MODELISATION DES RESEAUX HYDRAULIQUES

v1.0

Roland O. YONABAING. M. Sc. Eau & EnvironnementAssistant d’Enseignement et de RechercheDépartement Génie Civil & Hydraulique - 2iEEmail: ousmane.yonaba@2ie-edu.org

Introduction au modèle EPANET

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OBJECTIFS DE SESSION

■ Comprendre les principes généraux de la modélisation des réseaux hydrauliques

■ Etre capable d’effectuer une modélisation d’un réseau sous le modèle EPANET

■ Etre capable d’effectuer une simulation■En situation statique (simulation courte durée)■En situation dynamique (simulation longue durée)

■ Etre capable de générer des rapports d’état de simulation

LA MODELISATION DES RESEAUX HYDRAULIQUES

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01. GENERALITES

■ La modélisation hydraulique consiste à effectuer la simulation (informatique) du comportement d’un fluide à travers un système d’écoulement.

■ Le modèle hydraulique droit fournir une vision globale et juste du réseau, afin de reproduire au mieux la réalité

■ En élaborant des scénarios qui seront simulés sur le modèle hydraulique du réseau, il sera possible de mieux comprendre et de prévoir son comportement afin d’anticiper certains dysfonctionnements.

Définition de la modélisation hydraulique

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01. GENERALITES

■ 1936 : Hardy-Cross publie un algorithme itératif pour la résolution des réseaux maillés en régime permanent

■ 1970 : Apparition des premiers modèles pour l’analyse des réseaux tels KYPIPE (Wood)

■ 1990 : Introduction des techniques de résolution des phénomènes transitoires (coups de bélier)

■ 1993 : Publication d’EPANET (Lewis A. Rossman)

■ 1996 : Sortie de H20Net (MWH Soft), basé sur le modèle EPANET, avec interfaces GUI et CAD.

Quelques dates de la modélisation hydraulique

Hardy Cross1885-1950

Lewis A. Rossman

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01. GENERALITES

■ Nécessité de connaitre les méthodes de calcul des réseaux d’adduction et de distribution pour leur dimensionnement, mais l’ingénieur devra toujours chercher à vérifier la robustesse et la fiabilité du système qu’il a dimensionné

■ L’ élaboration de scénarios passe par la réponse à la question : « que peut-il se passer sur le réseau et à quel moment ? Quels changements seront entraînés ? »

■ Par suite, il faut décider s’il est nécessaire de changer des éléments du réseaux pour s’adapter à des situations particulières

■ Attention au surdimensionnement!

Scénarios de la modélisation hydraulique (1/2)

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01. GENERALITES

■ Quelques exemples de scénarios :■Débits maximums ou minimum■Extension de réseau■Rupture d’une ou de plusieurs conduites, etc.

■ La simulation de différents scénarios permet de contrôler :■ Les vitesses d’écoulements et les pertes de charge en tronçon■ Les pressions aux divers nœuds du réseau■ La répartition des débits dans les mailles de réseau, etc.

■ Plus un réseau est robuste, plus il est en mesure de s’adapter à différents scénarios et meilleure est sa fiabilité

Scénarios de la modélisation hydraulique (2/2)

PRESENTATION DU MODELE EPANET

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01. EPANET

■ Un logiciel de simulation du comportement hydraulique et qualitatif de l’eau sur longue durée dans un réseau d’eau sous pression

■ EPANET calcule :■ le débit dans chaque tuyau■ La pression à chaque nœud■ Le niveau d’eau dans les

réservoirs■ La concentration en substances

chimiques dans le réseau et les temps de séjour

Ce qu’est EPANET

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01. EPANET

■ Taille de réseau illimitée■ Formules de Hazen-Williams, Darcy-Weisbach et Chezy-Manning■ Sait calculer les pertes de charge singulières aux coudes, joints■ Sait modéliser les pompes (même à vitesse variable), l’énergie

consommée et le coût de fonctionnement■ Sait modéliser différents types de vannes (clapets anti retour,

vannes de contrôle de pression, vannes d’arrêt, etc.).■ Sait modéliser les réservoirs à forme variable■ Sait modéliser un profil de consommation variable à un nœud ou

une consommation dépendante de la pression (asperseur)■ Permet la simulation du réseau par commandes simples ou

horodatées

Capacités de modélisation hydraulique d’EPANET

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01. EPANET

■ Logiciel EPANET (v2)■Site web de l’USEPA (en anglais)■Site web de SIGEA (en français)

■ Documentation EPANET (v2)■User Manual, format PDF (en anglais)■Manuel utilisateur, format PDF (en français)■Guide rapide de présentation, format PDF (en français)■Didacticiel EPANET, format DOC (en français)

Où obtenir EPANET

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02. AUTRES MODELESLogiciels du commerce pour la modélisation des réseaux hydrauliques

MODELISATION D’UN RESEAUApplication pratique

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01. EPANETInterface utilisateur

1.

1. Barre de menus2. Fenêtre de schéma

de réseau3. Barre d’outil4. Barre d’état5. Unités6. Icône d’état de

simulation7. Editeur de propriétés8. Navigateur

2. 3.

4. 5. 6. 7. 8.

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02. CAS APPLICATIFRéseau à modéliser

Réservoir• Côte radier : 250 m• Niveau initial : 1 m• Niveau maximal : 6 m• Diamètre : 20 m

Bâche : Côte : 210 mPompe : Q = 42 l/s – HMT = 45 m

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03. MODELISATION DE RESEAUConfiguration d’un nouveau projet

■ Configurer les options par défaut de projet■ Menu Projet > Par Défaut

■ Configurer les options d’affichage■ Menu Affichage > Options

Schéma > Affichage■ Cocher Visualiser ID Nœuds■ Cocher Visualiser ID Arcs

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03. MODELISATION DE RESEAUPrise en main des barres d’outils Standard et Schéma

Menu Affichage > Barre d’Outils

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03. MODELISATION DE RESEAUConstruction du réseau

■ A l’aide de la barre d’outils Schéma, représenter dans l’espace de travail■ Les nœuds (sources et demandes)

■Positionner les bâches■Positionner les nœuds de demande■Positionner les réservoirs

■Positionner les tuyaux■Positionner les singularités (pompes, vannes)

■ Note: ■Apprendre à effectuer des déplacements des nœuds de

demande et des nœuds de construction des tuyaux courbes

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03. MODELISATION DE RESEAUSaisie des propriétés des objets (1/2)

■ Définir les propriétés de la bâche■ Altitude (charge totale)

■ Définir les propriétés du réservoir■ Altitude du radier■ Niveaux initial, Minimal et

maximal■ Diamètre

■ Définir les propriétés des tuyaux■ Longueur, diamètre, rugosité

■ Définir les demandes de base et altitudes aux nœuds de demande

Dans le Navigateur de données, sous l’onglet Données, choisir l’élément à éditer dans la liste déroulante pour afficher l’Editeur de propriétés

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03. MODELISATION DE RESEAUSaisie des propriétés des objets (2/2)

■ Navigateur de données > Courbes > Ajouter.

■ EPANET accepte la représentation de la courbe de la pompe sous la forme Q-V, Q-H, Q-ΔH, Q-ƞ

■ Choisir Type > Caractéristique

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01. MODELISATION DE RESEAUSauvegarder et exporter un projet

■ Enregistrer le projet sous format binaire (Fichier *.NET)■ Fichier > Enregistrer

ou Enregistrer Sous

■ Enregistrer le projet sous format texte (Fichier *.INP)■ Fichier > Exporter >

Réseau

Le projet pourra être réimporté via Fichier > Ouvrir ou Fichier > Importer

SIMULATION DE RESEAUEN REGIME PERMANENT

Application pratique

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01. SIMULATION D’UN RESEAUCalcul d’un réseau en régime permanent

■ Exécuter la simulation statique :■ Menu Projet > Lancer la simulation■ Barre d’outils Schéma > Exécuter

Analyse

■ Observer les :■ codes couleurs aux nœuds et arcs

dans Affichage > Légende■ Valeurs calculées sur les nœuds et

arcs

Afficher les valeurs et flèches d’écoulement sur le réseau pour vérification graphique dans Affichage > Options Schéma Affichage > Visualiser Valeurs des nœuds et Valeurs des arcs Flèches d’Ecoulement > Plein

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01. SIMULATION D’UN RESEAUCréation de rapport tabulés

■ Barre d’outils Schéma > Tableau■ Générer un tableau d’état des nœuds et des arcs du réseau

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01. SIMULATION D’UN RESEAUCréation de rapports graphiques

■ Créer un graphique de type profil longitudinal■ Rapport > Graphique > Profil

longitudinal■ Ajouter les nœuds à représenter

et définir le paramètre concerné

SIMULATION LONGUE DUREEApplication pratique

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01. SIMULATION D’UN RESEAUCourbe de modulation de la demande

■ Définir les options de temps■Navigateur de données > Onglet Données > Options > Temps■Définir la Durée Totale de la simulation■Définir l’intervalle Courbes Modulation

Périodes Facteur0h-6h 0,5

6h-12h 1,3

12h-18h 1,0

18h-24h 1,2

Ici, l’intervalle est de 6 h

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01. SIMULATION D’UN RESEAUCourbe de modulation de la demande

Définir la courbe de modulation de la demande dans Navigateur de données > Onglet Données > Courbes de modulation > Ajouter

Attribuer la courbe de modulation à tous les nœuds de demande par défaut dans Projet > Options de Simulation

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01. SIMULATION D’UN RESEAUExécution de la simulation longue durée

■ Exécuter la simulation :■ Menu Projet > Lancer la simulation■ Ou Barre d’outils Schéma > Exécuter

Analyse

■ Utiliser les boutons Avance, Recule, Arrêt et Remise à Zéro de l’onglet Schéma du Navigateur de données

■ Visualiser l’évolution des débits et pressions aux arcs et aux nœuds du réseau pendant la simulation longue durée.

■ Remarquer aussi les inversions d’écoulement dans certains tuyaux

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01. SIMULATION D’UN RESEAUCréation d’un graphe d’évolution

■ Créer un graphique de type Graphe d’évolution■ Rapport > Graphique > Graphe

d’évolution■ Ajouter les nœuds à représenter et

définir le paramètre concerné

CONCLUSION…