Résultats des simulations

  Résultats

  Le réseau que nous avons étudié ici est une schématisation très simplifiée du réseau réel. Chaque commune est représentée par un point d'altitude unique. Les canalisations représentées sont uniquement les canalisations principales reliant ces différents points. Ci-dessous sont représentés les réseau pour les deux emplacements étudiés.

 

Schéma du réseau pour l'emplacement P1

 

Schéma du réseau pour l'emplacement P2

 

Les altitudes des points représentés sont les suivantes :

Llo 1438 m
Err 1360 m
Saillagouse 1300 m
Estavar 1225 m
Emplacement P1 1212 m
Emplacement P2 1210 m

   

Les longueurs, diamètres et pentes des canalisations reliant les communes sont les suivants :

Tronçon longueur (m) diamètre (mm) pente (%)
Llo - Saillagouse 2600 200 5.3
Err - Saillagouse 2100 300 2.9
Saillagouse - Estavar 4500 300 1.6
Estavar - P1 640 300 5.6
Estavar - P2 500 300 3.2

   

Toutes les canalisations sont ici réalisées en béton avec en coefficient de rugosité de Strickler de 75. Elles sont toutes enterrées à 1 m de profondeur. Le dessin en coupe en partance de Err est représenté ci-dessous.

 

Coupe du réseau d'assainissement entre Err et l'emplacement P1

 

Coupe du réseau d'assainissement entre Err et l'emplacement P2

 

   Nous avons utilisé les données de débits horaires d'eaux usées présentées précédemment. La partie amont du réseau est identique pour les deux emplacements. Les résultats, vitesse et débit, sont donc les même sur la partie amont pour les deux emplacements. Nous présenterons donc ces résultats au cours de 5 simulations.

  Tout d'abord, nous avons réalisé une simulation de 24 heures au pas de temps horaire sans eaux parasites, les résultats de cette simulation seront présentés sous forme de ligne d'eau. Nous avons ensuite simulé 24 heures au pas de temps horaire mais dans le cas d'une journée pluvieuse et enfin lors d'une forte pluie au moment le plus défavorable pour les canalisations c'est-à-dire au moment où elles sont le plus remplies.

Finalement, nous avons repris ces trois simulations et nous les avons réalisées sur une durée de sept jours. Nous simulerons dans un second temps le cas le plus défavorables pour une canalisation de 200 mm de diamètre entre Estavar et, respectivement, les emplacements P1 et P2.

   Il est important de vérifier qu'il n'y ai pas d'écarts volumiques entre l'entrée dans les canalisations et la sortie à la station d'épuration mais aussi d'éviter les mises en charge et les débordements. Il est aussi intéressant de maintenir une vitesse minimale dans les canalisations afin d'empêcher les matières solides de se déposer et les gaz nauséabonds, toxiques et explosifs (H2S, NH3, CH4, CO2) de se former. Cette vitesse minimale est souvent fixée à 0.75 m/s.

   De plus, les vitesses d'écoulement supérieures à 12 m/s sont excessives car endommageables. La vitesse maximale est souvent fixée à 3 m/s.

  Nous allons tout d'abord expliquer le problème que pose la commune de Llo pour cette modélisation et nous présenterons ensuite les résultats de nos simulations pour chaque emplacement.

 

Commune de Llo :

   Après simulation, nous nous sommes aperçues que la vitesse de l'eau usée dans la canalisation reliant Llo à Saillagouse avait tendance à s'annuler dans les heures creuses. Afin de vérifier que le problème ne venait pas de notre schéma, nous avons fait un essai avec des valeurs de débits d'eaux usées dix fois plus grandes pour la commune de Llo. Nous constatons que, dans ce cas, la vitesse ne s'annule plus. Sa valeur minimale est proche de 1 m/s. Nous concluons donc que le problème ne vient pas de notre modélisation mais du fait que les valeurs en sortie de Llo sont extrêmement faibles par rapport au reste du réseau. Cela est dû au faible nombre d'habitants dans cette commune. Llo ne représentant que 3 % du réseau, sa contribution est donc négligeable. Nous ne nous alarmerons donc pas du fait que la vitesse dans la canalisation s'annule en heures creuses.

 

Simulations :

Lors de la réalisation d'une simulation, il est impératif de vérifier que le système soit conservatif : l'eau en entrée doit se retrouver à l'exutoire. Dans l'exemple d'une simulation d'une journée sans apport d'eau de pluie, cela se vérifie grâce à la figure suivante.

Simulation de 24h sans eaux parasites

 

En effet, si des écarts volumiques sont observés entre les entrées et l'exutoire, les résultats alors obtenus ne sont pas exploitables. En effet, vu qu'il manque de l'eau, les débits, hauteurs et vitesses en sortie ne sont pas représentatifs et nous ne pouvons rien conclure quant à la simulation.

Dans le cas ci-dessus, 4% de l'eau a disparu. Cela peut être du à des fuites au niveau des jonctions. Cependant, cela n'est pas suffisant pour compromettre la simulation et nous pouvons considérer les écarts négligeables. La simulation est donc exploitable.

L'image ci-dessous permet, quant à elle, de vérifier que le réseau ne se soit pas mis en charge et ne déborde pas. Nous constatons dans ce cas que l'eau est bien restée dans les canalisations et que celles ci ne sont pas sous pression.

 

Hauteur d'eau dans les canalisations

 

Lorsque ces deux conditions sont respectées pour une simulation, nous pouvons alors tracer les lignes d'eau pour les deux branches principales du réseau, à savoir, celles reliant respectivement les communes d'Err et de Llo à Saillagouse. Nous regardons alors les profils de débits (ligne rouge) et de vitesses (ligne magenta) et nous nous intéressons aux valeurs maximales et minimales atteintes.

Ci-dessous sont représentées les lignes d'eau dans le cas d'une simulation de 24 heures sans apport d'eau de pluie pour l'emplacement P2.

 

Ligne d'eau Err - Saillagouse - Estavar - P2 : Débit minimum

 

Ligne d'eau Err - Saillagouse - Estavar - P2 : Débit maximum

 

Ligne d'eau Llo - Saillagouse - Estavar - P2 : Débit maximum

 

  Les valeurs observées sur ces lignes d'eau sont comprises dans l'intervalle de sécurité défini plus tôt. Cependant, il est important de souligner que les eaux parasites représentent environ la moitié du débit final transitant à travers les canalisations. Nous devons donc effectuer des simulations en prenant en compte les eaux de pluie avant de conclure.

  

   Nous regroupons les valeurs de vitesse et de débit pour chaque simulation effectuée dans le tableau suivant. Les simulations sont notées comme suit :

1. Simulation de 24h au pas de temps horaire sans eaux parasites,

2. Simulation de 24h au pas de temps horaire avec eaux parasites tout au long de la journée,

3. Simulation de 24h au temps de temps horaire avec infiltration d'eaux parasites pendant 3 heures,

4. Simulation de 7 jours au pas de temps horaire avec eaux parasites homogènes journalières,

5. Simulation de 7 jours au temps de temps horaire avec infiltration d'eaux parasites pendant 3 heures.

 

Simulation   Qmin(m3/s) Vmin(m/s) Qmax(m3/s) Vmax(m/s)
1 Llo-saillagouse 0 0 0.001 1
  Err-Saillagouse 0.003 0.75 0.008 1.2
  Saillagouse-Estavar 0.004 0.9 0.011 1.25
  Estavar - P1 0.01 1.1 0.015 1.5
  Estavar- P2 0.005 1.25 0.013 1.5
2 Llo-saillagouse 0 0 0.001 1.1
  Err-Saillagouse 0.005 1 0.008 1.25
  Saillagouse-Estavar 0.011 1.2 0.015 1.3
  Estavar-P1 0.015 1.4 0.02 1.5
  Estavar - P2 0.018 1.7 0.02 1.75
3 Llo-saillagouse 0 0 0.002 1.25
  Err-Saillagouse 0.005 1 0.016 1.5
  Saillagouse-Estavar 0.009 1 0.039 1.6
  Estavar-P1 0.01 1.2 0.05 1.9
  Estavar - P2 0.01 1.5 0.05 2.2
4 llo-saillagouse 0 0 0.001 1.1
  Err-Saillagouse 0.00 1 0.005 1.25
  Saillagouse-Estavar 0.01 1.1 0.012 1.3
  Estavar-P1 0.012 1.3 0.015 1.4
  Estavar - P2 0.015 1.6 0.02 1.75
5 llo-saillagouse 0 0 0.004 1.4
  Err-Saillagouse 0.001 0.8 0.015 1.5
  Saillagouse-Estavar 0.003 0.9 0.04 1.6
  Estavar-P1 0.06 1.2 0.05 1.8
  Estavar - P2 0.08 1.4 0.05 2.2

 

   Nous devons dimensionner les canalisations pour le cas le plus défavorable afin d'éliminer les risques de débordement et de mise sous pression du réseau. Nous constatons que, quelque soit la simulation, les vitesses ne sont jamais inférieures à 0.75 m3/s (sauf dans le cas de la commune de Llo). De plus, elles ne dépassent pas 3 m/s non plus. Cela signifie que les canalisations sont bien dimmensionnées.  Les débits et vitesses trouvés dans ce cas confirment que le diamètre choisi initialement pour les canalisations est suffisant et que le transfert se fera correctement dans le réseau et ce jusqu'en 2030.

   Nous avons ensuite changé le diamètre de la canalisation finale reliant Estavar aux emplacements respectifs afin d'essayer de limiter la taille des canalisation et donc leur coût. Nous simulons alors, pour chacun des emplacements, le cas le plus défavorable et nous observons les résultats obtenus pour des diamètres de 150 puis 200 mm .

 

Diamètre de 150 mm :

 

   Pour l'emplacement P1, l'eau déborde lors d'une pluie intense. La vitesse est comprise entre 2 et 4 m/s. Cela pose problème car le risque d'érosion des conduites devient important.

Réseau vu en coupe lors d'un débordement

 

   De même pour  l'emplacement P2, le débordement est fortement marqué.

 

Diamètre de 200 mm :

 

   Pour l'emplacement P1, la vitesse est bien comprise dans l'intervalle [0.75 ; 3] m/s mais nous pouvons voir sur la figure ci-dessous, qu'il existe un risque de débordement.

Réseau vu en coupe lors d'un risque de débordement

 

   Pour l'emplacement P2,  nous remarquons de même que l'eau n'a pas débordé. Cependant, le risque de débordement est très élevé comme nous pouvons le voir sur les images suivantes.

Réseau d'un risque élevé de débordement

Réseau vu en coupe lors d'un risque élevé de débordement

 

Conclusion :

   Finalement, quelque soit l'emplacement concerné, le diamètre adapté pour les canalisations à ajouter au réseau existant est 300 mm. De plus, dans le cas adapté de 300 mm de diamètre, les vitesses, dans le cas de la simulation la plus défavorable, sont légèrement plus élevées pour l'emplacement P2 (2.2 m/s au pic pour P2 contre 1.8 m/s pour P1). Cependant, ces valeurs restent dans les normes de sécurité. Les deux emplacements semblent donc possibles. Il est donc intéressant d'effectuer une modélisation du réseau plus complexe afin de différencier les deux emplacements.