaux usées et certaines eaux pluviales, nous avons mené une étude qui présente

certaines limites.

Dans un premier temps l’étude s’est limitée aux réseaux qui ont été inspectés.

Pour poursuivre les calculs il faudrait posséder, soit une étude complète de tous les

réseaux du site soit un plan donnant les côtes des fils d’eau.

Dans un second temps l’étude à due être abandonnée sur plusieurs tronçons

qui présentaient de fortes irrégularités de pente ou parfois des contre-pentes. Du fait

que le réseau existant n’a jamais présenté de mise en charge entrainant un

débordement et des inondations sur les chaussées, il est difficile d’interpréter les

résultats de l’inspection caméra qui peut, elle aussi, comprendre des erreurs de sens

d’inspection, par exemple.

L’un des résultats de notre vérification de conduite, est le fait que les

canalisations en place possèdent des diamètres suffisants pour faire passer les

débits calculés. Cela signifie que si l’on traite les quelques défauts observés lors des

inspections (fissures, racines, …) et si l’on corrige les problèmes de pente, les

canalisations en place pourront être réutilisées.

Mémoire du PFE


o Entretien et risques

Pour qu’un réseau garde toute son efficacité au cours du temps, il est

recommandé voire parfois indispensable d’effectuer un entretien régulier des

conduites et des autres ouvrages pour les débarrasser des éventuels dépôts qui

peuvent gêner le bon écoulement. Lors de l’entretien, ou même dans des conditions

d’utilisation normale, il peut se produire quelques désagréments, tels que de

mauvaises odeurs qui résultent de la décomposition des matières organiques

fréquemment présentes dans un réseau d’eaux usées. Si les conditions d’autocurage

ne sont pas respectées, la vitesse d’écoulement ne sera pas suffisante pour évacuer

ces matières fermentescibles.

Il peut se produire deux types de fermentation, en aérobie ou en anaérobie. Il

est également possible de détecter plusieurs types de composés odorants tels que

les soufrés, les azotés, les acides ou les alcools, cependant les soufrés représentent

environ 90% de ces odeurs. Le cas d’une fermentation en absence d’oxygène est

plus dangereuse que celle avec oxygène, car il se forme plusieurs gaz nocifs, en

particulier l’hydrogène sulfuré H2S et le méthane CH4, c’est pour cette raison qu’il est

important d’aérer le réseau.

Le méthane qui est incolore et possède une densité de 0.55, est plus léger que

l’air, il a dont tendance à s’échapper par la moindre ouverture vers la surface. Lors

de l’ouverture d’un tampon il est déconseillé d’avoir une cigarette allumée, par

exemple, à proximité pour prévenir tout risque d’explosion.

L’hydrogène sulfuré, que l’on trouve également dans les stations d’épuration,

possède une densité de 1.19 ce qui le rend plus lourd que l’air, il dégage également

une forte odeur d’œuf pourri. Cependant à forte concentration, il a un effet

anesthésiant sur les récepteurs olfactifs et devient alors inodore. Avec une densité

de 1.19 ce gaz stagne dans les conduites. Dans une atmosphère à 0.2% en H2S, un

sujet meurt en moins d’une heure, alors qu’à 1%, la mort est instantanée.

L’hydrogène sulfuré possède aussi une large plage d’explosivité entre 4,5% et 45%.

Avant toute intervention sur le réseau il faut maintenir des regards ouverts en

aval et en amont du point inspecté pendant plusieurs minutes pour le chasser, il est

également conseillé de se munir d’un détecteur de gaz, pour prévenir tout risque

d’accident, dont le nombre n’est pas négligeable.

Mémoire du PFE


Il est important de savoir que ces gaz toxiques ont aussi des effets sur les

conduites, ils provoquent une corrosion accélérée du ciment et des armatures dans

tuyaux et regards. Il se produit alors une décomposition de la paroi intérieure, avec

des conséquences sur l’écoulement et la résistance mécanique des canalisations.

Ces effets peuvent être supprimés ou réduits par :

- de meilleures conditions d’écoulement

- une bonne oxygénation de l’effluent

- l’ajout d’oxydants ou de nitrates qui fixent les sulfates et les neutralisent.

Mémoire du PFE


• Ouvrages annexes

Sur les réseaux d’eaux pluviales ou d’eaux usées il est courant de rencontrer

différents ouvrages annexes, autres que des conduites, des collecteurs ou des

regards, qui ont chacun un rôle bien précis pour le bon fonctionnement de l’ensemble

et dont on va retrouver certains exemples sur les réseaux d’assainissement du

centre-ville de Lure. Ainsi les ouvrages annexes les plus courants sont :

- Les séparateurs à hydrocarbures et débourbeurs

- Les limiteurs et régulateurs de débit

- Les stations de relevage et de pompage

- Les séparateurs à graisses ou à fécules

- Les déversoirs d’orage

o Les séparateurs à hydrocarbures et débourbeurs

Ce sont des ouvrages placés sur la partie aval d’un réseau reprenant des eaux

pluviales chargées en particules lourdes (boues) ou légères (hydrocarbures)

provenant principalement de voiries, de parkings ou d’aires de lavage. La Loi sur

l’Eau du 3 janvier 1992 impose le traitement de ces eaux impropres avant l’injection

dans les réseaux publics.

Un séparateur peut être uniquement débourbeur, uniquement séparateur à

hydrocarbures ou les deux. Le fonctionnement se fait sur le principe de la séparation

gravitaire. Celui-ci peut être en béton, en acier ou en matériau composite, le choix se

fera suivant plusieurs critères dont, la capacité de stockage et la nature des eaux

avec des débits de rejet définis.

Il existe également deux classes de performances :

- classe A pour les rejets en liquides légers < 5 mg/l

- classe B pour les rejets < 100 mg/l

Le débourbeur est situé sur la partie amont de l’ouvrage, il est destiné à

recevoir et piéger les matières plus lourdes que l’eau telles que les sables, argiles ou

boues, qui viendrons se déposer au fond. Un entretien est nécessaire pour que le

débourbeur conserve son efficacité.

Mémoire du PFE


Figure n° 36 : schéma d’un séparateur d’hydrocarbur es avec débourbeur,

source : catalogue DUNEX

L’eau circulera ensuite dans le compartiment séparateur où la sortie se fera par

une prise d’eau basse pour piéger les matières plus légères que l’eau, telles que les

huiles et les essences dans la partie supérieure. La sortie est munie d’un obturateur

qui se déclenche lorsque le filtre est saturé et une alarme permet de savoir que

l’entretien est nécessaire.

Un séparateur à hydrocarbures et débourbeur n’est cependant pas très efficace

pour capturer les matières en suspension il peut alors être remplacé par un

décanteur particulaire, plus efficace mais bien plus cher.

o Les limiteurs et régulateurs de débits

Un limiteur de débit est un organe qui restitue un débit maximum d’un réservoir

dont il contrôle le niveau, alors qu’un régulateur donne un débit constant quelle que

soit la hauteur dans le réservoir, ce débit peut également être limité.

Pour réguler les débits il existe plusieurs solutions. La première consiste à

mettre en place un étranglement sur la conduite. Un tuyau de plus petit diamètre est

placé en aval du collecteur pour réguler le débit à la sortie. Cette solution est simple

mais imprécise, elle est donc à éviter. Il existe également des solutions basées sur

le principe de vannes (équipées de flotteurs, à guillotine, …), mais il est de plus en

plus courant de rencontrer des régulateurs à effet vortex.

Mémoire du PFE


Figure n° 37, schéma d’un régulateur de débit effet Vortex,

source : catalogue UFT France

Ces organes sont placés dans un regard de visite pour permettre un entretien.

Le fonctionnement repose sur la formation d’un noyau central d’air qui se forme

lorsque le fluide tourbillonne dans la chambre. Ce noyau obstrue une partie de la

sortie, ce qui réduit le débit.

Les limiteurs ou les régulateurs sont placés en amont du séparateur

d’hydrocarbures, pour contrôler le débit y pénétrant. Des collecteurs spécialement

dimensionnés peuvent être prévus en amont du limiteur pour stocker les eaux en cas

d’évènements pluvieux.

Ces ouvrages de contrôle du débit permettent de réguler et de répartir dans le

temps la quantité du rejet vers un collecteur existant. Ainsi une nouvelle construction

se raccordant sur un réseau existant peut être soumise à une limitation en fonction

du règlement d’assainissement en vigueur.

Dans le cas du centre-ville de Lure, la mise en place de d’un limiteur de débit

sera obligatoire sur le réseau d’eaux pluviales au niveau du raccordement avec

l’ouvrage cadre existant. Cette limitation est imposée car la quantité d’eau va

augmenter puisque la surface concernée est plus importante. La valeur du débit

rejeté sera fonction de la capacité de stockage du bassin d’orage en aval.

Mémoire du PFE


o Les stations de relevage ou de pompage

Une station de relevage ou de pompage est un ouvrage sur un réseau qui

permet de résoudre des problèmes liés, à l’altitude des conduites ou des

raccordements, et à une topographie défavorable.

Figure n° 38 : Station de pompage immergée,

source internet

Ces stations peuvent se composer d’un regard au fond duquel sont placées

généralement 2 pompes dont le fonctionnement est alterné pour en limiter l’usure.

Ces pompes peuvent être immergées ou placées au sec. Elles se mettent en marche

lorsque le niveau d’eau dans le regard à atteint une cote limite représentée par un

capteur.

Dans le cas de pompes au sec, celles-ci sont placées dans un regard

accessible à tout moment pour permettre l’entretien.

Ces pompes renvoient l’eau

dans une conduite située à un

niveau plus haut que celle d’arrivée.

Elles sont dimensionnées en

fonction du débit à traiter et de la

hauteur de renvoi.

Figure n° 39, schéma d’une station

de pompage au sec, source internet

Le projet de requalification du centre-ville de Lure présentant une topographie

défavorable, l’utilisation de stations de relevage sera nécessaire dans certains cas

pour rattraper les pentes des canalisations.

Mémoire du PFE


o Les séparateurs à graisses ou à fécules

Ces séparateurs sont généralement rencontrés sur les réseaux d’eaux usées,

généralement en sortie de cuisines. Ils fonctionnent également sur le principe de la

décantation tout comme un séparateur d’hydrocarbures. En effet, les effluents

arrivent par une conduite, les particules lourdes sont récupérées dans le fond et les

graisses surnagent. La conduite de sortie est placée à mi-hauteur pour récupérer des

eaux plus « propres ».

o Les déversoirs d’orage

Ce sont des ouvrages, placés sur un réseau d’eaux pluviales ou unitaire,

destinés à laisser passer en direction d’un milieu récepteur (naturel ou bassin), une

partie du débit d’orage au-dessus d’un seuil à déterminer. La hauteur de ce seuil

conditionnera la valeur du débit à partir duquel les eaux seront évacuées. Il en existe

déjà un en aval du réseau unitaire du centre ville de Lure qui recueillera les eaux

pluviales.

Mémoire du PFE


CONCLUSION

Après avoir effectué mon Projet de Fin d’Etudes au département Voirie et

Réseau Divers, d’OTE Ingénierie d’Illkirch, où j’ai eu la chance d’être bien accueilli et

intégré, j’ai le sentiment d’avoir accumulé une grande quantité d’informations dans le

domaine de l’assainissement notamment. En effet, le projet de requalification du

centre-ville de Lure, m’a permis de rencontrer et de revoir de nombreuses méthodes

que j’ai pu confronter. La méthode superficielle a été retenue et appliquée pour

dimensionner le réseau d’eaux pluviales et vérifier les conduites d’eaux usées.

La complexité d’un tel chantier s’étalant sur plusieurs années et comprenant

différentes phases accentue l’importance d’une bonne organisation entre les acteurs

et d’une bonne maîtrise des textes règlementaires pour mener correctement un

projet à terme. Pour que les résultats obtenus par le calcul soient cohérents, il faut

prendre connaissance des éléments existants et alors définir les meilleurs choix

techniques qui seront approuvés ou non par le maitre d’ouvrage. C’est ainsi que

notre étude sur l’assainissement, avec le remplacement du réseau unitaire du centre-

ville par un nouveau tracé d’un réseau d’eaux pluviales et la réutilisation des

conduites existantes pour les eaux usées, n’est qu’une option. .

Par manque de temps et de données nécessaires, je n’ai malheureusement

pas pu terminer la vérification de toutes les conduites existantes pour déterminer si

celles-ci sont capables d’accueillir les débits calculés. Pour des raisons financières,

l’actuelle réflexion du maitre d’ouvrage sur le phasage des travaux pourra également

remettre en cause notre étude.

Cependant, en m’offrant une grande autonomie dans mon travail, l’entreprise

OTE Ingénierie m’a permise de découvrir un projet peu commun de par sa taille et la

diversité des travaux à réaliser. Lorsque la réflexion sera plus avancée, il sera alors

possible de s’orienter vers des choix techniques précis.

Mémoire du PFE


BIBLIOGRAPHIE

BAUER T. – Pratique de l’assainissement urbain, ENGEES – URS, 2007

CLAVERIE M. – EA 340 – Assainissement les réseaux de collecte,

Centre de formation des personnels communaux Instruction technique relative aux réseaux d’assainissement des agglomérations, 1977, [En ligne], disponible sur : http://www.enpc.fr/cereve/HomePages/tassin/hydurb00/itechnique/instruction.pdf SAVARY P. - Conception des systèmes d’assainissement, ESTP, 2008

OTE Ingénierie, site internet, [En ligne], disponible sur www.ote-ingenierie.com/

OTE Ingénierie – Esquisse, Requalification du centre-ville de Lure, sept. 2008

OTE Ingénierie – Avant-projet : Charte des espaces publics,

Requalification du centre-ville de Lure, fév. 2009

OTE Ingénierie – Loi maitrise d’ouvrage publique, 1996

Catalogue DUNEX, Traitement des eaux pluviales, 2001

Catalogue UFT France, Techniques des Fluides et de l’Environnement, 2000

Mémoire du PFE


LISTE DES FIGURES

Figure n° 1, Organigramme de l’entreprise

Figure n° 2, Plan de situation de Lure (70)

Figure n° 3, Organigramme de l’équipe de maîtrise d ’œuvre

Figure n° 4, Plan d’ensemble du projet, source : pl aquette AVP

Figure n° 5, Photo de l’Avenue de la République

Figure n° 6, Plan de circulation, source : plaquett e ESQ

Figure n° 7, Aménagement du carrefour de la Poste, source : plaquette AVP

Figure n° 8, Photo de l’Esplanade Charles de Gaulle

Figure n° 9, Coupe de l’avenue de la République, ét at existant

Figure n° 10, Coupe de l’avenue de la République, p rojet

Figure n° 11, Représentation de l’Esplanade vue dep uis le nord, source : plaquette

AVP

Figure n° 12, Représentation de l’avenue de la Répu blique Source : plaquette AVP

Figure n° 13, Photo d’une inspection télévisée

Figure n° 14, réhabilitation par pose de manchettes , source : site internet Véolia

Figure n° 15, Schéma de chemisage par inversion, so urce : site internet M3R

Figure n° 16, Plan de localisation des différents b assins versants élémentaires

Figure n° 17, Schéma des différents bassins versant s élémentaires, source : fichier

Mensura

Figure n° 18, Tableau de coefficients de Montana po ur Belfort

Figure n° 19, Graphique de comparaison des coeffici ents de forme

Figure n° 20, Tableau de comparaison des temps de c oncentration

Figure n° 21, Schéma d’assemblage en série

Figure n° 22, Exemple d’assemblage en série

Figure n° 23, Schéma d’assemblages en parallèle

Figure n° 24, Exemple d’assemblage en parallèle

Figure n° 25, tableau de valeur du coefficient de Bazin, source : site internet

Figure n° 26, tableau de valeur des coefficients d e rugosité de Strickler et Manning

Figure n° 27, tableau de valeur des coefficients d e rugosité de Kutter

Figure n° 28, tableau comparatif de débits en fonc tion de la méthode

Mémoire du PFE


Figure n° 29, schéma de principe du réseau d’eaux p luviales

Figure n°30, extrait du logiciel Mensura

Figure n° 31, Photo des assemblages, source : fichi er Mensura

Figure n° 32, Schéma des surfaces

Figure n° 33, Photo satellite du centre-ville de L ure, source : site internet Google

Maps

Figure n° 34, Schéma de répartition des zones par t ronçon

Figure n° 35, Tableau d’exemples d’assemblages

Figure n°36 : schéma d’un séparateur d’hydrocarbure s avec débourbeur, source :

catalogue DUNEX

Figure n°37, schéma d’un régulateur de débit effet Vortex, source : catalogue UFT

France

Figure n° 38 : Station de pompage immergée, source internet

Figure n° 39, schéma d’une station de pompage au se c, source internet

Mémoire du PFE


ANNEXES

Annexe 1 : plan d’ensemble du projet

Annexe 2 : phasage des travaux de la tranche ferme

Annexe 3 : exemple d’inspection télévisée, source : Inspection télévisée des réseaux

d’assainissement réalisés par Franche Comté Assainissement

Annexe 4 : plan de synthèse de l’inspection télévisée

Annexe 5 : caractéristiques des bassins versants

Annexe 6 : schéma des différents bassins versants élémentaires

Annexe 7 : tableau récapitulatif des assemblages

Annexe 8 : schémas des assemblages

Annexe 9 : tableau des formules de Thormann-Franke, relations de débit, vitesse et

hauteur de remplissage à section partielles et pleines, source : site internet

SANECOR

Annexe 10 : tableau de calcul de section pour un réseau d’eau pluviale

Annexe 11 : tableaux des résultats des assemblages sur Mensura, source : fichier

Mensura

Annexe 12 : schéma représentatif des îlots

Annexe 13 : tableau récapitulatif des surfaces des îlots

Annexe 14 : schéma représentatif des tronçons du réseau unitaire

Annexe 15 : tableau récapitulatif des débits par tronçon

Annexe 16 : exemple de dénivellation de conduite, source : Inspection télévisée des

réseaux d’assainissement réalisés par Franche Comté Assainissement

Mémoire du PFE


Annexe 1 : plan d’ensemble du projet

Mémoire du PFE


Annexe 2 : phasage des travaux de la tranche ferme

Mémoire du PFE


Annexe 3 : exemple d’inspection télévisée, source : Inspection télévisée

des réseaux d’assainissement réalisés par Franche Comté

Assainissement

Mémoire du PFE


Annexe 4 : plan de synthèse de l’inspection télévisée

Mémoire du PFE


Annexe 5 : caractéristiques des bassins versants

Mémoire du PFE


Annexe 6 : schéma des différents bassins versants élémentaires

Mémoire du PFE


Annexe 7 : tableau récapitulatif des assemblages

Mémoire du PFE


Annexe 8 : schémas des assemblages

Mémoire du PFE


Annexe 9 : tableau des formules de Thormann-Franke, relations de

débit, vitesse et hauteur de remplissage à section partielles et pleines,

source : site internet SANECOR

Mémoire du PFE


Annexe 10 : tableau de calcul de section pour un réseau d’eau pluviale

Mémoire du PFE


Annexe 11 : tableaux des résultats des assemblages sur Mensura,

source : fichier Mensura

Mémoire du PFE


Annexe 12 : schéma représentatif des îlots

Mémoire du PFE


Annexe 13 : tableau récapitulatif des surfaces des îlots

Mémoire du PFE


Annexe 14 : schéma représentatif des tronçons du réseau unitaire

Mémoire du PFE


Annexe 15 : tableau récapitulatif des débits par tronçon

Mémoire du PFE


Annexe 16 : exemple de dénivellation de conduite, source : Inspection

télévisée des réseaux d’assainissement réalisés par Franche Comté

Assainissement

INSA de Strasbourg – Spécialité GENIE...

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