Epanet

 

EPANET

 

LE LOGICIEL

 

EPANET est "un logiciel de simulation du comportement hydraulique et qualitatif de l'eau [...] dans les réseaux sous pression" [référence EPANET 2.0, Manuel de l'utilisateur, Générale des Eaux]. Ce logiciel permet de calculer différents paramètres comme le débit, la pression, la charge, la demande, la concentration en substances chimiques, les temps de séjour... Les simulations sont effectuées sur le laps de temps déterminé par l'utilisateur. Dans le cas où l'apport ou la demande en eau varient au cours du temps, des courbes de modulation peuvent être paramétrées afin d'en rendre compte.

 

Plusieurs rapports sont fournis par le logiciel en plus des résultats graphiques et des tableaux. Ils permettent d'apporter de plus amples informations :

  • Rapport d'état : messages d'erreur ou d'avertissement, changements d'état des différents éléments du système.
  • Rapport d'énergie : consommation d'énergie des pompes et son coût.
  • Rapport de calage : comparaison des résultats simulés et des résultats réels du terrain.
  • Rapport de réactions : qualité de l'eau.

 

EPANET est donc un logiciel complet utilisable dans de nombreuses situations et présentant un large panel de résultats. Il est approprié à notre étude.

 

 

TUTORIEL D'UTILISATION

 

Voici les étapes que nous avons suivies pour réaliser notre réseau sur le logiciel EPANET :

1. Valeurs par défaut

Nous avons dans un premier temps choisi de régler les valeurs par défaut. Pour cela, il faut cliquer sur "Projet" "Par Défaut". Dans le premier onglet "ID", nous n'avons rien modifié ; le nom des différents éléments du réseau sera donc incrémenté. Dans le deuxième onglet "Propriétés", nous avons choisi une longueur automatique, un diamètre des tuyaux de 50 mm (la majeure partie de nos canalisations étant de ce diamètre) ainsi qu'une rugosité de 0,0015 mm qui correspond à la rugosité du cuivre. En ce qui concerne le troisième onglet "Hydrauliques", nous avons choisi l'unité de débit adaptée (m3/j).

Figure 1 : Valeurs par défaut choisies dans l'onglet "Propriétés"

 

2. Dimensions du schéma

Nous avons ensuite redimensionné la feuille du "schéma de réseau" de sorte à avoir notre cuve au point (0,0,z) et à entrer les coordonnées des autres noeuds du réseau en fonction de ce point. Pour ce faire, il faut cliquer sur "Affichage""Dimensions". La figure 2 ci-dessous montre les différentes valeurs que nous avons choisi.

Figure 2 : Dimensions du schéma entrées

 

3. Affichage

Les options d'affichage sont paramétrées par défaut. Pour les modifier, nous allons dans "Affichage""Options du Schéma".

A travers les onglets "Noeuds" et "Arcs", nous pouvons, entre autres, modifier la grosseur des noeuds et des tronçons sur le schéma. Pour visualiser leur ID, nous allons dans l'onglet "Affichage", comme le montre la figure 3 :

Figure 3 : Affichage des noeuds et tronçons

Il est également possible d'afficher les valeurs des noeuds et des tronçons. Il est toutefois plus pertinent de ne les cocher que lors de la visualisation des résultats pour éviter le surplus d'information. En effet, lorsque la simulation n'a pas été lancée, le message "Sans valeur" s'affiche sur tous les noeuds et tronçons.

Par ailleurs, en cliquant sur l'onglet "Flèches d'écoulement", nous pourrons visualiser par la suite le sens d'écoulement de l'eau dans les canalisations. Il suffit donc de choisir le type de flèche voulu.

Enfin, des options sur les textes, les symboles et le fond d'écran peuvent être modifiées.

 

4. Temps

La détermination des options de temps est particulièrement importante pour le paramétrage des données et le lancement de la simulation. Il faut se placer dans le navigateur de données puis cliquer sur l'onglet "Données", choisir "Options" dans la liste déroulante et enfin "Temps". La fenêtre ci-dessous (figure 4) apparaît. Voici les données que nous avons fixées :

Figure 4 : Réglages des options de temps

Etant donné que les données pluviométriques que nous possédons sont journalières, nous avons choisi un intervalle hydraulique, un intervalle des courbes de modulation et un pas de temps entre deux rapports de 24 h. Par ailleurs, nous avons choisi de commencer nos simulations sur une période de 15 jours pour vérifier le bon fonctionnement du réseau. Dans un deuxième temps, nous avons élargi cette durée à 366 jours (année bissextile) soit 8 784 heures pour modéliser le comportement du réseau sur une année complète. 

 

5. Création des noeuds de demande

Un noeud de demande peut être créé de deux façons :

  • en cliquant sur le symbole correspondant dans la barre d'outils (Figure 5) puis en faisant un clic gauche sur le schéma à l'endroit voulu. Si l'on veut modifier les coordonnées de ce point ou d'autres informations, il faut appuyer sur l'icône  dans la barre d'outil, double-cliquer ensuite sur le noeud et le renseigner.

Figure 5 : Création d'un noeud de demande à partir de la barre d'outils

  • en se plaçant dans le navigateur de données puis en cliquant sur l'onglet "Données" et en choisissant "Noeuds Demande" dans la liste déroulante (Figure 6). A partir de ce menu, il est possible de créer un nouveau noeud , de supprimer un noeud existant , ou d'éditer les informations d'un noeud . 

Figure 6 : Création d'un noeud de demande à partir du navigateur de données

 

Nous avons choisi la deuxième méthode pour placer directement nos points au bon endroit sur le schéma. Ainsi, comme le montre la figure 7, plusieurs champs doivent être complétés pour mener à bien notre étude : le nom du noeud, les coordonnées X et Y, l'altitude, la demande de base et la courbe de modulation. Nous expliquons ces deux derniers paramètres dans l'étape suivante. Nous avons répété cette opération pour les 54 noeuds de notre réseau.

Figure 7 : Exemple de paramétrage d'un noeud (noeud 314)

 

6. Création de courbes de modulation

Afin que notre étude soit la plus réaliste possible, il a fallu créer des courbes de modulation permettant de prendre en compte les variations au cours du temps des apports en eau pluviale ainsi que des demandes. Ces courbes de modulation sont par la suite multipliées par un débit, appelé "demande de base", pour obtenir l'apport en eau ou la demande réels à chaque période.

Pour notre projet, la création de 4 courbes de modulation a été nécessaire :

  • "EauPluviale" : elle modélise la pluviométrie journalière moyenne en dm3/m2 (soit en mm). Cette courbe de modulation est donc associée au noeud 1, correspondant au point d'entrée de l'eau dans le réseau. 

Figure 8 : Création de la courbe de modulation "EauPluviale"

De plus, pour obtenir l'apport réel en eau pluviale, il faut prendre en compte dans la demande de base la surface de la toiture et le coefficient de restitution Cr. Ce dernier est égal à 0,6 si le toit est plat avec des graviers ou à 0,75 si la toiture est équipée de panneaux photovoltaïques. Enfin, il ne s'agit pas d'une demande mais d'un apport ; un signe "-" est donc nécessaire pour stipuler l'entrée d'eau dans le réseau. La demande de base est alors égale à -0,672 pour un toit plat avec des graviers et à -0,84 pour des panneaux photovoltaïques sur l'ensemble de la toiture par exemple.

  • "Chambre" : cette courbe de modulation concerne la demande en eau des sanitaires des chambres des patients des étages 1, 2 et 3. On considère que cette demande ne varie pas à l'échelle de la journée. Toutefois, lors du premier mois, les demandes sont nulles dans le but de laisser la cuve se remplir et ainsi permettre une meilleure alimentation des chasses d'eau. Pour calculer le multiplicateur, il faut garder à l'esprit que chaque petite gaine technique alimente deux sanitaires par étage, comme le montre le plan suivant. Par conséquent, nous prendrons le multiplicateur égal à 0 pour les 31 premières périodes (jours) et 0,054 pour tous les autres jours de l'année. La demande de base sera égale à 1 m3/j, de façon à obtenir le débit de demande calculé théoriquement par multiplication.
  • "Public" : elle est conçue comme la courbe de modulation "Chambre" mais elle s'applique aux 3 WC présents dans les couloirs des étages 1, 2 et 3, destinés au public et au personnel. Le multiplicateur des 31 premières périodes est nul puis il est de 0,129. La demande de base est aussi de 1 m3/j.
  • "Public_rdc" : celle courbe de modulation correspond à la demande en eau des 3 sanitaires du rez-de-chaussée. Toutefois, ceux-ci étant moins fréquentés, la demande est plus faible. Nous l'avons donc paramétré comme suit : 0 pour les 31 premiers jours puis 0,084 pour les 335 autres jours. La demande de base est de 1 m3/j.

 

7. Création de la cuve d'eau pluviale

Un réservoir peut, tout comme les noeuds de demande, être créé de deux façons :

  • en se plaçant dans la barre d'outil et en cliquant sur le symbole correspondant (Figure 9). Il suffit alors de se placer à l'endroit désiré sur le schéma et de faire un clic gauche. Les informations de ce réservoir peuvent être renseignées en cliquant sur le symbole dans la barre d'outils puis en double-cliquant sur le réservoir.

Figure 9 : Création d'un réservoir à partir de la barre d'outils

  • en se plaçant dans le navigateur de données et en cliquant sur les onglets "Données" "Réservoirs" . La fenêtre possède la même configuration que celle de la création des noeuds de demande. Ainsi, il est possible de créer un nouveau réservoir , de supprimer un réservoir existant , ou d'éditer les informations . 

Là encore, la deuxième méthode a été retenue. Diverses données ont été rentrées dans l'éditeur telles le nom du réservoir, les coordonnées X et Y, la côte au radier, le diamètre ainsi que les hauteurs minimale, maximale et initiale.

Figure 10 : Paramétrage de la cuve de récupération des eaux pluviales

 

8. Création des canalisations

Une fois tous les noeuds de demande et réservoirs créés, il a fallu mettre en place les canalisations. Pour ce faire, deux méthodes peuvent être utilisées :

  • se placer dans la barre d'outil, cliquer sur le symbole correspondant (Figure 11) et faire un clic gauche à l'endroit voulu. La modification éventuelle des paramètres de la conduite peut être réalisée comme la procédure expliquée dans les étapes 5 et 7.

Figure 11 : Création d'une canalisation à partir de la barre d'outil

  • se placer dans le navigateur de données, cliquer sur les onglets "Données" "Tuyaux" . Tout comme la création des autres éléments décrits précédemment, il est possible de créer une nouvelle canalisation , de supprimer un tuyau existant , ou d'éditer les informations . Voici les paramètres modifiés : ID du tuyau, noeud initial, noeud final, longueur, diamètre, rugosité (fixée par défaut à l'étape 1) et coefficient des pertes de charge singulières. Ces derniers sont pris égaux à 1 pour un coude, à 2 pour un clapet anti-retour. La figure 12 montre l'exemple de la canalisation entre le noeud 1 d'alimentation et la cuve.

Figure 12 : Paramétrage de la canalisation 1-Cuve

 

9. Lancement de la simulation

Une fois le réseau paramétré, la simulation peut être lancée.

Figure 13 : Lancement de la simulation

 

10. Affichage des résultats

Les résultats peuvent être affichés sous différentes formes, tels que des requêtes, des graphiques ou encore des tableaux.

Figure 14 : Affichage des résultats

 

  • Graphiques

Il est possible de concevoir cinq types de courbes que ce soit pour les noeuds ou les arcs : graphe d'évolution, profil longitudinal, courbe de niveau, courbe de distribution, balance en eau. En ce qui concerne les noeuds de demande, les paramètres pouvant être visualisés sont l'altitude, la demande de base, la qualité initiale, la demande, la charge, la pression et la qualité. A propos des canalisations, il s'agit de la longueur, du diamètre, de la rugosité, du coefficient de la masse, du coefficient des parois, du débit, de la vitesse, de la perte de charge unitaire, du facteur de friction, de la vitesse de réaction et de la qualité.

Les figures 15 et 16 explicitent l'éditeur de graphique pour la cuve ainsi que le résultat associé.

Figure 15 : Editeur de graphiques

 

Figure 16 : Demande en eau de la cuve

 

  • Tableaux

Deux sortes de tableaux peuvent également être éditées comme le montre la figure 17.

Figure 17 : Tableaux de résultats

En effet, nous pouvons afficher un tableau de tous les noeuds ou tous les arcs du réseau pour un pas de temps choisi, ou nous pouvons visualiser un tableau d'évolution d'un noeud ou d'une canalisation à tous les temps. Il est également possible de choisir les colonnes du tableau ainsi que d'appliquer des filtres qui permettent de trouver rapidement l'information voulue. Voici l'exemple d'une recherche :

Figure 18 : Exemple d'un filtre

 

  • Requêtes

Il est également possible de réaliser des requêtes sur des noeuds ou des arcs. Celles-ci concernent les paramètres précédemment énoncés.

Figure 19 : Exemple d'une requête

 

  • Schéma de réseau

Enfin, les résultats peuvent être affichés directement sur le schéma du réseau. Tout comme les affichages de résultats présentés précédemment, ceux-ci peuvent être attribués aux noeuds ou aux arcs. Sur la figure 20, nous pouvons visualiser le débit de l'eau dans les tronçons (m3/j) ainsi que la charge des noeuds (m).

Figure 20 : Schéma du réseau présentant la charge des noeuds et le débit dans les tronçons

Ce type d'affichage des résultats n'est pas adapté à notre étude car nous ne pouvons apercevoir les résultats de la simulation que sur un étage et non sur les quatre étudiés (y compris le rez-de-chaussée). De plus, le schéma est chargé d'informations, ce qui ne les rend pas toutes visibles.

 


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