Voirie et Réseaux Divers

(VRD)

2020

CH : 4

Réservoirs de stockage et

distribution de l’eau potable

Daoud Ali

Département de Géographie et Aménagement du Territoire

Institut des Sciences de la Terre et de l’univers

CH : 04 Réservoirs de Stockage et distribution d’eau

potable

4.1. Réservoirs de stockage :

4.1.1. Introduction :

Il n’y a jamais correspondance entre le débit fourni par le captage et le débit demandé par le réseau. Le débit d’amenée est trop faible durant les

heures de pointe et il est trop élevé durant les heures creuses.

Les installations de stockage constituent une solution simple à cette

discordance.

Ils sont l’ensemble des ouvrages du génie civil qui assurent principalement L’emmagasinement de l’eau dans le (ou les) réservoir(s)

4.1.2. Définition du réservoir : Le réservoir est un ouvrage très important dans un réseau d’alimentation en

eau potable, servant tout d’abord de réserve d’eau soit potable destinée à la

consommation publique, soit de l’eau à usage industriel. 4.1.3. Les fonctions d’un réservoir :

Les fonctions générales assurées par les réservoirs d’eau potable sont multiples :

Fonctions techniques :

Un réservoir est un régulateur de débit entre le régime d’adduction (déterminé par le pompage et /ou traitement) et le régime de

distribution (déterminé par la courbe de consommation). Un réservoir est un élément de sécurité vis-à-vis dans l’éventualité

d’un incident mettant hors fonctionnement les équipements du réseau. Un réservoir est un régulateur de pression en tout point du réseau. Il

permet de fournir aux abonnés une pression suffisante et plus ou moins constante, indépendamment de la consommation.

Simplification de l’exploitation : la présence d’un réservoir permet l’arrêt momentané des équipements de production, de pompage et même du réseau pour réparation et maintenance.

Réacteur de traitement : permet d’assurer un temps de contact avec un agent désinfectant.

Fonctions économiques :

Réduction des investissements sur les ouvrages de production.

Réduction des investissements sur les ouvrages de distribution : la présence de réservoir d’équilibre en bout de réseau permet de réduire

les diamètres des canalisations maitresses. Réduction des dépenses d’énergie, du fait de l’économie réalisée sur

le temps de pompage.

4.1.4. Classification des réservoirs : Les réservoirs se différencient d’après :

Leurs position par rapport au sol : Réservoir souterrain ou semi-enterré (au sol) :

Ce type de réservoir est généralement employé lorsque le réservoir est construit à même la station de traitement de l’eau ou lorsque le site est

suffisamment élevé afin d’assurer une pression adéquate par gravité pour le réseau desservi.

Réservoir souterrain Réservoir semi-enterré

Réservoir surélevé :

Lorsqu'il n'y a aucun site ayant une

élévation suffisante pouvant assurer

des pressions adéquates dans le

réseau de distribution à partir d'un

réservoir souterrain, on utilise

parfois un réservoir é

Réservoir surélevé

Schéma d’un réservoir surélevé

Leurs formes :

Circulaire : le plus économique. Rectangulaire, carré, ou de forme irrégulière : si la considération

d’encombrement est prépondérante (ex : nécessité de loger le volume

maximal dans la surface disponible) les matériaux de construction utilisés :

Maçonnerie Béton armé

Béton précontraint Acier

Plastiques Leurs situations par rapport au réseau de distribution :

Ils peuvent être groupés en deux types : Réservoir de passage : (placé entre le captage et le réseau de distribution).

Réservoir d’équilibre : (placé à la fin du réseau de distribution)

4.1.5. Emplacement géographique des réservoirs : Le réservoir d’eau doit être placé le plus près possible de l’agglomération à

alimenter (aux limites de l’agglomération). En effet compte tenu du coefficient de pointe dont on doit affecter le débit

horaire moyen de consommation pour déduire la consommation horaire maximale (de 1,5 à 3,5), la perte de charge sera généralement plus grande dans

le conduite de distribution que sur la conduite d’adduction. Ceci fait que plus le réservoir s’éloigne de l’agglomération, plus la cote du

plan d’eau doit être élevée (d’où une énergie de pompage plus grande)

Le schéma ci-dessous montre l’avantage de l’emplacement du réservoir proche de l’agglomération, avec un coefficient de ointe égal à 3.

La topographie des lieux ou l’emplacement de la source peuvent parfois

modifier le de vue établie ci-dessus. On essaye généralement, d’exploiter le relief à proximité de l’agglomération pour utiliser un réservoir semi-enterré, qui sera toujours plus économique qu’un réservoir sur tour.

Quand la ville présente des différences de niveau importantes, on peut adopter une distribution étagé.

S'il n'est pas possible de placer le réservoir au centre de la localité et si celle-ci

est très étendue, la pression peut devenir insuffisante à l'extrémité du réseau, particulièrement aux heures de pointe.

On a alors recours à un ou plusieurs réservoirs d'équilibre, en liaison avec le réservoir principal.

Les réservoirs d'équilibre se remplissent la nuit au moment des très faibles consommations.

Ces réservoirs alimentent leurs zones d'action avec des pressions supérieures à ce que pourrait fournir le réservoir principal seul.

Réservoir d’équilibre

Dans quelques cas, on peut adopter les deux types de réservoirs : réservoir enterrés et réservoir surélevé (ou château d’eau).

L’adoption de ce type de schéma permet de limité le volume nécessaire du réservoir sur tour.

4.1.6. Altitudes des réservoirs :

L’altitude du réservoir d’eau, précisément (la cote de son radier) doit être calculé donc pour que la pression au sol à fournir pendant l’heure de pointe

sera suffisante au moins égale à Hmin en tout les point du réseau de distribution en particulier au point le plus défavorable (le point le plus loin et/ou plus élevé)

C’est le calcul du réseau de distribution, pendant l’heure de pointe, qui permet de déterminer les pertes de charge et d’en déduire la cote du radier de réservoir.

Le type de réservoir se détermine par la topographie et la cote du radier. On peut si un relief est disponible, augmenter les diamètres des conduites pour

réduire les pertes de charge et éviter la surélévation du réservoir.

Notons aussi que, pour les châteaux d’eau, et pour des raisons

économiques, on doit éviter des surélévations HR de plus de 40m.

Le cas échéant, on peut augmenter les diamètres de quelques conduites de distribution pour diminuer les pertes de charge et limiter la

surélévation nécessaire.

4.1.7. Les équipements du réservoir : Conduite d’adduction :

L’arrivée de la conduite d’adduction du réservoir peut être placée soit au fond de celui-ci, soit à la partie supérieure, d’où oxygénation de l’eau : à son

débouche dans le réservoir, la conduite s’obture quand l’eau atteint son niveau maximum.

Conduite de distribution : Le départ de la conduite de distribution s’effectue à 0.25 m au-dessus du radier

afin d’éviter l’introduction des matières et sables décantés dans la cuve. Conduite du trop-plein :

La conduite du trop-plein est destinée à empêcher l’eau de dépasser le niveau maximal, elle évacue l’excédent d’eau.

Conduite de vidange : La conduite de vidange se trouve au point le plus bas du réservoir, elle permet

la vidange du réservoir, à cet effet, le radier du réservoir est réglé en pente vers son origine. Elle est raccordée à la conduite de trop-plein et comporte un robinet-vanne.

Conduite By-Pass : Elle relie la conduite d’adduction à celle de distribution. Elle assure la

distribution pendant le nettoyage, réparation, entretient, etc. Comptage :

À la sortie de la conduite de distribution, un compteur doit être ménagé pour pouvoir effectuer des relevés périodiques de la consommation totale.

Robinet-Vanne : Dans chaque canalisation (arrivé, départ, vidange…), un robinet vanne doit être

prévu pour pouvoir effectuer le sectionnement de chacune de ces conduites en cas de besoin.

4.1.8. Volume des réservoirs : Différentes méthodes utilisées pour le calcul de la capacité utile des

réservoirs : Calcul forfaitaire :

On prend forfaitairement, une capacité des réservoirs égale à : - 100% de la consommation journalière maximale de l’agglomération,

dans le cas d’une commune rurale. - 50% de la consommation journalière maximale de l’agglomération,

dans le cas d’une commune urbaine. - 25% de la consommation journalière maximale de l’agglomération,

dans le cas d’une grande ville. Calcul à partir des courbes d’alimentation et de distribution :

La capacité des réservoirs est déterminée à partir des courbes de variation, en fonction des heures de la journée la plus chargée, des débits d’alimentation des

réservoirs et des débits sortants des réservoirs (distribué). Le principe de calcul : *On trace sur 24h, les courbes de

volumes cumulés Va provenant de l’alimentation et celui de la

consommation Vc. *On trace ensuite la courbe (Va –Vc)

*La somme en valeurs absolues de la plus grande valeur et la plus petite

valeur (négative) nous donne le volume minimum du réservoir V0.

V0 = ∆Va

+ + ∆Vc

-

Calcul approximatif (méthode analytique) :

La capacité des réservoirs est toujours déterminée à partir des courbes de variation, avec une approximation par paliers de la courbe de consommation.

De 6 à 7 heures = a

De 7 à 11 heures = 3,5a

De 11 à 16 heures = 0,4a

De 16 à 18 heures = 2a

De 18 à 22 heures = 0,5a

De 22 à 6 heures = 0,125a

Il faut choisir un régime de variation de l’alimentation des réservoirs (qa (h)) :

- Soit une adduction continue de débit horaire constant égal à : a = Qjmax /24

- Soit un pompage de nuit (adduction discontinue) (de durée 10h seulement de 20h à 6h) de débit horaire égal à : 2,4a = Qjmax / 10

- Soit un pompage variable pendant les 24 heures de la journée.

En ce qui concerne la variation horaire de la consommation, il fait intervenir un

coefficient de pointe horaire k qui varie selon l’importance de l’agglomération.

- Pour une grande ville k = 1,5 à 2 - Pour une ville moyenne k = 2 à 2,5

- Pour une petite ville k = 3 à 3,5

*Notons que, dans des calculs, il faut prévoir l’évolution future de la consommation et ajouter une réserve d’incendie.

La réserve minimale à prévoir est de 120m3 (la motopompe des pompiers

utilise 60m3/h = 17 l/s).

*Il faut répartir le volume du réservoir au moins sur deux cuves indépendantes pour plus de sécurité dans la distribution et pour le nettoyage.

*Les volumes des réservoirs les plus utilisés sont : 250, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000, 7500, 10000, 12000, 15000 et 20000m

3.

4.1.9. Formes et types de réservoirs :

*La forme des réservoirs est généralement circulaire, et est rarement carré ou rectangulaire.

*En ce qui concerne le château d’eau, la forme de la cuve est aussi généralement circulaire, son aspect extérieur doit s’adapter au paysage.

*La hauteur d’eau (hr) dans les réservoirs est comprise entre :

- 3 et 6m pour les petites et moyennes villes. - Elle peut atteindre 10m dans les grandes villes.

*Le diamètre du réservoir circulaire imposé par le volume varie de 1,5 à 2,5

fois la hauteur de la cuve hr.

*Pour des raisons économiques, les réservoirs sont construits en : - En béton armé jusqu’à un volume de 2500m

3.

- En béton précontraint jusqu’à 20000m3.

4.2. Estimation des besoins et variation des débits : a-Estimation de la population future :

Plusieurs Méthodes sont utilisées pour l'estimation de la population la plus utilisée c'est la méthode rationnelle :

Le nombre d’habitants futur (à l’année du projet) dans une agglomération, N0

est déterminé par la formule : N0= 𝐍(𝟏+ 𝛂)𝒏 N : est le nombre d’habitants en une année quelconque.

𝛼: est le taux d’accroissement annuel de la population. n : est le nombre d’année entre N et N0.

b-Evaluation des besoins en eau de différentes catégories :

Pour définir les besoins en eau, il y a deux aspects :

Aspect qualitatif de ses besoins : (Traitement des eaux)

Aspect quantitatif de ses besoins en eau, qui est à la base pour

dimensionner les différents ouvrages (de traitement, stockage et

transport) à mettre en œuvre.

Dans l’estimation des besoins en eau on est concerné par :

Consommation domestique : eau destinée aux besoins domestiques qui sont :

- Usages domestiques (boissons, lavage, douche, WC, …)

- Arrosage des jardins.

Consommation publique :

- C’est une eau destinée aux équipements publiques tels que les écoles, les

administrations, les hôpitaux, …

Consommation industrielle : l’eau des industries est consommée de deux

façons :

- Matière première

- Refroidissement

Consommation touristique : il s’agit de la consommation des établissements

touristiques : hôtels, campings, …

Consommation agricole : tel que l’irrigation, bétails, …

4.2.1. Consommation moyenne journalière : Avant tout projet d’alimentation en eau potable, il est nécessaire de procéder à

un recensement de toutes les catégories de consommateurs rencontrés au niveau d’une agglomération. Consommation moyenne journalière de la population :

Est donnée par la formule suivante :

Qmoy j= D*N/1000 Où :

- Qmoy j : débit moyen journalier m3/j ;

- D : dotation moyenne journalière l/j/hab ;

- N : nombre de consommateurs. Consommation moyenne journalière des équipements :

Les besoins des différents équipements (scolaires, administratifs, sanitaires,

socio-culturels, sportifs et commerciaux) recueillis au niveau des différentes

localités concernées par la présente étude sont estimés par deux méthodes:

A. Par le nombre d’occupation

On utilise l’expression suivante :

Be=No*D

- Be : Besoin en eau (m3/j) ;

- No : nombre d’occupants de l’équipement ;

- D : dotation de la consommation (l/j/occupant).

B. Par la surface du planché

Le calcul se fait moyennement :

Be=S*Ds

- Be : Besoin en eau (m3/j) ;

- S : Surface du planché de l’équipement ; - Ds : Dotation (l/j/m2).

4.2.2.Variation des débits : Débit maximale journalier (débit de pointe journalier) :

Le débit maximal journalier est définit comme étant le débit d’une journée où la

consommation est maximale pendant une année. Il est donné par la formule suivante :

Qmaxj = Kmaxj*Qmoyj Avec : - Qmaxj : Débit maximum journalier (m

3/j) ;

- Qmoyj : Débit moyen journalier (m3/j) ;

- Kmaxj : Coefficient d’irrégularité maximal K=1,5 + 𝟏

𝑸𝒎𝒐𝒚𝒋 (𝒍/𝒔)

Calcul des débits moyens horaires

Le débit moyen horaire est donné par la relation suivante:

Qmoyh = Qmaxj/24

Avec :

Qmoyh : Débit moyen horaire (m3/h) ;

Qmaxj : Débit maximum journalier (m3/j).

Débit maximum horaire

Le débit maximum horaire correspond au coefficient maximum horaire, ce

dernier peut être décomposé en deux autres coefficients qui dépendent des

caractéristiques de l’agglomération, à savoir αmax et βmax .

La détermination de la consommation maximale horaire est exprimée par la

formule :

Qmaxh = Kmax h * Qmoyh

Où :

Qmax h : Débit maximum horaire (m3/h).

Kmaxh : Coefficient d’irrégularité horaire maximal donné par la formule :

K = Qmax.h/Qmoy.h

Kmaxh = αmax *β max

Avec :

- αmax: Coefficient tenant compte du niveau de confort et des équipements

l’agglomération qui est compris entre 1.2 et 1.4

- βmax : Coefficient en fonction de la taille d’agglomération.

N

Pop

1000 2500 6000 10000 20000 50000 100000 300000 1000000

βmax 2,00 1,60 1,40 1,30 1,30 1,15 1,10 1,03 1,00

Le débit de pointe horaire nous permet de dimensionner le réseau de distribution (l/s).

TD : Réservoirs de stockage :

Evolution du nombre de population : Exercice : 01

Le tableau ci-dessous donne l'évolution de la population pendant10 ans (de l98l à 1990) d'une ville.

Calculer par la méthode, le nombre de population de la ville pour les années (1991, 1992,1993, 1994 et 1995)?

Année 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990

Nbre de population

73905 76634 82381 86939 92139 95122 101317 104986 108747 115191

Solution :

N0= 𝐍(𝟏+ 𝛂)𝒏 N : est le nombre d’habitants actuels.

𝛼: est le taux d’accroissement annuel de la population.

n : est le nombre d’année entre N et N0.

𝛂 = (𝐍𝟎

𝐍)

1/n-1

𝛂 = (𝟏𝟏𝟓𝟏𝟗𝟏

𝟕𝟑𝟗𝟎𝟓)

1/9-1= 0,05055

N0= 𝟏𝟏𝟓𝟏𝟗𝟏(𝟏+ 𝟎,𝟎𝟓𝟎𝟓𝟓)𝒏 Les résultats de calcul sont reportés sur le tableau suivant :

Année 1991 1992 1993 1994 1995

n 1 2 3 4 5

Population

estimée

121000 127100 133600 1403020 147400

Exercice : 2

Soit une agglomération ayant en l'année 2003 un nombre de population égal à 65000 habitants.

Si le taux d'augmentation de la population est de 2,1%, Estimer le nombre

d’habitant à l’horizon de 10 ans (2013), et à l’horizon de 25 ans (2028) Solution :

N0= 𝐍(𝟏+ 𝟎,𝟎𝟐𝟏)𝒏

A l’an 2013 : N0= 65000(1+0,021)10

=80014,88 A l’an 2028 : N0= 65000(1+0,021)

25=109284,08

Graphique de consommation :

Exercice : 01 Soit le graphique suivant de consommation de l’eau dans un établissement

donné :

Déterminer la quantité d’eau consommée pendant la journée ?

Calculer le débit moyen horaire Qmoy.h ? Si on donne le débit maximum horaire (débit de pointe horaire)

Qmax.h=71,5l/h, déterminer le coefficient de pointe K ? Solution :

-La quantité d’eau consommée pendant la journée est égale à la somme des quantités consommées pour chaque heure = 605 l/j

-Le débit maximum horaire Qmax.h = 60 l/s -Le débit moyen horaire Qmoy.h = 605/24 = 25,21 l/s

-Le coefficient de pointe horaire K = Qmax.h/Qmoy.h = 71,5/25,21 = 2,84 Exercice : 02 Soit le graphique de consommation domestique d’une agglomération,

représenté ci-dessous :

Si on donne le débit moyen domestique Qmoyj = 3000m

3/j

On demande de donner le graphique de consommation de l’agglomération ?

Solution : Le débit moyen horaire Qmoyh= 3000/24 = 125 m

3/h

Le tableau suivant présente la consommation de l’agglomération à chaque heure : consommation = % × Qmoyh

Heures Consommation domestique

(m3/h)

0-1 12,5

1-2 12,5

2-3 12,5

3-4 12,5

4-5 12,5

5-6 12,5

6-7 12,5

7-8 187,5

8-9 187,5

9-10 187,5

10-11 187,5

11-12 250

12-13 250

13-14 150

14-15 150

15-16 225

16-17 225

17-18 225

18-19 375

19-20 262,5

20-21 12,5

21-22 12,5

22-23 12,5

23-24 12,5

Calcul d’un réservoir

Exercice : Les graphiques ci-dessous représentent la répartition de la consommation et de

la production de l’eau potable sur une journée (24 heures) :

Si la station de pompage (production) fonctionne 12 heures : de 22

h du soir à 6

h

du matin.

Et de 11h du matin à 15h de l’après midi. - Déterminer la capacité du réservoir ?

Solution : a- La méthode analytique :

On dresse le tableau suivant, donnant la différence entre la production cumulée de la station de pompage et la distribution cumulée à la fin de chaque heure.

Fin de l’heure Production cumulée

(Qmoyen/h)

Distribution cumulée

(Qmoyen/h)

Différence (Qmoyen/h)

0-1 2 0,25 1,75

1-2 4 0,5 3,5

2-3 6 0,75 5,25

3-4 8 1 7

4-5 10 1,25 8,75

5-6 12 1,5 10,5

6-7 12 1,75 10,25

7-8 12 2,75 9,25

8-9 12 3,75 8,25

9-10 12 4,75 7,25

10-11 12 6,5 5,5

11-12 14 8 6

12-13 16 8,5 7,5

13-14 18 9 9

14-15 20 9,5 10,5

15-16 20 11,5 8,5

16-17 20 13,5 6,5

17-18 20 15,5 4,5

18-19 20 18,5 1,5

19-20 20 21,5 -1,5

20-21 20 22,5 -2,5

21-22 20 23,5 -3,5

22-23 22 23,75 -1,75

23-24 24 24 0

V0 = ∆Va

+ + ∆Vc

- = 10,5 Qmoy.h + 3,5 Qmoy.h = 14 Qmoy.h + V incendie

b- Méthode graphique :

Cette méthode nous permet de déduire le volume théorique du réservoir.