Hydraulique appliquée - Support de cours partie 6

Chapitre 3: Stockage et distribution
I- Définitions
Réseau de desserte = Ensemble des équipements (canalisations et ouvrages annexes)
acheminant de manière gravitaire ou sous pression l’eau potable issue des unités de potabilisation
jusqu’aux points de raccordement des branchements des abonnés ou des appareils publics (tels que
les bornes incendie, d’arrosage, de nettoyage…) et jusqu’aux points de livraison d’eau en gros. Il est
constitué de réservoirs, d’équipements hydrauliques, de conduites de transfert, de conduites de
distribution mais ne comprend pas les branchements.
Réseau de distribution = réseau de desserte + conduites de branchements
Nœud = point de rencontre de plusieurs conduites
(I par exemple)
I
2
III
Tronçon = portion de conduite comprise entre deux nœuds successifs
(1 ou 2 par exemple)
1
II
Conduite maîtresse ou principale = canalisation assurant la jonction entre l’alimentation et le
premier embranchement de conduites secondaires
II- Dimensionnement
II-1 Cahier des charges
1ère étape : connaissance des besoins
Débit moyen de projet (litres/habitant/jour)
Considérer les
prévisions d’extension !
Zone rurale = 150
Zone urbaine:
5000 à 20000 hab. = 150 à 200
20000 à 100000 hab. = 200 à 300
> 100000 hab. = >300
Déduction des débits moyens horaires
Débit de pointe (primordial pour le dimensionnement des ouvrages de distribution : conduites, stations de
pompage, réservoirs)
En France, règle pratique (expérience) débit maximal de distribution = débit journalier moyen multiplié par:
3 pour les communes rurales,
2,4 pour les villes moyennes (50 000 à 100 000 habitants),
Coefficients de pointe
2 pour les grandes villes.
Pour considérer des coefficients de pointe différents selon la position d’un tronçon dans un réseau
Formule de TRIBUT
QP = 0,011n + 0,111 n + 0,356 [l/s]
QP est le débit de pointe d’un tronçon en fonction du nombre n de foyers qui puisent sur le tronçon
Hypothèses
- débit de pointe instantané chez un abonné (n=1) ≅ 0,5 l/s (équivalent à l’ouverture simultanée de 2 robinets)
- 1 abonné ou 1 foyer = 3,4 habitants
Répartition journalière type des besoins
Tranche horaire
débit
6h à 7h
a
7h à 11h
3,5a
11h à 16h
0,4a
16h à 18h
2a
18h à 22h
0,5a
22h à 6h
0,125a
Consommation
Distribution
a
Adduction
t
0
12
a =consommation horaire moyenne
1ères conséquences :
- Répartition des débits dans les différents tronçons d’un réseau
- Calcul de la capacité d’un réservoir
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2ème étape : connaissance des pressions et des vitesses
Pour la pression
Retenir :
Pression statique ≤ 40m (sans consommation) au point le plus bas du réseau
Mais pression ≥ 20m (lors de la consommation) en chaque point du réseau
Nota : alimentation incendie toute borne doit pouvoir être alimentée à raison de 17 l/s sous pression de 1
bar et assurer la desserte à 200m maximum d’un risque (stockage de 120m3 prévu en réservoir)
Pour la vitesse
0,25m/s < V < (0,6+φ
φ) m/s (φ
φ en m)
Eviter dépôts et incrustations
Limiter les pertes de charge, bruit, surpressions, …
II-2 Réseau ramifié
4 points de rencontre de plusieurs conduites
(I, II, III et IV) 4 nœuds
Source
I
0
XI
11
4
IV
1
10
X
3
2
9
II
III
5
6
7
V
VI
11 portions de conduite comprises entre deux
nœuds successifs (1 à 11) 11 tronçons
VII
8
VIII
IX
Principe de calcul
Conservation de l’énergie: application du théorème de
Bernoulli entre 0 (charge connue) et les extrémités
7 équations
Conservation de la masse: continuité aux nœuds :
ΣQ = 0 (somme algébrique!)
4 équations
Plusieurs manières pour le dimensionnement selon les données du projet
II-3 Réseau maillé
Source
0
III
qI
6 nœuds (N)
9 tronçons (T)
1 nœud à charge déterminée (réservoir,
sortie de station de pompage…) (R)
3 mailles (M)
qIII
3
1
5
I
qIV
9
IV
8
2 4
V
II
6
qII
7
VI
qVI
qV
On doit toujours vérifier:
T = N+R+M-1
Règles de dimensionnement
• Identification des liens entre nœuds à charge déterminée définition des mailles formées par ces liens
ΣQe = ΣQs
ξ6
Q1
Q
3
ξ3
Système de T équations à T inconnues à résoudre
Q4
ξ4
ξ5
5
Q6
Q
Σξi=0
Q2
• Conservation de l’énergie dans chaque maille
ξ1
ξ2
• Continuité des débits à chaque nœud
II-3 Réseau maillé (suite)
Méthodes de résolution
Approximations successives
• Répartition initiale des débits Q dans les tronçons à partir des débits prélevés sur chaque tronçon
• Déduction des diamètres (hypothèse sur vitesse) et pertes de charge (hypothèse sur rugosité)
• Vérification de la conservation de l’énergie dans chaque maille ?
OUI répartition initiale exacte
NON erreur ∆Q à minimiser dans la maille
t
1
∆Q ≅ −
2
∑ξ
i =1
t
i
ξi
∑Q
i =1
t = nombre de tronçons dans la maille
ξi = PDC dans le tronçon i
Qi = débit dans le tronçon i.
i
Remarque : dans le cas de 2 mailles adjacentes, le tronçon commun se verra affecter les corrections de
débits déterminées dans chaque maille avec leur signe respectif
II-3 Réseau maillé (suite)
Les calculs successifs s’arrêtent pour des critères fixés :
|∆Q|
|∆ | ≤ 0,5 l/s et |Σξ| ≤ 0,2 m (calculs manuels)
|∆Q|
|∆ | ≤ 0,1 l/s et |Σξ| ≤ 0,01 m (logiciels)
Si les conditions en vitesse et en pression sont non satisfaites alors modification du choix initial
des diamètres de certains tronçons et calcul à recommencer au début
Méthode matricielle par mailles
A partir des débits initiaux Q0 , méthode itérative matricielle qui permet de répartir les corrections ∆Q
sur l’ensemble du réseau de manière à satisfaire l’équilibre des pertes de charge
Pour chaque maille, on vise
∑ ξi = 0 ⇔
i
n
±
R
.(
Q
±
∆
Q
)
=0
∑ i 0 ,i
M
i
On doit déterminer les correction ∆QM à appliquer aux débits initiaux de tous les tronçons i d’une
maille M afin de satisfaire les équations de conservation
II-4 Vérification in fine des conditions incendie (réseau ramifié ou maillé)
Vérifier les conditions de vitesse (≤
≤ 2,5m/s) et en pression (≥
≥ 10m) en ajoutant le débit de 17l/s dans
la suite des tronçons incluant des bornes d’incendie
Si conditions non vérifiées alors modifier le diamètre de certains tronçons et calcul à
recommencer au début (calcul aux débits de pointe et vérification incendie aux débits
(pointe + incendie))