Dimensionnement

Nous allons dans cette partie présenter et dimensionner l'ensemble des composants de notre système. Certains seront similaires à ceux utilisés dans le sous-projet n°1, dans ce cas, nous ne ferons donc que rappeler le type de matériel utilisé.
 

  • Les cuves
     

a. Le type des cuves

Pour le type des cuves, nous avons choisis de garder le choix fait pour le sous projet n°1, à savoir des cuves enterrés en polyéthylène. Les raisons expliquant ce choix sont les mêmes que celles détaillés dans le sous-projet n°1, vous pouvez vous y rendre sur le lien suivant : Dimensionnement sous projet n°1.

 

b. Le volumes des cuves

L'étude des différents réseaux existants nous a permis de récolter un ensemble de données qui vont nous permettre de dimensionner nos cuves. Nous récapitulons les résultats obtenus ci dessous :

 

- Surface n°1 :

Volume d'eau récupérable : 2375 m3/an

Surface disponible pour l'implantation de la cuve : 66 m2

 

- Surface n°2 :

Volume d'eau récupérable : 1339 m3/an

Surface disponible pour l'implantation de la cuve : 289 m2

 

- Surface n°3 :

Volume d'eau récupérable : 1416 m3/an

Surface disponible pour l'implantation de la cuve : 56 m2

 

De plus nous avons estimé la consommation totale de l'ENSIACET à 6750 m3/an, hors nous avons choisi de n'alimenter que le Rez-de-chaussé et le premier étage de l'ENSIACET, il nous faut donc calculer l'eau nécessaire aux fonctionnement des sanitaires de ces deux étages.

Ces derniers regroupent les deux principaux amphithéâtres de l'école ( 500 places en tout ), la bibliothèque universitaire, le foyer étudiant ainsi que le hangar technique de l' ENSIACET. Nous avons donc choisi de considérer que deux tiers de l'ensemble du personnel de l' ENSIACET occupe ces locaux soit 1000 personnes. Ainsi en reprenant le raisonnement que nous avons mené dans la partie calcul du volume d'eau récupérable de l'ENSIACET et du gymnase nous obtenons, pour la valeur de la quantité d'eau consommé :

Vconsommé = 300*1000*15 = 4500 m3/an

Cette valeur est légèrement inférieure au volume total d'eau récupérable qui est :

Vtotal = 1339 + 1416 + 2375 = 5130 m3/an

 

Notre volume d'eau récupérable semble donc être suffisant pour notre objectif d'alimentation, cependant nous devons faire face à deux problèmes : tout d’abord il nous est impossible de connaître la répartition exacte de la demande journalière en eau étant donné qu’il n’y a pas de compteur d’eau spécifique aux sanitaires , ensuite la place disponible semble relativement limitée par rapport à la taille des cuves. En effet , d’après la formule de dimensionnement suivante :

( Source : http://www.outilssolaires.com/Archi/prin-pluie.htm )

 

nous pouvons calculer le volume maximal de chaque cuve en remplaçant le besoin en eau par le volume d’eau récupérable. Le temps d'autonomie correspond au temps de sécheresse maximal observé sur une année. Pour la ville de Toulouse cette durée est égale à 20 jours. Nous obtenons :

Vmaxcuve1 = 130 m3 , pour 66 m2 au sol

Vmaxcuve2 = 70 m3 , pour 289 m2 au sol

Vmaxcuve3 = 77 m3 , pour 56 m2 au sol

 

Il  faut réduire le volume de nos cuves ce qui reviens à réduire notre objectif d’alimentation. Il ne nous est pas possible de réaliser le calcul pour chacune des cuves,  en effet nous ne possédons pas le besoin en eau correspondant à chaque cuve car nous ne connaissons pas la répartition spatiale journalière de la demande en eau. Le volume maximal attribuable à chaque cuve à pu cependant être estimé (seul le volume d'eau récupérable pour chaque cuve était nécessaire au calcul). Nous avons donc choisi de raisonner sur le volume total de nos cuves  dans la suite de notre analyse.  Ce choix se justifie par le fait que seule la demande totale importe, la répartition spatiale est un facteur qu'il faudra prendre en compte lors du raccordement des cuves aux différents sanitaires, hors nous avons choisi de limiter notre étude au dimmensionnement des cuves et du matériel nécessaire à leurs fonctionnement.

Nous réduisons donc notre objectif d'alimentation à 1/3 de la demande globale de l’ENSIACET, soit 2250 m3  .  En utilisant la formule de dimensionnement, nous avons estimé un volume total de cuve de 210 m3. Compte tenu de nos volumes maximaux  et de l’espace requis, nous avons choisi de répartir les volumes de la manière suivante :

Vcuve1 = 80 m

Vcuve2 = 70 m

Vcuve3 = 60 m3

 

Nous avons gardé la capacité maximale de la cuve n°2 étant donné que l'espace disponible est largement suffisant. pour les cuves n°1 et 3 nous sommes désormais dans des volumes plus acceptables étant donné que les profondeurs requises ne dépassent pas 1,5 m.

Notre système ainsi dimensionné est donc théoriquement capable de couvrir un tiers de la demande en eau de l'ENSIACET pour les sanitaires, nous supposons que cela correspond à l'alimentation des sanitaires du rez-de-chaussé, cependant il est important de souligner qu'il ne s'agit la que d'une estimation globale, une étude détaillé de la répartition de la consommation journalière serait nécessaire avant la mise en place du réseau d'alimentation du système afin d'assurer une utilisation optimale du système.

Hors, cette étude nécessiterai la mise en place de compteur sur l'ensemble des sanitaires concernés, ou bien une étude statistique à partir de données récoltés sur le terrain. Le temps imparti pour notre projet ne nous a pas permis de réaliser ceci (il faudrait des données sur plusieurs semaines  et pour chaque toilette pour réaliser une estimation précise de la répartition de la consommation journalière ), nous resterons donc dans le cadre d'une estimation globale.

Nous retiendrons donc que notre système est théoriquement capable de fournir 2250 m3/an. Le choix des sanitaires à alimenter ne fait pas l'objet de notre étude.

 

Afin de vérifier que nos cuves soient correctement dimensionnée, nous avons utilisé un programme rédigé sur matlab nous permettant d'obtenir la courbe du volume d'eau dans nos cuves en fonction du temps. Nous avons tracé le résultat obtenu pour le volume total des cuves :

Cette courbe nous montre que le volume total de nos cuves a été surdimensionné, ou bien que notre potentiel d'alimentation a été sous évalué. Cette erreur provient du fait que le dimmensionnement de nos cuves a été fait à partir du volume d'eau récupérable et de la demande en eau, cependant l'objectif d'alimentation est bien en dessous du volume d'eau récupérable, ainsi les cuves se remplissent bien plus vite qu'elle ne se vide. La formule utilisé ne reflète pas ce phénomène et est en fait utilisable lorsque le besoin en eau et le volume d'eau récupérable sont proche. Pour prendre en compte ce phénomène il faut une représentation dynamique du volume d'eau dans la cuve, ce que nous avons obtenu grâce à notre programme. Ainsi deux possibilités s'offrent a nous, nous pouvons soit réduire encore le volume de nos cuves, soit pomper plus d'eau depuis les cuves, c'est à dire augmenter l'objectif d'alimentation. Nous avons opté pour la deuxième option car nous souhaitons exploiter notre volume d'eau récupérable au maximum, dans la limite du possible ( le manque de place nous empêche d'avoir des cuves plus volumineuse).

Après plusieurs simulations nous avons conclu que l'objectif d'alimentation optimal est égal à 3500 m3/an. L'évolution du volume d'eau total dans les cuves est représenté ci-dessous :


Nous exploitons cette fois ci les cuves à leur potentiel maximal. Une fois encore le raisonnement porte sur le volume total des cuves et l'objectif d'alimentation global car nous ne possédons pas la répartition de la demande journalière. Cependant nous pouvons tout de même estimer le potentiel d'alimentation de chacune de nos cuves en se basant sur la répartition des volumes :

Vpotentiel1= 1335 m3/an

Vpotentiel2 = 1165 m3/an

Vpotentiel3 = 1000 m3/an

 

  • Le Système de mise sous pression :

Notre système de pompage doit être capable d’imposer une pression d’au moins trois bars dans le réseau. Nous utilisons le même type de matériel que dans le sous-projet n°1, à savoir un surpresseur couplé à un ballon à vessie ce qui permet d’éviter la mise en marche de la pompe à chaque chasse d’eau. Le principe de fonctionnement ainsi que l'ensemble des éléments d'un tel système sont présentés dans la partie dimensionnement du sous projet n°1.

L'unique différence porte sur la capacité des pompes. En effet, le choix de nos pompes doit se faire de manière à ce que chaque pompe ait  un débit maximal d'utilisation plus élevé que la demande maximale du réseau, hors la demande est une caractéristique propre à chacune de nos cuves. Nous ne pouvons pas utiliser la méthode de dimensionnement  du sous-projet n°1 dans cette partie car  nous avons choisi de raisonner sur des valeurs globales et des ordres de grandeurs, ainsi il nous est impossible de connaître précisément le nombre de toilettes alimentés par chaque cuve.

Nous allons donc estimer nos débits horaire maximaux à partir des demandes annuelles correspondant à chacune des cuves. Dans un premier temps nous avons calculé la demande horaire moyenne de chaque cuve :

Dmoyencuve1 = 150 Litres/h

Dmoyencuve2 = 133 Litres/h

Dmoyencuve3 = 114 Litres/h

La pompe que nous avons choisi pour alimenter le gymnase est capable de supporter un débit maximal de 5 m3/h, elle fait partie des moins couteuse que nous avons pu trouver et a une plage de fonctionnement allant de 3 à 5 bars, elle correspond donc au type de pompe dont nous avons besoin dans cette partie; nous considérons que la marge de sécurité est acceptable étant donné que le débit moyen est largemment inférieur au débit maximal accepté.

Nous équiperons donc notre système de 3 pompes similaires à celle décrite dans la partie dimensionnement du sous projet n°1.

 

  • Le système d'assainissement

L'eau que nous allons récupérer sera destinée à alimenter une partie des toilettes de l'école, il nous faudra donc une installation similaire à celle décrite dans le sous projet n°1. La liste des éléments nécessaires à chaque cuve est rappelée ci dessous :

un filtre dégrilleur

un filtre d’un maillage de 50µm

un filtre d'un maillage de 10 µm

un système de traitement par charbon actif

un traitement à Ultra-violet

La description de ces éléments peut être consulté dans la partie 1.

 

  • Le connecteur au réseau d'eau potable

En cas d'une sécheresse prolongé ou lors des opérations de maintenance de la cuve, les toilettes doivent pouvoir être alimentés en eau . Pour cela nous devons mettre en place un connecteur d'eau potable au niveau du ballon tampon. Ainsi nous pouvons envoyer de l'eau potable dans le réseau si il n'y a plus d'eau de pluie dans la cuve.  Ce système requiert l'utilisation d'une seconde pompe, équivalente à celles  préalablement décrite. De plus la législation oblige que le connecteur soit placé de manière à ce qu'il n'y ait pas de contact entre les réseaux d'eau potable et pluviale.

 

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