a) Calcul des débits et diamètres théoriques

a) Calcul des débits et des diamètres théoriques

 

La première étape du dimensionnement d'un réseau de collecte des eaux usées est le calcul des débits d'eau à évacuer, et notamment les débits extrêmes :

- le débit de pointe va conditionner le dimensionnement des canalisations,

- et les débits minimaux doivent vérifier les conditions d'autocurage.

 

En principe, pour calculer le débit de pointe, nous avons besoin de connaître le débit moyen total correspondant au débit moyen d'eaux usées auquel s'ajoute le débit d'eaux claires parasites. Les eaux claires parasites sont les eaux qui parviennent dans le réseau d'égoût en provenance du sous-sol, des rivières et autres sources mais qui n'ont pas leur place dans les égoûts. Dans notre cas, par souci de simplification et surtout parce que l'on se trouve dans un milieu aride, nous négligerons ce débit ajouté.

Ainsi, nous prenons comme débit moyen $Q_{m}$ = 40 L/j/hab.

Le coefficient de pointe, qui nous permet de calculer le débit de pointe,est donné par la formule suivante :

$P = 1.5 + \frac{2.5}{\sqrt{Q_{m}}}$

On obtient ensuite le débit de pointe :

$Q_{p} = P Q_m$

Une fois ces débits obtenus, nous avons récupéré les données topographiques, notamment les pentes de terrain aux endroits où le réseau doit être installé. Rappelons que l'objectif est de mettre en place un réseau fonctionnant en gravitaire.

La topographie du terrain n'étant pas totalement parfaite, nous avons supposé qu'à certains endroits il fallait creuser plus profondément le sol pour installer nos tronçons, pour avoir, idéalement, des pentes supérieures à 0.005. En moyenne, nous avons pensé installer les tronçons à 2m de profondeur.

Voici les différentes caractéristiques de notre réseau :

On peut voir qu'à certains endroits il paraissait trop difficile d'obtenir une pente supérieure à 0.005. Il aurait fallu, sinon, creuser encore plus profondément sur de grandes distances. Avec ces valeurs, nous avons pu dimensionner notre réseau entièrement gravitaire. Nous nous sommes servis de la formule de Manning-Strickler :

$V = K R_{h}^{\frac{2}{3}} I^{\frac{1}{2}}$ ou encore $Q = K R_{h}^{\frac{8}{3}} I^{\frac{1}{2}}$

avec $V$ la vitesse de l'écoulement, $Q$ le débit, $K$ le coefficient de Strickler, $R_{h}$ le rayon hydraulique de la conduite et $I$ la pente du tronçon.

A partir de cette formule, en considérant que la conduite est pleine lorsque l'on a le débit de pointe, on peut calculer le diamètre théorique de celle-ci.

Enfin, une fois le diamètre de la conduite déterminé, il ne reste plus qu'à vérifier les conditions d'autocurage :

- Vitesse pleine section supérieure à 0.7 m/s ;

- h/D supérieur à 0.2 pour le débit égal au débit moyen (avec h la hauteur d'eau dans la conduite) ;

- Vitesse supérieure à 0.3 m/s pour h/D = 0.2.

Voir le détail des calculs

Calcul avec $Q_{m} = 40 L/j/hab  = 4.63 10^{-5} m^{3}/s$

Les résultats des calculs sont présentés ci-dessous si l'on prend comme débit moyen $Q_{m} = 40 L/j/hab$ qui rentre dans chaque noeud:

On voit que les conditions d'autocurage ne sont pas du tout respectées. De plus les diamètres théoriques calculés sont totalement irréalistes.

On peut donc penser qu'avec les faibles débits que l'on a, un réseau d'égoût ne peut pas fonctionner en gravitaire. Ainsi, outre le fait que cela aurait été de toutes façons trop onéreux pour la localité de Civé, il paraît inconcevable de mettre en place un système d'assainissement collectif de type réseau d'égoût, d'autant plus que nous avons surestimé les débits.

Calcul avec $Q_{m} = 0.12 L/s $

Pour tenter d'avoir un réseau qui fonctionne nous avons voulu surestimer davantage nos débits. En essayant de rester réalistes, nous avons considéré que les habitants ne rejettaient leurs eaux usées qu'à trois moments de la journée : matin, midi et soir. Ainsi nous avons réparti les 40 L/j/hab en 10L le matin à 7h, 10 L à 13h et 20L le soir à 20h (en considérant qu'ils prennent la douche le soir). Pour un noeud, on entre donc 1000L à 7h et à 13h et 2000L à 20h. Nous avons pris comme débit moyen la moyenne de cette consommation, répartie sur 3 heures, soit environ 1400L/3h c'est-à-dire $Q_{m} = 0.12 L/s$ (encore surestimé).

Les résultats sont présentés dans le tableau ci-dessous :

On voit que même en surestimant largement le débit, les conditions d'autocurage ne sont pas respectées pour de nombreux tronçons.

Dans cette partie du dimensionnement, nous avons toujours surestimé les débits d'eaux usées. Nous savons qu'en réalité les habitants de Civé ne rejettent pas autant d'eau, et préfèrent bien souvent récupérer l'eau de la douche ou de la vaisselle, par exemple, pour arroser leurs potagers. Ainsi, au vu de nos résultats il paraît absoluement impensable de concevoir un réseau d'assainissement collectif pour de si petites localités qui ont déjà un accès limité à l'eau potable.

 

b) Modélisation du réseau avec le logiciel CANOE

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