Dimensionnement du matériel

  • 1°) La cuve

a.       Le type de cuve

Il existe plusieurs types de cuve dans le commerce :

-          Les cuves souples, à poser directement sur le sol et à relier au réseau d’eau pluviale. Ce type de cuve n’est pas optimal dans le cas du gymnase, en effet l’eau de pluie est acheminée dans un réseau souterrain, et il faudrait donc pomper cette eau pluviale avant de la stocker dans la cuve, ce qui paraît inadéquate.

 

-          Les cuves creusées, elles nécessitent de gros travaux car il faut creuser la cuve, la stabiliser la carreler et la rendre utilisable pour le système. Ces travaux sont assez couteux et ne sont pas adapté aux besoins que nous avons pour le gymnase.

 

-          Les cuves enterrées, c’est une cuve en polyéthylène qui doit être enterré dans le sol. Si cette cuve est placée au niveau du collecteur souterrain d’eau pluviale, les travaux à réaliser se limiteront à la mise en place de la cuve et à quelques branchements. C’est ce type de cuve que nous allons utiliser pour équiper le gymnase. De plus, ce type de cuve est équipé d’un système anti remous, qui évite la mise en mouvement des particules et ainsi assure une durée de vie plus longue à tout le système.

 

b.      Le volume de la cuve

Dans un premier temps nous devons calculer la taille de la cuve de rétention d’eau de pluie. Selon nos estimations, la demande annuelle de l’installation est environ  400 m(soit 1.09 m3/jour). La capacité annuelle de récupération doit également être prise en compte. De plus, la cuve doit être dimensionnée pour pouvoir alimenter le réseau même pendant une sécheresse relativement longue. Il est rare d’observer des périodes de plus de vingt jours sans pluie à Toulouse, c’est pourquoi nous utiliserons cette durée de vingt jours pour dimensionner notre cuve.

Nous avons donc le volume Vcuve égal à :

Il est toujours préférable de surestimer un peu les capacités des équipements afin de ne pas être confronté à quelques mauvaises surprises une fois l’installation effectuée (ici la surestimation se fait la demande en eau (350 m3/an) qui est notre demande maximale pour le gymnase) :

Vcuve = ((551+450)/2 (m3/an) /365(jours/an)* 20 (jours)

Vcuve = 27.42 m3

Il est impossible de trouver dans le commerce une cuve de précisément 27.42 m3. Ainsi pour déterminer le volume de la cuve à utiliser, nous avons simulé le comportement de cuves de différentes capacités au cours d'une année d'événements pluvieux avec une demande constante du gymnase. Dans un premier temps, nous voulions réaliser ces simulations à l'aide du logiciel CANOE, cependant ce logiciel ne supporte pas des temps de calcul de l'ordre de l'année. Nous avons donc élaboré un programme MATLAB, basé sur un bilan de volume entrant-sortant au niveau de la cuve, qui nous a permis de calculer quotidiennement le volume d'eau de pluie présent dans la cuve.

Pour nos calcul, nous avons considéré que la cuve a été installé en été (et donc quand la consommation d'eau du gymnase est quasi nulle ), ainsi à début septembre on considère que la cuve a été remplie par les gros orages d'été. De plus on considère dès début septembre une consommation quotidienne de 1.1 m3.

Voici les courbes obtenues pour des cuves de 25 et 30 m3 : 

 

 On peut voir sur les graphes ci-dessus que la cuve de 25 m3 a été vide pendant une période de 4 jours au cours de l'année. Les calculs nous ont montrés que 4.8 m3 d'eau potable ont été utilisé pour palier à ce manque d'eau de pluie dans les cuves, ce qui pourrait représenter un gâchis considérable quand on l'imagine sur plusieurs années.

En revanche on remarque que pour la cuve de 30 m3, la cuve ne se vide jamais. Cette cuve sera donc plus à même de faire face à des périodes de sécheresse plus longue et optimisera les résultats sur le long terme.  Ainsi, nous conseillons la mise en place de cette cuve pour la récupérateur du gymnase.  

  • 2°) Le système de mise en pression

Pour alimenter convenablement les toilettes et le système d’arrosage du terrain synthétique, il est nécessaire d’imposer une pression d’au moins trois bars dans le réseau. Pour ce faire, l’utilisation d’un surpresseur couplé à un ballon à vessie est indispensable. Ce système permet de stocker une quantité assez importante d’eau sous pression et ainsi d’éviter la mise en marche de la pompe trop fréquente pour chaque chasse d’eau ou arrosage du terrain. 

Le principe de ce ballon à vessie est assez simple. Il est constitué d'une structure métallique solide et d'une poche d’air (étanche et contenant toujours la même quantité de gaz) dont le volume peut varier en fonction de la quantité d’eau injectée dans le ballon tampon. Ainsi, cette vessie d’air va imposer la pression au sein du ballon et donc dans le réseau. La pression à l’intérieur du ballon peut être mesurée à l’aide d’un pressostat intégré au système.

Pour notre installation, nous utiliserons un ballon d’une taille totale de 500 litres avec une taille de vessie d’environ 400 litres à pression atmosphérique. La pompe va donc injecter de l’eau dans le ballon jusqu’à atteindre 5 bars, la pression d’utilisation. Ensuite, au fur et à mesure que le réseau va utiliser l’eau contenue dans le ballon, la pression dans le système va diminuer. Et grâce à un système de commande automatique, lorsque la pression va atteindre 3 bars, la pompe va automatiquement se remettre en marche pour réinjecter de l’eau et réimposer une pression de 5 bars dans le ballon.

Pour pressuriser le système, il est également important de choisir une pompe ayant un débit maximal d'utilisation plus élevé que la demande maximale du réseau. En effet, si la quantité d'eau envoyée au réseau est plus importante que celle alimentant le ballon, une baisse de pression va se produire, ce qui va empêcher le bon fonctionnement du système. Pour notre installation, si on considère le débit d'utilisation du système d'arrosage du terrain (2 mètres cube par heures) et simultanément, une utilisation importante des toilettes du gymnase ( 10 Chasses d'eau par heures * 8 Toilettes * 6 Litres d'eau par chasse et par toilettes = 480 Litres par heure), il faudra utiliser une pompe avec un débit maximal d'au moins 3 mètres cube par heure.

 

3°) Le système d’assainissement

Les eaux de récupérations pluviales sont souvent d’une qualité assez médiocre. En effet, dans les eaux de pluies, il n’est pas rare de récupérer des petits cailloux, des débris végétaux ou animaux ou encore des composés chimiques présents dans l’air (pollen, polluants, insecticide). Pour limiter les risques sanitaires et les dommages techniques liés à ces éléments parasites, il est indispensable de mettre en place un système efficace de filtration, de traitement et de désinfection de l’eau récupérée.

Tout d’abord, avant même d’arriver à la cuve, l’eau de pluie est directement dirigée vers un filtre dégrilleur. Son rôle est de filtrer les éléments les plus grossiers tels que les cailloux ou débris végétaux.

Ensuite l’eau est envoyée à la cuve, puis est mise sous pression grâce au système de surpresseur pour alimenter le réseau. C’est à cette étape qu’un second traitement est effectué. En effet, l’eau passe d’abord par deux filtres, le premier d’un maillage de 50µm et le second de 10 µm, pour enlever les derniers résidus solide présent dans l’eau. Ensuite le circuit passe par un système de traitement par charbon actif, ce procédé est très utile car il permet de supprimer une grande partie des composés organique tels que les pesticides ou autre polluants. Enfin pour limiter tous risque de contamination bactériologiques (légionelle), l’eau est soumise à un traitement à Ultra-violet, éliminant les dernières bactéries présentes dans le liquide.

Toutes ces installations nécessitent un entretien régulier, comme le nettoyage des filtres ou encore la vérification du bon fonctionnement des autres systèmes de traitement.  

 

4°) Le connecteur au réseau d'eau potable

Si il ne pleut pas suffisamment pendant une longue période, il est possible que la cuve se vide de toute l'eau qu'elle contient. Afin de toujours pouvoir alimenter le terrain et les toilettes du gymnase en eau, il faut mettre un place un connecteur d'eau potable au niveau du ballon tampon. Ce système permet d'envoyer de l'eau potable dans le réseau si il n'y a plus d'eau de pluie dans la cuve. Ceci permet d'avoir un système fonctionnel en toute circonstance mais nécessite l'utilisation d'une seconde pompe, équivalente à celle préalablement décrite, pour pouvoir mettre cette eau potable sous pression dans le ballon.

Il est important de rappeler que, conformément à la législation, le connecteur doit être placé de manière à ce qu'il n'y ait pas de contact entre les réseaux d'eau potable et pluviale.

 

 

La suite de l'étude consiste en l'analyse du réseau local et en la recherche d'un emplacement adapté pour l'installation.

 

 

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