pitre1 : Présentation de réservoir

Chapitre1 : Présentation du réservoir1. Présentation du réservoir

      Les réservoirs servent à stocker temporairement l'eau potable en attendant sa distribution.

      Ils permettent essentiellement de réguler la pression et le débit entre la phase de production (du forage vers le stockage) et la phase de consommation (du stockage à la consommation). Leur rôle est d'emmagasiner l'eau lorsque la consommation est inférieure à la production et de la restituer lorsqu’elle en devient supérieure. Les réservoirs sont présents notamment dans les réseaux d'adduction (et d'assainissement). 

Figure1 : Schéma général des phases de production et de distribution d’un AEP

      Il existe deux types différents de réservoirs : le réservoir surélevé et le réservoir au sol. Lorsque la topographie permet de disposer d'un point haut pour construire un réservoir au sol, c'est cette solution qui est en général retenue. En revanche, lorsque le terrain ne présente pas de point suffisamment élevé, nous pouvons opter pour l’une ou l’autre des solutions suivantes : un château d'eau (réservoir surélevé) ou un réservoir au sol.

      Dans la mesure du possible, ces réservoirs sont placés en hauteur pour fournir passivement de la pression à l'utilisateur final, le robinet.  Le remplissage du réservoir se fait par une pompe d'alimentation de façon automatique afin de maintenir un niveau constant à l’intérieur de celui-ci. De plus, une grande hauteur de réservoir pénalise la phase de production mais favorise la phase de distribution de l’eau (voirFigure1).

Figure 2: Schéma de réservoir surélevé        

          Figure 3: Visualisation d’un château d'eau et d’un réservoir de stockage en Mauritanie                                                                                                                                                      

  En termes de matériaux, on distingue trois types de château d’eau :

Châteaux en béton armé Châteaux en résine de polyester Châteaux en métal

      En ce qui concerne la structure, la forme peut être de différents types : on peut avoir des châteaux cubiques, cylindriques ou coniques. Généralement, on opte pour des châteaux de formes cylindriques  mais leur construction est difficile de par le fait qu’elle requiert de nombreuses exigences en termes de qualité. C’est pour cette raison que de nos jours, les petites localités privilégient les autres formes. Néanmoins, dans notre projet, nous avons choisi de mettre en place des réservoirs au sol de forme cylindrique.

Figure 4: Illustration de la variété des réservoirs surélevés en termes de forme, taille et  hauteur

2. Comparaison des réservoirs

      Dans cette sous-partie, nous avons détaillé les avantages et inconvénients principaux des différents types de réservoirs.

2.1  Réservoir en béton

      Le béton est un terme générique qui désigne un matériau de construction composite fabriqué à partir de granulats (sable, gravillons) agglomérés par un liant (ciment).

Avantages :

Sable disponible sur place Gravier remplaçable par des coquillages Matériau de longue durée de vie Facile d'entretien Construction sur place par des entreprises locales

Inconvénients :

Grosse mise en œuvre Excavation plus profonde que lors de l’utilisation de bâche Risque de mauvaise étanchéité (fissures difficiles à réparer) Restrictif quant à la forme du bassin Finitions délicates Nécessité d'une couche imperméable pour le recouvrir

2.2  Réservoir en métal

Avantage:

Faible coût d’investissement

Inconvénients :

Difficile à entretenir Frais d’entretien et de maintenance élevés Mise en œuvre difficile (elle doit être réalisée par un professionnel et à

l’étranger)

2.3 Réservoir en résine

       Les résines s'appliquent sur des supports (en béton par exemple) et assurent l'étanchéité du bassin. La résine polyester sur support de fibres de verre présente de nombreux avantages en termes de réalisation, solidité, fiabilité mais également en termes de prix de revient et de technicité à la pose.

Avantages :

Très bonne qualité de matériau Grande liberté pour donner les formes du bassin Solidité maximum de la résine polyester / fibre de verre dans le temps

Inconvénients :

Coût très élevé de la résine polyester / fibre de verre (fournitures et temps de réalisation),

Température de pose de la résine polyester / fibre de verre comprise entre 15 et 25 degrés et par temps sec

 Mise en œuvre difficile (elle doit être réalisée par un professionnel)

      En se basant sur les aspects cités ci-dessus, nous adopterons dans le cadre de ce projet un réservoir en béton armé. 

Source :

1. Projet alimentation de l’acces à l’eau potable dans les localités riveraines du fleuve sénégal - l'AECID (Agence Espagnole de Coopération Internationale pour l'aide au Développement)

2. http://sigea.educagri.fr/ressources-pedagogiques/ressources-thematiques/gestion-de-leau.html

3. http://www.eauxpotables.com/archives/2007/11/14/6022489.html4. 2012 Google earth , US Dept of State Geographer/ Data SIO, NOAA, U.S. Navy , NGA, GEBCO

Chapitre 2 : Estimation des besoins en eau

Chapitre 2   : Estimation des besoins en eau

      Le projet d'adduction d'eau potable sera réalisé dans la région de Gorgol, en Mauritanie. Celle-ci comprenant de nombreux villages, nous allons étudier différents cas, pour des populations de tailles différentes :

Population ≤ 500 habitants  Population > 500 habitants et ≤ 1000 habitants Population > 1000 habitants et ≤ 1500 habitants

      De plus, pour effectuer cette étude nous devrons prendre en compte les caractéristiques de la zone d’étude. Elles sont énumérées ci-dessous:

Milieu rural Localités de petite taille A proximité d’un fleuve Des maisons très précaires sans branchement privé Utilisation de l’eau du fleuve pour le bétail, l’hygiène, la lessive…

      Quant aux informations que nous possédons sur la consommation moyenne de la population, elles sont de deux types :

20 l/hab/j  40 l/hab/j 

     Besoins journalier de pointe avec perte = 500 * 20 / 1000

Tableau 1. Besoins journalier pointe avec perte (m3/j)

Chapitre3 : Dimensionnement d’un système de réservoir

Chapitre3 : Dimensionnement   d’un système de réservoir

Objectifs du dimensionnement d’un réservoir de distribution :

Constituer un réservoir pour compenser les écarts entre production et consommation

Garantir le maintien de la qualité de l’eau stockée

Dimensionnement des réservoirs de distribution d’eau potable

      Le temps de renouvellement  approximatif des volumes d’eau stockés se situe entre 0.5 et 3 jours.Le volume de stockage est limité par : V < 3 Qmin  (Qmin correspond au besoin minimum  journalier). Cela revient à fixer un temps de séjour maximal d’au plus 1jour.La hauteur du réservoir est généralement déterminée en fonction de la quantité d’eau que l’on souhaite stocker, ce qui donne dans notre cas une hauteur comprise entre 2.5 et 3.5 m.

Les résultats sont présentés dans les tableaux suivants :

 

 

Tableau 1.  Caractéristiques physiques du réservoir

 

Chapitre 4: Modélisation des charges dans le réservoir

Chapitre 4 : Modélisation des charges dans le réservoir

4.1 Logiciel utilisé

      Pour réaliser un réseau de distribution d’eau potable, de nombreux logiciels existent, les plus connus étant PORTEAU et EPANET. Dans le cadre de ce projet,  nous avons choisi d’utiliser ce dernier.

      EPANET a été développé pour l'approvisionnement en eau de l'EPA (Environmental Protection Agency). Il s’agit d’un logiciel qui modélise les systèmes de distribution d'eau en conduites. Le réseau d’adduction d’eau se compose notamment de pompes et réservoirs de stockage. EPANET permet de visualiser l'écoulement de l'eau dans chaque tronçon, la pression en chaque nœud, la hauteur d'eau dans chaque réservoir ainsi que la concentration d'une espèce chimique, polluante ou non, à travers le réseau pendant une période donnée. Nous pouvons également avoir accès à la qualité de l'eau (âge de l’eau).         EPANET est un logiciel du domaine public qui peut être copié et distribué librement.

4.2  Résultat 

      Afin d’obtenir les capacités optimales des réservoirs, nous avons observé l’évolution de la hauteur d’eau dans chacun des réservoirs pendant 72 heures.

Nous avons obtenu les résultats énoncés dans le paragraphe suivant :

1. Le cas des 500habitants - Wouro Bakar

      On considère que pour les 500 habitants de la localité de Wouro Bakar, la consommation totale  est de 10 m3/j. Nous avons conçu 2 bornes fontaines, chaque borne fontaine servant à l'alimentation d'environ 250 habitants. On a choisi de  mettre en place un réservoir au sol. Nous avons également introduit deux pompes,  l’une servant à pomper l’eau du forage vers le décanteur, et l’autre du décanteur vers le réservoir. Ce dernier est plus élevé que les nœuds et la borne fontaine. De cette manière, le réseau de canalisations peut fonctionner en gravitaire pour la distribution de l'eau.

Figure 1. Bilan de l’eau entrée et sortie - Wouro Bakar

      Sur la Figure 1, nous présentons le bilan de l’eau à l’entrée et à la sortie du réseau. La courbe rouge représente la quantité d’eau « produite », c’est à dire l’eau prélevée par forage et acheminée vers le décanteur. Quant à la courbe verte, elle représente la consommation d’eau par les habitants. La simulation a été réalisée sur une période de 72heures.

      On constate que le modèle de consommation met en évidence un pic entre 6h du matin et midi. Il s’agit donc de la tranche horaire la plus critique. 

Figure 2. La hauteur d’eau dans le réservoir de Wouro Bakar en fonction du temps

      La figure 2 représente l’évolution du niveau d’eau dans le réservoir en fonction du temps. On remarque que ce dernier augmente au cours des 30 premières heures à l’issue desquelles il atteint son niveau le plus haut, correspondant à l’altitude maximale du réservoir.  Par la suite, le niveau moyen se situe autour de 24,8m. Étant donné que le réservoir ne se vide pas au cours de la simulation, et comme son niveau oscille avec une période d’une journée autour d’une certaine valeur, cela signifie que nous avons atteint un fonctionnement stable. La quantité d’eau fournie est suffisante pour assurer la demande.

     2. Le cas des 1000 habitants - Civé 

      En ce qui concerne les 1000 habitants du village de Civé, la consommation totale est de 40 m3/j.  Nous avons alors conçu 3 bornes fontaines, chacune alimentant environ 300 habitants. Nous avons choisi, comme expliqué précédemment, un réservoir au sol. Pour ce qui est du réseau lui-même,  nous avons mis en place une seule pompe assurant le transfert de l’eau prélevée par forage vers le décanteur. Ce dernier est situé à une altitude supérieure à celle du réservoir au sol, des nœuds et des bornes fontaines. Ainsi, le réseau de canalisations peut fonctionner en gravitaire pour la distribution de l'eau.

Figure 3. Bilan de l’eau entrée et sortie - Civé

      La figure 3 représente, de manière analogue à la figure 5 pour le village de Wouro Bakar,  le débit d’eau pour la phase de production (courbe rouge) et le débit d’eau durant la phase de distribution (courbe verte). La simulation a également été réalisée sur une période de 3 jours. Le modèle de consommation adopté étant similaire au précédent, il présente le même pic entre 6h et 12h.

Figure 4. Hauteur d’eau dans le réservoir de Civé en fonction du temps 

      La figure 4 montre l’évolution de la hauteur d’eau dans le réservoir au cours des 72h de la simulation. Cette courbe est à  mettre en relation avec la courbe de variation du débit du réservoir qui a été présentée sur la figure 3. Au regard de ces deux figures (3 et 4), on peut faire les mêmes remarques que pour le village de Wouro Bakar et conclure que l’eau « produite » par le réseau est suffisante pour assurer la demande.

     3. Le cas des 1500 habitants - Kangnadi

       Pour ce qui est des 1500 habitants de Kangnadi, la consommation totale est estimée à 30 m3/j.   Nous avons alors installé 3 bornes fontaines, chacune servant à alimenter environ 500 habitants. Nous avons également choisi de mettre en place un réservoir au sol. Nous avons par la suite placé deux pompes dans le réseau,  l’une servant à pomper l’eau du forage vers le décanteur, l’autre du décanteur vers le réservoir. Ce dernier est situé à une altitude supérieure à celle des nœuds et des bornes fontaines. Ainsi, le réseau de canalisations peut fonctionner en gravitaire pour la distribution de l'eau.

Figure 5. Bilan de l’eau entrée et sortie - Kangnadi

      La Figure 5 représente, comme précédemment,  le débit d’eau prélevée par forage lors de la phase de production (courbe rouge) et le débit d’eau réellement consommé durant la phase de distribution (courbe verte). La simulation a également été réalisée sur une période de  3 jours. Le modèle de consommation adopté étant similaire au précédent, il présente le même pic entre 6h et 12h. 

Figure 6. Hauteur d’eau dans le réservoir de Kangnadi en fonction du temps

      La figure 6  décrit l’évolution de la hauteur d’eau dans le réservoir au cours des 72h de la simulation. On constate que le niveau oscille entre 22.05 et 24 m.  Cette courbe est à mettre en relation avec la courbe d’évolution du débit du réservoir présentée sur la figure 5. On remarque que le niveau d’eau dans le réservoir augmente globalement durant les 48 premières heures puis il semble se stabiliser. Comme précédemment, nous pouvons conclure que le réseau mis en place est suffisant pour assurer la demande journalière en eau.

Chapitre 2 : Dimensionnement du réseau de distribution

Chapitre 2   : Dimensionnement du réseau de distribution

2.1 Méthode de dimensionnement

      Dimensionner le réseau d'eau potable revient à estimer les ramifications et la longueur nécessaire pour les canalisations ainsi que les performances des pompes mises en place. Lors de la simulation du réseau, nous devons prendre en compte la pression et la vitesse à l'intérieur des conduites. Les conduites de distribution seront en polyéthylène haute densité (PEHD) avec des diamètres extérieurs de 63mm. Le dimensionnement du réseau utilise l'équation de Darcy-Weisbach pour calculer la vitesse du fluide dans une conduite. L'équation de Darcy-Weisbach décrit la relation entre la perte de pression et de vitesse. Cela permet de vérifier les vitesses et les pertes de charge dans les conduites,  ainsi que les pressions  au niveau des nœuds de calcul.

2. 2 Préparation du modèle hydraulique

      Pour modéliser le réseau, nous avons besoin d'entrer certaines données dans le logiciel. Ces paramètres d'entrée sont :

     -L’altitude de chaque nœud (issue du relevé topographique);

     - Le diamètre et niveau maximum du réservoir ;

     - La longueur des tuyaux;

     - Le diamètre des tuyaux ainsi que leur rugosité;

     - La courbe caractéristique des pompes utilisées ;

     Le logiciel EPANET est alors en mesure de calculer le débit dans chaque conduite, la pression à chaque nœud du réseau, la vitesse dans chaque conduite etc.

 

Chapitre 3   : Résultats de la modélisation du réseau       A la fin de la simulation, nous avons obtenu les résultats suivant :

1. Wouro Bakar-500habitants

Figure 1. Visualisation de la pression et du débit dans le réseau de Wouro Bokar

      La figure 1 représente le débit et la pression dans le réseau de Wouro Bokar.  La pression au nœud5 (BF2) est de 4.72m, elle est plus faible que la pression des autres nœuds parce que le nœud 5 est situé à une hauteur plus importante que les autre nœuds. D'après le résultat de la simulation, il y a une pression et un débit suffisants dans le réseau de canalisations.

Figure 2. État des noeuds du réseau au jour 1 à 8:00 heures du début de la simulation pour Wouro Bakar

      La Figure 2 présente l’état des nœuds du réseau au jour 1 à 8 :00 en termes d’élévation, de pression au sein de la conduite et de demande en eau dans le réseau de canalisations.

Figure 3. État des arcs du réseau au jour 1 à 8 :00 heures du début de la simulation pour Wouro Bakar

      La figure 3 met en évidence les paramètres de chaque tronçon c'est-à-dire la longueur, le diamètre, la rugosité et le débit dans le tuyau avec une vitesse d'écoulement associée.  Les résultats obtenus montrent qu'il y a une pression et un débit suffisants dans le réseau de canalisations.

    2. Civé-1000habitants

Figure 4. Visualisation de la pression et du débit dans le réseau de Civé

      La figure 4 présente des résultats mettant en évidence qu'il y a une pression et un débit suffisants dans le réseau de canalisations pour le réseau de Civé.

Figure 5. État des noeuds du réseau au jour 1 à 8:00 heures du début de la simulation pour Civé

      La figure 5 présente l’état des nœuds du réseau au jour 1 à 8 :00 en termes d’élévation, de pression dans la conduite et  de demande en eau dans le réseau de canalisations.

Figure 6. État des arcs du réseau au jour 1 à 8 :00 heures du début de la simulation pour Civé

      La figure 6 présente les paramètres de chaque tronçon c'est-à-dire la longueur, le diamètre, la rugosité et le débit dans le tuyau avec une vitesse d'écoulement associée. Les résultats montrent qu'il y a une pression et un débit suffisants dans le réseau de canalisations.

   3. 1500 habitants-Kangnadi

Figure 7. Visualisation de la pression et du débit dans le réseau de Kangnadi

      Selon le résultat de la figure 7, la valeur de pression de chaque nœud est supérieure à 4.77 m. De plus, il y a un approvisionnement suffisant en débit dans le réseau.

Figure 8. État des noeuds du réseau au jour 1 à 8:00 heures du début de la simulation pour Kangnadi

      Ce tableau montre l’élévation de chaque nœud, le débit nominal dans le réseau de canalisations et les besoins en eau en fonction du temps. La répartition de la pression de chaque nœud apparaît également. D'après les résultats obtenus, nous notons que le réseau fournit une pression et une quantité d'eau suffisante pour tenir les exigences.

Figure 9. État des arcs du réseau au jour 1 à 8 :00 heures du début de la simulation pour Kangnadi

      Ce tableau montre chacun des paramètres du réseau de tuyauterie, y compris la longueur du réseau tuyauterie, diamètre, débit, la vitesse et le coefficient de frottement. La plupart de ces paramètres sont des données des simulations hydrauliques.