UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

DEPARTEMENT HYDRAULIQUE

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur en Hydraulique

MMMOOODDDEEELLLIIISSSAAATTTIIIOOONNN DDDUUU RRREEESSSEEEAAAUUU DDDEEE

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Présenté par :

RAKOTOARISOA Zafiarinjatovo Date de soutenance : 02 Août 2006

Promotion 2005

UNIVERSITE D’ANTANANARIVO

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE D’ANTANANARIVO

DEPARTEMENT HYDRAULIQUE

Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur en Hydraulique

MMMOOODDDEEELLLIIISSSAAATTTIIIOOONNN DDDUUU RRREEESSSEEEAAAUUU DDDEEE DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUTTTIIIOOONNN DDD’’’EEEAAAUUU

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Présenté par : RAKOTOARISOA Zafiarinjatovo

Membres de Jury :

Président : Monsieur RAMANARIVO Solofomampionona Enseignant chercheur Chef de Département Hydraulique Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Encadreurs: Monsieur RASOLOFONARIVO Barthélemy Chef de service Appui à la Gestion eau JIRAMA Monsieur RANDRIANASOLO David Enseignant chercheur Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Examinateurs : Monsieur RANJATOSON Claude Enseignant chercheur Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Monsieur ANDRIAMAHERISOA Alain Enseignant chercheur Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

Date de soutenance : 02 Août 2006

REMERCIEMENTS

Seigneur Jésus tout puissant, je te remercie de guider ma vie et mes études.

Nombreuses sont les personnes-ressources qui ont contribué à l’élaboration

de ce mémoire

Je tiens à adresser mes vifs remerciements à:

- Monsieur RAMANATSIZEHENA Pascal, Directeur de l’Ecole

Supérieure Polytechnique d’Antananarivo qui dirige au mieux

l’Etablissement,

-Monsieur RAMANARIVO Solofomampionona, Chef de Département

Hydraulique à l’E S P A, qui nous a fait l’honneur de présider le jury de

ce mémoire,

- Monsieur RANDRIANASOLO David, Enseignant chercheur à l’E.S.P.A qui

malgré ses multiples responsabilités, nous a encadré et conseillé dans la

réalisation de ce mémoire,

- Monsieur RASOLOFONARIVO Barthélemy, Chef de Service Appui à la

Gestion eau Tana JIRAMA, qui nous a aidé pour la réalisation de ce

mémoire et qui nous fait l’honneur de siéger parmi les membres du jury.

Nos sincères gratitudes vont également à :

Monsieur RAMAROSON Solofo, Chef de Département distribution eau

Tanà, qui nous a accueilli au sein de la société JI.RA.MA, nous a permis

d’effectuer le stage dans le cadre de la préparation de ce mémoire

de fins d’études.

Monsieur RANJATOSON Claude, Monsieur RANDRIAMAHERISOA Alain, Enseignants chercheurs à l’E.S.P.A qui ont sacrifié leurs temps pour

juger ce mémoire,

Tout le personnel enseignant et administratif de l’E.S.P.A, qui ont

partagé leurs connaissances et contribué à notre réussite.

Nous adressons aussi notre reconnaissance particulière à :

Monsieur RANDRIAMANANTENASOA Fanja, ingénieur B.T.P, spécialiste

en SIG de la cellule Appui Institutionnel du FED qui nous a enseigné les

techniques du SIG, et surtout nous a donné ses encouragements tout

au long de l’élaboration de ce mémoire.

Tout le personnel du service Informatique JIRAMA et les techniciens au

service d’étude JIRAMA à Soanierana.

Et finalement, nous nous adressons chaleureusement à :

- Nos chers parents qui n’ont pas ménagé leurs efforts pour ma

réussite

- Monsieur RAKOTOMANANA Solomon et son épouse, qui m’ont

toujours soutenu pendant toutes nos années d’études

- Tous mes amis et mes proches pour leur soutien moral qui m’ont

permis d’aller de l’avant.

A toutes et A toutes et A toutes et A toutes et à à à à tous Mercitous Mercitous Mercitous Merci !!!!

DECLARATION SUR L’HONNEUR Je soussigné RAKOTOARISOA Zafiarinjatovo, auteur de ce mémoire intitulé : « MODELISATION DU RESEAU DE DISTRIBUTION D’EAU POTABL E

ZONE OUEST DE LA CAPITALE A PARTIR D’AMBODIMITA : APPLICATION DU LOGICIEL WATER CAD » ,

déclare sur l’honneur que :

- ce document est le résultat de mes travaux de recherche personnelle, travaux qui n’ont pas été publiés ailleurs,

- dans cet écrit, je n’ai pas copié, ni reproduit des œuvres d’autrui,

- conformément à l’usage en matière de travaux destinés au public, j’ai précisé à partir de la bibliographie les sources exactes de documents exploités, des extraits ou formules.

En conséquence, j’accepte les décisions des membres de jury en cas de non respect de ces alinéas. Antananarivo le 03 Août 2006 RAKOTOARISOA Zafiarinjatovo

LISTE DES ABREVIATIONS JIRAMA : Jiro sy Rano Malagasy

S.E.M : Société d’Energie de Madagascar

S.M.E.E : Société Malagasy des Eaux et Electricité

S.C.E : Société Civil d’Etat

E.E.M : Eau et Electricité de Madagascar

S.I.N.E.E : Société Interne de Nouvelle Eau et Electricité

D.G : Directeur Général

DGA A : Directeur Général Adjoint Administratif

DGA E : Directeur Général Adjoint Electricité

DGA O : Directeur Général Adjoint Eau

SG : Secrétaire Général

DEXO : Direction des Exploitations Eau

DEO : Direction de l’Equipement Eau

DCE : Direction Clientèle Eau

DIR Direction Inter-Regional

D.N : Diamètre Nominal

S.I.G : Système d’Information Géographique

P.E.H.D : Polyéthylène Haute Densité

P.V.C : Chlorure de Polyvinyle

H.M.T : Hauteur Manométrique Total

N.T.U: Nephelometric Turbidity Unit

P.O.S: Plan d’Occupation des Sols

C.A.O : Construction Assistée par Ordinateur

C.H.E : Condition Hydraulique d’Etat

V.S.P : Vitesse System Pump

BD10 : Base de Donnée 1 sur 10 000

E.S.P.A : Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo

F.T.M: Foibe Taotsaritanin ‘i Madagasikara

E.I.E : Etude Impact Environnemental

M.E.C.I.E : Mise en Compatibilité des Investissements avec l’Environnement

PREE : Programme d’Engagement Environnemental

LISTE DES TABLEAUX

Tableau N °01 : Distribution de la demande par système et par zones géographiques 10

Tableau N°02 Production de Mandroseza I 13

Tableau N°03 Production de Mandroseza II 15

Tableau N° 04 : Répartition de population par commune 55

Tableau N° 05 : Densité population par commune 55

Tableau N°06 : Consommation mensuelle par commune (Ivato Aéroport exclu) 56

Tableau N°07 : Appellation des tuyaux 58

Tableaux N°08 : Répartition des conduites par commune, par section et par

type de matériaux 59

Tableau N° 09 : caractéristiques des réservoirs Fiadanana 61

Tableau N°10: Caractéristiques de Surpresseur Ambodimita I et II 63

Tableau N° 11 : Structure table de donnée « Conduite » 71

Tableau N°12 : Devis estimatif de la canalisation 91

Tableau N°13 : Devis estimatif de ventouse 92

Tableau N°14 : Devis estimatif de vidange 92

Tableau N°15 : Devis estimatif 93

Tableau N°16 : Récapitulation du devis estimatif 93

Tableau N°17 : Récapitulations des impacts négatifs 95

Tableau N°18 : Récapitulations des impacts positifs 96

LISTE DES FIGURES Figure N°01 : Organigramme de la société JIRAMA 06

Figure N °02: Réseau ramifié 30

Figure N °03 : Réseau maillé 30

Figure N°04 : Barre d’outils de dessin 41

Figure N° 05 : FlexTab (tabular report) 43

Figure N° 06 : Boîte de dialogue « gestion de scénario » 44

Figure N° 07 : Boîte de dialogue « Darwin Calibrator » 45

Figure N°08 : Boite de Contour 50

Figure N°09 : Boite de Codage couleur 51

Figure N°10 : Boite de profil avancé 51 Figure N°11 : Schéma de fonctionnement de Surpresseur d’Ambodimita I et II 62

Figure N°12 : Schéma de fonctionnement de sur presser Amboaroy 64

Figure N°13 : schéma de fonctionnement du Surpresseur de Mandriambero 65

Figure N°14 Symboles des accessoires sur carte 69

Figure N°15 et N° 16 : Courbes d’évolution de débit dans le réservoir Ivato 83

Figure N°17 : Profil conduite depuis la pompe d’Amboaroy 84

Figure N° 18 : Point de divergence d’Ambohibao 84

Figure N°19 Courbe d’évolution du débit après la solution proposée 89

Figure N°20 : synoptique de réseau a renforcé 90

Figure N°21 détails canalisation de A vers B, ventouse, vidange, vanne de sectionnement 90

LISTE DES CARTES

Carte N°01 : Plan de la demande en eau par système et par zones géographiques 11

Carte N°02 : Plan de localisation du réseau d’Ambodimita 57

Carte N°03: Simplification du réseau 73

Carte N°04 : Section des conduites et tournée carnet 75

Carte N°05 : débit et tournée carnet Carte thématique débit de conduite et tournée carnet 76

Carte N°06: Débit et section 77

Carte N° 07 : Présentation des résultats après la validation de la modélisation : 81

Carte N° 08 : Comportement des conduites dans la commune d’Ivato 82

Carte N°09 : Résultats après la solution de la réorientation de la direction de flux 87

Carte N° 10 : Réseau renforcé 88

LISTE DES ANNEXES ANNEXE I

CALCUL HYDRAULIQUE

ANNEXE II

CALCUL DE LA PUISSANCE DE POMPE

ANNEXE III

TABLEAUX DES RESULTATS

SOMMAIRE

REMERCIEMENTS

DECLARATION SUR L’HONNEUR

LISTE DES ABREVIATIONS

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES FIGURES

LISTE DES CARTES

LISTE DES ANNEXES

INTRODUCTION 01

PREMIERE PARTIE :

GENERALITES

CHAPITRE I : RESEAU DE DISTRIBUTION D’EAU POTABLE A

ANTANANARIVO

I – LA SOCIETE JI.RA.MA 05

I – 1 Présentation de la Société 05

I – 1 – 1 Mission de la JIRAMA 05

I – 1 – 2 Stratégie de la JIRAMA 06

I – 1 – 3 Organisation de la JIRAMA 06

I – 1 – 4 Assurance qualité de l’eau Potable 07

II – PRESENTATIONS GENERALES 07

II – 1 Le système d’alimentation 08

II – 2 Etages de distribution 08

II – 2 – 1 Etage bas 09

II – 2 – 2 Etage haut 09

II – 2 – 3 Zone géographique de distribution 09

III – COMPOSANTES DU SYSTEME 12

III – 1 Sites de MANDROSEZA 12

III – 1 – 1 Mandroseza I 12

III – 1 – 2 Mandroseza II 13

III – 2 Sites de VONTOVORONA 15

III – 3 Pompage 16

III – 4 Stockage 16

CHAPITRE II : GENERALITES SUR L’ETUDE DU RESEAU DE DISTRIBUTION

D’EAU POTABLE

I GENERALITES 18

II DIAGNOSTIC DU RESEAU 19

II – 1 Etude de la capacité de production et du stockage 19

II – 2 Etude de la distribution 19

II – 3 Etude de la sécurité 20

II – 3 – 1 Simulation d’incendie 20

II – 3 – 2 Simulation d’une casse 20

III - DETERMINATION DES BESOINS FUTURS 21

III – 1 Consommations futures 21

III – 2 Besoins futurs 21

IV ETABLISSEMENT DU SCHEMA DIRECTEUR 22

IV – 1 Définition 22

IV – 2 Etudes des variantes 22

IV – 3 Critères de choix 23

V - ETUDE DE CAS 23

VI - SIMULATION OPERATIONNELLE 24

VII - MODELISATION DE LA QUALITE DE L’EAU DANS LE RESEAU 24

DEUXIEME PARTIE

MODELISATION DU RESEAU DE DISTRIBUTION D’EAU

APPLICATION DU LOGICIEL « W ATERCAD »

CHAPITRE I : MODELISATION DES RESEAUX

I – GENERALITES 28

II – DEFINITIONS D’UN RESEAU 28

II – 1 Définitions 28

II – 1-1 Les nœuds 28

II – 1-2 Les réservoirs 29

II – 1-3 Les arcs ou tronçons 29

II – 2 Type du réseau 29

II – 2 -1 Réseau ramifié 30

II – 2 -2 Réseau maillé 30

III – OBJECTIFS DE LA MODELISATION DES RESEAUX 31

III-1 Gestion du réseau 31

III -2 Les commodités de la gestion du réseau 32

III – 3 Les points forts de la modélisation 32

IV – Elaboration du modèle 33

IV – 1 Principes 33

IV – 2 Digitalisation des éléments du réseau 34

IV – 3 Détermination des données de chaque élément du réseau 34

IV – 3 – 1 Les caractéristiques des conduites : longueur, diamètre, matériaux, âge 35

IV – 3 – 2 Les caractéristiques des appareils : pompes, vannes, régulateurs de pression,

diaphragmes, régulateurs de débit. 35

IV – 3 – 3 Les caractéristiques des réservoirs 36

IV – 4 Répartition de consommation des abonnées au niveau de chaque noeud 36

V – SIMULATIONS HYDRAULIQUES 36

V – 1 Simulation hydraulique statique 37

V – 2 Simulation hydraulique dynamique 38

V – 2 – 1 Définition et considérations générales 38

V – 2 – 2 Principe de base 39

CHAPITRE II : PRESENTATION DU LOGICIEL WATERCAD

I – WATERCAD OUTIL D’AIDE A LA GESTION DU RESEAU HYDRAULIQUE 41

I – 1 Conception et construction d’un réseau 41

I – 2 Modification et rationalisation des données 42

I - 3 Gestion de scénarios 43

I - 4 Calibrage du modèle 44

I – 5 Modélisation des opérations 45

I – 6 Analyses de flux 46

I – 7 Calcul de coût et d’énergie 46

I – 8 Analyse de demande d’eau et drainage 46

II – LES INTERFACES DE WATERCAD 47

II – 1 Les différences entre les logiciels WaterCad stand Alone et WaterCad Cybernet 47

III –LES PRINCIPAUX MODULES WATERCAD 48

III – 1 Darwin Calibrator 48

III – 2 Darwin Designers 49

III – 3 Skelebrator 49

III – 4 WaterSAFE 49

IV– LES SORTIES DE WATERCAD 50

TROISIEME PARTIE

APPLICATION MODELISATION DU RESEAU DE DISTRIBUTION D’EAU POTAB LE

DANS LA ZONE D’AMBODIMITA CHAPITRE I : RESEAU DE DISTRIBUTION D’EAU POTABLE D’AMBODIMITA I PRESENTATION DU RESEAU 55

I – 1 Les zones de désenclavement 55

I – 2 Répartition de consommation en eau potable 56

I – 3 Les infrastructures en eau potable 58

II FONCTIONNEMENT DU RESEAU 61

II – 1 Fonctionnement en amont du réseau 61

II – 2 Caractéristiques des appareils du réseau d’Ambodimita 62

II – 2 – 1 Les Surpresseurs d’Ambodimita 62

II – 2 – 2 Le réservoir d’Ambohidroa 63

II – 2 – 3 Surpresseur Amboaroy 64

II – 2 – 4 Surpresseur Mandriambero 64

II – 2 – 5 : Le réservoir d’Ivato 65

II – 2 – 6: Les deux réservoirs d’Ambohidratrimo. 65

CHAPITRE II : CONFECTION ET MODELISATION DU RESEAU D’AMBODIMITA

I – GENERALITES 68

II - CONFECTION DU RESEAU A TRAVERS MAPINFO 68

II – 1 Principe 68

II – 2 Les plans du réseau existants édités dans un format papier 69

II – 3 Les Fonds cartes numériques 70

II – 4 Numérisation ou digitalisation de la couche « conduite » dans MapInfo 70

III PREPARATION DES DONNEES 71

III – 1 Collecte des données de consommation 71

III – 2 Simplification du réseau 72

III –3 Création de la table tournée carnet 74

III – 4 Répartition de consommations aux nœuds 74

IV CONVERSION FICHIER RESEAU SIMPLIFIE DEPUIS MAPI NFO VERS

LE LOGICIEL « WATERCAD » 74

V EDITION DES CARTES DE REFLEXION POUR LA VERIFICA TION DES

INFORMATIONS 75

CHAPITRE III : SIMULATION HYDRAULIQUE ET INTERPRETATION DES

RESULTATS

I OBJECTIF 80

II DIAGNOSTIC DU RESEAU 80

II – 1 Validation de la modélisation 80

II – 2 Interprétation des résultats 82

II – 2 – 1 Comportement des conduites et du réservoir qui déserte la Commune Ivato

82

II – 2 – 2 Comportement des conduites au niveau du point de divergence d’Ambohibao

84

CHAPITRE IV : LA PROPOSITION DE SOLUTION, LES COÛTS ESTIMATIFS DU

PROJET ET ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL

I – LA PROPOSITION DES SOLUTIONS 86

II – LE COÛT ESTIMATIF DU PROJET 90

III – ETUDE D’IMPACT ENVIRONNEMENTAL 94

III – 1 Impacts négatifs 94

III – 1 – 1 Population 94

III – 1 – 2 Eau 94

III – 1 – 3 Economie 94

III – 1 – 4 Sol 95

III – 2 Impacts positifs 95

III – 2 – 1 Population 95

III – 2 – 2 Eau 96

III – 2 – 3 Economie 96

III –3 Analyse comparative des impacts 97

CONCLUSION 98

BIBLIOGRAPHIE 99

ANNEXES I 100

CALCUL ET FORMULE HYDRAULIQUE 101

ANNEXE II 114

CALCUL DE LA PUISSANCE DE POMPE A REMPLACER A AMBOAROY 115

ANNEXE III 117

TABLEAUX DES RESULTATS DU COMPORTEMENT DES CONDUITES 118

RESUME

INTRODUCTION

Actuellement l’évolution du fonctionnement du système de distribution en eau potable

dans l’agglomération d’Antananarivo devient complexe en raison de l’extension

incessamment de la ville dans toutes les directions de la zone périphérique et du vieillissement

des infrastructures du réseau.

L’instabilité et la perturbation du système se manifestent dans plusieurs zones : cassure des

tuyaux de conduite, perte de charge, réservoir vide, vol de l’eau etc. De plus, ces derniers

temps, la demande d’installation de nouvelle canalisation augmente considérablement. Ceci

pose également des difficultés sur la conception de la nouvelle extension du réseau.

Face à ces divers problèmes, la Société JI .RA.MA a mis en place une nouvelle stratégie de

gestion du réseau de distribution appelée « Master Plan » qui a été programmé en 2004 et se

termine en 2008.

Dans le cadre d’étude de développement des infrastructures en eau potable, et d’étude de

diagnostic sur le fonctionnement, la modélisation de celui ci est indispensable. Elle permet

d’avoir des explications sur les anomalies qui sont survenues sur le système et de proposer des

solutions rationnelles.

Ce mémoire de fin d’étude intitulé « modélisation du réseau de distribution d’eau

potable zone ouest de la capitale à partir d’Ambodimita », application du logiciel

« WaterCad » est un apport dans le cadre de la mise en œuvre de la politique de gestion du

réseau de distribution au sein de la Société JIRAMA.

Le réseau d’Ambodimita a été choisi afin de pouvoir expliquer les phénomènes qui se

manifestent sur le système dans la zone ouest de la capitale.

Ainsi, le présent document est divisé en trois parties :

La première partie est le travail bibliographique concerne les réseaux de distribution d’eau

potable d’Antananarivo d’une part et d’autre part l’étude générale du réseau de distribution

d’eau potable.

1

La deuxième partie est divisée en deux chapitres. Le premier chapitre décrit la méthode de

modélisation du réseau de distribution et le second montre la présentation du logiciel de

modélisation WaterCad.

La dernière partie présente l’application de la modélisation du réseau d’eau potable dans la

zone ouest de la capitale ou réseau d’Ambodimita. Elle est divisée en quatre chapitres : Après

la présentation des infrastructures et de fonctionnement du réseau d’Ambodimita, la

confection du réseau pour la modélisation et la préparation des données pour la simulation du

système dans le logiciel WaterCad seront expliquées.

Le troisième chapitre fait ressortir les résultats de la simulation ainsi que les interprétations.

Le dernier chapitre concerne les solutions, les coûts estimatifs du projet et l’étude de l’impact

environnemental...

2

PARTIE I

GGGEEENNNEEERRRAAALLL III TTTEEESSS

CHAPITRE I

RRREEESSSEEEAAAUUU DDDEEE DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUTTTIIIOOONNN DDD’’’ EEEAAAUUU PPPOOOTTTAAABBBLLLEEE AAA AAANNNTTTAAANNNAAANNNAAARRRIIIVVVOOO

I – LA SOCIETE JIRAMA

I – 1 Présentation de la Société

La société JI.RA.MA, est la compagnie nationale d'eau et d'électricité de Madagascar.

Elle a été créée le 17 octobre 1975, et résultait de la fusion de deux sociétés qui exerçaient des

activités similaires : la Société Malagasy des Eaux et Electricité (SMEE) et la Société des

Energies de Madagascar (SEM).

La première distribution publique de l’eau et d’électricité a été apparue à la fin du XXémè

siècle vers l’année 1899 à Antananarivo.

En 1905, une convention a été signée par le Général GALLIENI attribuant à la société civil

d’état (S.C.E) le privilège de l’adduction de l’eau et de l’éclairage public à Antananarivo.

Cette société deviendra la société E.E.M (Eau et Electricité de Madagascar) desservant en

plus d’Antananarivo, les régions de Tamatave, Antsirabe, Fianarantsoa et Diego Suarez.

Le 29 septembre 1952, à côté de l’E.E.M (Eau et Electricité de Madagascar) est créé un

accord entre l’état et la S.E.M (Société des Energie de Madagascar)

Pour l’adduction et la distribution de l ‘eau potable.

Le 4 février 1974, l’état a confirmé son monopole en créant la société S.M.E.E par

l’attribution de l’actif et du passif du bilan de l’E.E.M (Eau et Electricité de Madagascar)

Il a regroupé transitivement à l’intérieur d’une nouvelle société S.I.N.E.E, la totalité des

ressources et emplois de la S.M.E.E et de l’E.E.M (Eau et Electricité de Madagascar)

Le 31 octobre 1975, la S.I.N.E.E (Société Interne de Nouvelle Eau et Electricité ) a été

dissoute et ses anciennes attributions sont confiées à la JI.RA.MA , créée conformément à

l’ordonnance N° 75 024 du 17 octobre 1975.

.

I – 1 – 1 Mission de la JIRAMA :

La mission de la société JIRAMA consiste principalement à satisfaire les besoins en eau

potable des ménages et entreprises malagasy ; conformément aux besoins de lutte contre la

pauvreté et au développement rapide de la nation.

Ces besoins se montrent sous différents aspects selon les catégories de population qui n’ont

pas le même niveau de développement :

5

- La population urbaine mieux équipée et plus instruite d’une part, peut accéder

aux services de l’eau potable et d’autre part il y a aussi des gens en difficulté la majeure

partie.

- La population rurale a un très faible accès à l’eau potable : problème de

dissémination de villages, causant des accès difficiles, investissement mal assuré (insuffisance

d’abonnés)

Le gros du travail restant consiste à alimenter les zones rurales et à améliorer la qualité de

service.

I – 1 – 2 Stratégie de la société JIRAMA

La stratégie de la société JIRAMA est guidée par son Master Plan, la JIRAMA se donne

jusqu’en 2008 pour être aussi performante que les meilleures entreprises mondiales de sa

catégorie.

I – 1 – 3 Organisation de le JIRAMA

La JIRAMA Société d’Etat, sous tutelle du Ministère de l’Energie et des Mines, est

représentée par le conseil d’Administration, l’organigramme se présente comme suit :

Figure N°1 : Organigramme de la société JIRAMA

D.G

D.G.A A

D.G.A O

D.C.E O

D.I.R

D.G.A E S.G

DEXO DEO

6

D.G : Directeur Général

DGA A : Directeur Général Adjoint Administratif

DGA E : Directeur Général Adjoint Electricité

DGA O : Directeur Général Adjoint Eau

SG : Secrétaire Général

DEXO : Direction des Exploitations Eau

DEO : Direction de l’Equipement Eau

DCE : Direction Clientèle Eau

DIR Direction Inter-Regional

I – 1 – 4 Assurance qualité de l’eau Potable

La distribution d'eau potable consiste à conduire l'eau du point de stockage jusqu'au robinet

de l'usager par les conduites d'adduction et les canalisations intérieures aux foyers. La

distribution d'une eau potable de qualité et en quantité suffisante est un enjeu prioritaire de la

politique de l'eau.

La loi sur l’abonnement en eau N°086/88 du 18 janvier 1988 régit la gestion de l'eau potable

des collectivités.

La qualité de l’eau est suivie systématiquement par le laboratoire de JIRAMA et l’Institut

Pasteur en examinant de près la potabilité de l ‘eau. Celle-ci est effectuée une fois par jour.

II – PRESENTATIONS GENERALES

Le système d’alimentation en eau potable de l’agglomération d’Antananarivo est très étendu

en raison des contraintes topographiques et de l’éclatement de l’urbanisation.

La croissance des zones périphériques a conduit à une extension significative du réseau de

distribution dans toutes les directions. Néanmoins, la périphérie reste sous-équipée. Un quart

de la population seulement bénéficie de l’eau potable dont 14% sont servies à domiciles par

branchement particulier.

7

La ville d’Antananarivo, dans ses limites administratives actuelles, concentre les trois quarts

des consommations dont 95% sont servies à domiciles par des branchements particuliers.

II – 1 Le Système d’alimentation

Le système d’alimentation est organisé à partir du centre de production de Mandroseza qui se

trouve au sud de la capitale en bordure de l’Ikopa.

Un deuxième centre de production se situe dans la zone périphérique ouest de la capitale. Il

s’agit du centre de production de Vontovorona qui assure la demande en eau potable du centre

universitaire de Vontovorona. La production dans ce centre reste encore marginale.

La production en eau sur le site de Mandroseza est exclusivement superficielle. L’eau

provient de la rivière d’Ikopa dont le débit est régulé par un barrage.

La production sur le lac de Mandroseza est assurée par deux usines de traitement : usine

Mandroseza I et usine Mandroseza II.

Toute l’eau produite est pompée jusqu’aux différents réservoirs, stations relais avec des

distributions disséminées lors du parcours vers le réseau.

II – 2 Etages de distribution

Le pompage de l’eau vers les différents réservoirs est effectué par l’intermédiaire des

conduites de refoulement de gros diamètres : Mandroseza I(DN 600, DN 450, DN 350,

DN 250).et Mandroseza II (DN 1000)

Ces conduites constituent le réseau primaire. On distingue deux étages principaux de

distribution :

- Etage bas ;

- Etage haut

8

II – 2 – 1 Etage bas

L’étage de distribution bas forme une boucle ceinturant la ville. Cette boucle est alimentée :

- du coté Ouest par la conduite : DN1000 venant de l’usine Mandroseza II.

- du coté Est par la conduite DN 500 venant de l’usine Mandroseza I .Elle dessert les zones

basses de la plaine ainsi que les zones périphériques de l’ouest, du nord ouest, et du nord-est

II – 2 – 2 Etage haut

L’étage haut est également alimenté par la canalisation DN600 et 2 DN 250 venant de l’usine

Mandroseza I. Il comporte plusieurs pompes (ou boosters) pour desservir les parties plus

hautes de la ville ainsi que des zones périphériques Est.

Remarque : il existe un autre système de distribution qui est alimenté par les conduites

DN 450 et DN 350. Ce système concerne les petits secteurs de la ville, la partie sud en

direction d’Iavoloha ainsi que la partie sud dans la commune d’Alasora.

II – 2 – 3 Zones géographiques de distribution

La distribution de la demande est organisée par zone. L’agglomération d’Antananarivo est

divisée en 15 zones dont 6 pour les communes urbaines et 9 pour les communes

périphériques.

9

Tableau N °01 : Distribution de la demande par système et par zones géographiques

Source : JIRAMA

ZONES

ETAGE HAUT

ETAGE BAS

Petits secteurs: Iavoloha Alasora

TOTAL M3/j En % M3/j En % M3/j En % M3/j En %

ZO

NE

CE

NT

RE

VIL

LE

AN

TA

NA

NA

RIV

O

I 12572 15,7 12730 26,9 25302 18

II 14599 18,3 3454 18053 12,8

III 9908 12,4 10459 22,1 20367 14,5

IV 8881 18,7 3694 12574 8,9

V 10988 13,7 15304 32,3 26292 18,7

VI 10546 13,2 10546 7,5

Total 58613 73,3 47373 100 7147 54,2 113134 80,5

PE

RIP

HE

RIE

ZONE A 10724 13,4 10724 7,6

ZONE B

ZONE C 4192 5,2 4192 3

ZONE D 1863 2,3 1863 1,3

ZONE E 5356 40,6 5356 3,8

ZONE F 233 1,8 233 0,2

ZONE G 450 3,4 450 0,3

ZONE H 800 1 800 0,6

ZONE I 3748 4,7 3748 2,7

Total 21327 26,7 0 0 6039 45,8 27366 19,5

TOTAL (m3/j et %)

79940

100

47373

100

13186

100

140500

100

10

Carte N°01 : Plan de la demande par système et par zones géographiques

11

III – COMPOSANTS DU SYSTEME La production d’eau potable est assurée par deux sites:

- les sites de Mandroseza ; - le site de Vontovorona

III – 1 Sites de Mandroseza

Depuis les années 1920, les constructions d’unités de traitement se sont succédées à

Mandroseza pour répondre aux besoins en eau de la ville d’Antananarivo.

L’alimentation de toutes ces unités est assurée à partir d’une lagune implantée dans un bras de

l’Ikopa dont elle a été isolée par une digue. Cette digue est équipée d’un mécanisme de

vannes pour contrôler l’entrée de l’eau.

Le lac de Mandroseza a une superficie de 47 ha et une profondeur en moyenne 2,5 m. Il

assure un stockage d’un volume d’ordre de 1,2 Million m3.

III – 1 - 1 Mandroseza I

La station de Mandroseza I se divise en quatre unités construites à différentes périodes d’une

capacité maximale totale de 3 750 m3/h.

Une unique station de pompage équipée de :

5 pompes horizontales :

- 2 pour 650m3/h

- 2 pour 1300m3/h

- 1 pour 1500m3/h

2 pompes verticales :

- 2 pour 1300m3/h alimentent les différentes unités

La capacité de pompage maximale totale est de 5 400 m3/h pour une capacité de production

de 3 750 m3/h ce qui laisse une marge de sécurité confortable.

La filière de traitement est une filière conventionnelle avec les étapes classique de floculation, décantation, filtration et chloration

12

Sur le plan de qualité d’eau produite, il est procédé à une coagulation et floculation au sulfate

d’alumine à doses de 8 à 10 mg/l variable en fonction de la qualité de l’eau avec ajout de

charbon actif.

Correction de pH avec un mélange de chaux 7 mg/l et de carbonate de calcium 0,5 à 1 mg/l

envoyé dans le saturateur à chaux

L’eau de chaux ainsi produite est injectée sans filtration à la sortie des filtres.

L’eau traitée est stockée dans un réservoir intermédiaire d’une capacité de stockage de

5 000 m3 répartie au pied des filtres.

Elle est ensuite transférée dans deux réservoirs de 3650 m3 situés à proximité de la station de

pompage.

Tableau N°02 Production de Mandroseza I

2001 2002

Quantité eau brute traitée 28 409 740 m3 28 679 623 m3

Production eau totale traitée 27 488 958 m3 27 700 789 m3

Sulfate d’alumine 252 800 kg 234 363 kg

Charbon actif 101 800 kg 71 444 kg

Hypochlorite de calcium 70 100 kg 73 936 kg

Source : JIRAMA

III – 1 -2 Mandroseza II

L’unité de Mandroseza II a été construite en 1993. L’eau brute du Mandroseza II est captée à

102m de la rive du lac de Mandroseza (elle a la simple raison qu’à cet endroit l’eau a une

certaine vitesse par rapport à la berge), elle est reliée directement à la station de pompage par

un tuyau en P.E.H.D (polyéthylène a haute densité) de 1000mm de diamètre.

Mandroseza II possède 4 pompes verticales donnant un débit de 1100m3 /h à 23m de H.M.T

(Hauteur Manométrique Totale) dont les trois seulement sont mises en marche et l’une servant

de secours en cas de panne. Cette pompe de secours s’est déclenchée automatiquement.

13

Elle utilise un procès différent de celui de Mandroseza I, à savoir la filtration directe sans

décanteur mais décantation sur filtre à l’aide de filtre en bicouche :

- une couche inférieure formée de sable

- une couche supérieure formée d’anthracite

Ce changement est justifié par la mise en évidence de la possibilité de se passer de

décantation tout en conservant des performances de traitement identiques voire meilleure.

En plus de l’économie liée au coût de construction d’un décanteur, cette solution présente

l’avantage de diminuer la consommation en réactifs notamment le sulfate d’alumine.

Par ailleurs, la production de chlore libre pour le pré-chloration et la désinfection finale sont

faites par un électrolyseur à partir d’une solution de sel (taux de sel utilisé : 400 kg/j)

La capacité nominale de l’usine est de 66 000 m3/j soit 2 750 m3/h et une capacité maximale

de 3 300 m3/h

Un taux de perte en eau lors du processus de production de l’ordre de 3,45% qui est dans la

gamme des valeurs habituelles visées pour une telle installation.

Une production journalière de 2 800 m3/h égale à la capacité nominale qui, dans les

conditions actuelles, ne laisse pas de marge.

Un dosage de réactif d’environ 3,5 mg/l ; 6 ,36 mg/l ; 6,5 mg/l respectivement pour le sulfate

d’alumine ; le charbon actif et la solution saline sont des valeurs nécessaires à l’obtention de

la qualité de l’eau.

Le dosage de sulfate d’alumine dans une moindre mesure et celui charbon actif confirment

l’économie que génère la filtration directe.

La qualité d’eau produite est similaire à celle de Mandroseza I avec une performance

sensiblement meilleure sur le paramètre turbidité mais avec des valeurs restant supérieures à

1 N.T.U (Nephelometric Turbidity Unit)

Une pré-chloration hebdomadaire est effectuée pour limiter la prolifération d’algues avec du

chlore produit par l’électrolyse.

Un floculateur rapide dans lequel se fait le mélange eau brute par sulfate d’alumine et charbon

actif au moyen d’un agitateur tournant à grande vitesse.

Un floculateur lent qui poursuit l’agitation mais de façon douce pour permettre la mise en contact des particules en suspension sans les désagréger. Il est ensuite procédé à une chloration en sortie de filtre et une mise en équilibre.

14

calco-carbonique par chaulage à partir du saturateur de chaux dans la bâche de stockage

L’eau ainsi traitée est stockée dans une bâche d’une capacité de 2 fois 1500 m3 puis est

distribuée à partir d’une station de pompage équipée de 5 pompes où sont également prévues

les emplacements pour 3 pompes supplémentaires.

Tableau n°03 Production de Mandroseza II

2001 2002

Quantité eau brute traitée 24 779 129 m3 23 875 671 m3

Production eau totale traitée 23 818 848 m3 23 047 947 m3

Sulfate d’alumine 143 800 kg 161 736 kg

Charbon actif 79 930 kg 40 418 kg

solution saline 145 650 kg 139 346 kg

Hypochlorite de calcium 852 kg 8 27 kg

Source : JIRAMA

III – 2 Site de Vontovorona A Vontovorona, une station de type compact a été installée en 1982. Elle produit l’eau potable

destinée principalement à l’alimentation du campus universitaire.

Le processus de traitement est classique ; les étapes de floculation, coagulation, filtration sur

sable et désinfection se succèdent.

Cette station qui est généralement en bon état utilise l’eau de la rivière Sisaony. La station

utilise une pompe pour remplir la lagune

La production moyenne est d’environ 1000 M3/h pour une capacité nominale de 3 000 M3/h.

Ce fonctionnement en sous capacité s’explique par la faiblesse de la demande et également

par des débits d’étiage très bas. La ressource superficielle ne permet pas à la sécurité de

l’approvisionnement.

La production en eau potable reste très marginale.

15

III – 3 Pompage

Les installations de pompage sont constituées principalement par les unités de Mandroseza I

et Mandroseza II, les stations relais et boosters qui sont implantées en différents points du

réseau primaire.

Au total, le réseau de distribution de l’eau potable dans la ville d’Antananarivo comporte

environ 36 pompes.

III – 4 Stockage

Les réservoirs représentent le point de stockage. Ils sont alimentés par refoulement. La

canalisation d’amenée fait office de canalisation de distribution tout au long de son parcours.

Cette canalisation alimente le réservoir en partie haute. Le niveau d’eau est contrôlé par un

robinet à flotteur.

Au total, l’ensemble du système comprend environ 31 stations de stockage.

16

CHAPITRE II

GENERALITES SUR L’ETUDE DU RESEAU DE DISTRIBUTION

D’EAU POTABLE

I GENERALITES

L’étude d’un réseau d’eau potable qui fait appel à un logiciel de modélisation

mathématique est réalisée généralement en deux étapes.

La première étape est la construction du modèle conceptuel de réseau. Elle consiste à collecter

des données du réseau et de son fonctionnement, à saisir des données collectées dans le

logiciel, et enfin à valider le modèle réalisé. La validation du modèle consiste à comparer et

ajuster les résultats du modèle avec les mesures faites sur le réseau.

La seconde étape est la réalisation du projet pour lequel a été conçu le modèle. Il s’agit

du diagnostic du réseau, c'est-à-dire, déterminer les faiblesses de la distribution pour en

améliorer les performances tout en réduisant le coût d’exploitation. Il s’agit d’une étude

prévisionnelle ou encore la réalisation d’un schéma directeur.

Connaissant l’évolution à court terme ou à long terme de l’urbanisation, on simule cette

évolution afin de concevoir et valider la meilleure option pour y faire face. Il s’agit enfin

d’une étude de cas particulier. Il peut avoir plusieurs variations d’étude de cas.

Dans le cadre de la conception du réseau de distribution d’eau potable, l’étude comprend

généralement :

- Diagnostic du réseau ;

- Détermination des besoins futurs ;

- Etablissement du schéma directeur ;

- Etudes des cas ;

- Simulation opérationnelle

18

II DIAGNOSTIC DU RESEAU

Le diagnostic du réseau conduit à faire les études suivantes :

- Etude de la capacité de production et du stockage ;

- Etude de la distribution ;

- Etude de la sécurité.

II – 1 Etude de la capacité de production et du stockage

Cette étude nécessite la réalisation de simulation en dynamique sur un ou plusieurs cycles

journaliers dans des conditions de forte consommation (jour de pointe). Le comportement du

réseau est tributaire des conditions contraignantes, telles que :

- suffisance de la production (temps de fonctionnement de pompe)

- suffisance du stockage (volume des réservoirs)

- marnage des réservoirs (renouvellement de l’eau dans le réservoir)

L’objectif de cette étude consiste à quantifier le sous dimensionnement (capacité de transfert,

capacité de stockage, etc..) et de vérifier si une meilleure gestion du réseau est possible.

II – 2 Etude de la distribution

Elle peut être réalisée par des simulations statiques :

- heure creuse (pression forte, vitesse faible)

- heure moyenne (répartition des débits)

- heure de pointe (pression faible, vitesse forte)

La réalisation de simulation dans diverses situations de consommation consiste à mettre en

évidence la qualité de la distribution en tout point du réseau et à tout moment. Ceci conduit à

vérifier les pressions, les vitesses, la stabilité de la direction de l’écoulement, etc..

En effet, l’optimisation de l’utilisation du maillage et des appareils est possible pour pouvoir

adapter la structure du réseau en fonction de la demande. Ceci permet, d’une part de valider

les mailles utiles et d’autre part d’éliminer celles qui sont sans actions ou à résultats négatifs

19

II – 3 Etude de la sécurité

L’étude de la sécurité consiste à faire la simulation :

- d’une incendie ;

- d’une casse

II – 3 – 1 Simulation d’incendie

En général, une bouche d ‘incendie doit être capable de délivrer 60m3 /h à une pression

supérieure à 1 bar. L’analyse des conséquences sur les pressions dans le réseau et sur

l’évolution des stocks dans le réservoir les plus proches est nécessaire. Celle-ci conduit à faire

le calcul des débits et pressions résiduelles pour tous les noeuds de la fenêtre active.

II – 3 – 2 Simulation d’une casse

Cette simulation permet d’évaluer :

- les pertes d’eau ;

- les conséquences sur le réseau (débit, pression, stockage)

- les secteurs à isoler

Exemple de la procédure de la simulation d’une casse d’une manière simplifiée :

Etape 1 : scinder la conduite à l’endroit où se produit la casse

Etape 2 : consulter le noeud ainsi crée et en relever l’altitude

Etape 3 : créer un réservoir à la cote de l’altitude du nœud

Pour affiner la représentation d’une grosse fuite, il est possible de :

- scinder la conduite à l’endroit où se produit la casse

- consulter le noeud ainsi crée et en relever l’altitude

- créer un diaphragme à partir de ce nœud, avec un coefficient de perte de charge

singulière supérieure à 1 ;

- créer sur son nœud final un réservoir à la cote de l’altitude du nœud.

Le débit calculé au réservoir correspond au débit maximum de casse.

20

III - DETERMINATION DES BESOINS FUTURS

L’objectif est de déterminer les besoins futurs et notamment les besoins de pointes afin

d’étudier les réactions du réseau. Cette analyse statistique peut servir à plusieurs types

d’études (étude de schéma directeur, de stockage, de capacité de pompage ….).

III – 1 Consommations futures

Deux méthodes sont utilisées :

• La méthode globale consiste à estimer les consommations annuelles totales par

traitement statistique des observations disponibles.

• La méthode analytique estime les consommations futures spécifiques des

différentes catégories de consommateurs à l’aide de projections démographiques et

urbaine, et d’hypothèses relatives à la consommation unitaire par habitant,

(consommateurs domestiques, industriels, municipaux, agricoles…).

III – 2 Besoins futurs

Les besoins futurs d’un réseau sont déterminés à partir de :

• L’estimation des consommations futures,

• L’estimation du rendement futur du réseau,

• L’estimation du coefficient de pointe.

Leur détermination, que ce soit la consommation, le rendement ou le coefficient de pointe, est

à considérer comme étant une estimation. Elle provient d’un compromis entre étude

statistique et spéculation sur le développement urbain. Elle peut aboutir à des résultats assez

différents de la réalité.

21

Toutefois, c’est une aide à la décision qui sert à programmer le dimensionnement des

appareils (pompes, tuyaux, réservoirs) de façon à ce que les investissements réalisés

permettent de subvenir aux besoins futurs avec une certaine marge de sécurité.

IV ETABLISSEMENT DU SCHEMA DIRECTEUR

IV – 1 Définition

L’établissement du schéma directeur consiste à prévoir la mobilisation de nouvelles

ressources, les modifications et extensions à apporter au réseau de façon à ce qu’il puisse faire

face à l’évolution urbaine des communes desservies.

Il est basé sur la prévision de consommation et sur la future répartition des abonnées que l’on

peut trouver au niveau du POS (Plan d’Occupation des Sols), des plans d’urbanisme et autres

projets prévisionnels.

Il se matérialise par une planification des investissements sur une échelle de temps de 10 à 30

ans. Compte tenu de l’imprécision fondamentale sur l’évaluation des besoins futurs, il est

impératif de revoir périodiquement le phasage schéma directeur, afin de rééchelonner ou

d’accélérer le rythme des travaux à entreprendre, ou même d’examiner de nouvelles

hypothèses.

IV – 2 Etudes variantes

Lors de la réalisation d’un schéma directeur, plusieurs variantes sont proposées.

Il existe de logiciel de modélisation qui permet de simuler chacune des variantes et de

diagnostiquer le fonctionnement du réseau ainsi modifié.

Ce diagnostic est réalisé au moyen de plusieurs simulations statique et dynamique dans

différents états de consommation afin de pouvoir analyser le fonctionnement du réseau dans

différentes situations prévisibles.

22

IV – 3 Critères de choix

Une étude de schéma directeur doit aboutir au choix d’une solution considérée comme étant

la meilleure techniquement et économiquement.

Les critères de choix sont nombreux. La solution retenue doit tout d’abord techniquement

apporter une bonne qualité de distribution (pression, vitesse, …) dans les hypothèse de

prévision de consommation établies. Mais cette solution doit aussi être satisfaisante en cas

d’évolution différente, car les hypothèses émises ne sont pas certaines.

Le critère économique, c’est-à-dire le coût des projets, a une importance non négligeable,

mais on préfère parfois une variante plus onéreuse lorsqu’elle assure une meilleure souplesse

d’évolution en rapport avec les incertitudes dues à la prévision de l’évolution de la

consommation.

On s’attachera en particulier à phase les investissements de manière à pouvoir réactualiser

plus souplement le choix effectué, en fonction de l’écart entre la prévision et la réalité.

Enfin, des éléments stratégiques peuvent entrer en ligne de compte dans la prise de décision.

V - ETUDE DE CAS

L’étude de cas consiste à concevoir ou valider des solutions aux problèmes précis

rencontrés sur un réseau. Il s’agit donc d’une étude orientée par l’exploitant. L’étude peut

porter sur l’un des cas suivants :

• Création d’un lotissement ou d’une zone industrielle,

• Renforcement du réseau, dimensionnement des conduites,

• Création d’un nouveau réservoir, établissement d’un nouveau refoulement,

• Simulation d’incendie, de casse, de fuites,

• Arrêt de pompe, pollution d’une ressource,

• Réduction des coûts d’exploitation.

23

Cette liste n’est pas exhaustive mais elle donne un exemple dés études que l’on peut réaliser.

L’utilisation du logiciel de modélisation permet de visualiser les réactions du réseau dans

chacune des situations. Ceci permet de proposer et valider la démarche à suivre.

Chaque étude est particulière et possède sa propre méthode. Mais il est possible de définir une

trame générale à l’étude :

1. simuler la situation

2. analyser le fonctionnement du réseau dans cette situation

3. proposer des solutions

4. simuler et vérifier les améliorations effectuées pour chacune des solutions

proposées et déterminer la meilleure.

VI - SIMULATION OPERATIONNELLE

La simulation opérationnelle concerne l’exploitation du logiciel de modélisation.

Cette opération permet d’aborder la gestion opérationnelle des réseaux de taille importante.

Les systèmes de contrôle et de supervision permettent d’obtenir une information synthétique

continue de la production et du stockage. Les modèles, qu ‘utilise la plupart de logiciels de

modélisation, ont un avenir prometteur dans le contrôle et le suivi de la distribution :

• connaissance des vitesses et de pressions en tout point,

• simulation prédictive en cas de crise,

• réduction des coûts de fonctionnement,

• suivi de la qualité de l’eau distribuée.

VII - MODELISATION DE LA QUALITE DE L’EAU EN RESEA U

A l’heure actuelle, il existe de technologie qui est nécessaire pour produire une eau traitée

satisfaisant aux normes définies par les organismes de santé.

24

Cependant la qualité de cette eau, proche du zéro défaut au départ de l’usine de traitement,

peut évoluer au cours de son transport dans le réseau de distribution, et ne plus correspondre

aux normes de qualité lorsqu’elle arrive au robinet de consommateur. Par conséquent, un des

principaux objectifs de la modélisation des réseaux d’eau potable aujourd’hui est d’évaluer les

variations de la qualité de l’eau lors de son déplacement dans le réseau, et les risques de

croissance bactériologique.

Actuellement, il existe de logiciel qui permet aussi de déterminer en tout point du réseau la

concentration d’un ou des composants présents dans l’eau en fonction des concentrations

initiales aux points d’injection du système.

Aussi, il est faisable de modéliser la propagation d’un composant chimique ou

bactériologique, conservatif ou possédant une cinétique de disparition au cours du temps

(cette cinétique eut l’élément de calage spécifique de la modélisation qualité).

Les exploitations suivantes peuvent être envisagées:

- connaissance de l’origine de l’eau,

- étude des temps de séjour,

- identification de cartes de chlore résiduel,

- positionnement optimal des points de chloration, permanents ou de secours,

- étude de la propagation d’un polluant dans le réseau,

- localisation et élaboration de solutions à des pollutions accidentelles localisées,

- intégration des résultats de calcul à la cartographie ou à la supervision.

25

PARTIE II

MMM OOODDDEEELLL III SSSAAATTTIII OOONNN DDDUUU RRREEESSSEEEAAAUUU DDDEEE DDDIII SSSTTTRRRIII BBBUUUTTTIII OOONNN DDD’’’ EEEAAAUUU

AAAPPPPPPLLL III CCCAAATTTIII OOONNN DDDUUU LLL OOOGGGIII CCCIII EEELLL ««« WWWaaattteeerrr CCCaaaddd »»»

CHAPITRE I

MMMOOODDDEEELLLIIISSSAAATTTIIIOOONNN DDDEEESSS RRREEESSSEEEAAAUUUXXX

I – GENERALITES

Les modèles mathématiques, en particulier dans le cas des réseaux de distribution d’eau

potable, sont des modèles physiques : ils ont comme propriétés fondamentales d’être exploités

largement au delà de leur domaine de validation, pourvu que leur qualité intrinsèque soit

satisfaisante.

A ce titre, ils assurent deux classes de fonctions :

- Explicative : permettre à la compréhension sur l’influence réciproque du tout

sur les parties ;

- Prédictive : les lois physiques sous- jacentes restant valides pour toutes les

conditions de fonctionnement qui pourraient envisager. A cet effet, il est licite de modifier

significativement la structure ou les conditions de fonctionnement.

II – DEFINITIONS D’UN RESEAU

II – 1 Définitions

Un réseau comporte habituellement un point du départ unique et une multitude de points

d’arrivée. Il est représenté au moyen de trois types d’éléments suivants :

- Les nœuds ;

- les réservoirs ;

- les arcs ou tronçons.

II – 1-1 Les noeuds

Les nœuds sont les points particuliers dont de consommations. Plusieurs types de

consommateurs peuvent coexister en un même nœud, avec de comportements différents sur

une journée ou d’une saison à l’autre : les coefficients de consommation sont différenciés par

types de consommateurs. Ils sont identifiés par un nom et servent d’implantation aux

réservoirs et d’intersection au tronçon.

28

II – 1-2 Les réservoirs

Les réservoirs sont parfois alimentés par sur verse. Ils peuvent posséder un nœud de

remplissage différencié et être muni d’un robinet à flotteur à fermeture progressive.

Si le niveau d’eau dans le réservoir atteint le seuil de trop plein, celui-ci peut, soit déborder.

Ainsi, ce niveau peut contrôler le fonctionnement d’une ou plusieurs pompes.

Il existe plusieurs variétés de formes de réservoir.

II – 1-3 Les arcs ou tronçons

Les arcs ou tronçon définissent les canalisations et autres appareils hydrauliques, tels que :

- pompe à vitesse fixe ou variable avec un ou plusieurs groupes identiques

modélisés par une courbe débit/HMT,

- régulateur de débit ou de pression,

- diaphragme,

- vanne (motorisée ou non motorisé)

- brise charge,

- clapet.

Chaque tronçon, qui possède un nom, relie deux nœuds .Un arc peut être inter activement

ouvert ou fermé pour la durée d’une simulation.

II – 2 Type du réseau

Il existe deux types des réseaux :

- réseau ramifié ;

- réseau maillé

29

II – 2 -1 Réseau ramifié

Un réseau ramifié comporte une conduite principale au départ du réservoir. Les affluents des

conduites principales qui se ramifient s’appellent conduites secondaires. Les affluents des

conduites secondaires constituent les conduites tertiaires qui aboutissent à l’entrée de chaque

bâtiment.

Dans chaque tronçon d’un réseau ramifié, l’eau circule toujours dans le même sens. Pour un

réseau ramifié ne comportant qu’un unique réservoir, le calcul de débit se fait directement en

faisant remonter les consommations de l’aval vers l’amont (réservoir). A l’aide des équations

de pertes de charge et d’un niveau de référence (réservoir), on détermine les pressions aux

nœuds par un parcours en sens inverse.

II – 2 -2 Réseau maillé

Un réseau maillé comporte des conduites formant une ou plusieurs boucles fermées sur

lesquelles sont branchées des conduites secondaires, tertiaires alimentant de divers bâtiments

et des postes d’incendie.

Conduite principale

Conduite Secondaire

Conduite Tertiaire

Répartiteur vers bâtiment

Rés

ervo

ir

Figure N °02: Réseau ramifié

Conduite principale

Conduite Secondaire

Conduite Tertiaire

Répartiteur vers bâtiment

Rés

ervo

ir

Figure N °03 : Réseau maillé

30

Dans un réseau maillé la situation est plus complexe. Il s’établit un équilibre dans les

conduites. Les variables à calculer sont toujours les débits Q et les charges H.

III – OBJECTIFS DE LA MODELISATION DES RESEAUX

III-1 Gestion du réseau

La méthode de dimensionnement des réseaux est basée sur des évaluations théoriques qui sont

orientées sur des conditions critiques de fonctionnement, notamment les périodes de pointe de

consommation.

Le calcul peut se faire manuellement, mais avec les conditions de fonctionnement habituelles

des réseaux, ceci ne permet pas d’établir, d’une manière plus précise, les différents

paramètres hydrauliques réels d’où la difficulté de la gestion du réseau complexe.

Par ailleurs, le développement des centres urbains se poursuit en périphérie par extensions

successives. Les normes de sécurité (incendie en particulier) et de qualité sont de plus en plus

contraignantes, et peuvent engager la responsabilité des exploitants.

Dans de nombreux cas, l’extension des réseaux existants ou leur renforcement, ne font pas

l’objet d’études approfondies sur la performance du réseau dans son ensemble. Or, un nombre

croissant de gestionnaire s’inquiètent de l’état physique des réseaux vieillissants. Les

gestionnaires s’inquiètent également des conséquences des modifications qui peuvent être

causées au fonctionnement produites par le développement en périphérie ou les renforcements

accumulés.

Les normes sanitaires de plus en plus contraignantes imposent à l’exploitant un niveau de

qualité croissant et parfaitement maîtrisé, non seulement à la sortie d’usine de traitement mais

aussi au point de livraison à l’abonné.

Ainsi, la modélisation du réseau de distribution d’eau permet à des méthodes de calcul

performantes qui réduisent les temps de conception ou de calcul et améliorent la

représentation des ouvrages et leur fonctionnement.

31

Actuellement, il existe des outils qui ont été conçus pour aider les gestionnaires à la prise de

décision fiable basée sur une simulation hydraulique appropriée.

Les outils, fonctionnant sur la modélisation du réseau, rendent possible l’analyse de

fonctionnement des réseaux de distribution en relation avec les nouvelles préoccupations des

responsables de la distribution.

III -2 Les commodités de la gestion du réseau

Au niveau de l’exploitation des outils de calcul hydraulique ou des logiciels, la modélisation

du réseau présente les avantages suivants :

- Dans le cadre d’une étude diagnostic, on peut déterminer le fonctionnement du

système en situation actuelle et prochaine afin de déterminer ses points faibles et planifier les

renforcements nécessaires à court et moyen terme ;

- Du point de vue de l’exploitation, on peut étudier les situations critiques liées à

l’indisponibilité d’une ressource, d’ouvrages de pompage, de rétention ou d’une canalisation

principale ;

- En relation au récent développement et à l’état physique réel du réseau, on peut

vérifier la capacité du réseau de distribution à fournir dans chaque quartier un débit d’incendie

suffisant ;

- Dans un souci de gestion optimale, on peut chercher les dispositions les mieux

adaptées pour parvenir à un contrôle adéquat de la pression de distribution et des temps de

séjour, tout en réduisant les coûts d’exploitation.

III – 3 Les points forts de la modélisation

Les outils permettent les évaluations qui mènent à un programme d’intervention optimale et à un plan efficace de gestion et d’exploitation. Une fois les réseaux modélisés, le gestionnaire peut en tout temps avoir recours à de nouvelles simulations afin d’améliorer sa gestion du

système.

De plus, les exploitants prennent actuellement conscience de la nécessité de maîtriser

l’évolution de la qualité de l’eau dans les réseaux de distribution.

32

IV – ELABORATION DU MODELE

IV – 1 Principe

L’élaboration du modèle consiste à schématiser un réseau de façon à ce que la structure de

celui-ci soit compatible avec le logiciel de modélisation. Il s’agit de travail de conception ou

de configuration du réseau à travers le logiciel de modélisation.

Un réseau est constitué par des arcs qui sont caractérisés par le passage d’un débit, des nœuds

et des réservoirs.

Les arcs représentent les conduites et l’ensemble des appareils. Un arc est délimité par deux

nœuds aux extrémités.

Les nœuds représentent l’ensemble des points particuliers du réseau. Ils délimitent des arcs.

et matérialisent en outre le support de la topographie simplifiée du réseau et la consommation

des abonnés.

Les réservoirs représentent les réservoirs de stockage, les châteaux d’eau et le plan d’eau du

réseau. Ils permettent de représenter, les stocks d’eau et les points où la charge

piézoélectrique est imposée.

En général, la construction du modèle à travers le logiciel de modélisation comprend trois

phases :

- Digitalisation des éléments du réseau ;

- Détermination des données de chaque élément du réseau ;

- Répartition de consommation des abonnées au niveau de chaque noeud

33

IV – 2 Digitalisation des éléments du réseau

La digitalisation des éléments du réseau est la phase primordiale de la conception du modèle.

Le travail consiste à établir, à l’aide d’un logiciel, un schéma simplifié qui montre la structure

ou la topologie du réseau dans son ensemble (réseau maillé ou ramifié). Ceci est effectué dans

un plan. Chaque élément est matérialisé à l’aide des outils de dessin. Les réservoirs et les

nœuds sont représentés par des points qui sont positionnés par les coordonnées X, Y (ou Z).

Les conduites sont représentées par des polylignes ou des segments. Tous les éléments sont

connectés les uns avec les autres pour former un réseau maillé ou ramifié. La discontinuité

d’un sous réseau est interdite.

Chaque élément possède un identifiant ou un numéro pour différencier deux éléments

identiques. Cet identifiant représente la clé primaire au niveau du raccordement des données

issues d’une base de données.

La digitalisation des éléments du réseau peut s’effectuer soit directement à l’aide du logiciel

de modélisation (WaterCad, Epanet, Piccolo, etc..), soit à l’aide d’un logiciel S.I.G (Système

d’informations Géographiques : Arcview, MapInfo, etc..), soit à l’aide d’autres logiciels CAO

(Construction Assistée par Ordinateur : ex AUTO CAD).

Remarque : Pour certains logiciels de modélisation, il existe des outils de dessin qui

permettent d’introduire directement sur le plan les côtes Z du terrain

IV – 3 Détermination des données de chaque élément du réseau

Cette étape consiste à déterminer, pour chacun des éléments, l’ensemble des données

caractéristiques dont le logiciel de modélisation a besoin.

Pour réduire les risques d’erreur lors de la saisie, il conviendra de restituer les données, pour

chaque élément, dans un tableau (c’est-à-dire : un tableau pour les arcs, un tableau pour les

nœuds, un tableau pour les réservoirs). Ce travail peut se faire à l’aide des logiciels de gestion

de base de données tels que : Access, Excel, DBase, etc.…

34

IV – 3 – 1 Les caractéristiques des conduites : longueur, diamètre, matériaux,

âge.

Le diamètre et la longueur sont des données qui se lisent ou se mesurent directement sur le

plan.

Le matériau est, en général, indiqué sur le plan, mais cette information fait parfois défaut. Il

faut alors demander des renseignements complémentaires à l’exploitant. La date des poses

(âge) est par contre plus difficile à déterminer. Seul l’exploitant peut disposer de cette

information.

Le matériau et la date des poses sont des donnés indispensables à la réalisation d’un modèle.

Mais ils permettent une plus grande précision dans la détermination initiale de la rugosité, et

par conséquent facilite le calage du réseau. La rugosité peut, en outre, faire l’objet des

mesures sur terrain (système de calage).

Les pertes des charges singulières sont occasionnées par les coudes, changement de diamètre

ou des matériaux, etc...

Pour les réseaux d’eau potable, elles sont rarement prises explicitement en compte. Dans le

cas des réseaux industriels, ou d’installation intérieure, il est nécessaire de recenser les

différentes singularités que présentent les conduites.

IV – 3 – 2 Les caractéristiques des appareils : pompes, vannes, régulateurs de

pression, diaphragmes, régulateurs de débit.

Il est nécessaire de connaître leur position exacte sur les réseaux ainsi que leur mode ou

courbe de fonctionnement réel. De plus, si l’appareil a une action directe sur la pression

(stabilisateur, pompe), il faut en connaître les caractéristiques avec précision. Une mesure

spécifique peut s’avérer nécessaire.

Les conditions particulières de réglage ou d’utilisation de chaque appareil font l’objet

d’intervention spécifique de la part de l’exploitant.

35

IV – 3 – 3 Les caractéristiques des réservoirs

Les réservoirs sont l’objet de plan précis qui leur est propre. La topographie des réservoirs a

fait l’objet d’études précises. Il est important de bien posséder le mode d’alimentation et de

vidange de chacun des réservoirs.

IV – 4 Répartition de consommation des abonnées au niveau de chaque noeud

Le niveau de détail du fichier de facturation est beaucoup plus précis que nécessaire, mais il

est très important pour la représentativité du modèle de pouvoir affectuer les consommations

directement à partir de celui-ci. En effet, il est nécessaire de connaître la répartition

géographique des abonnées (par rue, par quartier, par communes) et de connaître une

évaluation de la quantité consommée. Pour cela, il est utile, si possible, de différencier les

classes de consommateurs (industriels, administration, domestique).

Le niveau du détail du branchement de chaque abonné n’est généralement pas disponible dans

le S.I.G. En revanche, le service de facturation est capable de produire des relevées annuelles

des consommations agrégées, par exemple, par commune ou par contour carnet.

Afin de pouvoir importer automatiquement les consommations dans le modèle, il conviendra

de saisir la relation correspondante dans le S.I.G (Système Information Géographique°):

Exemple, dans le cas des agrégats de tour carnet, on associera le même code de tour- carnet à

chaque conduite que celui établi par le service facturation.

En effet, il sera nécessaire de vérifier sur le modèle les informations extraites du S.I.G, et de

corriger les inévitables anomalies aux sources.

Lorsque les données de consommations sont exploitées sans recourir à une affectation

automatique, une procédure de traitement informatisé permettra le contrôle et la validation

lors des phases de calage, ainsi que l’actualisation régulière des données

V – SIMULATIONS HYDRAULIQUES

La simulation hydraulique consiste à faire tourner le modèle pour connaître le fonctionnement hydraulique des différents appareils et les réservoirs. Suivant l’étude à adapter, la simulation

36

produite des rapports qui décrivent l’état hydraulique de chaque élément en un moment

donné. Les résultats présentent sous différentes formes : des tableaux de résultats, des graphes

ou courbes et du dessin du réseau.

Suivant l’état de fonctionnement des appareils, la simulation hydraulique peut se présenter

soit dynamique soit statique :

V – 1 Simulation hydraulique statique.

La simulation hydraulique statique permet de déterminer les conditions initiales de

fonctionnement des appareils.

Théoriquement, pour trouver le point de fonctionnement du réseau, il conviendra de résoudre

tous les systèmes d’équations pouvant être formés en considérant l’ensemble des états

différents que peuvent prendre ces appareils, puis de vérifier si les conditions hydrauliques

associées aux états correspondants sont satisfaites.

Par exemple, dans le cas d’un clapet, on résout les deux systèmes formés :

� L’un dans lequel le clapet fermé est éliminé

� L’autre pour lequel le clapet ouvert est remplacé par la fonction perte de charge

(Tuyau) correspondant.

L’état d’équilibre du clapet sera fermé si la perte de charge calculée dans laquelle le clapet

fermé éliminé est négative.

Alors le clapet fermé éliminé fournira bien la solution et le clapet ouvert remplacé par la

fonction perte de charge aura un débit négatif non admissible pour le clapet.

Plusieurs remarques peuvent être formulées à ce point :

On peut montrer l’existence et l’unicité d’une solution à chacun des systèmes d’équations

sous les hypothèses habituellement satisfaites.

En revanche, aucune preuve formelle qu’un et un seul des systèmes évoqués ci-dessus

possède une unique solution satisfaisant les conditions hydrauliques (CHE) ne peut être

fourni.

De faite, l’existence d’une solution est conditionnée par la consistance du modèle construit, et

l’on peut conjecturer que le modèle possède une solution si et seulement si le problème

physique posé a un sens et possède un état d’équilibre satisfaisant aux hypothèses de

modélisation.

37

L’unicité provient vraisemblablement (cela serait à prouver) du fait que le problème formé par

le raccordement des différents systèmes, écrits sur le domaine de leurs conditions

hydrauliques, est lui-même convexe.

Enfin, dans le cas général, il n’est pas envisageablement de résoudre tous les systèmes pour

sélectionner la solution.

V – 2 Simulation hydraulique dynamique

V – 2 – 1 Définition et considérations générales

On appelle ordinairement simulation dynamique, dans le calcul des réseaux d’eau, la prise en

compte de la dynamique des réservoirs.

La modélisation permet de décrire le fonctionnement stationnaire du réseau, l’évolution du

volume stocké dans les réservoirs, mais sans prendre en compte les phénomènes stationnaires

tels que :

Les phénomènes transitoires de fréquence élevée décrivant la propagation des ondes de choc,

dues à l’incompressibilité du fluide, lors de la manœuvre brutale ou de changement de

conditions de fonctionnement.

Ces phénomènes qui portent l’information de changement de régime dans le réseau à une

vitesse finie, s’amortissent pour donner éventuellement lieu aux phénomènes cinématiques

La cinématique du liquide, (de fréquence moyenne), décrivant le phénomène d’inertie et par

lequel le système passe d’un état d’équilibre à un autre, de manière non instantanée.

La cinématique permet de décrire les oscillations en masse

La durée de vie des phénomènes transitoires dépend de la dimension spatiale du réseau, et de

l’ordre de la minute.

Les phénomènes cinématiques ont une durée de l’ordre de quelques minutes.

Ces phénomènes sont très clairement observés lors des campagnes de mesures en continu.

Le fait de les négliger dans l’étude dynamique ne modifie pas sensiblement l’évolution des

réservoirs où le volume est refoulé par une pompe, sur plus d’une quinzaine de minutes.

38

VI – 2 – 2 Principe de base

L’idée selon laquelle la simulation dynamique signifie succession d’états permanents est

solidement ancrée dans l’esprit de nombre d’ingénieurs et techniciens.

Cela fait référence à une méthode d’intégration du premier ordre, telle que :

• Choisir un pas de temps DT

• Calculer le régime permanent initial

• Refaire un nouveau calcul en régime permanent,

• Faire évoluer les réservoirs du volume résultant du débit

Cette méthode, simple à mettre en œuvre, s’avère cependant peu efficace pour la modélisation

des réseaux d’eau.

En effet, pour obtenir une précision acceptable du calcul (écart entre solution réelle et solution

calculée), il convient d’utiliser un pas de temps DT assez faible, dès que le système comporte

plusieurs réservoirs interconnectés, ou de pompes, ou d’une manière générale lorsque

l’équilibre stationnaire instantané dépend du niveau des réservoirs.

On peut considérer qu’une méthode d’intégration et un choix de pas de temps sont précis, si la

division par deux du pas de temps n’affecte pas le résultat.

L’ordre de la méthode indique de combien la précision augmente lorsque le pas de temps

diminue :

Pour une méthode d’ordre n, la division par deux du pas de temps divise l’erreur par 2n On

comprend alors qu’une bonne précision soit difficilement accessible par une méthode

d’ordre 1

39

CHAPITRE II

PPPRRREEESSSEEENNNTTTAAATTTIIIOOONNN DDDUUU LLLOOOGGGIIICCCIIIEEELLL ««« WWWaaattteeerrrCCCaaaddd »»»

I – WATERCAD OUTIL D’AIDE A LA GESTION DU RESEAU HY DRAULIQUE

WATERCAD est un logiciel qui a été conçu, par une association des ingénieurs Américains

« Méthode Heastad » pour aider le service public, la municipalité, les entreprises, à la gestion des

infrastructures d’eau. Le logiciel WATER CAD standard s’appelle « WATERCAD STAND

ALONE » qui a été développé sous windows. Il existe, également une application WaterCad qui a

été développé spécifiquement avec le logiciel AUTOCAD. Cette application s’appelle

« CYBERNET FOR AUTOCAD »

Cet outil permet, grâce a ses modèles pratiques et performants, de faire des analyses du réseau

hydraulique. Il offre les possibilités suivantes :

- Conception et construction d’un modèle hydraulique

- Modifications et rationalisations des données

- Gestion de scénario

- Calibrage du modèle

- Modélisation des opérations

- Analyse de flux

- Calcul de coût et d’énergie

- Analyse de demande d’eau et drainages

I – 1 Conception et construction d’un réseau

Il facilite la conception et la construction théorique d’un réseau hydraulique à l’aide d’un modèle

avec lequel on peut matérialiser en mode carte les différents éléments qui constituent un réseau

complet. WaterCad présente un aspect d’un logiciel Construction Assistée par Ordinateur CAO. Il

possèdent de petits outils de dessins qui sont destinés ă matérialiser les éléments du réseau tels

que : les tronçons ; les nœuds et les réservoirs

Figure N°04 : Barre d’outils de dessin

Arc ou Tronçon

Noeud

Réservoir

Valve

Pompe

Tank

41

Dans le cas où la modélisation d’un réseau hydraulique est plus complexe (cas d’un réseau très

maillé), la construction du modèle théorique peut se faire dans l’AUTO CAD ou dans les logiciels

SIG comme Arcview et MapInfo. En effet, le fichier réseau issu du logiciel SIG « shapefile »

(Système d’ Informations Géographiques) et AUTO CAD « dxf » sont compatibles avec celui de

WaterCad. Il s’agit d’une importation du fichier réseau qu’on pourrait construire dans AUTO CAD

ou dans MapInfo ou dans ArcView.

Concernant les données qu’on doit attribuer à chaque éléments du réseau, le modèle WaterCad

possède une application qui permet une connexion bidirectionnelle permanente entre les fichiers de

base de donnée et les feuilles de calcul (ex : Dbase, Excel, Access, etc.…)

I – 2 Modification et rationalisation des données

Le WaterCad possède des outils de gestions de données qui permettent de moduler aisément les

différents paramètres pour étudier la variation de flux ou analyser les résultats. Ces outils sont :

FlexTable : modification attributs, filtres permanents, tris, analyses statistiques

Squeletisation : fusion des séries de tuyaux et élimination des éléments répondants en maintenant

l’équivalence hydraulique (skelebrator)

Bibliothèque d’ingénierie : saisis des informations, utilisations de plusieurs fois en maintenant la

bibliothèque attribut

Ensemble de sélection dynamique et statistique : création des groupes d’éléments permanents en

utilisant des requêtes multi-parametres

FlexUnits : gestion des éléments ingénieurs et affichage précisément chaque attribut en utilisant

les menus clics droits

Sous-modeles : partage et gestion des systèmes complexes en modèles fonctionnels,

42

Figure N° 05 : FlexTab (tabular report)

I -3 Gestion de scénarios

La prise de décision sur la modélisation hydraulique requiert la prise en considération de multiples

scénarios de conception, de planning, d’analyses et opérations. Les cas suivants peuvent être

envisagés pour la gestion de scénarios :

-Alternative de réhabilitations pour de multiples horizons de planning

-Stratégies de contrôle de pompe pour des opérations d’économie d’énergie

-Des approches de conception multiples

-Scénarios de pic, de moyenne, de minimum et autres demandes

Pour une étude de projet, WaterCad possède une fonction qui fait la comparaison d’un nombre

illimité de scénarios

43

Figure N° 06 : Boîte de dialogue « gestion de scénario »

I - 4 Calibrage du modèle

Dans un modèle de distribution d’eau, il est indispensable de faire le calibrage afin de prendre, à

la suite des résultats obtenus, une décision fiable basée sur une simulation hydraulique appropriée.

Les processus de calibrage WaterCad sont :

- La saisie de plusieurs champs de mesure

- Le test de différentes hypothèses de calibrage

- L’évaluation de l’aptitude et de la précision

- Le stockage de tous les essais pour une analyse détaillée

- L’export des hypothèses de calibrage vers un nouveau scénario

Dans WaterCad, il existe une application supplémentaire qui permet d’améliorer la fonctionnalité

de calibrage. Cette application s’appelle « Darwin Calibrator ». C’est un outil qui donne des

solutions optimum définissant les meilleures hypothèses de calibrage.

44

Figure N° 07 : Boîte de dialogue « Darwin Calibrator »

I – 5 Modélisation des opérations

L’objectif de la modélisation des opérations est de minimiser la consommation d’énergie et

d’optimiser le temps réel de l’opération :

Exemples

Vitesse variable de pompage (VSP) : évaluer les avantages de l’imperfection de VSP pour

maintenir les besoins en pression et flux, contrôler le drainage avec une régulation de pression

précise, améliorer l’utilisation de l’énergie, contrôler le drainage de bassin

Modélisation du drainage et l’arroseur : utiliser les émetteurs de flux de WaterCad pour modéliser

les arroseurs d’irrigation, les prises d’eau et le drainage

Modélisation de valve : utiliser les éléments des valves intégrés de WaterCad pour modéliser

précisément n’importe quel type de pressions ou d’appareil de contrôle de flux

45

I – 6 Analyses de flux

Parfois, la détermination de disponibilité de l’eau pour la protection anti-feu est vitale dans un

service de gestion de l’eau.

WaterCad peut calculer automatiquement le flux disponible sur un poste d’eau quelconque ou sur

des groupes de postes d’eau en tenant compte des contraintes de pression et de flux dictés par les

normes locales.

I – 7 Calcul de coût et d’énergie

Les outils d’estimations des coûts fiables sont disponibles dans WaterCad afin de faciliter le

développement des stratégies opérationnelles économiques, la conception optimale ainsi que les

études de réhabilitations. Ces outils sont :

- Gestionnaire de coût d’énergie : cet outil permet d’avoir une grande opportunité

d’économiser de l’argent sur les coûts de l’énergie en identifiant la stratégie de pompage la plus

efficace

- Gestionnaire de coût du capital : cet outil permet de construire les fonctions et les

tableaux des coûts unitaires liés aux attributions des différents éléments

- Conception et réhabilitation automatisées : dans la dernière version de WaterCad, il

existe un outil qui permet de trouver automatiquement les stratégies de conception et de

réhabilitation à coût minimum et avantages maximum. Cet outil s’appelle « Darwin Designer »

.

I – 8 Analyse de demande d’eau et drainage

Dans le logiciel WaterCad, il est possible d’exercer un contrôle total sur les demandes d’allocation,

de réaliser une meilleure modélisation à l’aide du gestionnaire détaillé. C'est-à-dire :

- création et superposition journalière, hebdomadaire et mensuel de réseaux

hydrographiques ;

- estimation des fuites d’eau et drainage

46

II – LES INTERFACES DU LOGICIEL WaterCad WaterCad est un logiciel développé sous windows. Il présente d’interface utilisateur plus

convivial :

- L’accès à l’ensemble de ces fonctions se fait au travers de menu déroulant

- de boîtes de dialogue

- de grille de saisie ou de boutons que l’on peut sélectionner à l’aide de

souris ou directement au clavier

- les menus sont organisés de manière fonctionnelle calquée sur les standards

bureautiques Windows (interface sous-windows)

Ainsi que l’interface de WaterCad est disponible en interface autonomie « WaterCad stand alone »

et en interface Auto Cad « Cybernet. »

II – 1 Les différences entre Watercad stand alone et Watercad Cybernet

Watercad_standalone :

•••• Une souplesse et une efficacité exceptionnelle

•••• Comporte des outils d’élaboration de modèle facile ă utilisé

•••• Prend en charge les divers arrières plans (exemple : fond de carte)

•••• Intègre des utilitaires de conversion à partir du logiciel SIG (Système Info

Géographique), MAPINFOS, Arcs View, et de base de donné (Access, Excel,

base, …)

•••• Permet une utilisation illimitée de la fonction annulée ou rétablie et la mise en

forme

47

Cybernet AUTO CAD

o conçu pour l’utilisateur exigeant un niveau de précision

o autorisant l’intégration transparente de modèle WaterCad dans un

environnement CAO (Construction Assisté par Ordinateur)

III – LES PRINCIPAUX MODULES DU LOGICIEL WaterCad : Les 4 principaux modules suivants sont intégrés dans le logiciel WaterCad:

- Darwin Calibrator

- Darwin designer

- Skelebrator

- Water SAFE

III – 1 Darwin Calibrator :

Le « Darwin Calibrator » est un outil de calibrage du modèle. C’est un module d’optimisation.

Il permet de:

- choisir un calibrage automatique en utilisant un algorithme génétique, ou un

calibrage manuel,

- améliorer ou ajuster les paramètres du modèle

- analyser les solutions de calibrage

En enregistrement traçage des calibrages exécutés sur le modèle et identification très rapidement

des étapes suivies contenant le travail dans un délai très court

Les gestionnaires de champs de données de Darwin Calibrator permettent une gestion facile de

n’importe quel nombre de champs de données

Les calibrages hydrauliques sont simulés en déterminant les demandes exactes pour une heure

donnée et tous les champs de données peut être considéré dans la même exécution de calibrage

assurant aussi que votre calibrage est approprié.

48

La production de Darwin Calibrator est :

• créer les rapports professionnels HGL, FLOW

• créer la corrélation en complément pour être capable de produire des rapports

détaillés de calibrage

• comparer rapidement et intuitivement des solutions de calibrages différents

• illustrer la précision du calibrage

• exporter les résultats de calibrage dans le modèle de base comme un nouveau

scénario ou un nouveau modèle.

III – 2 Darwin Designer

Le Darwin Designer est la conception et la rénovation optimisées

Il est utilisé pour trouver automatiquement les stratégies de conception et le coût minimum et

avantage maximum.

III – 3 Skelebrator

Le Skelebrator qui est la simplification du réseau et un module d’optimisation disponible dans

WaterCad

Après la construction d’un modèle de distribution d’eau depuis un jeu de donnée SIG et CAO

complet, le Skelebrator simplifie les différents niveaux de complexité et pour maîtriser

efficacement une large gamme d’applications de modélisation.

Il supprime automatiquement la complexité du réseau tout en maintenant la connectivité,

l’équivalence hydraulique et les requêtes désignées

III – 4 WaterSAFE

Le WaterSAFE représente l’analyse de la vulnérabilité et de la sécurité des infrastructures

Il est l’une de solution complète pour la sécurité des systèmes d’eau et de planification d’urgences

conçu pour gérer et sécuriser les systèmes de distribution d’eau en réduisant la vulnérabilité des

infrastructures

49

La présence de WaterSAFE analyse le mouvement multiple composant et surveille les sources

multiples pour une période de temps donné.

Ainsi il évalue les impacts en temps réel, et rapidement relaie les résultats aux consommateurs des

zones contaminées leur permettant de prendre les précautions nécessaires

IV– LES SORTIES DU LOGICIEL WaterCad

La présentation des résultats donnés par WaterCad est variée : Contour (contouring) : repérer les goulots d’étranglement opérationnels avec des graphiques animés en trois dimensions (3D) de donnés variables, incluant du multiple scénarios et éléments sur le même graphique. Figure N°08 : Boîte de Contour Codage couleur : utiliser un codage couleur basé sur les propriétés pour visualiser facilement la pression des nœuds, les diamètres des tuyaux, les pentes hydrauliques, et tout autre élément, attribué ou calculé ou défini par l’utilisateur.

50

Figure N°09 : Boite de Codage couleur Annotation : personnaliser les annotations textes multi attribut pour tous les éléments avec un contrôle total du positionnement, de la précision des éléments et de l’affichage, puis les voir se mettre à jour pendant que changent les scénarios ou exécuter une animation Hypsométrie : identifier les zones de basses pressions ou les zones de basses concentrations en chlore en générant de cartes hypsométriques. Vous pouvez également les exporter comme des fichiers de forme pour exécuter des analyses géo spatiales avancées dans votre système SIG Profil avancé : tracer des attributs multiples pour une série d’éléments sur le même profil. Stocker, rappeler, et modifier les profils existants et personnaliser les modèles pour une production rationalisée Figure N°10 : Boîte de profil avancée

51

Reporting et flexTables : créer des rapports prêts à imprimer, des résumés réseaux et des stocks de projet. Analyser les données tabulaires avec un contrôle unitaire complet, un filtrage intégré du tri et des analyses statistiques.

52

PARTIE III

AAAPPPPPPLLL III CCCAAATTTIII OOONNN ::: MMM OOODDDEEELLL III SSSAAATTTIII OOONNN DDDUUU RRREEESSSEEEAAAUUU DDDEEE DDDIII SSSTTTRRRIII BBBUUUTTTIII OOONNN DDD’’’ EEEAAAUUU PPPOOOTTTAAABBBLLL EEE DDDAAANNNSSS LLL AAA ZZZOOONNNEEE DDD’’’ AAAMMM BBBOOODDDIII MMM III TTTAAA

CHAPITRE I

RRREEESSSEEEAAAUUU DDDEEE DDDIIISSSTTTRRRIIIBBBUUUTTTIIIOOONNN DDD’’’ EEEAAAUUU PPPOOOTTTAAABBBLLLEEE DDD’’’ AAAMMMBBBOOODDDIIIMMMIIITTTAAA

I PRESENTATION DU RESEAU

I – 1 Les zones de désenclavement

Le réseau de distribution d’Ambodimita dessert la zone Nord –Ouest de la Capital. Il couvre une

superficie d’environ 56 km2. Les principales communes desservies sont :

- Ivato Aéroport

- Ivato Firaisana

- Talatamaty

- Antehiroka

- Ambohidratrimo

Le tableau ci-après donne la répartition de la population par commune

Tableau N° 04 : Répartition de population par commune

Nom de Commune Nombre Population Pourcentage

Ivato Aéroport 21 880 22%

Ivato Firaisana 10 625 11%

Talatamaty 22 148 22%

Ambohidratrimo 16 412 17%

Antehiroka 27 714 28%

TOTAL 98 779 100%

Source : Etude Cornel University 2000

Le tableau ci-dessous montre la répartition de la densité de la population par commune

Tableau N° 05 : Densité population par commune

Nom de Commune Superficie (km2) Densité (Pop/km2)

Ivato Aéroport 4,6 4757

Ivato Firaisana 7,5 1417

Talatamaty 15,7 1411

Ambohidratrimo 9,50 1728

Antehiroka 18,8 1474

TOTAL 56,1 1761

55

I – 2 Répartition de consommation en eau potable

D’après l’analyse de données de relevé mensuel effectuée par les facteurs de la Société JIRAMA,

la consommation mensuelle en eau potable dans la zone comprenant quatre communes s’élève en

moyenne à environ 213 500 m3/mois. Les parties les plus consommateurs se situent sur les zones

qui présentent des usines industriels, des hôpitaux et également des zones où la densité de la

population est plus forte.

Tableau N°06 : Consommation mensuelle par commune (Ivato Aéroport exclu)

Nom de Commune Consommation

M3/mois

Pourcentage

Ivato Firaisana 34 645 16%

Talatamaty 95 337 45%

Ambohidratrimo 13 121 6%

Antehiroka 70 375 33%

TOTAL 213 478 100%

56

Carte N°02 : Plan de localisation du réseau d’Ambodimita

Canalisation Route Communale

57

I – 3 Les infrastructures en eau potable

Le réseau de distribution d’eau potable dans la zone d’Ambodimita prend la forme maillée dans

son ensemble mais elle présente des sous réseaux ramifiés à l’intérieure d’une quartier. Il est

constitué par :

- Tuyaux de canalisation de section variant de 42mm à 350mm de diamètre;

- 4 Pompes dont deux se trouvent à l’entrée Ambodimita, une à Ambohidratrimo et la

dernière à Amboaroy

- 4 Réservoirs dont deux se trouvent à Ambohidratrimo, un à Ivato et le dernier à

Ambohidroa

Remarque sur l’appellation des tuyaux :

Feeder : on appelle feeder les tuyaux en acier ou en galvanisé à grande section dont le diamètre est

supérieur à 200 mm et le PVC 200mm qui sert au refoulement

Secondaires : Les tuyaux secondaires représentent les affluents du feeder. Les sections en fonte

varient de 100 mm à125 mm, les sections en PVC varie de 140mm à 160mm

Primaires : ces sont les affluents des tuyaux secondaires

Tableau N°07 : Appellation des tuyaux

Type matériaux feeder secondaire primaire

Fonte 205 mm à 350mm 100mm à 150mm

PVC 200 mm (refoulement) 140mm à 160mm 63 mm à 90 mm

Galva - - 40mm à 60 mm

Acier - - 40mm à 60mm

L’analyse spatiale des données dans le système d’informations géographiques permet de calculer

la répartition en longueur des tuyaux par commune, par section et par type de matériaux.

58

Tableaux N°08 : Répartition des conduites par commune, par section et par type de matériaux

Nom Commune Diamètre

(mm)

Longueur e(m)

Fonte Fonte GS Galva PVC Pourcentage Ambohidratrimo 50 808 808 3%

60 265 265 1%

63 5713 5713 25%

75 3771 3771 16%

80 525 525 2%

90 1524 1524 7%

110 1075 1075 5%

140 2628 2628 11%

150 1928 1928 8%

160 137 137 1%

200 4865 4865 21%

Total Ambohidratrimo 7319 1073 14847 23239

Antehiroka 42 761 761 2%

60 1491 1491 4%

63 4110 4110 11%

75 2942 2942 8%

80 1608 3 1611 4%

90 2640 2640 7%

100 3287 3287 9%

110 690 690 2%

125 2911 2911 8%

150 908 908 3%

200 5809 2478 8287 23%

250 4171 4171 12%

300 1691 1691 5%

500 329 329 1%

Total Antehiroka 17803 1491 16535 35830

Ivato 42 368 368 2%

60 2421 2421 16%

63 1859 1859 12%

75 1422 1422 9%

80 766 36 802 5%

90 684 684 5%

100 1986 1986 13%

110 88 88 1%

125 810 5%

150 1937 1937 13%

200 2737 2737 18%

Total Ivato 7427 2421 4457 15115

Talatamaty 42 2183 2183 4%

50 5 5 0%

Commune Diamètre Fonte Fonte GS Galva PVC Pourcentage

59

Talatamaty 60 4467 4467 9%

63 8992 8992 18%

75 5555 5555 11%

80 1116 1116 2%

90 2800 2800 6%

100 3544 3544 7%

110 1058 1058 2%

125 435 852 2%

150 2744 2744 6%

200 9182 9182 18%

250 7280 7280 15%

Total Talatamaty 23867 4472 21022 49778

Total 56416 9458 56860 123961

60

II FONCTIONNEMENT DU RESEAU

II – 1 Fonctionnement en amont du réseau

A partir des deux unités de traitement de Mandroseza I et II, point du départ du pompage de l’eau

traitée , deux feeder ceinturent la ville : l’un par l’ouest démarrant en diamètre nominale 1000 mm,

l’autre par l’Est en diamètre nominale 500mm. La boucle se ferme par diamètre nominale 400 mm.

La branche ouest alimente deux réservoirs d’équilibre qui se trouvent à Fiadanana. Ces réservoirs

sont alimentés en mode de refoulement distributif

Tableau N° 09 : caractéristiques des réservoirs Fiadanana

RESERVOIRS VOLUME Cote Radier (m) Cote trop plein (m) Année de construction

N° 01 950 m3 1316

1321,77

1957

N°02

10 000 m3

1315

1322,30

1971

Sur la ceinture se greffent les antennes qui desservent les zones périphériques par l’intermédiaire

de station relais (pompe, réservoir) dont les deux surpresseurs d’Ambodimita. Ces deux sur

presseurs constituent les principaux moteurs de distribution pour le réseau d’Ambodimita.

Ils reçoivent la canalisation de sortie, laquelle est équipée d’un clapet empêchant le remplissage

du réservoir par le bas.

Avant d’arriver au surpresseur d’Ambodimita, l’eau est amenée par les différentes conduites.

La canalisation d’amener fait office de canalisation de distribution tout au long de son parcours.

A l’arrivée aux surpresseurs d’Ambodimita (Ambodimita I et II) les diamètres des deux tuyaux

sont de 300 mm et 250 mm

61

Figure N°11 : Schéma de fonctionnement de Surpresseur d’Ambodimita I et II

II – 2 Caractéristiques des appareils du réseau d’Ambodimita

II – 2 – 1 Les Surpresseurs d’Ambodimita

Ces deux surpressions fonctionnent pendant 24 heures dans la journée sans interruption. Elles

comprennent deux groupes électropompes, deux manomètres d’aspiration et deux manomètres de

refoulement.

L’arrêt du groupe électropompe provoque l’accélération du régime de fonctionnement de

manomètre d’Aspiration. A cet effet, la pression refoulée diminue.

La marche du groupe électropompe entraîne la diminution de l’activité de la manomètre

d’aspiration et augmentation de celle de manomètre de refoulement.

62

Tableau N°10 : Caractéristiques de Surpresseur Ambodimita I et II

MOTEUR POMPE

N°Groupe Marque TensionPuissanceV(t/mi n)Marque Q(m3/h) H.M.T

Ambodimita 1 SCHNEIDER 380V

55

2900

SCHNEIDER

250 50

Ambodimita 2

EFAPEC

380V

132

1480

KSB

450

72

II – 2 – 2 Le réservoir d’Ambohidroa

Après la surpresseur d’Ambodimita, l’eau est refoulée et dessert deux zones : la zone

d’Ambohidroa et la zone d’Ivato.

Caractéristiques du réservoir d’Ambohidroa :

Réservoir semi enterré

Capacité : 1010 m3

Cote radier : 1317,00

Cote trop plein : 1321,50

Hauteur : 3,50 m

Niveau maximal : 4

Niveau initial : 0,5

Niveau minimal : 0,5

Diamètre : 16,9

Le réservoir d’Ambohidroa présente un appareil appelé « hydrophore ». Cet appareil est

indispensable dans le cas où la position du réservoir est un peu basse par rapport à celle des

conduites de distribution.

63

II – 2 – 3 Surpresseur Amboaroy

Pour amener l’eau vers le réservoir d’Ivato, il y a un autre surpresseur entre les deux réservoirs

(Ivato et Ambohidroa). Son rôle consiste à renforcer la pression dans les zones de faible pression

afin d’assurer le remplissage du réservoir d’Ivato.

Le sur presseur présente un appareil appelé « hydrophore ». Cet appareil est indispensable dans le

cas où la position du réservoir est un peu basse par rapport à celle des conduites de distribution.

Figure N°12 : Schéma de fonctionnement de surpresseur Amboaroy:

Le surpresseur fonctionne 5heure du matin jusqu'à 19heure du soir

II – 2 – 4 Surpresseur Mandriambero

Le surpresseur de Mandriambero dans la commune de Talatamaty assure la stabilité des pressions

et alimente les deux réservoirs qui se trouvent alentour de la commune d’Ambohidratrimo. Ce sur

presseur participe également la distribution dans la commune d’Ivato.

Le surpresseur fonctionne seulement pendant 12h de temps (de 17h du soir à 5h du matin)

64

Figure N°13 : schéma de fonctionnement du surpresseur de Mandriambero

.

II – 2 – 5 : Le réservoir d’Ivato.

C’est un réservoir de type sur tour. C’est le point de stockage pour la commune d’Ivato.

Ce réservoir est alimenté par le surpresseur d’Amboaroy

Les caractéristiques du réservoir d’Ivato sont :

Capacité de 400m3

Radier : 1298,89

Trop plein 1306,74

Hauteur : 8 m

Niveau maximal : 7,85

Niveau initial : 0,005

Niveau minimal : 0,01

Diamètre : 8,055m

II – 2 – 6 : Les deux réservoirs d’Ambohidratrimo.

Les deux réservoirs d’Ambohidratrimo constituent les points de stockage pour la commune

d’Ambohidratrimo et ses environs.

Les caractéristiques des deux réservoirs :

Réservoir 1 : Capacité : 250m3

Trop plein : 1342,82

Radier : 1339,20

Hauteur : 3,62 m

Niveau maximal : 4m

65

Niveau initial : 2,52m

Niveau minimal : 0,5m

Réservoir : Capacité : 1000m3

Trop plein : 1345,20

Radier : 1339,20

Hauteur : 6 m

Niveau maximal : 4m

Niveau initial : 2,52m

Niveau minimal : 0,5m

66

CHAPITRE II

CCCOOONNNFFFEEECCCTTTIIIOOONNN EEETTT MMMOOODDDEEELLLIIISSSAAATTTIIIOOONNN DDDUUU RRREEESSSEEEAAAUUU DDD’’’ AAAMMMBBBOOODDDIIIMMMIIITTTAAA

I – GENERALITES

Le travail de confection du réseau dans l’outil de modélisation ainsi que la préparation des données

sont très délicats dans le cadre de la modélisation et de la simulation d’un réseau hydraulique.

Dans ce présent mémoire, nous avons choisi WaterCad comme logiciel de modélisation et

MapInfo, qui est un logiciel du Système d’Informations Géographique, comme outil de confection

du réseau.

Le déroulement du travail est effectué en 4 étapes :

- confection du réseau dans MapInfo

- préparation des données

- Conversion fichier réseau simplifié depuis MapInfo vers WaterCad

- Etablissement des cartes de réflexion pour la vérification des données

II CONFECTION DU RESEAU A TRAVERS MAPINFO

II – 1 Principe

Il s’agit de la numérisation des éléments qui constituent le réseau, entre autre création du plan de

distribution des conduites en fichier numérique à l’aide des outils de dessin de MapInfo.

La création du fichier numérique est basée d’une part sur le plan des conduites des distributions

existantes qui ont été édités dans le support physique et d’autre part sur des fonds cartes

numériques constituant des couches qui présentent des informations relatives : à l’élévation

(courbe de niveau), tracé des route, les bâtiments et les limites administratives (limite quartier,

limite commune).

La couche conduite est confectionnée dans MapInfo tandis que la couche réservoir, la couche

pompe et la couche vanne sont numérisées directement dans WaterCad.

La couche nœud est créée automatiquement par WaterCad au moment de l’importation de la

couche conduite depuis MapInfo.

68

II – 2 Les plans du réseau existants édités dans un format papier

La Société JI.RA.MA possède des plans de récolement pour l’ensemble du réseau dans la

capitale. Ces plans de récolement figure la topologie des différents éléments de l’ensemble du

réseau qui sont actuellement mis en place et sont opérationnels dans chaque zone.

Ils ont été établis dans des papiers calque des formats différents avec des échelles différents :

Concernant le réseau d’Ambodimita, les plans de recollement sont au nombre de 37 pour le format

A2 à l’échelle 1/1000ème et au nombre de 20 pour le format A3 à l’échelle 1/500. Chaque plan

présente :

- Lés éléments du réseau

- Numéro du plan

- Les bâtiments (habitation)

- Tracé des routes

Les éléments et les accessoires qui sont figurés dans les plans sont symbolisés comme suit :

Figure N°14 Symboles des accessoires sur carte

Compteur Réservoir Pompe

surpresseur

Tuyau

Té fonte à bride Croix à 4 brides Té Y à brides

Robinet vanne Ventouse Vannair

Réduction Coude à bride

69

Fonds cartes numériques

Les fonds cartes numériques sont des fichiers informatiques qui constituent des différentes cartes

d’informations terrestres. Il s’agit d’une base de données cartographiques appelée BD10. Ils sont

fourni par la Foibe Taotsaritanin’i Madagascar (F.T.M), et ont été établis à partir des photos

satellites (ortho photos) à l’échelle 1/10000ème dans une projection non terrestre, c'est-à-dire

projection LaBorde modifiée en projection rectangulaire. Dans MapInfo, chaque type

d’informations correspond à une couche carte appelée « table »

Les tables que nous avons prises dans cette présente étude concernent les informations qui seront

utiles à la préparation des données et à la confection du réseau. Ces tables sont :

- courbe de niveau (élévations ou cote);

- tracé de route (tracé et repérage de conduite);

- les bâtiments (zone de consommation)

- les limites administratives (organisation à la facturation)

- les lacs et les marécages (les zones basses).

Dans le système d’information géographique, le réseau d’Ambodimita est délimité par les

coordonnées suivantes :

Point haut gauche : X=502 700 m

Y=811 600 m

Point bas droite : X=513 400 m

Y=804 400 m

II – 4 Numérisation ou digitalisation de la couche « conduite » dans MapInfo

L’objectif de ce travail est de créer une table ou couche carte « conduite » qui présente le plan de

canalisation du réseau. Les conduites sont numérisées en tant que objets polylignes ou objet line

en respectant la direction et la répartition qui sont mentionnées dans le plan existant.

70

La table est liée à un tableau des données sur le quel les données sont stockées. Ce tableau est

appelé « table données » Dans la table données, les informations qui se trouvent dans une ligne

concernent une conduite.

Le tableau ci-dessous montre la structure de la table donnée que nous avons conçue pour la couche

conduite.

Tableau N° 11 : Structure table de donnée « Conduite »

Nom colonne Description Configuration

LABEL Identifiant d’une conduite Caractère 250

START_NOD Nom nœud début tronçon Caractère 250

END_NOD Nom nœud Fin tronçon Caractère 250

BASE_FLOW Charge du tronçon (l /min) ou débit Réel ou flottant

MATERIAL Type de matériau du tronçon Caractère 250

LENGTH Longueur du tronçon Réel ou flottant

III PREPARATION DES DONNEES

L’objectif de ce travail consiste à déterminer les consommations des débits aux noeuds qui sont

collectées par les conduites. Le calcule est effectué suivant la loi de KIRCHOFF c’est à dire la

somme algébrique des débits aux noeuds est égale à la consommation aux nœuds.

∑ Qij (tronçon) = Ci (noeud)

Le travail s’effectue en 4 étapes :

- collecte des données consommations

- Simplification du réseau

- Création de la table tournée carnet

- Répartition des consommations aux nœuds

III – 1 Collecte des données consommations

Les données consommations sont obtenues à partir des relevés de compteur qui sont effectués par

les facteurs de la société JIRAMA

71

Pour faciliter la gestion de relevé de consommation, les zones desservies sont partagées en

plusieurs partielles délimitées appelées « Tournée Carnet ». En effet les données disponibles,

relatives aux consommations sont groupées par tournée carnet. Les consommations par tournée

carnet sont attribuées aux conduites qui s’y trouvent.

III – 2 Simplification du réseau

Dans le cas où la divergence des conduites est très complexe dans un tournée carnet, c'est-à-dire

sous réseau très ramifié ou très maillé, l’estimation sur la répartition des consommations aux

nœuds est très complexe et nécessite la détermination du nombre des points de livraison ou

compteurs desservies par tronçon donc par noeud. Par ailleurs, comme nous avons mentionné au

paragraphe précédent la procédure de la collecte de donnée ne s’effectue ni par nœud ni par

tronçon. Ceci nous conduit à simplifier le réseau par la seule considération des conduites parentes

(feeder, secondaire, primaire) des diamètres supérieures à 90mm.

72

Carte N°03: Réseau simplifié et branchement particulier

0 500 1000

73

III – 3 Création de la table tournée carnet

Il s’agit de la numérisation de la table « tournée carnet » en tant qu’objet surfacique dans MapInfo

dont la table données contient les informations suivantes :

- Code ou identification (numéro tournée carnet)

- Consommation (relevé mensuel)

III – 4 Répartition de consommations aux noeuds

La Répartition aux consommations aux nœuds s’effectue dans MapInfo. Il s’agit d’une analyse

spatiale de la couche conduite simplifiée, la couche tournée carnet et la couche d’habitation.

En faisant apparaître ces trois couches dans l’écran, dans une tournée carnet, la consommation

supportée par une conduite est proportionnelle au nombre d’habitations qui l’entourent. Dans ce

cas on parle de pourcentage de consommation par conduite.

IV CONVERSION FICHIER RESEAU SIMPLIFIE DEPUIS MapI nfo VERS WaterCad

Cette étape présente trois intérêts :

- Création automatique des nœuds reliant deux tronçons qui se mettent bout à bout.

- vérification de la continuité des objets conduits afin que ceux-ci soient compatibles

dans WaterCad

- dénomination automatique d’identification de chaque élément qui sera utile dans le

travail de modulation des données lors de la simulation en utilisant d’autre base de données.

La table réseau simplifié doit changer en fichier de format « DXF » de l’autocad pour convertir en

format WaterCad. Ce changement s’effectue à l’aide d’un outil standardisé de MapInfo.

Les objectifs de ces conversions sont de vérifier la compatibilité des objets conduits dans

WaterCad, initialement confectionnés dans MapInfo, d’une part et d’autre part avoir

automatiquement la couche noeuds déjà structurée.

74

V EDITION DES CARTES DE REFLEXION POUR LA VERIFICA TION DES

INFORMATIONS.

La dernière étape de la phase préparatoire consiste à établir les cartes thématiques sur le réseau

simplifié afin de vérifier la fiabilité des informations qui ont été introduites pour chaque tronçon.

En effet les cartes suivantes ont été établies :

75

Carte N°04 : Section des conduites et tournée carnet

0 500 1000

Mètre

76

Carte N°05 : Charge supportée par conduite

500 1000 0

mètre

77

Carte N°06: Débit et section de conduite

500 1000 0

mètre

78

CHAPITRE III

SSSIIIMMMUUULLLAAATTTIIIOOONNN HHHYYYDDDRRRAAAUUULLLIIIQQQUUUEEE EEETTT IIINNNTTTEEERRRPPPRRREEETTTAAATTTIIIOOONNN DDDEEESSS RRREEESSSUUULLLTTTAAATTTSSS

I OBJECTIFS

Cette présente étude est focalisée sur l’analyse de fonctionnement de l’ensemble du réseau

d’Ambodimita. Aussi, la simulation hydraulique consiste à diagnostiquer le fonctionnement du

réseau dans son ensemble à partir des résultats produits par le logiciel de modélisation WaterCad.

Les objectifs sont les suivants :

- validation de la modélisation

- explications de l’origine des problèmes réels survenus aux éléments du réseau.

- propositions de solutions sur les points qui présentent des phénomènes critiques

II DIAGNOSTIC DU RESEAU

La démarche que nous avons effectuée pour diagnostiquer le fonctionnement du réseau est

comme suit :

- recherche de cohérence des résultats de la modélisation et les constats réels sur

terrain ;

- Identification des points qui présentent des problèmes à soulever

- Simulation par modulation des paramètres du réseau

II – 1 Validation de la modélisation

La première simulation consiste à moduler les paramètres du réseau de manière à avoir des

résultats qui se rapprochent de la réalité.

Pour cela, nous avons effectué les opérations suivantes :

- toutes les vannes sont ouvertes ;

- niveau de consommation variable

Pour toutes les opérations, la simulation est statique

80

Carte N° 07 : Présentation des résultats après la validation de la modélisation

500 1000 0

mètre

81

II – 2 Interprétation de résultats

II – 2 – 1 Comportement des conduites et le réservoir qui desservent la Commune Ivato

Les cas suivants ont été observés :

- vitesse forte dans la conduite de diamètre 150mm :

- Insuffisance d’eau dans le réservoir

Sur la carte N°06 « débit et section de conduite », on remarque, que sur la partie Est de la

commune (cité Bares, les zones franches), la consommation est considérable alors que le diamètre

de la conduite est petit. Ceci prouve déjà la manifestation de cassure de la conduite, la vitesse de

l’eau est surprenante.

Concernant les causes de l’insuffisance de l’eau dans le réservoir, deux cas sont envisageables :

- La demande est très élevée ;

- La pression donnée par la pompe d’Amboaroy ne permet pas d’amener l’eau

convenablement dans le réservoir à cause de la forte demande dans la partie d’Ambohijanahary qui

est le passage obligé de la conduite. De plus la position d’Ambohijanahary est plus élevée par

rapport à celle de la pompe d’Amboaroy.

Carte N° 08 : Comportement des conduites dans la commune d’Ivato

82

Figure N°15 et N° 16 : Courbes d’évolution de débit dans le réservoir Ivato

Inflow versus TimeTank: T-3

Time(hr)

(l/m

in)

Infl

ow

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0

T-3\Base

Outflow versus TimeTank: T-3

Time(hr)

(l/m

in)

Outf

low

-1600,0

-1400,0

-1200,0

-1000,0

-800,0

-600,0

-400,0

-200,0

0,0

0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0

T-3\Base

83

Figure N°17 : Profil conduite depuis la pompe d’Amboaroy

II – 2 – 2 Comportement des conduites au niveau du point de divergence d’Ambohibao

Lors de la première simulation du système, toutes les vannes sont ouvertes, on constate, au niveau

du point de divergence d’Ambohibao, que certaines conduites sont très sollicitées, d’autres ne le

sont pas.

Figure N° 18 : Point de divergence d’Ambohibao

Scenario: BaseProfile from J-378 to T-3

Distance along Pipe Walk(m)

(m)

Ele

va

tio

n

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0 3500,0 4000,0 4500,0 5000,0

84

CHAPITRE IV

LLLAAA PPPRRROOOPPPOOOSSSIIITTTIIIOOONNN DDDEEE SSSOOOLLLUUUTTTIIIOOONNNSSS LLLEEESSS CCCOOOUUUTTTSSS EEESSSTTTIIIMMMAAATTTIIIFFFSSS EEETTT

LLL’’’ EEETTTUUUDDDEEE IIIMMMPPPAAACCCTTT EEENNNVVVIIIRRROOONNNNNNEEEMMMEEENNNTTTAAALLL

I – LA PROPOSITION DES SOLUTIONS

D’après les analyses précédentes sur le fonctionnement du système : il convient de considérer

les propositions suivantes pour alléger les problèmes qui se manifestent pendant la

simulation :

a -Point de divergence d’Ambohibao : réorientation de la direction de flux par réglage

de l’ouverture des vannes

b- Pompe d’Amboaroy : augmentation de la puissance de la pompe d’Amboaroy

Caractéristique de la pompe d’Amboaroy en augmentation (cf. annexe II):

HMT : 91,87m

Débit :200 m3/h

Puissance pompe : 62,5 KWatt

c -Partie Ivato : renforcement de la conduite fonte 150 mm en conduite 200 mm fonte

et de conduite de refoulement PVC 200mm

86

Carte N°09 : Résultats après la solution de la réorientation de la direction de flux

500 1000 0

mètre

87

Carte N° 10 Réseau renforcé

88

Figure n°19 : Courbe d’évolution du débit après la solution proposée

89

II- LES COUTS ESTIMATIFS :

Pour le proposition de solution (cf. c), le réseau de distribution de la partie Amboaroy

jusqu’au réservoir d’Ivato est à renforcer

Les eaux sorties du pompes sont acheminées par deux nouveaux tuyaux de refoulement PVC

Φ 200 mm et l’ancien tuyau Φ 200 mm fonte vers le réservoir d’Ivato avec une longueur

(A vers B) de 4 726 m.

Figure N°20 : synoptique de réseau a renforcé

Les détails de remplacement de conduite :

Figure N°21 détails canalisation de A vers B, ventouse, vidange, vanne de sectionnement

Détail A – B Détail Ventouse Détail vidange

Détail Vanne de sectionnement

SURPRESSEUR AMBOAROY

A B

RESERVOIR IVATO

Partie Ambohijanahary Partie Ankadindravola

Butée

butée

90

Les caractéristiques sont les suivants :

Détail A – B

Canalisation principale (PVC Φ 200 mm barre de 6 m)

• Arrêt de distribution eau

• Coupe sur conduite en section Φ 200 mm PVC

• Joint gibault Φ 200 mm PVC

• Tuyau PVC Φ 200 mm

• Té fonte pour PVC Φ 200 mm / 200 /200

• Bride major Φ 200 mm

• Robinet Vanne Europam (RVE)

• Ensemble bouche à clé pour RVE

• Béton pour butée et calage

Tableau N°12 : Devis estimatif de la canalisation

DESIGNATION Unité Montant Unitaire Quantité TOTAL(ariary)

Tuyau PVC Φ 200 mm m 112 413 4 726 531263838

Arrêt de distribution eau U 46 223 2 92446

Coupe sur conduite en section Φ 200 mm PVC U 6 795 2 13590

Joint gibault Φ 200 mm PVC U 331 542 2 663084

Té fonte pour PVC Φ 200 mm / 200 /200 U 305 368 2 610736

Bride major Φ 200 mm U 162 844 2 651376

Robinet Vanne Europam (RVE) U 1 079 904 2 2159808

Ensemble bouche à clé pour RVE U 33 918 2 67836

Béton pour butée et calage m3 168822 0,250 42206

SOUS TOTAL 535 564 920

91

Détail Ventouse Φ 40 mm

• Collier de prise en charge gros bossage (GB) Φ 200 mm

• Robinet de prise en charge Φ 40 mm

• Ventouse Φ 40 mm

• Regard pour ventouse

• Tampon DF pour chaussée

Tableau N°13 Devis estimatif de ventouse

DESIGNATION Unité Montant Unitaire Quantité TOTAL(ariary

Collier de prise en charge GB Φ 200 mm U 98 432 2 196 864

Robinet de prise en charge Φ 40 mm U 16 530 2 33 060

Ventouse Φ 40 mm U 434 213 2 868 426

Regard pour ventouse U 111 006 2 222 012

Tampon DF pour chaussée U 559 835 2 1 119 670

SOUS TOTAL 2 440 032

Détail vidange Φ40:

• Collier prise en charge Φ 200 mm (GB)

• Robinet de prise en charge Φ 40 mm

• Tuyau galvanisé Φ 40/49

• Ensemble bouche à clé ronde

Tableau N°14 : Devis estimatif de vidange

DESIGNATION Unité Montant Unitaire Quantité TOTAL(ariary

Collier prise en charge GB Φ 200 mm U 234 013 2 468 026

Robinet de prise en charge Φ 40 mm U 16530 2 33 060

Tuyau galvanisé Φ 40/49 M 14 396 4 57 584

Ensemble bouche à clé ronde U 33 918 2 67 836

SOUS TOTAL 626 506

92

Détail Vanne de sectionnement • Bride major Φ 200

• Robinet Vanne Europam (RVE) Φ 200

• Ensemble bouche à clé

• Coude divers Φ 200 PVC

• Béton pour butée et calage

• Joint Gibault Φ 200 mm

Tableau N°15 devis estimatif

DESIGNATION Unité Montant Unitaire Quantité TOTAL(ariary

Bride major Φ 200 U 162 844 2 325 688

Robinet Vanne Europam (RVE) Φ 200 U 1 079 904 2 2 159 808

Ensemble bouche à clé U 246 324 2 492 648

Coude divers Φ 200 PVC U 267 556 22 5 886 232

Béton pour butée et calage M3 168 822 0,500 84 411

Joint Gibault Φ 200 mm U 331 542 2 6 663 084

SOUS TOTAL 15 611 871

Tableau N°16 Récapitulation du devis estimatif

RECAPITULATION

DESIGNATION Unité TOTAL(ariary)

CANALISATION PRINCIPALE Fft 535 564 920

VANNE de SECTIONNEMENT Fft 15 611 871

VENTOUSE Φ 40 Fft 2 440 032

VIDANGE Φ 40 Fft 626 506

MONTANT HORS TAXES 554 243 329 Ariary

TVA 18% 99 763 799 Ariary

MONTANT TTC 654 007 128 Ariary

Pour les coût du projet de renforcement des conduites y compris les accessoires et tous les mains

d’œuvre sont estimé a :

Six cent cinquante quatre millions sept milles cent vingt huit Ariary ou trois milliards deux

cent soixante dix millions trente cinq milles six cent quarante fmg

Le coût de la pompe fera l’objet d’une étude ultérieure.

93

III - ETUDE IMPACT ENVIRONNEMENTAL L’adoption de la loi portant Charte de l’Environnement Malagasy et la promulgation du décret

relatif à la Mise en Compatibilité des Investissements avec l’Environnement (MECIE)

impliquent une obligation pour le projets d’investissements publics ou privés susceptibles de

porter atteinte à l’environnement d’être soumis soit a une étude impact environnemental

(E.I.E), soit à un Programme d’Engagement Environnemental (PREE), selon la nature

technique.

Pour ce projet de renforcement des conduites on a fait l’analyse d’impact comme suit :

III -1 - Impacts négatifs :

III -1- 1 Population

� Changement du rythme de vie :

Les bénéficiaires de l’eau provenant de la conduite renforcée subit un grand changement dans

son habitude de tous les jours.

Ils sont obligés de prolonger par exemple leur nouveau branchement particulier vers sa

maison.

Pendant la période de construction, il y a de perturbation (embouteillage) sur la route ou une

destruction des maisons

On peut atténuer ce problème par une déviation de canalisation et réorientation de route.

III -1 - 2 Eau

� Pollution et qualité de l’eau

L’eau prés du chantier contient une quantité de matières en suspension à cause des travaux

(poussière, explosion,…)

L’importance n’est pas si moindre car la durée, l’intensité et l’importance sont tous limitées

par l’intervalle de temps de la construction.

III -1 -3 Economie

� Les hommes quittent ses activités habituelles pour aller travailler sur ce chantier.

Les hommes qui travaillent en ville quittent leur emploi pour en chercher un autre plus

meilleur dans le projet vu de la distance plus proche.

L’impact de cela peut être dur pour la famille car la personne en question après le projet peut

ne plus en trouver un emploi qu’après quelques mois.

Un embauchement de travailleurs peut résoudre un tel problème

94

La durée est courte, l’intensité est moyenne III -1 - 4 Sol :

� Le sol est dénudé

Vu le nombre de passes des ouvriers tous les jours sur un même lieu, une étendue assez

grande va être dénudé après les plusieurs mois de routine

Un profilage du terrain est nécessaire comme mesure d’atténuation à prendre

Cette dénudation du sol n’est pas longues et n’est pas trop important vu le positionnement de

la conduite.

Tableau N°17 :Récapitulations des impacts négatifs composantes caractérisations intensités portées durée importance Mesure

D’atténuation Impact résiduel

Population Changement du rythme de vie

moyenne ponctuelle courte mineure Déviation de canal et route

mineur

eau Pollution et

qualité de l’eau

moyenne ponctuelle courte moyenne Recouvrement De lieu travaillé

Négatif mineur

économie Les hommes

quittent ses

activités

habituelles

moyenne ponctuelle courte moyenne Embauchement Permanent des ouvriers

Négatif mineur

sol Le sol dénudé

moyenne ponctuelle courte moyenne Reconstitution du profil du terrain

Négatif mineur

III -2 - Impacts positifs

III -2 -1 population :

L’existence d’un projet quelque soit le lieu d’implantation réunit des personnes venant de

différent endroits, après une période assez longue de collaboration la relation entre ces gens

s’améliore de jour en jour.

Une consolidation du groupe est alors remarquée. Ceci n’est pas limité par la durée du projet

Car une rencontre peut toujours lieu selon leur besoin

La vie des hommes dans ce région s’améliorent de temps en temps.

L’intensité et l’importance de cette consolidation sont tous moyennes.

95

III -2 - 2 Eau :

� Quantité suffisante

L’importance de ce projet est trop important pour les bénéficiaires et surtout pour les

habitants vus leur besoin en eau très élevé.

Le renforcement des conduites peut fournir la quantité d’eau suffisant pendant plusieurs

années.

Cette durée peut être plus longue si l’entretient n’est pas négligé, une sensibilisation des

utilisateurs peut les inciter à être sensible de ses biens.

Apres le projet les villageois n’ont n’emploient plus les eaux provenant de puits ou de

sources.

L’impact est alors positif majeur vu la durée longue, l’intensité moyen et une portée

ponctuelle.

III -2 - 3 Economie :

� Création d’emploi et extension de zone

Beaucoup de personnes sont attirées par l’existence d’un tel projet, des petites gargotes,

construction de maison, se forment au moins avant et après la construction

Cette création d’emploi peut être permanent car il y a suffisant de l’eau.

L’extension de la zone évolue rapidement l’économie de cette région

L’importance est moyenne et l’intensité est faible.

L’embauchement fait toujours partie de la mesure d’optimisation.

Tableau N°18 : Récapitulations des impacts positifs composantes caractérisations intensités portées durée importance Mesure

D’optimisation Impact résiduel

Population Consolidation des groupes

moyenne locale courte mineure Embauchement de travailleurs permanent

eau Quantité d’eau

suffisant à tous

les périodes

moyenne ponctuelle courte moyenne Entretien et vérification des conduites tous le trimestre

Positif majeur

économie Créations

d’emploi et

extension zone

moyenne ponctuelle courte moyenne Embauchement Permanent des ouvriers

Positif majeur

96

III -3 Analyse comparative des impacts :

D’après les impacts cités ci-dessous, on peut dire que les impacts négatifs sont minimes.

Il est vrai que ceci cause des problèmes à son environnement.

Cependant, ses conséquences ne dirent que pendant les travaux seulement. Les impacts

positifs sont tous majeurs et nombreux.

Le fait d’accomplir un tel projet est alors nécessaire au bénéficiaire vu les profits qu’on peut

en tirer.

97

CONCLUSION

Dans le cadre d’étude de diagnostic du réseau de distribution d’eau potable, les simulations

hydrauliques sont effectuées dans différentes configurations afin de cerner tous les problèmes

et contraintes existantes.

WaterCad permet de mettre en évidence le comportement des éléments en tout points du

réseau et à tout moment.

La modélisation du réseau de distribution d’eau potable d’Ambodimita nous permet de

réaliser des simulations hydrauliques. Les résultats obtenus se rapprochent de la réalité. Cela

nous confirme l’explication du phénomène qui se passe sur les points où les anomalies se

manifestent :

- Cassure du tuyau qui desserve la commune d’Ivato

- Quantité d’eau insuffisante dans le réservoir d’Ivato à partir de 8h du matin ;

- Insuffisance de pression depuis la pompe d’Amboaroy pour amener l’eau dans

le réservoir d’Ivato.

Quant à la confection et la préparation des données, la présentation des cartes thématiques des

données qui sont entrées dans le modèle nous permet d’anticiper les hypothèses probables sur

les causes du problème. Exemples :

- Cassure du tuyau : Diamètre insuffisante, charge très élevée (commune

d’Ivato)

- Insuffisance de pression : points hauts et charge élevée (village

Ambohijanahary)

Dans WaterCad, la modulation des paramètres d’un élément du réseau est la procédure

adéquate pour la recherche de la solution. Exemples :

- Soulagement de la conduite : réorientation de la direction du flux par réglage

de l’ouverture de la vanne au niveau du point de convergence ;

- Augmentation de la pression : augmentation de la puissance de la pompe

- Renforcement de la section de la conduite.

Pour conclure, cette présente étude ne prétend pas être complète dans la démarche indiquée

pour l’étude de diagnostique du réseau de distribution, mais elle apporte sa contribution dans

le cadre d’élaboration des documents de base utilisée par le gestionnaire du réseau.

98

BIBLIOGRAPHIE

� BENTLEY, « HAESTAD METHODS », Année 2004

« Conception et modélisation de systèmes de distribution d’eau – MODULE

de DARWIN CALIBRATOR, 12 pages

� BENTLEY, « HAESTAD METHODS »,

« Simplification de réseaux pour le système de distribution d’eau » - MODULE

de SKELEBRATOR, 8 pages

� B.C.E.O.M / JI.RA.MA, février 2003

« Étude du schéma directeur du système d’adduction d’eau potable de la ville

d’Antananarivo » / Rapport final provisoire

� CARLIER 1972

« Hydraulique générale et appliquée », Edition Eyrolles

� GREG BENTLEY ,1998

« Guide de la modélisation », application au logiciel PICCOLO, édition G.B 1998

� GOMELLAC.C, GUERRE.H, 1974

« La distribution d’eau dans les agglomérations urbaines et rurales »

� Monsieur RANDRIANASOLO David, année 2005

« Leçon HYDRAULIQUE URBAINE » ,100 pages

Information sur Internet : http:// www.bentley.com/fr-FR/Products/WATERCAD

99

ANNEXE I

g

V

g

PZH

2*

2

αρ

++=

g

P

*ρ

CALCUL HYDRAULIQUE I - Ecoulements en charge I - Définition : On appelle écoulement en charge, l’écoulement de fluide dans des conduites entièrement

remplies par le fluide transporté et dont la pression du fluide dans les conduites est supérieur à

la pression atmosphérique, en tout point.

On appelle stationnaire le régime d’écoulement pour lequel les conditions d’équilibre sont

satisfaisantes.

On convient d’appeler dynamique, le régime stationnaire lentement variable, satisfaisant aux

conditions précédentes, et dans lequel on prend en compte l ‘évolution des stocks (réservoirs)

Enfin, le régime transitoire ou stationnaire est caractérisé par la propagation d’ondes de chocs.

C’est le phénomène de « coup de bélier »

Il peut simuler le fonctionnement de l’ensemble des appareils présents sur un réseau, en

régime transitoire.

II – Charge hydraulique :

II – 1 Equation de BERNOUILLI

P : pression (Pa)

V : vitesse (m/s)

H : cote piézometrique (m)

Z : altitude (m)

ρ : masse volumique (kg/m3)

La charge est composée de trois termes homogènes à des longueurs :

Z : est l’altitude du point considéré

est la hauteur manométrique. Elle est représentative de la pression au point considéré,

101

g

V

2

2

α

Remarque : par abus de langage, on utilisera souvent le mot pression pour designer ce terme

: est représentative de l’énergie cinétique du fluide. Cette valeur est négligeable aux

vitesses habituelles, inférieure à quelques mètres par seconde.

α : coefficient de Coriolis varie de 1 à 1,2

La charge au niveau des réservoirs est égale au niveau absolu de l’eau. Elle décroît dans le

sens d’écoulement, excepté au passage des pompes et autres surpresseurs.

On appelle perte de charge la différence ∆H= H1-H2

Avec g

V

g

PZH

2

211

11 αρ

++= et 2

2222 2g

V

g

PZH α

ρ++=

Elle se compose de deux éléments différents:

- La perte de charge linéaire (régulière)

- La perte de charge singulière

Cote NGF=0

Ligne piezometrique

∆H g

V2

21α

gV

2

22α

g

P

ρ1

g

P

ρ2

reservoir

1Z 2Z

102

gD

VLH

2.

.*

2

λ=∆g

V

DL

Hj

.2*

1*

2

λ=∆=

νVD=Re

II – 1 – 1 Perte de charge linéaire :

C’est la perte de charge provoquée par les frottements de fluide le long de la conduite.

Elle est ainsi dénommée car elle est proportion à la longueur des conduites.

Deux expressions permettent de calculer la perte de charge linéaire :

La formule de DARCY

La formule de HAZEN WILLIAMS

La formule de DARCY Ou sous une forme Cette formule est dite universelle car elle est applicable aux fluides, régimes d’écoulement et

types d’écoulement (en charge ou à surface libre)

∆H : représente la perte de charge entre deux sections en mètre de colonne de fluide.

L : la distance entre les deux sections en mètre

D : le diamètre de canalisation en mètre (pour des sections non circulaire, on prendra

D =4ℜ ,ℜ étant le rayon hydraulique, rapport entre la section d’écoulement et la

périmètre mouillé)

V : la vitesse moyenne de l’écoulement en mètre par seconde

.λ : coefficient sans dimension appelé coefficient universel de perte de charge linéaire

.j : perte de charge linéaire

Remarque :

Le coefficient λ dépend de deux facteurs :

Le nombre de REYNOLDS

La rugosité relative

- le nombre de REYNOLDS

103

ρµν =

)4

(ℜ

ξξou

D

2400≤ℜe

D

e ε23

2400 ≤ℜ≤

e

D

ℜ≤ε560

D

e

Dεε56023 ≤ℜ≤

2400≤ℜ e

eℜ= 64λ

Qui caractérise le rapport des forces d’inertie de l’écoulement aux forces de viscosité

V : vitesse moyenne de l’écoulement

D : diamètre de la canalisation (ou D = 4ℜ ,ℜ étant le rayon hydraulique)

.ν : viscosité cinématique du liquide où

.µ : viscosité dynamique

.ρ : masse volumique

La valeur de ν pour divers fluides est donnée en fonction de la température

- la rugosité relative

.

Où ξ appeler rugosité, représente la hauteur moyenne des aspérités des incrustations des

dépôts et autres irrégularités présentes sur la surface interne des conduites.

Il est distingué 4 régimes principaux d’écoulement délimités par trois valeurs du nombre de

REYNOLDS :

1 – régime laminaire pour

2 – régime turbulent lisse pour

3 – régime turbulent pleinement rugueux

4 – régime turbulent de transition dans la zone comprise entre les deux

régimes précédents

1 – Régime laminaire

Pour

.λ est indépendant de la rugosité relative et dépend entièrement du nombre de REYNOLDS

104

LD

V

gH **

322

ν=∆

)7,3

(log21

10 D

ελ

−=

Formule de POISEUILLE :

D’ou

La perte de charge est proportionnelle à la vitesse.

Le régime est dit laminaire (filets parallèles) et la répartition des vitesses est parabolique dans

une canalisation circulaire

V= 0 à la paroi (ce qui explique que λ est indépendant de D

ε )

VMax = 2Vm dans l’axe de la canalisation

2 – Régime turbulent lisse

Pour

D

e ε23

2400 ≤ℜ≤ le régime est turbulent (distribution variable des vitesse = mouvement

transversaux, fluctuation dans le temps), mais l’épaisseur du film laminaire (distribution

linéaire de la vitesse) donnée par e

D

ℜ= 25,0δ est supérieure à la rugosité et λ est par

conséquent indépendant de D

ε

Formule de BLASIUS : 25,0100(

1

eℜ=λ

3 – régime turbulent pleinement rugueux

Pour

D

e ε560≥ℜ , la rugosité de la paroi exerce pleinement son action et la perte de charge

n’est plus fonction que de D

ε

∆H est alors proportionnelle strictement au carré de la vitesse puisque le nombre de

REYNOLDS n’intervient plus.

105

167,1852,1 *)(815,6 −= DCwh

VJ

)51,2

5,3(*log2

110 λ

ελ eD ℜ

+−=

)1286,5

7,3(log2

189,010

eD ℜ+−= ε

λ

4 – Régime de turbulent de transition

Pour

D

e

Dεε56023 ≤ℜ≤ (c’est a dire entre les deux régimes précédents)

Le rapport D

ε croit avec le nombre de REYNOLDS et l’influence de la rugosité prend de

l’importance.

Dans ce type de régime, 61,0 ≤≤ Dε

Diverses formules permettent de calculer le coefficient λ

La formule d’HAZEN-WILLIAMS

Cwh : coefficient de WILLIAM et HAZEN

Par exemple : pour les tuyaux idéalement lisses Cwh = 154

Pour le PVC Cwh = 130

La formule de COLEBROOK

Cette formule est implicite en λ

Une approximation explicite de cette équation est donnée par la formule de

COLEBROOK-WHITE

Le tableau ci-après présente quelques coefficients de rugosité ε que l’on peut appliquer dans

la famille de formules de COLEBROOK

106

Tableau : coefficient de rugosité ε (mm) pour différents matériaux

Matériaux Conduites récentes Conduites anciennes

Acier

Acier revêtement plastique

Acier revêtement lisse non poreux

fonte

fonte revêtement butime

fonte revêtement ciment

plastique

laiton – cuivre – plomb

aluminium

béton centrifugé

béton neuf centrifugé/ moule lisse

béton neuf centrifugé/moule gros

fibrociment neuf

céramique

bois

fibre de verre

briques

grès vernissé

0,015 - 0,1

0,03

0,03

0,1 - 1,0

0,03 - 0,2

0 3 – 0,2

0,3 – 0,1

0,003

0,003 – 0,015

0,03 – 0,06

0,2 - 0,5

0,6 – 1,5

0,015 – 0,03

0,03 – 0,06

0,3

0,06

0,6 - 3

0,1

0,06 0,1

0,15

0,15

0,3 0,6

0,15 0,3

0,15 0,3

0,01 1,5

0,01

0,06

0,15 0,6

0,6 1,5

1 2

0,1

0,06 0,15

0,06 1,5

3 6(15 30)

1

Conduites récentes : jusqu’à 30 ans

Conduites anciennes : après 50 ans

Remarque : les dépôts peuvent provoquer une diminution du diamètre équivalent à de valeurs

de rigosité beaucoup plus élevées.

107

22

22

.22

QRHSgS

KQ

g

KVH ===∆

22 gS

KRHS =

)1(2

2

aval

amont

D

DK −= α

)2

(3

4 αtgK =

II – 1 – 2 Perte de charges singulières

Ce sont des pertes de charges provoquées par les organes du réseau (coudes, vannes,

diaphragmes, …..)

Où :

Q : débit (m3/s)

S : section de la conduite (m2)

K : coefficient de friction, sans dimension

Résistance hydraulique singulière (s2/m5)

Remarque : la valeur de K pour un même type de singularité, coude par exemple, peut varier

grandement d’un manuel à un autre. Cette variation résulte de la diversité des conditions

expérimentale adoptées par les auteurs des formules de calcul.

Par conséquent, il est recommandé de se reporter aux brochures techniques des fabricants.

1 – perte de charge singulière lors d’un changement brusque de diamètre

Le calcul de cette singularité avec la formule ci-dessous doit être affecté à la conduite en

amont du changement brusque de diamètre

.

D amont : diamètre en amont de changement brusque de diamètre

D aval : diamètre en aval de changement brusque de diamètre

.α = 1 pour un élargissement brusque

.α = 0,5 pour une réduction brusque

2 – perte de charge singulière dans un cone divergent

La formule suivant dite la formule de LORENTZ doit être appliquées pour une conduite ou un

diaphragme diamètre égal à celui de la conduite en amont du cone divergent.

Damont Daval

108

5,3)2

(847,1131,0(90 r

dK +

°= α

Vitesse 3 – perte de charge singulière dans un coude arrondi

la formule de Weisbach, ci-après, permet de déduire le coefficient K en fonction de :

-α : angle au contre du coude ou angle

-d : diamètre de canalisation

-r : rayon de courbure de l’axe de la canalisation

4 - Perte de charge singulière dans un coude brusque (ou angle vif) La formule de Weisbach, ci-après, permet de déduire le coefficient K en fonction de l’angle

de déviation α.

α/2

d

r

α

Axe X

α Axe X

109

2sin047,2

2sin9457,0 42 αα +=K

5 – Perte de charge singulière dans les pièces en Té D’après Scimeni les valeurs approximatives du coefficient K pour des valeurs de diamètre de

la canalisation principale et du branchement sont représentées sous forme de tableau :

Sens du flot Flot entrant Flot sortant Flot passant

Té droit 1,5 1,5 0,1

Té oblique 1 - 3 0,5 - 3 0,05 – 0,15

6 – perte de charge singulière dans un clapet en battant La perte de charge singulière dans un clapet à battant ou à charnière est fonction du degré

d’ouverture β du battant :

Le coefficient de perte de charge K pour des clapets en battant est : β 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45° 50° 60° 70° K 90 62 42 30 20 14 9,5 6,6, 3,2 1,7 7 – perte de charges singulières dues aux vannes ouvertures et raccords Le tableau, ci-après, donne un aperçu des pertes de charges singulières induites par différents

types de vannes en position ouverte et par des raccords

β

110

eℜ

( )2

22 1122

−−+= γγγK

Types de vanne et raccord K usuel Variation de K Vanne à siège parallèle Vanne à siège oblique Vanne d’angle Vanne à pointeau Robinet à soupape droit Robinet à soupape d’équerre Robinet à flotteur Robinet à boisseau Clapet de retenu à battant Clapet de pied (crépine exclus) Raccordement par manchon

0,12 6 6 2 à 2,5 0,8

0,8 à 0,2 0,15 à 0,19 2,1 à 3,1 7,2 à 10,3 4 à 10 2 à 5 0,15 à 1,5 1,3 à 2,9 0 02 à 0,07

8 – perte de charge singulière dans les diaphragmes Le coefficient de perte de charge d’un diaphragme, pour > 105 est donné par la formule

suivante en fonction de :

D : diamètre du tuyau portant le diaphragme

d : diamètre réel de l’ouverture de l’orifice du diaphragme (pour le diamètre de la veine

liquide à son étranglement maximum est égal à 0,8*d)

si on pose d

D=γ

( )( )2242 1707,0 −−+= γγγK

Ou Exemple de différentes valeurs du coefficient de perte de charge singulière en fonction du

rapport des diamètres nominaux avec le degré de fermeture en %

Tableau coefficient de perte de charge K pour les diaphragmes

d D

111

γ 1,25 1,5 1,6 2 2,5 3 3,33 4 5 6 8 10

diam Nominé

100/80

300/200

200/12

200/10

100/40

300/100

100/30

400/100

100/200

300/50

400/50 500/50

% fermeture

36

56

61 75 84 89 91 94 96 97 98 99

K

2 6 9 30 86 196 309 674 1707 3612 11640 28680

9 – perte de charge singulière au départ d’une conduite à partir d’un grand réservoir Départ normal : K = 0,5 Départ avec saillie à l’intérieur du réservoir : K= 1 Départ avec ajutage débitant à gueule bée : K = 1,5 10 – perte de charge singulière à l’arrivée d’une conduite dans un grand réservoir Idéalement K =1 En général : 1,6 < K < 1,1

reservoir

Réservoir

Réservoir

Réservoir

112

=DD

LK

7,3log4** 2

10

εα

11 – perte de charge singulière dans une crépine

Les pertes de charge singulière dans une crépine dépendant fortement du nombre et des

dimensions des orifices de la crépine.

Pour une crépine bien proportionnée on peut prendre K = 0,25

REMARQUES GENERALES :

Les valeurs de pertes de charge singulière données ci-dessous sont des valeurs admises pour

des appareils neufs et bien construits.

La perte de charge singulière varie seulement suivant le type de l’appareil, la forme et le degré

de rugosité des surfaces intérieures.

Par conséquent, on peut estimer les pertes de charge singulières en faisant l’hypothèse d’un

écoulement pleinement rugueux comme :

Avec α = 0,1 à 0,2

113

ANNEXE II

CALCUL DE LA PUISSANCE DE POMPE A REMPLACER A AMBO AROY : La pompe de refoulement a des caractéristiques suivantes :

Diamètre : 200mm

Débit Q : 250 m3/h

Vitesse de rotation V : 2900 tr/min

Hauteur Manométrique Totale est calculé ci dessous :

CALCUL DE LA H.M.T

Hauteur Manométrique Totale : Hauteur Géométrique + pertes de charge au refoulement

� Hauteur Géométrique est de : 39 m (cf Figure N°17)

� Pertes de charge au refoulement :

Pertes de charge au refoulement (JR) = pertes de charge singulière (JS) + pertes de charge

linéaire (JL)

La perte de charge singulière est égale à 15% de perte de charge linéaire (d’après le livre

CARLIER, 1972, Hydraulique générale et appliquée, pages Eyrolles)

En appliquant la formule de COLEBROOK : pour calcul de pertes de charge linéaire

λ =:0 ,03 10-3 et on trouve j = 0,000673

Longueur de la conduite 4 726 m

JL= 0,00973 * 4 726

JL= 45,98

JS = JL * 0,15

JS= 45,98*0,15

Alors JR(pertes de charge au refoulement )= JS + JL

JR = 52,87m

Soit HMT= 91,87m arrondie à 92 m

115

PUISSANCE À FOURNIR A LA POMPE DE REFOULEMENT

Le rendement de la pompe est η = 0,8 la puissance à lui fournir sera :

ηρ HmtQg

pompeP...

)( = (Cours A.E.P)

ρ = masse volumique de l’eau (Kg/m3)

g : accélération de la pesanteur

Q : débit a refoulé

H M T : hauteur manométrique total

P(pompe) : 78 343,75Watt ou78,5 Kwatt

116

ANNEXE III

TABLEAU DES RESULTATS DU COMPORTEMENT DES CONDUITES Remarque : vitesse élevée prés des pompes et des réservoirs (chiffre colorée en rouge)

Label Length (m) Diameter (mm) Material

Hazen- Williams C

Check Valve?

Minor Loss Coefficient

Discharge (l/min)

Upstream Structure Hydraulic Grade (m)

Downstream Structure Hydraulic Grade (m)

Pressure Pipe Headloss (m)

Headloss Gradient (m/km)

Velocity (m/s)

P-421 164 200 Cast iron 130 false O,OO1 3,31 2,05 2,05 0 0 0

P-39 291 90 PVC 150 false O,OO1 0 83,52 83,52 0 0 0

P-339 105,5 100 Cast iron 130 false O,OO1 -1 493,13 27,71 38,59 10,88 103,11 3,17

P-136 158 125 Ductile Iron 130 false O,OO1 277,99 1,97 1,73 0,24 1,55 0,38

P-277 290,5 90 PVC 150 false O,OO1 0 68,2 68,2 0 0 0

P-356 404 150 Cast iron 130 false O,OO1 0 4,86 4,86 0 0 0

P-446 378 250 Cast iron 130 false O,OO1 -468,59 0,66 0,71 0,05 0,14 0,16

P-52 347,5 140 PVC 150 false O,OO1 0 4,5 4,5 0 0 0

P-200 77,5 200 Cast iron 130 false O,OO1 30,74 5,23 5,22 0 0 0,02

P-391 253,5 100 Cast iron 130 false O,OO1 -196,73 0,51 1,12 0,61 2,42 0,42

P-1 15,5 250 Cast iron 130 false O,OO1 -176,98 4,83 4,83 0 0,02 0,06

P-171 343,5 200 Cast iron 130 false O,OO1 -87,99 4,79 4,79 0,01 0,02 0,05

P-48 58,5 250 Cast iron 130 false O,OO1 1 001,85 0,83 0,8 0,03 0,57 0,34

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118

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119

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120

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121

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124

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125

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126

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127

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Auteur : RAKOTOARISOA Zafiarinjatovo Titre : « MODELISATION DU RESEAU DE DISTRIBUTION D’EAU

POTABLE ZONE OUEST DE LA CAPITALE A PARTIR D’AMBODIMITA»

Application du logiciel « WATERCAD » Nombre de pages : 128 Nombre de tableaux : 18 Nombre de figures : 21 Nombre de cartes : 10

RESUME Ce document constitue un élément de travail relatif à la conception et à la modélisation du réseau de distribution d’eau potable en utilisant le logiciel « WaterCad » et le logiciel SIG (Système d’Informations Géographiques). Le logiciel « WaterCad »est un outil d’aide à la gestion du réseau de distribution d’eau potable : il permet, d’une part, de concevoir ou construire un modèle hydraulique et d’autre part d’étudier les comportement des éléments constitutifs du réseau en un moment donné. Dans l’étude de diagnostic du réseau de distribution d’eau potable de la zone ouest de la capitale, qui fait l’objet du présent mémoire, l’utilisation du logiciel « WaterCad » nous a permis des explications sur les problèmes survenus relatifs aux comportements du réseaux. A savoir : - cassure de tuyau qui dessert la commune d’Ivato - quantité d’eau insuffisante - insuffisante de pression depuis la pompe d’Amboaroy Du coté préparation des données, l’utilisation du logiciel SIG (MapInfo) nous facilite la numérisation de la structure du réseau sur les fonds cartes de la capitale qui ont été produits par la FTM. Les données numériques ainsi obtenues sont compatibles avec le logiciel WaterCad grâce au format d’échange stand art appelé « Shape file ». De plus, le logiciel SIG permet de produire des cartes thématiques qui constituent des supports physiques de discussion lors de la vérification des hypothèses requises à chaque simulation hydraulique. Il facilite également la mise à jours ou la modification des paramètres qui sont attribuées à chaque élément du réseau au cours de l’analyse ou de l’étude diagnostic du système.

Directeur de Mémoire : RANDRIANASOLO David Enseignant chercheur Ecole Supérieure Polytechnique d’Antananarivo Encadreur professionnel : RASOLOFONARIVO Barthélemy Chef du Service Appui à la gestion eau JI.RA.MA Mots clés : logiciel WaterCad, modélisation du réseau d’eau potable, gestion du réseau de distribution d’eau, digitalisation, logiciel SIG, MapInfo Adresses de l’auteur : Logement 2048 cités des 67 ha Nord Ouest Antananarivo E-mail : arinjatovo @yahoo.fr