Avantages et inconvénients des systèmes d’évacuation

Avantages et inconvénients des systèmes d’évacuation

Evaluation des débits d’eaux usées

Le but principal de l’évaluation des débits des eaux usées est de connaître la quantité et la qualité des rejets à traiter (liquides provenant des habitations). Car les eaux usées sont constituées par des effluents pollués et nocifs qui peuvent être une source de plusieurs maladies à transmission hydrique (fièvre typhoïde, dysenterie….). Donc il faut évacuer ces eaux hors limite de l’agglomération.
Les eaux usées peuvent être classées selon leur origine comme suit :

Les eaux usées d’origine domestique 

Elles contiennent des matières minérales et organiques dans les trois phases ; solide, liquide et gazeuse et dans les trois états de dispersion ; débris grossiers, suspensions (émulsions), colloïdes, molécules dissoutes dissociés ou non.
Les eaux usées domestiques véhiculent aussi les micro-organismes pathogènes ou saprophytes et virus.
Elles représentent environs un volume de 80% des eaux potables. Elles contiennent :
 Les eaux ménagères (eaux de cuisine et de salle de bain, lessive)
 Les eaux de vannes (eaux de WC sont constituées par l’urine et les matières fécales diluées avec l’eau d’échasses) [22].

Les eaux usées industrielles

Les eaux résiduaires industrielles sont les déchets liquides obtenus lors de l’extraction et la transformation de matières premières en produits industriels, ainsi que lors de l’utilisation de ces produits pour la fabrication d’articles de consommation. Elles doivent être traitées à l’intérieure de l’unité industrielle avant les raccorder dans le réseau d’assainissement [22].

Les eaux des services publics

Les eaux usées des services publics : éducatifs, sanitaires, touristiques, administratifs et différents autres services d’utilité publique seront pris en compte avec les besoins domestiques [22].

Eaux usées parasites

On définit les eaux parasites par l’ensemble des eaux autres que domestiques, industrielles et des services publics qui pénètrent dans le réseau d’égouts. Ainsi selon la manière d’accéder au réseau, on distingue les eaux d’infiltration et les eaux de captage.
Les eaux d’infiltration proviennent de la nappe phréatique mais aussi des surfaces perméables des sols. Ces eaux pénètrent dans le réseau à travers les fissures des conduites, des joints défectueux, le manque d’étanchéité au niveau des joints et les regards [26].

Evaluation de la quantité d’eaux usées à évacuer

Le débit d’eaux usées dans la canalisation est sujet à des variations, celles-ci sont essentiellement influencées par la consommation d’eau. Les quantités d’eau usées sont plus grandes pendant la journée que pendant la nuit. Toute l’eau utilisée par le consommateur n’est pas rejetée dans le réseau en totalité, il est admis que l’eau évacuée n’est que les 70% à 80% de l’eau consommée, c’est ce qu’on appelle le coefficient de rejet.

Prévision démographique

Pour tenir compte de l’évolution démographique, l’ingénieur s’appuiera sur des prévisions à court (5 à 10 ans) et à moyen terme (10 à 50 ans). Remarquons que l’incertitude augmente avec les années de prévisions.
Connaissant le nombre d’habitants actuel () et le taux d’accroissement prévu (),la population à l’an (horizon projet) pourra être estimée grâce à la relation suivante.

Estimation des débits d’eaux usées domestiques

Le calcul des débits d’eaux usées domestiques nécessite la détermination de la consommation moyenne journalière qui est égale au produit de la dotation (norme) moyenne journalière par le nombre de consommateurs.
Le débit moyen journalier rejeté et calculé par la relation suivante :

Estimation des débits d’eaux usées industrielles

Pour l’évaluation des débits d’eaux usées industrielles, le projeteur peut distinguer 3 cas :
 Industrie existante :
Un bilan de la consommation et de l’usage permet d’évaluer le débit à évacuer [20].
 Création de zone industrielle :
Il faut recourir à des données empiriques pour situer les débits des rejets.
L’Instruction Technique préconise la prise en compte d’un débit de 30 à 60 m3/jour/hectare loti suivant le caractère de la zone industrielle concernée [20].
 L’implantation d’industrie connue :
Dans ce cas, il sera possible de déterminer les débits à évacuer en fonction du type et de la quantité de la production envisagée.
Une étude de consommation d’eau prélevée sur le réseau public a permis de dégager au moins trois catégories :
 les zones d’entrepôts ou de haute technicité, avec des moyennes de 10 à 12 m3 /j/ha Loti ;
 les zones de petites industries et ateliers, avec des moyennes de 20 à 25 m3/j/ha Loti ;
 les zones d’industries moyennes et lourdes, où les valeurs peuvent varier de 50 à 150 m3 /j/ha Loti [20].

Estimation des eaux usées parasites

On peut évaluer le débit moyen des eaux parasites à l’exutoire du bassin élémentaire par le produit du débit moyen des eaux usées au centième du taux de dilution.

Dimensionnement du réseau d’assainissement

Connaissant en chaque point, les débits à évacuer et la pente des ouvrages, le choix des sections sera déduit de la formule d’écoulements adoptée. Les dimensions des canalisations varient compte tenu des diamètres courants de fabrication, ce qui apporte de ce fait, une capacité supplémentaire d’écoulement [23].

Les méthodes hydrauliques utilisées au niveau des réseaux d’assainissement

Les méthodes hydrauliques désignent l’ensemble des formules qui étudient le mouvement d’une masse d’eau (écoulement), en assainissement l’écoulement est en général à surface libre [23].

Ecoulement à surface libre

L’écoulement est dit à surface libre lorsque celui-ci se produit dans un canal à ciel ouvert ou dans une conduite fermé avant que celle-ci ne soit pleine et tant que la pression de l’air au dessous du liquide est voisine de la pression atmosphérique. [23].

Ecoulement permanent et non permanent

Le régime d’écoulement est dit permanent si ses caractéristiques sont indépendantes du temps. Dans ces conditions les différents paramètres hydrauliques (vitesse, débit, hauteur) sont constants dans un point donné [23].
Dans le cas contraire on parle d’un régime d’écoulement non permanent.
Au sens strict, l’écoulement dans les canaux est rarement permanent. Néanmoins les variations temporelles sont, dans certains cas, suffisamment lentes pour que l’écoulement puisse être considéré comme une succession de régime permanent. On peut alors définir ainsi le régime quasi-permanent [23].

Ecoulement uniforme et non uniforme

Le régime est uniforme si les paramètres caractérisant l’écoulement restent invariables dans les diverses sections du canal. La ligne de la pente du fond est donc parallèle à la ligne de la surface libre, et par contre le régime est dit Non-uniforme ou varié si ces paramètres changent d’une section à l’autre. La pente alors de la surface libre diffère de celle du fond [23].

Calcul hydraulique par la méthode classique

Pour la méthode classique, l’écoulement est considéré comme uniforme et permanent ce qui veut dire une constance des paramètres hydrauliques. Ainsi la vitesse moyenne, le tirant d’eau et donc le débit restent invariables dans le temps et dans les différentes sections du canal le long de l’écoulement. Les formules utilisées pour le calcul des sections des canalisations sont celles de Chezy et de Maning strickler [23].

Utilisation d’un outil de calcul pour le dimensionnement d’un réseau d’assainissement

Conditions de fonctionnement d’un réseau en réseau séparatif ou unitaire :
Les conditions sont les suivantes :
 Diamètre minimal des eaux usées =200 mm
 Diamètre minimal des eaux pluviales =300 mm
 Pente minimale (I min) =0.4%
 La vitesse d’érosion représente la limite supérieure (V max) = 3 à 4 m/s au dessus de laquelle les parois internes des conduites seront soumises à une forte érosion compte tenu du fait que les eaux sont chargées [29].
Les faibles vitesses favorisent la sédimentation dans les collecteurs d’assainissement lors des périodes de faibles débits. L’accumulation des sédiments induit une réduction des sections mouillées. Cela diminue les capacités hydrauliques et modifie les caractéristiques de l’écoulement. Tout cela peut entraîner des dysfonctionnements des réseaux. Afin d’éviter la formation de dépôt, on vérifie lors du dimensionnement la vitesse de l’auto- curage [25].

Conclusion

Dans ce chapitre nous avons établi toutes les équations nécessaires pour l’évaluation des débits et pour le dimensionnement des canalisations, car dans le chapitre suivant on a besoin de ces équations afin de créer les scripts MATLAB qui permettent de faire le calcul automatique

Introduction

Au cours des dernières années, le recours à l’outil informatique est devenu incontournable et essentiel pour la plupart des études hydrauliques et surtout pour le dimensionnement.
Dans ce chapitre nous allons concevoir les scripts MATLAB générales pour un seul tronçon qui permettent après l’exécution d’évaluer le débit d’eau usée et pluviale d’une part et de dimensionner le tronçon d’autre part et le script principal pour le dimensionnement de tous réseau d’assainissement de type unitaire en utilisant la méthode rationnelle pour l’évaluation du débit d’eau pluviale.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Généralités sur les réseaux d’assainissement
I.1. Introduction
I.2. Définition de l’assainissement
I.3. Rappel historique de l’assainissement
I.4. Les différents types d’assainissement
I.4.1. L’assainissement non collectif
I.4.2. L’assainissement collectif
I.4.3. L’assainissement semi-collectif
I.5. Définition d’un réseau d’assainissement urbain
I.6. Les systèmes d’évacuation des eaux usées et des eaux pluviales
I.6.1. Définition des divers systèmes
I.6.1.1. Système unitaire
I.6.1.2. Système séparatif
I.6.1.3. Système pseudo séparatif
I.6.1.4. Le système composite
I.6.1.5. Système non gravitaire (Sous pression)
I.6.2. Avantages et inconvénients des systèmes d’évacuation
I.6.3. Domaines d’utilisation privilégiés et contraintes d’exploitation des principaux systèmes
I.6.4. Choix du système d’assainissement
I.7. les différents schémas d’évacuation
I.7.1. Schéma perpendiculaire
I.7.2. Schéma par déplacement latéral
I.7.3. Schéma de collecteur par zones étagées
I.7.4. Schéma radial
I.7.5. Schéma à collecte transversale ou oblique
I.7.6. Choix du schéma du réseau d’évacuation
I.8. Eléments constitutifs du réseau
I.8.1. Les ouvrages principaux
I.8.1.1. Les canalisations
I.8.1.2. Types de canalisations
I.8.1.2.1. Conduites en béton non armé
I.8.1.2.2. Conduites en béton armé
I.8.1.2.3. Conduites en amiante – ciment
I.8.1.2.4. Conduites en fonte ductile
I.8.1.2.5. Conduites en chlorure de polyvinyle (P.V.C) non plastifié
I.8.1.2.6. Les conduites ovoïdes
I.8.1.3. Caractéristiques, avantages et inconvénients des matériaux de canalisation
I.8.1.4. choix du type de canalisation
I.8.2. Les ouvrages annexes
I.8.2.1. Branchements particulières
I.8.2.2. Les regards
I.8.2.2.1. Regards de visite
I.8.2.2.2. Regards de jonction
I.8.2.2.3. Regards de chasse
I.8.2.3. Gargouilles
I.8.2.4. Caniveaux
I.8.2.5. Bouches d’égout
I.8.2.6. Déversoirs d’orage
I.9. Facteurs influençant sur la conception d’un projet
I.9.1. Les données naturelles du site
I.9.1.1. La pluviométrie
I.9.1.2. La topographie
I.9.1.3. Hydrographie et régime des nappes souterraines
I.9.1.4. La géologie
I.9.2. Données relatives aux agglomérations existantes
I.9.3. Données relatives au développement futur de l’agglomération
I.9.4. les données propres à l’assainissement
I.10. Conclusion
Chapitre II : Méthodes et bases de calcul
II.1. Introduction
II.2. Evaluation de débit d’eaux pluviales
II.2.1. Débits d’eaux pluviales
II.2.2. Les méthodes hydrologiques utilisées en transformation pluie-débit au niveau des bassins versant
II.2.2.1. Méthode rationnelle
II.2.2.1.1. Le coefficient de ruissellement
II.2.2.1.2. Intensité moyenne de précipitation
II.2.2.1.3. Temps de concentration
II.2.2.1.4. Validité De La Méthode Rationnelle
II.2.2.2. Méthode de Caquot
II.2.2.2.1. Pente moyenne des sous bassins
II.2.2.2.2. Assemblage des bassins versants
II.2.2.2.3 Limitation de la méthode de Caquot
II.2.2.3. Choix des périodes de retour des pluies
II.3. Evaluation des débits d’eaux usées
II.3.1.Origine et nature des eaux usées
II.3.1.1. Les eaux usées d’origine domestique
II.3.1.2. Les eaux usées industrielles
II.3.1.3. Les eaux des services publics
II.3.1.4. Eaux usées parasites
II.3.2. Evaluation de la quantité d’eaux usées à évacuer
II.3.2.1.Prévision démographique
II.3.2.2.Estimation des débits d’eaux usées domestiques
II.3.2.2.1. Evaluation du débit de pointe
II.3.2.3. Estimation des débits d’eaux usées industrielles
II.3.2.4. Estimation des eaux usées parasites
II.4. Dimensionnement du réseau d’assainissement
II.4.1. Les méthodes hydrauliques utilisées au niveau des réseaux d’assainissement
II.4.1.1. Ecoulement à surface libre
II.4.1.2. Ecoulement permanent et non permanent
II.4.1.3. Ecoulement uniforme et non uniforme
II.4.2. Calcul hydraulique par la méthode classique
II.4.3. Conditions de fonctionnement d’un réseau en réseau séparatif ou unitaire
II.5. Conclusion
Chapitre III : Utilisation de l’outil informatique pour le dimensionnement
III.1. Introduction
III.2. Définition de la programmation
III.2.1. Algorithme
III.2.1.1. L’organigramme d’un programme
III.2.1.2. Les structures algorithmiques
III.3. Définition de MATLAB
III.3.1. Scripts MATLAB
III.4. La conception des scripts sous Matlab pour l’évaluation des débits et pour le dimensionnement
III.4.1. La conception des scripts pour un tronçon
III.4.1.1. Conception de script qui permet d’évaluer le débit d’eau pluviale d’un tronçon par la méthode rationnelle pour un bassin versant
III.4.1.2. Conception de script qui permet d’évaluer le débit d’eau pluvial d’un tronçon par la méthode de Caquot pour un bassin versant
III.4.1.3. Conception de script qui permet d’évaluer le débit des eaux usées d’un tronçon
III.4.1.4. Conception de script qui permet de dimensionner un tronçon
III.4.2. La conception des scripts pour dimensionner un réseau d’assainissement
III.5. Conclusion
Chapitre IV : Etude du schéma directeur d’une zone de la ville de Souahlia
IV.1. Introduction
IV.2. présentation de la ville de Souahlia
IV.2.1. Situation géographique
IV.2.2. Données climatologique
IV.2.2.1. Pluviométrie de la région
IV.2.2.1.1. Pour la station de Ghazaouet
IV.2.2.1.2. Pour la station de Dar Bencherki
IV.2.2.2. La température
IV.2.3. Hydrographie
IV.2.4. Caractéristiques géologique
IV.2.5. Situation démographique actuelle
IV.2.5.1. Population actuelle
IV.2.5.2. Equipements et infrastructures
IV.3. Description du réseau d’assainissement existant de la ville de Souahlia
IV.4. Dimensionnement du réseau d’assainissement de la zone A
IV.4.1. Etude de la zone A
IV.4.1.1. Préparation des paramètres nécessaires pour le calcul des débits
IV.4.1.1.1. Paramètres pour le calcul du débit d’eaux pluviales
IV.4.1.1.2. Paramètres pour le calcul du débit d’eaux usées
IV.4.1.2. Dimensionnement du réseau d’assainissement de la zone Aa
IV.4.1.3. Dimensionnement du réseau Ab
IV.4.1.4. Dimensionnement du réseau Ac
IV.4.1.5. Dimensionnement du réseau Ad
IV.4.1.6. Dimensionnement du réseau Ae
IV.5. Conclusion
Chapitre V : Interprétations et discussions
V.1.Introduction
V.2. Comparaison entre les diamètres calculés par le programme et les diamètres existants
V.2.1. Cas du réseau Aa
V.2.2. Cas du réseau Ab
V.2.3. Cas du réseau Ac
V.2.4. Cas du réseau Ad
V.2.5. Cas du réseau Ae
V.2. Interprétation
V.2.1. Redimensionnement du canal
V.3. Conclusion
Conclusion générale

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