assainissement cours nouveau

7/25/2019 Assainissement Cours Nouveau

1/29


2/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________

COURS D'HYDRAULIQUE URBAINE

EMNA ELLOUZE-GARGOURI

2

1. Introduction

Lassainissement des agglomrations est dassurer lvacuation de lensemble des eaux uses et

pluviales et leur rejet dans un milieu rcepteur par des modes tenant compte de la sant publique et

de lenvironnement.

Les eaux nuisibles sont constitues de

Eaux uses mnagres : les eaux de toilette, les eaux de cuisine, les eaux de lessive.

Eaux-vannes : ce sont des eaux qui contiennent des urines et des matires fcales, qui doivent

tre vacues sans dlai.

Eaux de ruissellement : elles proviennent des eaux pluviales, eaux de lavage des voies

publiques. Ces eaux entranent toute sorte de dchets minraux et organiques (dbris de

caoutchouc, plomb, essences huiles etc.)

Eaux mixtes : ce sont le mlange des eaux uses urbaines et les effluents industriels transitant

par le rseau public.

Eaux uses industrielles : ce sont des eaux provenant des industries. Elles sont de

composition et de quantit extrmement varie. Elles sont souvent nuisibles la faune, la

flore et lhomme.

2. Systmes dvacuation des eaux uses et des eaux pluviales

..

Lvacuation des eaux uses et pluviales se fait par un seul rseau unique (Figure 1). Ce rseau est

gnralement muni dun dversoir dorage (Figure 2) permettant dans le cas de forte pluie

dvacuer directement dans le milieu rcepteur.

On choisit un tel systme lorsque :

lexutoire est loign des points de collecte ;

les pentes de terrain sont trs faibles, ce qui impose de grosses sections ;

les surfaces impermabilises sont importantes, les pentes sont fortes ce qui impose degrosses sections et o il est possible sans dpenses supplmentaires d'ajouter les eaux

uses.


3/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



3

Figure 1 : Systme unitaire

http://www.eau.public.lu/eaux_us

ees_pluviales/assainissement/dev

ersoir_orage/

Figure 2 : Dversoir dorage (gauche photo, droite coupe)

..

Cest un systme compos de deux rseaux (Figure 3), lun pour lvacuation des eaux uses

domestiques et ventuellement certaines eaux industrielles, lautre pour lvacuation des pluviales.

On adopte ce systme notamment :

pour les extensions de villes,

pour les quartiers rsidentiels raliss par tape.


4/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



4

Figure 3 : Systme sparatif (http://www.siarp.fr/reglement-assainissement.asp)

..

Cest un systme dans lequel on spare les eaux pluviales en deux parties :

1. l'une provenant des voiries et qui scoulera dans le rseau deaux pluviales ;

2. lautre provenant des toitures et des jardins, sera vacue avec les eaux uses

domestiques.

On utilise ce systme dans les villes o la sparation des eaux dans les immeubles peut tre

considrable difficile (exemple : la mdina).

..

Cest un systme constitu selon les zones dhabitation en partie par un systme sparatif et en

partie par un systme unitaire.

.. .

C'est une variante du systme sparatif qui prvoit, grce divers amnagements, une drivation

partielle des eaux les plus pollues du rseau pluvial vers le rseau d'eaux uses en vue de leur

traitement.


5/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



5

.. .

L'usage de ces systmes n'est envisager que dans les cas exceptionnels, On distingue :

Systme sous pression sur la totalit du parcours.

Le rseau fonctionne en charge de faon permanente sur la totalit du parcours.

Systme sous dpression.

Le transport de l'effluent s'effectue par mise des canalisations en dpression.

3. Schmas types des rseaux

On peut classer les rseaux selon leur structure spatiale. On distingue six grandes classes (Figure

4) :

Schma perpendiculaire

Schma colleteur principal Schma colleteur transversal

Schma zones tages

Schma centre colleteur unique

Schma radial

Figure 4 : schmas types des rseaux

4. Schma mthodologique global des donnes dassainissement

L'assainissement d'une agglomration est un problme complexe avec plusieurs contraintes.

Plusieurs variantes peuvent tre proposes pour un mme projet.


6/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



6

Le concepteur des ouvrages construire doit analyser les diffrents facteurs qui influent sur la

conception du projet. Lorganigramme suivant montre linteraction entre les diffrentes contraintes,

donnes et programme.

Figure 5 : organigramme dtablissement dun projet dassainissement


7/29


8/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



8

Figure 7 : Hydrogramme de crue calcul par la mthode rationnelle

Lintensit de pluie iest dtermine partie des courbes IDF (Intensit-Dure-Frquence) de la

zone considre. Pour estimer cette intensit, il faut dabord fixer la rcurrence ou le risque dont on

veut se protger du dbit maximal. Ensuite, on dtermine le temps de concentration tc, du bassin

versant.

T: priode de retour ou risque associ

a(T)et b(T): coefficients caractrisant la courbe IDF de la rgion

tc: temps de concentration

Le temps de concentration dun bassin urbain, compos de plusieurs sous-bassins (quelques terrains

et btiments), est la somme du temps du plus long coulement des eaux de ruissellement tepour

atteindre la bouche dgout et le temps dcoulement dans la conduite tf.

Figure 8 : Bassin versant urbain


9/29


10/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



10

On considre gnralement que le coefficient de ruissellement est constant au cours dune mme

averse. Les tableaux 3 et 4 donnent quelques valeurs du coefficient de ruissellement.

Tableau 3 : Coefficient de ruissellement relatif divers types de surface

Tableau 4 : Coefficient de ruissellement relatif divers types de quartiers


11/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



11

diviser le bassin en sous bassins lmentaires correspondant des jonctions de tronons,changement de direction;

valuer et calculer les diffrents paramtres

calculer les surfaces cumules multiplies par leur coefficient de ruissellementcorrespondant

valuer le dbit et considrer le dbit maximum.

Figure 9 : Procdure de calcul avec la mthode rationnelle

Cette mthode nest susceptible dtre utilise que pour des bassins de superficienexcdant pas 5km.

La mthode rationnelle est limite ltude des pluies tombant uniformment sur

lensemble ou une partie du bassin versant Elle ne tient pas compte des conditions antrieures daverse.

Cette mthode drive de la prcdente. La mthode de Caquot effectue un bilan de volume V des

eaux tombes entre le dbut de laverse et linstant o le dbit est maximum : tp. Aprs

dveloppement, on intgre le temps de concentration dans lexpression de la formule rationnelle

pour viter le calcul itratif. En gnral comme tp> tc, en remplaant tp par tc on majore Qp donc

on va dans le sens de la scurit.

Elle et se met sous la forme suivante :


12/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



12

( )Q

aI C AT

T

b T b T f b T c

b T f b T f

b T d

b T f

( )

( )

( ) ( ) ( )

( ) ( )

( )

( )

(=

+

+

6

1

1

1

1

1

1

1

Q(T): dbit pour la priode de retour fixe (m3

/s)a(T)et b(T): coefficients dduits des courbes IDF ( partir dintensits exprimes en mm/min)

L: longueur des parcours des eaux (m)

C : coefficient de ruissellement (tableaux 3 et 4)

I : pente moyenne hydraulique du rseau sur le parcours de leau

A: superficie en hectares

: coefficient numrique dajustement est gal 0.5

+ = 1.1 coefficient du bilan volumtrique

f = -0.287

d= 0.507

c= -0.41

= 0.05

Tableau 5 : dtermination des paramtres des bassins assembls

Paramtres

quivalents

Assemblage en srie Assemblage en parallle

A Ai Ai

CC A

A

i i

i

C A

A

i i

i

IL

L

I

j

j

j

2

I Q

Q

j pj

pj

ML

A

i

i

( )L Q

A

p

i

max

Coefficient de correction m

Le modle de Caquot a t labor pour un allongement M = 2, il faut multiplier alors le dbit par

un facteur correcteur m qui teint compte de lallongement.


13/29


14/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



14

qQ

m= 86400(l/s)

Q : quantit deau journalire transite dans le tronon

qm: dbit moyen journalier

Remarque: dans le cas des secteurs hospitaliers, des secteurs de masses ponctuelles (coles, lyces

etc.) o le rythme de vie est rgulier, il aura tout intrt vrifier comment se comporte la pointe

calcule selon le principe de simultanit des appareils.

6. Conception des rseaux

..

Dans un rseau chacune des conduites qui relient deux regards ou une chambre de raccordement et

un ouvrage constitue un tronon de pente et de section rgulire.

On mne les calculs partir du profil longitudinal, qui au fur et mesure de son tablissement

permet de :

rechercher les pentes dcoulement, en se tenant au plus prs du sol, compte tenu dunminimum de garde contre les charges et surcharges roulantes. La couverture au-dessus

des conduites est gnralement de 0.8m 1.0 m.

trouver les sections minimales et les ouvrages de raccordement

dterminer les chutes et les franchissements dobstacle

assurer les vitesses limites dautocurage pour viter la dcantation des matires en

suspension et de ne pas dpasser les vitesses maximales.

..

...

Le diamtre minimal des conduites est de 300, fix par lONAS.

Pour assurer lautocurage il faut des vitesses de 0.60 m/s pour 1/10 du dbit pleine sectionet de 0.3 m/s pour 1/100 de ce mme dbit.

La vitesse ne doit dpasser 4 m/s

La pente minimale souhaitable est de 0.5%

En rseau sparatif, les conditions dautocurage sont moins imprieuses que pour le rseauunitaire, les pentes peuvent de ce fait tre diminues.

...

Le diamtre minimal est de 200

pleine section ou demi section la vitesse dcoulement doit tre suprieure 0.7m/spouvant aller jusqu' 0.5 m/s

le remplissage de la conduite doit tre assur au 2/10 du diamtre pour le dbit moyen, lavitesse tant alors au minimum de 0.3 m/s

Les pentes rechercher sont de lordre de 0.4 0.5%.


15/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



15

..

...

Les rgimes sont variables et le rseau fonctionne le plus souvent faible dbit, on prfrera

dassurer la continuit au niveau des fils deau, radier. Cest le cas aussi quand les pentes sont trsfaibles.

...

Pour le rseau deaux pluviales, on cherchera assurer lvacuation dans les meilleures conditions

des dbits maximum, on optera donc pour la continuit de la ligne pizomtrique. Cest aussi le cas

dans les terrains forte pente.

Figure 10 : Raccordement par ligne pizomtrique

..

Toujours raliser des changements de direction sous des angles infrieurs 120 (Figure 9).

Toujours raliser des raccordements au fil deau sil nest pas possible dobtenir un


16/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



16

raccordement sous un angle compris entre 45 et 60 sur le collecteur principal moins de

crer une chute (Figure 9).

Les branchements sur les collecteurs doivent tre faits suffisamment haut, de manire que sile niveau monte, il nen rsulte pas une mise en charge dans la canalisation dvacuation.

Figure 11 : Raccordement en plan des conduites

..

Les calculs des coulements dans les rseaux doivent tre conduits en fonction des contraintes :

dbits imposs, sections minimales des conduites et pentes minimales respecter.

Les calculs sont conduits le plus souvent en rgime permanent et uniforme.

Le dbit sexprime par la formule :

Q= V S

Q : dbit (m3/s)

S : section mouille (m)

V : vitesse moyenne (m/s)


17/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



17

La vitesse V se calcule par diffrentes mthodes (Manning Strickler, Chezy). Si on choisit la

formule de Manning Strickler, la vitesse en m/s est dtermine par lexpression suivante:

V KR I H M=2

3

K : coefficient de Manning Strickler qui dpend de la nature de la conduite

RH: rayon hydraulique (m)

IM: pente motrice ncessaire pour lcoulement du dbit Q donn

Do :

Q KSR I H M=2

3

La quantit SR2/3

ne dpend que du remplissage qui est le rapport de la hauteur deau h lahauteur de la canalisation H.

Pour une canalisation donne en rgime uniforme (pente motrice IMest gale la pente du radier IR)

le dbit Q ne dpend que de :

Q KI S RM =1

22

3

On cherchera alors sur les courbes suivantes les valeurs :

'

'

= =

=

V

V

R

R

Q

Q

h

H H

H

23

23

QH: dbit pleine section (m3/s)

Q: dbit correspondant au remplissage

Remarque: pour les sections circulaires, on observe que le dbit maximum est suprieur au dbit

pleine section et il est obtenu pour = 0.84.

Organigramme de calcul :

Le calcul sur un tronon seffectue partir de laval et en remontant vers lamont. Connaissant les

caractristiques physiques, on compare le dbit Q donn aux dbits QH et Qmax.Plusieurs cas se

prsentent

1. Si Q < QH, on sera en coulement surface libre

2. Si QH< Q < Q maxon sera en coulement surface libre et le remplissage sera compris entre 0.8

et 0.84

3. Si Q > Qmaxon sera en coulement en charge, la pente de la ligne pizomtrique est gale :

( )I

Q

KR SIM

H H

R= >

2

3

Et on dterminera ainsi la ligne pizomtrique des tronons successifs (Figure 10) en remontant

vers lamont.

La cote pizomtrique amont Pam dun tronon dune longueur L est gale :


18/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



18

Pam = Pav + IM x L

Figure 12 : organigramme de calcul de la ligne pizomtrique

SUPav : la contrainte de niveau impose par laval, lexutoire dans un cours deau, cest la cote

des plus hautes eaux

Rav : la cote de radier aval

Ram : la cote de radier amont

L : longueur du tronon

IR: la pente du radier IRam Rav

LR=

Donnes gomtriques

dbit donn

SUPav < Rav+HQ < Qmax

Contrainte l'aval

SUPav > Rav+H

IM> IR

Pam > Rav+H

Rav+hmax


19/29


20/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



20

maximale auquel cas il faudrait prendre des dispositions particulires pour rduire cette vitesse.

Ainsi on dtermine les niveaux pizomtriques :

IM= IR

Pav = Rav + h

Pam = IML

Cas 2

Lcoulement est normalement libre, mais il y a une contrainte laval, SUPav > Rav + H

On cherche alors la pente motrice IM

IQ

KSRM

=

23

2

Pav = SUPav

Pam = SUPav + IML

Remarque :

Le profil pizomtrique doit tre tudi avec beaucoup de soin. Il est indispensable que celui-ci

reste en tout point infrieur au profil de la voie publique ou du terrain naturel sous lequel louvrage

est implant, car o il y a lvation de ce profil, il y a risque de dbordement.

7. Choix des conduites

.. Lors de llaboration dun projet d'assainissement, on rencontre les problmes suivants :

la pente du terrain

la nature du sous sol travers

la nature des effluents vacus dans le rseau

le volume des effluents

la charge mcanique exerce sur le rseau

le respect de lenvironnementIl faut chercher alors le meilleur compromis entre la fiabilit et le cot quoffre chaque matriau.

Pour les eaux uses domestiques, on utilise gnralement pour les diamtres infrieurs 500 desconduites en PVC, au del on utilise des conduites en bton arm ou non, en bton prcontraint

me en tle.

..

Au mme titre que le choix du matriau constitutif, la dtermination de la classe de la conduite est

en fonction des charges auxquelles peut rsister celle-ci. La justification de la rsistance mcanique

repose sur la comparaison de la charge de rupture garantie par le fabricant avec la charge calcule

qui est le cumul des actions sur la conduite, du remblai et des charges mobiles.


21/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



21

Pour calculer les forces dues aux diverses charges qui sexercent sur une conduite, il faut connatre

les mthodes dinstallation et de construction des conduites. On prsente dans ce qui suit une

mthode simplifie.

... Les charges verticales Q se composent (Figure 11) :

1. de laction des terres au-dessus du tube Qt

2. des surcharges dues aux vhicules circulant sur la chausse Qs

Q = Qt+ Qs

Figure 13 : Schma des charges verticales sur une conduite

Le poids des terres situes au-dessus du tube par unit de longueur de la conduite est :

Pt= H D

: poids volumique des terres (N/m3)

H : hauteur des terres au-dessus de la conduite (m)D : diamtre de la conduite (m)

Pt: poids par unit de longueur (N/ml)

Diverses tudes ont montr que laction des terres une profondeur H est gale :

Qt= Pt

o est un coefficient qui dpend deH

Det de la nature du sol.

On a donc :

Qt= Pt= H D = CD


22/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



22

avec C = H

D

Le coefficient C est sans dimension et dpend deH

D

et de la nature du sol (Figure 12):

Figure 14 : Dtermination de C en fonction de la nature du sol et du rapport H/D

Le calcul de laction de la surcharge routire par mtre linaire se dduit de la formule de

BOUSSINESQqui assimile le sol un milieu lastique homogne et isotrope : la profondeur H la

contrainte Qsrsultant de Psest :

Qs=Ps

Oest un coefficient sans dimension qui dpend deH

D(Figure 13)


23/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



23

Figure 15 : Dtermination de en fonction de la nature du sol et du rapport H/D

Pour les ractions horizontales (Figure 14), on considre que le sol a un comportement lastique

analogue un ressort :

Z kD

=

2

D : allongement du diamtre horizontal (m)

k : coefficient analogue un module dlasticit (Pa)

Z : action horizontale (N/m)

Le coefficient k dpend de la nature du sol et du diamtre de la conduite.

Lallongement du diamtre horizontal est gal :

D QE

E

fDE

fD

e

D

=

+

2851

1 236

3

.

.

qui est pratiquement gal au raccourcissement du diamtre vertical.

Figure 16 : Action horizontal des terres


24/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



24

La contrainte maximale de flexion :

=

+

+

Q

e

E

fD

e

D

eD

EfD

eD

0 074 9 53

1 23 6

3

3

. .

.

La composante horizontale est gale :

Z QE

fD

e

D

=

+

0672

1 236

3

.

. .

f: module de raction horizontale du sol (Pa/m)

f= 7.5 MPa/m pour un sol argileux compact :

f= 6.6 MPa/m pour un sol sableux une profondeur de 1 m

f= 13.3 MPa/m pour un sol sableux une profondeur de 2 me : paisseur de la conduite (m)

E : module de YOUNGde la conduite (Pa)

8. Ouvrages annexesLes ouvrages annexes sont des ouvrages indispensables en amont ou sur le cours des rseaux, ils

assurent la rception des eaux uses ou lengouffrement des eaux pluviales.

..

Un regard dgout est un ouvrage indispensable dans un rseau, il permet daccder une conduite

afin de lentretenir et de la ventiler.

..

On installe un regard chute lorsque le radier de la conduite qui achemine les eaux, est situe plusde 600 mm de la couronne de la conduite qui les vacue.

..

Une bouche dgout est un lment propre aux rseaux deaux pluviales et aux rseaux unitaires.

Une bouche dgout a pour fonction de collecter les eaux pluviales provenant des chausses et des

trottoirs.

..

Le branchement permet dacheminer les eaux uses des logements vers le rseau dgout. En plus

du branchement sanitaire qui achemine les eaux uses domestiques, il y a le branchement pluvial

qui assure lacheminement des eaux pluviales vers le rseau deaux pluvial.


25/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



25

Figure 17 : Regard dgout

Figure 18 : Regard chute (a) : coupe longitudinale (b) coupe transversale


26/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



26

Figure 19 : Bouche dgout (a) : coupe longitudinale (b) coupe transversale

9. Excution des ouvrages

..

Limplantation des canalisations se fait aussi bien en plan quen altitude

...

Dans les rues de moins de 15 m de marge, il est souhaitable de mettre la canalisation au milieu de

laxe de la chausse. Pour les rues de plus de 15 m, il est souhaitable de mettre les canalisations

sous les trottoirs.

... On doit respecter une profondeur denfouissement minimale pour :

1. permettre une ralisation correcte des branchements particuliers ;

2. viter sous leffet des charges roulantes tout risque dcrasement des conduites. On

estime ncessaire de disposer dune paisseur de remblai dau moins 0.80 m.

3. empcher dune faon absolue tout risque dintercommunication entre le rseau

dassainissement et une canalisation voisine deau potable.


27/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________



27

..

...

La largeur de la tranche au fond et entre les blindages doit tre au moins gale au diamtre de la

canalisation avec des surlargeurs de 0.30 m de part et dautre. Si la tranche est prvue pourrecevoir plusieurs canalisations la largeur sera au moins gale la somme des diffrents diamtres

extrieurs augmente de 0.60 m.

Le fond des tranches est aras 0.10 m au moins au-dessous de la cote prvue pour la gnratrice

extrieure de la conduite. Sur cette paisseur un lit de pose

...

La pose en tranche en terrain dans des terrains stables se ralise sur un lit de pose en sable de

0.10m dpaisseur minimum, ou sur un matriau quivalent de granulomtrie infrieure 30mm.

Larc effectif est dtermin en fonction des charges qui seront supportes par la conduite.= 90 pour les f > 500mm

= 120 pour les f < 500mm

Figure 20 : Pose des conduites

La pose en terrain aquifre ncessite quelques prcautions savoir :

la pose dun tapis anti-contaminant permable leau

la pose dun gros bton ou sol ciment dos 100 kg/m3


28/29


29/29

ASSAINISSEMENT

________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________________

..

Ces preuves servent prvenir la pollution du milieu environnant au rseau dgout.

Les essais sont effectus tronon par tronon, sur toute la longueur du rseau et aprs remblaiement

des fouilles. Le tronon tudi et ses branchements sont obstrus et est rempli deau sous unepression de 0.4 bar. La dure du test est de 30 minutes. Pass ce dlai, on mesure le volume deau

dappoint ncessaire pour maintenir la pression. On procde aussi un essai gnral du rseau.

10. Les Stations dpuration

Une fois collectes les eaux uses doivent tre traites dans une station dpuration avant leur rejet

dans le milieu rcepteur. Les diffrentes composantes de lpuration des eaux pollues sont :

Le pr traitement ;

Le traitement primaire ;

Le traitement secondaire ou llimination de la pollution carbone

Les traitements complmentaires ;

Les traitements et limination des boues.

assainissement cours nouveau

Documents