Étude d’opportunité technique pour mise à l’arrêt du Château d’Eau 

Présentation du réseau d’eau potable de la zone en étude

La structure du réseau

Les canalisations structurantes

Les secteurs en lien avec le site du Moulin à Huile, comptent actuellement deux communes : Rezé et Les Sorinières, qui se situent Sud-Loire coté Est. Ces deux communes possèdent unesuperficie totale de 26,8 Km 2 (13,78 Km 2 Rezé et 13,02 Km 2.
Les Sorinières), avec des altitudes qui varient entre 5 mNGF et 45 mNGF (consulter annexe 3). Le linéaire du réseau d’alimentation en eau potable hors branchements est de 176,6 km à Rezé et 70,6 km aux Sorinières.
L’alimentation en eau potable de ces deux communes se fait à partir de cinq entrées d’eau, quatre entrées amènent l’eau de l’usine de la Roche à travers des ponts, sous la Loire, et une entrée correspond à un achat d’eau du Syndicat Atlantic ‘eau à travers un piquage du Feeder Sud-Estuaire au niveau des Landes Blanches.
Les conduites d’alimentation ou/et d’adduction vers Rezé-Les Sorinières sont :
 SNCF Φ500 et Passage à Niveau Φ300 passant à travers le pont de Pornic.
 Sarrail Φ300 passant à travers le pont Rousseau.
 Cheviré 2Φ250 passant en dessous la Loire.
 Piquage des Landes Blanches Φ500.
Cependant, l’adduction vers le site du Moulin à Huile, se fait à partir d’un piquage de la canalisation SNCF Φ500 comme adduction principale. En effet, cette arrivée constitueactuellement 75 % du volume d’adduction arrivant au Moulin à Huile, et les 25 % restant arriventà travers la canalisation Sarrail Φ300 comme adduction secondaire. Ce fonctionnement estschématisé ci-dessous en Figure 4

Les besoins en eau potable

Les gros consommateurs

Une liste des consommateurs industriels ayant une consommation supérieure à 5000 m3 /an, est récupérée auprès de l’exploitant (consulter annexe 5). Le nombre de ces abonnés est dix, leur consommation annuelle totale en 2019 est 133 185 m 3 . Cependant, la consommation totale en eau est de 2 378 000 m 3 . Ainsi, le pourcentage de consommation industrielle est 6%, ce pourcentage sera utilisé pour évaluer la consommation journalière moyenne d’un habitant.

Etude démographique

La Loire Atlantique est le seul département avec une croissance non ralentie selon l’INSEE.L’accroissement essentiel de la population est à Nantes Métropole. En effet, la population de Nantes Métropole a augmenté de 47 000 habitant entre 2013 et 2018, soit une augmentation de 1,27 % par an. Cependant, l’étude démographique pour la population future effectuée par Nantes Métropole indique des croissances supérieures à celles estimées par la projection des courbes de l’INSEE. En effet, cette étude prend en compte des facteurs en lien avec les Zonesd’Aménagements Concerté (ZAC), les divers aménagements, les permis de construire… (consulter annexe 6)

La modélisation

Mike Urban+

Le réseau d’alimentation en eau potable de Nantes Métropole a été modélisé à l’aide du logiciel desimulation hydraulique Mike Urban+. Ce logiciel qui a été développé par DHI, est un unique outilpermettant la modélisation des réseaux d’eau potable et d’assainissement. Le moteur de calcul concernant la modélisation du réseau d’eau potable est fondé sur le logiciel de résolutiond’équations hydrauliques Epanet, développé par l’agence de protection de l’environnement des Etats-Unis EPA (Environmental Protection Agency), qui utilise la formule de la rugosité de Colebrook pour les pertes par frottement.
Le choix de Nantes Métropole s’est porté sur ce logiciel pour plusieurs raisons. Tout d’abord, pour son interface ergonomique qui permet d’exploiter le modèle facilement par rapport à d’autres logiciels comme Epanet, et ceci afin de lancer des études concernant le comportement hydraulique du réseau de distribution, ainsi que des études sur la qualité.
Cependant, autre que son interface conviviale Mike Urban+ permet d’ouvrir des modèles construits sur le logiciel Epanet, qui est utilisé par VEOLIA. De cette manière, la direction du cycle de l’eau pouvait utiliser ce logiciel pour exploiter les modèles fournis par l’exploitant privé. Ainsi, l’idée était que DHI fusionne les modèles fournis par VEOLIA, ainsi que le modèle qu’elle a construit pour la zone exploitée par la régie DOPEA afin d’obtenir un modèle complet du territoire de NantesMétropole.
Il a été constaté que les simulations sur le modèle fusionné, donnent calculs erronés. Ceci est due principalement à deux raisons :
 La fusion a été réalisée sans enlever les astuces de modélisation créés sur les points d’intersection entre les modèles.
 Chaque modèle est calé séparément sur une période différente de l’autre.
Pour cela, l’utilisation du modèle fusionné n’a pas été possible, ainsi le modèle fourni par VEOLIA
pour le secteur Sud-Est est utilisé dans cette étude.

Excel

L’utilisation du modèle Mike Urban+ (Secteur Sud-Est fournit par VEOLIA) pour pouvoir effectuer les études sur le site du Moulin à Huile a indiqué des contradictions. En effet, l’exploitant disait que pour une journée de pointe, le site du Moulin à Huile ne pouvait pas alimenter le secteur Haute Pression sans l’ouverture des Landes Blanches aux heures de pointe. Cependant, le modèle numérique sur Mike Urban+ qui est fourni à Nantes Métropole, par le même exploitant, indique que cela est possible (Consulter annexe 8).
De plus, Mike Urban+ ne permettait pas de réguler le démarrage et l’arrêt d’une pompe par rapport à un débit dans une canalisation, comme le cas de la pompe P3, qui est asservie de cette manière.
Alors, pour les raisons citées précédemment, un calcul sur tableur Excel a été mis en oeuvre. Ce calcul permet de voir le marnage du château d’eau, ainsi que les bâches. Ceci avec la possibilité de modifier plusieurs paramètres :
 L’année pour se projeter dans le futur.
 Type de jour : moyen ou de pointe.
 Nombre d’heures d’ouverture des Landes Blanches.

Étude d’opportunité technique pour mise à l’arrêt du Château d’Eau

L’autonomie et la sécurité

Il n’existe pas de textes officiels sur le dimensionnement des ouvrages de stockage pour l’alimentation en eau potable, les recommandations de dimensionnement des réservoirs s’appuient sur :
 Une circulaire du 12 Décembre 1946 du Ministère de l’Agriculture qui recommande une autonomie de stockage d’une journée moyenne ;(Legoas 2014)
 Une directive du Ministère de la Reconstruction du 30 Juillet 1948 qui recommande, pour les sites urbains, de disposer d’une autonomie globale de 50 % des besoins de pointe.(Legoas 2014)

La consommation énergétique

L’état de fonctionnement actuel détérioré des pompes provoque un temps de pompage plus grand, ce qui rend la consommation énergétique (0.28 kWh/m3 ) plus élevée de 28,5 % par rapport à la consommation théorique (0,21 kWh/m 3 ) prévu par les pompes existantes actuellement. Notons que ceci est synchronisé avec un achat d’eau d’Atlantic ’Eau. Donc, il s’agit d’une perte économique sur deux niveaux.
Pour cela, le changement du pompage est primordial pour diminuer ces pertes qui vont devenir au cours du temps plus élevées. En effet, l’état des pompes va s’aggraver de plus en plus avec une demande en eau qui augmente au cours du temps. Cependant, la question qui se pose, est-ce-qu’une station à vitesse variable sans le château d’eau réduit les consommations énergétiques par rapport à une station de pompage classique qui pompe au château d’eau ?
Afin de répondre à cette question, une pompe adéquate avec la capacité de pompage futur est choisie dans le catalogue KSB : Q=170 m3/h et HMT=43 m.(Etanorm 2018.

Autres critères

Environnement

Bien que la pérennité du génie civil est d’au moins 100 ans comprenant des réhabilitations séquentielles, et ceci dans le cas de l’abandon du château d’eau et la construction d’un nouveau local avec une station de pompage à vitesse variable, il existe d’autres critères indésirables environnementaux comme :
 Les déchets dus à la démolition du château d’eau.
 Les poussières et le bruit lors de la démolition, surtout que les maisons des particuliers entourent le site à quelques dizaines de mètres.
 La hauteur du château d’eau permet aux entreprises télécom de poser des antennes relais. Sa destruction peut amener ces entreprises à construire de nouvelles tours. Mais attention, il est recommandé que l’accès à ces antennes se fasse par l’extérieur du château, et ceci pour préserver la qualité de l’eau.

L’exploitation

Bien que l’abandon du château d’eau élimine la tâche du nettoyage, une surpression demande la présence plus fréquente d’un agent d’exploitation sur le site. En effet, elle constitue un point faible vis-à-vis des pannes électriques. Cependant, vu la présence des Landes Blanches, l’automate peut être programmé pour ouvrir les Landes Blanches en cas de panne électrique sur le surpresseur, ce qui peut diminuer dans ce cas bien particulier la vigilance de l’exploitant.

Le coût d’investissement

Manque d’informations précises concernant le prix des travaux. Le tableau 11 liste uniquement les travaux à accomplir dans chacun des deux cas :

Les travaux

La faisabilité des travaux

Les visites effectuées sur le site indique la possibilité de faire les travaux du renforcement de pompage tout en assurant la continuité du service (consulter annexe 10), cependant peu importe le choix, la réhabilitation du château ou son abandon, la parcelle du site est largement suffisante en superficie pour assurer les installations de chantier (consulter annexe 10).

Date limite pour effectuer les travaux

En considérant qu’il ne faut pas dépasser les 5 h/j d’ouverture des Landes Blanches, la date limite pour effectuer l’augmentation de la capacité de pompage est 2027, voir figure 27. Cependant, dans le cas où les travaux de renforcement du pompage seraient effectués avant ceux du réseau en amont, il faudra quand même maintenir une ouverture des Landes Blanches pour soulager dans ce cas-là les bâches au sol. Alors, la date limite pour renforcer les canalisations limitantes est l’année 2031, voir figure 29.

L’intérêt des ouvrages de stockage dans le système d’alimentation

Les fonctions d’un réservoir

Le réservoir peut jouer quatre fonctions principales :
 Mise en pression d’un réseau.
 Tampon entre adduction et distribution.
 Sécurité d’approvisionnement.
 Défence incendie (Optionnelle).
Cependant, il existe deux type principaux de réservoirs :
 Les réservoirs enterrés ou semi-enterrés, où la mise en pression du réseau est permise par la topographie. L’élévation du réservoir est donnée par le sol.
 Les réservoirs sur tour où le territoire à la variation d’altitude faible, ne permet pas d’élever le stock.

Volumes des réservoirs

Le volume total d’un réservoir est formé principalement par la somme de deux volumes, tel que :
 LE VOLUME DE LA RESERVE INCENDIE : souvent ce volume est lié au règlement Départemental de la Défense Extérieure Contre l’Incendie (DECI)
 LE VOLUME DE LA RESERVE UTILE : correspond au fonctionnement normal, il est décomposé en deux volumes :
– Réserve utile minimale : c’est la comparaison entre entrée et sortie. Ainsi elle constitue le volume dans lequel marne le réservoir.
– Marge de sécurité : afin de pallier un dysfonctionnement pour maintenir le service. (Bardiaux 2020)

Synthèse globale

L’étude concernant le site du Moulin à Huile et l’avenir du château, a donné les résultats suivants :
1. Le pompage actuel est en mauvais état sur deux niveaux :
 La capacité de pompage est insuffisante, d’où la dépendance du syndicat Atlantic ’eau pour pouvoir alimenter le secteur Haute Pression.
 La consommation énergétique du système de pompage actuel est très élevé, et l’achat d’eau d’Atlantic ’eau, constitue une perte économique.
2. Les études effectuées sur plusieurs niveaux (sécurité, pompage, énergie, coût…) aboutissent au maintien du château d’eau, tout en adoptant un nouveau système de pompage (trois pompes chacune de 170 m3/h et HMT = 43 m) avec deux modes de fonctionnement :
 Le mode principal : Pompage au château.
 Le mode secondaire : By-Pass (temporaire car il y a juste trois pompes). Ce mode est employé lors du lavage de la cuve, ou pour d’autres mises à arrêt temporaire du château. Donc, ce mode servira à dépasser les 4 mois prévus pour la réhabilitation de l’étanchéité interne de la cuve.
3. Le diamètre des conduites d’aspiration existantes des pompes (3Φ150 mm : une pour chaque pompe) est acceptable. Cependant. le diamètre de la conduite de refoulement est de 250 mm actuellement, il est préférable d’augmenter ce diamètre à 300 mm.
4. L’adduction vers les bâches du Moulin à Huile est insuffisante, d’où la nécessité de renforcer 1 987 ml de réseau.
5. Le renforcement de la capacité de pompage est possible en assurant la continuité du service. Par ailleurs, la date limite pour effectuer les travaux sont :
 2027 pour le renforcement du pompage.
 2031 pour le renforcement de l’adduction.
Concernant l’étude globale sur l’intérêt des ouvrages de stockage, deux facteurs interviennent dans la prise de décision concernant la mise hors service de l’un d’eux :
1. Facteurs techniques
2. Sécurité
La méthode élaborée, pour évaluer la sécurité, met principalement en évidence la nécessité d’adapter des stratégies de sécurisation en diversifiant les entrées d’eau au secteur. Dans le cas où cela n’est pas possible (exemple : les réseaux entourants le secteur ont un niveau piézométrique inferieur), il est primordial de doubler ou mailler le réseau d’adduction de manière à pouvoir alimenter les sites par plusieurs chemins. Par contre, l’ajout ou la remise en service d’un ouvrage existant n’améliore pas beaucoup la sécurité sur les gros secteurs où la demande en eau est élevée. Cette stratégie de diversification des entrées doit être assurer sur tous les secteurs du territoire.

Table des matières
I. Table des figures 
II. Table des tableaux 
III. Liste des abréviations utilisées 
IV. Présentation de l’organisme d’accueil 
V. Présentation général du réseau d’eau potable de Nantes métropole
VI. Présentation du contexte de l’étude
A. Objectifs prioritaires
B. Données d’entrée
C. Présentation des sites
a) Présentation du site du Moulin à Huile
b) Présentation de la station de surpression de la Pierre
VII. Présentation du réseau d’eau potable de la zone en étude
A. La structure du réseau
a) Les canalisations structurantes
b) La sectorisation
B. L’état du réseau
a) Le rendement
b) L’indice linéaire de consommation et l’indice linéaire de pertes
c) L’âge du réseau
C. Les besoins en eau potable
a) Les gros consommateurs
b) Etude démographique
c) Les besoins en eau potable actuels
d) Les besoins en eau potable dans le futur
VIII. Diagnostique du site du Moulin à Huile 
A. Equipements
B. Mode de fonctionnement
IX. La modélisation 
A. Mike Urban+
B. Excel
X. Étude d’opportunité technique pour mise à l’arrêt du Château d’Eau
A. L’autonomie et la sécurité
B. Le pompage du Moulin à Huile
a) Le pompage actuel
b) Le pompage futur
C. La consommation énergétique
D. Autres critères
a) Environnement
b) L’exploitation
a) Le coût d’investissement
E. Conclusion
XI. Les canalisations résistantes 
XII. Les travaux 
A. La faisabilité des travaux
B. Date limite pour effectuer les travaux
XIII. L’intérêt des ouvrages de stockage dans le système d’alimentation 
A. Les fonctions d’un réservoir
B. Volumes des réservoirs
C. La criticité des ouvrages de Nantes Métropole
a) Techniquement
b) Sécurité : Méthode d’évaluation de la probabilité
XIV. Synthèse globale 
XV. Bibliographie 
XVI. Les annexes

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