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1. SYSTEMES D’ALIMENTATION EN EAU 
Le système d’alimentation en eau est un ensemble d’installations liées entre elles, destinées à 
assurer l’approvisionnement d’une agglomération, une unité industrielle ou un ensemble 
d’unités industrielles en eau en quantité suffisante et de qualité saine. Un système classique 
d’AEP se compose de : 
 Une ou plusieurs prises d’eau (avec adduction gravitaire ou pompage d’eau brute); 
 Une ou plusieurs stations de traitement (avec adduction gravitaire ou pompage d’eau 
traitée); 
 Une ou plusieurs réservoirs de distribution ; 
 Un ou plusieurs réseaux de distribution 
1. Prise d’eau ; 2- station de pompage (l’exhaure) ; 3- usine de traitement ; 4 Réservoir d’eau 
traitée ; 5 – station de pompage (refoulement) ; 6- conduites d’adduction ; 7- château d’eau ; 
8 – Réseau de distribution 
Lorsque la source d’approvisionnement est l’eau souterraine, protégée contre toute 
contamination, le système peut se présenter comme suit: 
1 Forages ; 
2 – Réservoir de stockage ; 
3 – station de refoulement. 
Lorsque l’eau souterraine est utilisée pour l’approvisionnement, deux variantes sont possibles 
a) les pompes (1) placés dans les mêmes forages, alimentent directement le réseau; b) l’eau 
refoulée des forages, passe dans un réservoir ~, puis reprise par les pompes de la 2ème station 
de pompage (3). 
L’importance et les caractéristiques de ces installations sont fonctions des données suivantes : 
· Données démographiques et d’urbanisme de la localité à alimenter ; 
· Données topographiques, hydrologiques et hydrogéologiques de l’espace géographique 
concerné par le projet ; 
· Caractéristiques physico-chimiques et biologiques des eaux naturelles ; 
· Conditions socio-économiques des populations.
II. EVALUATION DES BESOINS EN EAU 
1. LES PRINCIPAUX TYPES DE CONSOMMATION 
La projection de tout système d’adduction d’eau commence tout d’abord par l’identification 
des consommateurs (nature, importance, emplacement) et l’évaluation de leur accroissement 
dans le temps. 
De façon générale, dans une ville, on distingue les besoins suivants en eau: 
 -les besoins domestiques (les populations des agglomérations et les ouvriers pendant le 
travail); 
 les besoins industriels liés à l’utilisation de l’eau dans les processus technologiques et 
d’autres; 
 les besoins des services publics liés à l’usage de l’eau pour le nettoyage des voies et 
places publiques, l’arrosage des verdures, administration etc; 
 -les besoins pour extinction d’incendie; 
 -les besoins agricoles lorsque des activités agricoles sont menées dans des zones 
périphériques reliés au réseau et consomment de l’eau pour le bétail et l’irrigation. 
2. LA NORME DE CONSOMMATION 
a) La consommation globale: Elle peut varier considérablement d’une agglomération à 
l’autre, du fait des modes de vie et des niveaux de vie différents. On constate généralement 
que la consommation globale varie en fonction de la taille de l’agglomération et du rôle de 
celle-ci, (présence d’activités et d’équipements publics), 
b) Consommation domestique (privée): Le besoin physiologique minimum en eau potable est 
de l’ordre de 5litres par ht et par jour. Dans une zone plus ou moins bien desservie par bornes 
fontaines, le besoin peut être fixé à 30 l /ht/j. Dès qu’une zone est équipée de branchements 
particuliers, la consommation augmente considérablement en fonction des modes de vie et du 
niveau socio-économique des populations et peuvent atteindre 500 litres, l’arrosage pouvant 
encore doubler ou tripler ce chiffre en zone pavillonnaire. 
La répartition de la consommation domestique est à peu près la suivante: bains et douche - 39% 
sanitaire WC – 20%; lavage linge - 12%; vaisselle 10%; préparation de la nourriture 6%; lavage 
de la voiture , arrosage du jardin - 6% et usages divers 6%. 
Dans les études des projets d’AEP en Afrique, les bureaux d’études s’efforcent d’estimer les 
taux des populations s’alimentant par BF et par BP et d’attribuer une consommation 
spécifique (norme de consommation) à chacune des deux catégories. Les normes couramment 
utilisées sont les suivantes : 
· Les populations s’alimentant par BF : 15 à 30 l/j/hab 
· Populations s’alimentant par BP sans installations sanitaires à eau courante, autrement 
dit avec seulement un robinet de puisage dans la cour : 30 à 50 l/j/hab ; 
· Populations s’alimentant par BP avec installations sanitaires à eau courante : 50 à 150 
l/j/hab. 
Les nonnes sont établies sur la base de donnée statistique. 
c) Consommations industrielles: Elles sont très variables suivant les types d’industrie et les
procédés industriels utilisés. Exemples de normes: 
Equipements Normes Equipements Normes 
Fromagerie 5 litres/litre de lait Brasserie 5 litres/litre de bière 
Cidrerie 4litres /litre de cidre Sucrerie 100 litres/kg de sucre 
Vinification 2 litres/litre de vin 
Abattoir : une moyenne de 6 litres/kg de carcasse ou selon la nature 
· Ovins , caprins : 120 à 160 litres/tête ; 
· Bovins 200 à 2 000 litres/tête 
· Porcins 100 à 400litres/tête 
d) Consommation des services publics ou collectifs: Les divers équipements entraînent des 
consommations très variables qui dépendent des conditions locales. Chaque cas nécessite une 
étude particulière. 
Quelques normes pour les besoins publics 
Equipements Normes Equipements Normes 
Urinoir 20 litres/jour/place Ecole 5-10litres/élève/jour 
Lavoir 1200 litres/Jour/place Sanatorium 150 litres/jour/lit 
Bain-douche 200 litres/jour/poste Hôpital 100 litres/jour/lit 
Nettoyage des marchés 5 litres/m2/jour Colonie de vacances 100 litres/jour/ht 
Nettoyage des caniveaux 25 litres/ml/jour 
La nonne d’arrosage des jardins et parcs est de 3, 6 ou 9 litres [jour /m2 suivant que la région 
est sèche, moyenne ou humide. 
e) Besoins agricoles: Des activités agricoles peuvent être implantées dans des zones 
périphériques reliées au réseau et consommer de l’eau pour le bétail (cheval ou bovidé -50 I/j, 
porc - 20 I/j et mouton 5 I/j) ou l’irrigation (quantité liée aux types de culture et aux conditions 
climatiques ou de sol). 
f) Débit d’incendie: L’eau reste l’un des principaux moyens de lutte contre l’incendie. 
L’expérience acquise dans la lune contre les incendies a permis d’élaborer des nonnes en 
fonction de l’inflammabilité des matériaux de construction du nombre de la population et de la 
nature de la production dans les usines. De manière générale, on prévoit réglementairement 
que l’extinction d’un incendie moyen nécessite un débit de 60 m3/h pendant une durée de 2 
heures. C’est donc un volume de 120 mn3 qui doit être matériellement constitué et réservé à 
l’extinction des incendies. 
Dans les calculs du réseau de distribution et de réservoir, il est conseillé de tenir compte de 
l’extinction d’un éventuel incendie. Mais le volume nécessaire à cela n’étant pas consommé 
tous les jours, on n’en tient pas compte dans l’estimation des besoins en eau. 
Le débit prévu nécessite réglementairement des bouches et tuyauteries d’un diamètre minimal 
égal 60 mm. 
3.DEMANDE EN EAU ET EVOLUTION DE LA CONSOMMATION DANS LE 
TEMPS 
3.1 Demande en eau
Le débit journalier est la somme arithmétique des demandes en eau de chacune des catégories 
de consommateurs dans la journée. Il est exprimé généralement en m3/j 
a) La demande journalière domestique: Connaissant la norme de consommation et le nombre 
des usagers, on p eut définir la demande journalière pour les besoins domestiques par la 
formule suivante: 
;m3/ j 
Q q.N moy = 
1000 
n 
N=NO (1+a) 
où q - la nonne de consommation l/j; 
N - nombre des abonnés (usagers) au terme du 
projet 
No - - Nombre de la population au démarrage du projet ; 
a - - - taux d’accroissement de la population; 
n - - durée de vie du projet; n varie généralement entre 20 et 30 ans. 
Lorsque l’agglomération présente des zones à différentes nonnes de consommation, le débit 
journalier est défini par la relation suivante 
Q qi .Ni 
1000 
moy =å 
b) La demande journalière en eau pour l’arrosage et le nettoyage: La quantité d’eau pour 
l’arrosage des verdures et le nettoyage des voies et places publiques dans une agglomération 
peut être définie par la formule suivante: 
Q=åSi .qi 
Si - - surfaces à arroser et à nettoyer 
qi - norme d’arrosage et de nettoyage 
La norme d’arrosage dépend des conditions climatiques, de la nature de la couverture des 
voies et du type de verdure Pour les calculs préliminaires , on peut prendre les valeurs 
suivantes: 
Types d’usage de l’eau Normes (l/m2) 
Lavage mécanisé pour les surfaces revêtues (bitume, dalle) 1.2 – 1.5 
Arrosage mécanisé pour les surfaces revêtues (bitume, dalle) 0.3 – 0.4 
Lavage manuel (raccord) des surfaces revêtues 0.4 – 0.5 
Arrosage des verdures des parcs 3 – 4 
Arrosage des gazons 4 - 6 
c) La demande en eau dans l’industrie: Il existe deux types de consommation d’eau dans 
l’industrie: la consommation propre du personnel, et la consommation technologique, c’est à 
dire l’eau qui rentre dans le processus de fabrication des produits. 
- La demande technologique: Les processus technologiques exigent très souvent d’importante 
quantité d’eau définie par la formule suivante: 
Ntechi - - Quantité de produits fabriqués 
Qtechi - - Norme pour l’unité de produit 
Qind =åNindi .qindi
d) Les pertes: Des pertes inévitables d’eau sont dues au lavage des filtres dans les stations de 
traitement, aux ( robinets non ou mal fermés et aussi aux fuites des canalisations de 
distribution enterrées ou des canalisations intérieures des immeubles. Ces dernières dépendent 
de l’état d’entretien du réseau. Dans un réseau bien entretenu, les pertes atteignent 
couramment jusqu’à 25% de la consommation, et 25 à 35% pour un entretien moyen; elles 
peuvent atteindre ou dépasser 50% pour les réseaux mal entretenus, 
e) Les marges: Pour prévoir une évolution de la consommation, on devra tenir compte dans 
les projets des extensions prévues ou possibles de l’agglomération, ainsi que du 
développement progressif de la consommation individuelle. Pour éviter une insuffisance de la 
distribution avant 25 ans, il est bon de prévoir une marge de 20 à 30 % sur les quantités 
consommées. 
3.2 Evolution de la consommation en eau dans le temps 
Pour le dimensionnement des ouvrages d’alimentation en eau et d’assainissement, on doit 
tenir compte des variations journalières et horaires de la consommation d’eau ou de 
production d’eaux usées. 
La consommation varie d’un jour à un autre en présentant des journées de consommation 
maximale, Pour obtenir ce débit, il faut multiplier le débit moyen journalier par un coefficient 
de pointe. 
Qp. j =Pj .Qmoy 
A pat-tir de l’expérience acquise dans l’exploitation des systèmes d’adduction, pj varie 
généralement entre 1.1 et 13. 
Au cours de la journée, le débit consommé par les utilisateurs et restitué sous forme d’eaux 
usées n est pas constant, mais varie en présentant des maximums ou pointes. Pour le calcul du 
débit maximal à transiter dans des réseaux de distribution et d’assainissement, il convient donc 
d’affecter le débit moyen de la journée de consommation maximale d’un “coefficient de 
pointe horaire” ph 
h 
Le débit de pointe horaire est égal: 
Q 
Q P pj 
24 
p = h 
Le coefficient de pointe horaire peut être déterminé par la relation suivante, lorsque ph est £ 3, 
soit que Q > 10 m3/h. 
P =1.52.5 
+ Qmoy en litre/seconde 
h Q 
moy 
Les valeurs courantes du coefficient de pointe horaire se situent entre 2 et 3. Les valeurs des 
coefficients de pointe horaire (ph) selon la taille de la localité 
 2.5 à 3 pour une localité de moins de 10 000 hts ; 
 2 à 2.5 pour une localité de 10 à 50 000 hts ; 
 1.5 à 2 pour une localité de 50 000 à 200 000 hts 
 » 1 .5 pour une localité de plus de 200 000 hts
A l’absence de données réelles, pour la répartition horaire de la consommation domestique 
journalière, on peut utiliser les données du tableau ci-dessous. 
VALEURS APPROXIMATIVES DES DEBITS PAR HEURE POUR LA 
CONSOMMATION DOMESTIQUE 
heures de 
la journée 
Débit horaire ( % du débit journalier ) en fonction du coefficient de pointe 
Ph=1.2 Ph =1.25 Ph =1.3 Ph =1.35 Ph =1.4 Ph =1.45 Ph =1.5 Ph =1.8 Ph =1.9 Ph =2 Ph =2.5 
0 - 1 3.5 3.35 3.2 3 2.5 2 1.5 0.9 0.85 0.75 0.6 
1 - 2 3.45 3.25 3.25 3.2 2.65 2.1 1.5 0.9 0.85 0.75 0.6 
2 - 3 3.45 3.3 2.9 2.5 2.2 1.85 1.5 0.9 0.85 1 1.2 
3 - 4 3.4 3.2 2.9 2.6 2.25 1.9 1.5 1.0 1 1 2 
4 - 5 3.4 3.25 3.35 3.5 3.2 2.85 2.5 2.35 2.7 3 3.5 
5 - 6 3.55 3.4 3.75 4.1 3.9 3.7 3.5 3.85 4.7 5.5 3.5 
6 - 7 4 3.85 4.15 4.5 4.5 4.5 4.5 5.2 5.35 5.5 4.5 
7 - 8 4.44 4.45 4.65 4.9 5.1 5.3 5.5 6.2 5.85 5.5 10.2 
8 - 9 5 5.2 5.05 4.9 5.35 5.8 6.25 5.5 4.5 3.5 8.8 
9 - 10 4.8 5.05 5.4 5.6 5.85 6.05 6.25 4.85 4.2 3.5 6.5 
10 - 11 4.7 4.85 4.85 4.9 5.35 5.8 6.25 5 5.5 6.0 4.1 
11 - 12 4.55 4.6 4.6 4.7 5.25 5.7 6.25 6.5 7.5 8.5 4.1 
12 - 13 4.55 4.6 4.5 4.4 4.6 4.8 5 7.5 7.9 8.5 3.5 
13 - 14 4.45 4.55 4.3 4.1 4.4 4.7 5 6.7 6.35 6 3.5 
14 - 15 4.6 4.75 4.4 4.1 4.6 5.05 5.5 5.35 5.2 5 2 
15 - 16 4.6 4.7 4.55 4.4 4.6 5.3 6 4.65 4.8 5 6.2 
16 - 17 4.6 4.65 4.5 4.3 4.9 5.45 6 4.5 4 3.5 10.4 
17 - 18 4.3 4.35 4.25 4.1 4.8 5.05 5.5 5.5 4.5 3.5 9.4 
18 - 19 4.35 4.4 4.45 4.5 4.7 4.85 5 6.3 6.2 6 7.3 
19 - 20 4.25 4.3 4.4 4.5 4.5 4.5 4.5 5.35 5.7 6 1.6 
20 - 21 4.25 4.3 4.4 4.5 4.4 4.2 4 5 5.5 6 1.6 
21 - 22 4.15 4.2 4.5 4.8 4.2 3.6 3 3 3 3 1 
22 -23 3.9 3.75 4.2 4.6 3.7 2.85 2 2 2 2 0.6 
23 - 24 3.8 3.7 3.5 3.3 2.7 2.1 1.5 1 1 1 0.6 
somme 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 
Si dans l’agglomération à approvisionner, il existe d’autres catégories de consommation, le 
graphique de consommation doit intégrer l’évolution de l’utilisation de l’eau par celles-ci. 
Pour les calculs préliminaires, on peut considérer uniformément repartie durant la durée de 
travail d’une équipe les besoins domestiques (sans les bains) et les besoins technologiques. 
Les bains sont pris seulement pendant l’heure qui suit la fin du travail pendant 45 minutes. 
Les débits horaires pour le nettoyage des voies, places publiques, pour l’arrosage des verdures 
sont fonction des conditions climatiques et de la nature des couvertures des sols et des 
spécificités locales. Il est conseillé de fixer leurs heures de consommation tel, qu’elles ne 
correspondent pas avec les heures de consommation maximale des autres catégories. Ainsi par 
exemple 60 à 70 % du volume d’eau destinée au nettoyage peuvent être utilisées le matin et le 
soir et 40 à 30% le jour; et pour l’arrosage 80% - le matin et soir et 20% - le jour
LES RESERVOIRS 
1. Fonctions et utilités des réservoirs 
Le réservoir dans le système d’alimentation en eau a double fonction : 
- le réservoir permet de rendre optimal le débit d’équipement pour tous les ouvrages situés en 
amont de lui, soit que ces ouvrages fonctionnent en permanence (par exemple l’usine de 
traitement), soit même que leur fonctionnement soit volontairement intermittent (pompage 
irrégulier) ; 
- il constitue une assurance contre les indisponibilités de courte durée des ouvrages en amont, et 
permet l’alimentation des consommateurs pendant une panne de courant électrique, une 
réparation de la conduite d’adduction, etc… 
2. Formes, matériaux et types de construction des réservoirs 
a) Formes : La section en plan des réservoirs est le plus souvent circulaire (impérativement pour les 
châteaux d’eau) et parfois rectangulaire. Dans certains cas, la capacité du réservoir est partagée 
entre deux demi réservoirs, ce qui permet d’assurer la distribution pendant le nettoyage. Le 
rapport hauteur / diamètre de la cuve du réservoir est non seulement fonction de la conception 
technologique mais aussi de l’aspect esthétique et varie généralement de 0.5 à 1. 
b) Matériaux : Les matériaux utilisés pour la construction des réservoirs sont soit le métal 
(principalement pour les réservoirs industriels) ; la maçonnerie avec enduit intérieur de ciment 
étanche et maintenant de plus en plus le béton armé, précontraint ou non également enduit. Les 
supports des réservoirs surélevés peuvent être en acier, en béton armé, en briques ou en bois. 
c) Types de construction : Les réservoirs peuvent être enterrés soit semi-enterrés soit surélevés. 
Les réservoirs semi-enterrés sont les plus économiques. 
3 Equipement des réservoirs 
L’équipement des réservoirs et en particulier leur fontainerie disposée dans une chambre de 
manoeuvres accolée au réservoir ou au sous-sol (cas général des réservoirs surélevés) doit permettre 
de remplir les diverses fonctions : réception de l’adduction et départ de l’eau vers la distribution 
(fonctions parfois confondues), trop-plein, vidange, by-pass permettant le nettoyage, matérialisation 
de la réserve d’incendie. 
Vidange 
By-pass 
Alimentation Vers la distribution 
Trop plein 
4 Emplacement des réservoirs 
Les réservoirs d’eau traitée, qui viennent juste après l’usine de traitement doivent être placés le plus 
près possible des consommateurs. On diminue ainsi la longueur des canalisations qui doivent transiter 
le débit de pointe. 
Quant aux réservoirs surélevés, le choix du site doit obéir à la règle simple suivante : trouver la côte 
minimale d’implantation assurant une desserte suffisante des maisons les plus hautes. Il est 
recommandé de ne pas dépasser 40 - 60 m comme pression de service dans le réseau, du fait que 
certains équipements ne peuvent pas dépasser, en aucun cas supporter une charge supérieure à 70 m).
5 Détermination de la hauteur d’un réservoir surélevé et de la pression que doivent 
développer les pompes 
Les pompes et les réservoirs surélevés doivent fournir l’eau en quantité suffisante et sous la 
pression nécessaire. Les prélèvements d’eau se produisent généralement au-dessus du sol, ce 
qui exige une certaine pression en tout point du réseau. 
h 
hn 
Hs 
Ho 
Niveau du sol 
Conduite de ville 
La hauteur du château et la chasse des pompes doivent être déterminées en se plaçant dans les 
conditions les plus défavorables de fonctionnement du réseau de distribution. Ces paramètres sont 
définis après les calculs hydrauliques du réseau. 
De façon générale deux cas de figure de distribution se rencontrent dans l’alimentation en eau : la 
distribution gravitaire et la distribution par refoulement. 
- La distribution gravitaire 
Pour déterminer la Pression nécessaire à créer au début du réseau c’est à dire la hauteur à 
laquelle doit se trouver la cuve du château dans ce cas présent, il faut tout d’abord identifier 
le point critique c’est à dire le plus défavorisé du point de vu altitude et éloignement par 
rapport à la source d’alimentation qui est ici le château. 
Château d’eau Ligne piezométrique 
Pertes de charge 
b Hs 
a 
Zb 
Forage Agglomération Réseau Za 
Niveau dynamique 
0 0
Dans le cas présent, ce point se trouve à la côte Za. En ajoutant à cette côte la pression au sol 
Hs on obtient la hauteur piézométrique du point critique. La ligne piézométrique b1 – a1 
caractérise la chute de pression dans le réseau aux heures de consommation maximales. 
Au point b doit être créée une telle pression Hb, que même lorsque la pente de la ligne 
piézométrique sera maximale, la pression au point a ne soit pas en dessous de Hs. La pression 
Hb sera assurée si le fond de la cuve du château se trouve à une certaine hauteur. 
A partir de la figure, on peut déterminer aisément établir des relations entre les pressions aux 
points caractéristiques du système. 
Zb + Hb = Za + Hs + å h. 
De là on peut déterminer la hauteur du château c’est à dire la hauteur à laquelle se trouve au-dessus 
du sol. 
Hb = Hs + å h – (Zb – Za) 
En plaçant le château au point le plus haut, on obtient la valeur maximale de la différence 
Zb – Za et par conséquent la hauteur minimale du château. C’est pourquoi il faut essayer cela 
étant que possible de placer le château au point le plus élevé. Lorsque Hb £ 0, alors en lieu et 
place du château il faut placer un réservoir semi- enterré ou enterré. 
De la figure 7, il est également possible de mener la ligne piézométrique des conduites 
d’adduction transportant l’eau de la station de refoulement au château. La pression à 
développer par les pompes est dans ce cas donnée par la formule suivante : 
Hp = hc. ad + (Hb + H0 ) + (Zb – Zp). 
- La distribution par refoulement 
Très souvent, les points hauts sont les points les plus éloignés de la station de pompage. En 
plaçant le château en ces points, nous obtenons ce qu’il est convenu d’appeler système 
d’alimentation avec contre réservoir ou avec réservoir flottant. Dans ce cas, le château et la 
station se pompage sont situés à des points opposés. 
hc.ad ha2-a1 
Sh Hc 
Hs b 
Hpompe a1 
c.ad a2 
Niveau dynamique Za1 Zb 
Zp 
0 0 
Dans ce système, au moment de la consommation maximale, le réseau est alimenté à la fois 
par les pompes et par le réseau. Les dédits d’eau fournis par les pompes et par le château 
peuvent être déterminés sur le graphique de consommation et de fonctionnement des pompes. 
Connaissant ces débits on peut délimiter la zone alimentée par les pompes et celle par le
château. Les hauteurs piézométriques les plus basses sont observées aux points situés sur la 
ligne de rencontre des deux flux ligne a – a). Le point le plus critique est celui qui a la côte 
piézométrique la plus élevée – soit le point a1. 
Connaissant les pertes de charge dans le réseau et les côtes géodésiques, on peut déterminer 
la hauteur du château Hc et la chasse des pompes Hp. 
Hc = Hs +å hc – a1 – (Zc- Za1) 
Hp = hc. ad + å ha2-a1 +Hs+ (Za1 – Zp) 
7. Détermination de la capacité du réservoir 
La capacité d’un réservoir doit être estimée en tenant compte des variations de débit à l’entrée comme 
à la sortie, c’est à dire d’une part du mode d’exploitation des ouvrages situés en amont et d’autre part 
de la variabilité de la demande. IL n’est pas question d’équiper un réservoir amortissant les variations 
saisonnières. On ne cherche pas en général à amortir les à-coups hebdomadaires de consommation. Le 
plus souvent, un réservoir est calculé pour satisfaire aux variations journalières du débit consommé, 
en tenant compte bien entendu du jour de plus forte consommation. 
Dans les centres ruraux, où les pannes électriques prolongées (1-3) jours sont possibles, les réservoirs 
sont dimensionnés tel qu’ils peuvent contenir le débit de consommation de 1,2,3 jours. 
Principe de calcul de la capacité d’un réservoir : 
Pour déterminer la capacité d’un réservoir, on fait recours au graphique de consommation journalière 
et celui du fonctionnement des pompes. Le volume d’eau débité par les pompes de refoulement dans 
le réseau est équivalent à la demande journalière. Les heures pendant lesquelles le débit pompé 
dépasse le débit demandé, l’excédent rentre dans le château et aux heures, lorsque la demande dépasse 
le débit pompé, l’eau du château passe dans le réseau. 
Q, m3/h 
4 Graphique de consommation 
3.5 
3 
2 2 
Graphique de pompage 
1 
1 0.4 0.5 
0.125 0.125 
Heures 
0h 6 7 11 16 18 22 24
LES RESEAUX DE DISTRIBUTION 
I. Généralité 
Le réseau de distribution d'eau est l'un des principaux éléments d'un système d'adduction 
d'eau. Il est lié dans son fonctionnement avec les conduites d'adduction, les stations de 
pompage, et les réservoirs de régulation. Le réseau de distribution doit satisfaire aux 
exigences suivantes : 
- assurer correctement l'approvisionnement en eau de chacun des abonnés en quantité 
suffisante et sous la pression nécessaire ; 
- garantir une grande fiabilité dans l'exploitation. 
Jusque là, dans la pratique d'alimentation en eau, deux types de réseaux sont utilisés : le 
réseau ramifié encore appelé réseau non bouclé et le réseau maillé appelé autrement réseau 
bouclé. 
3 
7 
1 2 
4 5 6 
1 2 3 
3 
Maille III 
5 6 
Maille I 
Maille II 
7 8 
Lorsque le réseau de distribution d'une agglomération est constitué à la fois de réseaux 
ramifié et maillé, le réseau est alors appelé réseau mixte. 
Les réseaux ramifiés sont généralement recommandés pour les petites agglomérations où les 
raccordements particuliers sont peu nombreux. Ils sont particulièrement adaptés aux systèmes 
de bornes fontaines publiques et aux agglomérations où seules les habitations situées sur le 
tracé de la conduite sont raccordées. Les réseaux ramifiés ont l'avantage d'être relativement 
faciles à concevoir et à réaliser. L'inconvénient majeur de ce type de réseau est sa fiabilité 
très limitée car en cas de rupture sur une conduite, tous les usagers en aval se trouvent privés 
d'eau. 
Les réseaux maillés sont recommandés dans des agglomérations où la plupart des habitations 
sont desservies par des branchements particuliers et où une grande fiabilité dans 
l'approvisionnement en eau est exigée. Ce type de réseau nécessite l'installation d'une
conduite presque dans chaque rue, les raccordements se faisant au niveau des carrefours. 
Contrairement aux réseaux ramifiés, le calcul des réseaux maillés est très laborieux. Pour 
l'approvisionnement d'une même agglomération, le réseau bouclé sera plus long que le réseau 
ramifié, par conséquent plus onéreux. 
2. Tracé du réseau de distribution 
Sur les 4 phases de conception (tracé, calcul des débits, calcul des pressions et calcul des 
diamètres ) celle du tracé est probablement la plus importante, la longueur des conduites étant 
le principal facteur de coût d'un réseau de distribution. Le coût d'un réseau est globalement 
proportionnel à la longueur totale des conduites : si l'on double la longueur, on en double le 
coût. 
- La configuration du réseau dépend entre et autre du plan d'urbanisation du territoire à 
alimenter, de l'emplacement des grands consommateurs (unités industrielles, gares, 
buanderies etc...) des conduites d'adduction, du relief et de l’existence d’obstacles 
naturels ou artificiels (cours d’eau, chemin de fer …). Il n'existe quasiment pas de 
directives pratiques ni de normes permettant de décider d'un tracé. Pour décider du tracé, 
les ingénieurs doivent s'efforcer de réduire au minimum la longueur totale des conduites 
et de les installer dans des endroits faciles d'accès pour les travaux, généralement le long 
des rues. 
3. Calcul du réseau 
Le calcul du réseau a pour but de déterminer les diamètres économiques des conduites et les 
pertes de charge. Pour le calcul d’un réseau, il faut nécessairement seulement connaître la 
configuration du réseau, et la longueur de toutes les conduites, mais aussi connaître ou 
indiquer les lieux et les volumes d’eau distribués et prélevés. 
3.1 Prélèvement d’eau 
Le réseau de distribution d’une agglomération présente une multitude pointe de 
branchements des abonnés situés à des distances variables les un des autres. La dynamique 
des prélèvements et les volumes prélevés sont très variables. Prendre en compte toutes ces 
variations dans le calcul du réseau n’est pas possible. Le calcul est mené sur un principe 
simple : l’eau distribuée est uniformément repartie sur toute la longueur du réseau, autrement 
dit la quantité d’eau distribuée par une conduite est proportionnelle à sa longueur. La 
quantité d’eau distribuée par unité de longueur est appelée débit spécifique ou débit linéaire 
et est obtenu par la formule suivante : 
q Q sp å 
= où 
l 
Q - est le débit total injecté dans le réseau moins ceux des grands consommateurs (usines, 
buanderies les douches publiques ….) ; 
Sl – longueur totale des tronçons sur lesquels il y a prélèvement, Ainsi on ne tiendra pas 
compte des tronçons servant seulement au transport comme les conduites qui traversent les 
zones inhabitées ou qui longent les ponts etc. 
Le débit d’eau distribué par chaque tronçon (débit en route) est déterminé par la formule 
suivante : 
q q l r sp= .
La somme de tous les débits en route et des débits des gros consommateurs est égal au débit 
introduit dans le réseau. 
=å +å r g.c. Q q Q 
Le Débit spécifique peut être déterminé non pas seulement par l’unité de longueur mais aussi 
par l’unité de surface alimentée en eau. Dans ce cas, la valeur du débit spécifique de la ville 
ou d’une zone donnée peut être déterminée par la formule suivante : 
q Q sp 
' ; où 
å = 
S 
SS – Surface habitée de la ville ou une zone alimentée par le réseau. Les débits en route dans 
ce cas sont déterminés selon les dimensions de la surface alimentée par le tronçon. 
r sp r q = q' .S 
Dans la quasi totalité des tronçons, nous aurons deux types de débit : le débit en transite qui 
traverse le tronçon sans être distribué ( tr q ) et le débit en route ( r q ), distribué le long du 
tronçon. Ainsi, il apparaît que le long d’un tronçon donné le débit va diminuant du début à la 
fin. En considérant que dans les limites d’un tronçon, le diamètre doit être uniforme, il faut 
donc trouver un débit nominal pour choisir le diamètre de la conduite. Ce débit nominal selon 
les cas sera : 
- lorsque = 0, r q alors le débit nominal tr q = q = cte , le diamètre est choisi en fonction de ce 
débit constant; 
-. Lorsque q alors tr = 0, , le débit le long du tronçon va du maximum au début du tronçon à 
zéro à la fin. Dans des cas pareils en hydraulique on utilise l’expression des sommes des 
pertes de charge dans le tronçon. La valeur des pertes de charge dans le cas de prélèvement 
uniforme et régulière du débit r q sur une conduite est 3 fois moindre que celle obtenue en 
faisant passer le même débit dans la même conduite. Dans ce cas le débit nominal est : 
q = 1 q = 
0.58q 
3 
r r Un tel cas est rencontré seulement dans les tronçons terminaux des réseaux ramifiés. Pour la 
plus part des tronçons d’un réseau, la perte de perte sera due au débit de transite et celui en 
route. En présence de ces deux débits le débit équivalent à eux peut être déterminé par la 
formule suivante : 
tr r q = q +aq ; où 
a - Coefficient qui dépend du rapport entre le débit de transite et le débit en route du tronçon 
donné. 
Dans le cas d’une distribution uniforme et régulière le long d’une conduite, la valeur a se 
situe de façon générale dans la fourchette de 0.5 à 0.58. En réalité, les points de prélèvement 
ne sont pas uniformément repartis sur le tronçon ce qui influe sur la valeur de a. 
Généralement pour faciliter les calculs, on prend a= 0.5 ; ainsi nous aurons : 
tr r q = q +0.5q
Si à chaque noeud du réseau concentrer un certain débit « fictif » égal à la demi somme des 
débits en route de tous les tronçons convergents à ce noeud, donc nous aurons un tel schéma 
de prélèvement d’eau selon le quel tous les prélèvements se font aux noeuds. Autrement dit, 
on admet que le débit en route d’un tronçon donné est divisé en deux et chaque moitié est 
affectée à un noeud. Ainsi le débit à un noeud quelconque du réseau sera composé d’un débit 
réel concentré à ce noeud et la demi somme des débits en route de tous les tronçons 
convergents à ce noeud. 
= + ån 
Q Q 1 
q i g c i 2 1 
ri . . ; où 
n – nombre de tronçons convergents au noeud donné. 
3.2 Préparation du réseau au calcul hydraulique 
Pour un réseau prêt pour le calcul hydraulique sont toujours connus sa configuration, les 
longueurs des tronçons et les prélèvements aux différents noeuds. Des réseaux prêts pour le 
calcul hydrauliques sont donnés ci-dessous : 
Pour trouver les débits qi-k dans les n tronçons du réseau peut être utilisée la première loi de 
Kirchoff (loi des noeuds) selon laquelle : à un noeud quelconque de conduites, la somme des 
débits qui arrivent est égale à la somme des débits en partent. 
åqi-k + Qi = 0, où i et k numéros des noeuds 
Ainsi les débits arrivant au noeud sont supposés positifs et ceux partant du noeud négatifs. Le 
nombre d’équations dans ce cas sera m -1 où m est le nombre de noeuds. 
Pour les réseaux ramifiés, toujours n = m – 1 et par conséquent le nombre des équations est 
suffisant pour déterminer tous les inconnus qi-k. Si aux noeuds du réseau ramifié alimenté par 
une seule source sont données les débits prélevés, donc les débits dans tous ses tronçons sont 
calculés de la même manière. Cela découle du fait, que partant du noeud de départ à 
n’importe quel autre noeud, il existe un et un seul chemin. 
Ainsi pour le réseau ramifié donné ci-dessus, allant du noeud le plus éloigné (8) vers le noeud 
1 on peut en additionnant successivement les prélèvements aux noeuds trouver les valeurs 
des débits qi-k dans tous les tronçons du réseau. A partir de ces débits peuvent être 
déterminés les diamètres économiques. 
Pour les réseaux maillés les débits dans les tronçons doivent non seulement satisfaire la 
première loi de Kirchoff , mais aussi la deuxième loi de Kirchoff (loi des mailles). Selon cette
seconde loi : le long d’un parcours orienté et fermé la somme algébrique des pertes de charge 
est nulle. 
(åsi-k . qi-k) = 0 
Le nombre d’équation est égal au nombre de mailles. Du réseau maillé ci-dessus avec ces 
débits aux noeuds, on peut trouver un nombre illimité de variantes des valeurs de débits qi-k 
qui satisferaient la 1 ère loi de Kirchoff à tous les noeuds. Cela s’explique par le fait que dans 
le réseau maillé entre deux de ses noeuds on peut mener quelques lignes. 
Dans l’équation (åsi-k . qi-k) = 0, en plus des débits inconnus qi-k entre aussi les diamètres 
inconnus des tronçons di-k du fait que si-k s’exprime en fonction des diamètres. Ainsi en 
cherchant à déterminer les diamètres à partir des débits qi-k nous constatons que les valeurs de 
qi-k dans les tronçons du réseau à leur tour dépendent des diamètres. Le changement de 
diamètre d’un tronçon quelconque entraîne une nouvelle répartition de débits dans tout le 
réseau c’est à dire le changement de débits dans tous les tronçons. 
Après la répartition préliminaire, on détermine les diamètres économiques en des débits à 
l’aide de formules. Ensuite on procède à la répartition des débits jusqu’à la satisfaction de la 
deuxième loi de Kirchoff. 
3.3 Détermination des pertes de charge dans les réseaux de distribution 
La détermination des pertes de charge dans les réseaux de distribution permet de connaître la 
pression que doivent développer les pompes ou la hauteur à laquelle doit être la cuve du 
château. En considérant l’énorme étendue des réseaux de distribution et relativement la faible 
perte de charge locale, pour le calcul du réseau on considère seulement les pertes de charges 
linéaires. Dans ce cas les pertes de charge sont directement proportionnelle à la longueur des 
conduites, et dépendent de leurs diamètres, type de matériaux des tuyaux, des débits et 
peuvent être déterminées par la formule de Colebrook: 
2 2 
2 
k Q l 
d m 
g 
h l 
V 
d 
=l = 
8l 0.083 
k ; l et 
où l - Coefficient de frottement ; k – coefficient de proportionnalité l 
= = 
g 
p 
2 d - longueur et diamètre de la conduite, V vitesse d’écoulement de l’eau, Q- débit, m – 
exposant dépend du matériau du tuyau. 
Les pertes de charge peuvent être également déterminées par : 
· Formule de Manning Strickler 
2 
h= 10 ,29.L 
2 16/ 3 .Q 
Ks D 
Avec Q en m3/s et Ks – coefficient de pertes de charge de Strickler dépendant de la rugosité 
interne des parois. Ks peut être remplacé par 1/n où n représente le coefficient de pertes de 
charge de Manning 
· Formule de William Hazen 
1 ,85 
h= 10,65.L 
1 ,85 4 ,87 .Q 
K .D 
Avec K – Coefficient de pertes de charge de William Hazen 
3.4 La méthode de compensation des réseaux maillés
A la répartition préliminaire, les débits aux noeuds vérifient déjà la 1 ère loi de Kirchoff. A 
cette étape il est pratiquement impossible que la seconde loi soit satisfaite, c’est à dire que la 
somme des pertes de charge dans chacune des mailles soit nulle ou du moins inférieure ou 
égale à 0.5 m. C’est pourquoi afin d’obtenir des débits dans les tronçons qui satisferont à la 
loi des mailles, on procède à la compensation. La méthode de compensation la plus connue 
est celle de Hardy CROSS. 
La méthode Hardy CROSS est fondée sur une correction successive des débits dans les 
tronçons jusqu’à aboutir aux débits vérifiant la loi des mailles. La correction consiste à 
diminuer les débits des tronçons surchargés et à augmenter ceux des tronçons déficitaires. 
Pour la détermination de la somme des pertes de charge, sont considérées positives les pertes 
de charge des conduites dans lesquelles l’eau circule dans le sens des aiguilles d’une montre 
et les pertes de charge sont négatives pour les tronçons dans lesquels l’eau circule dans le 
sens contraire des aiguilles. 
Le débit de correction est donné par la formule suivante : 
Dqj = - Dhj / 2 å(si-k . qi-k)j
LE POMPAGE PAR L'ENERGIE SOLAIRE 
PHOTOVOLTAÏQUE 
1. LES TYPES DE POMPES 
Les pompes à eau sont habituellement classées selon leur principe de fonctionnement, soit de 
type volumétrique ou centrifuge. On distingue en outre deux manières de faire fonctionner 
des pompes, soit par aspiration ou par refoulement. 
 Les pompes par aspiration doivent être installées à une hauteur inférieure à 10 mètres 
par rapport à l'eau pompée et il faut prévoir un dispositif d'amorçage. 
 Les pompes à refoulement sont, soit immergées avec le moteur (forme mono-bloc), 
soit avec le moteur en surface (avec arbre de transmission). 
1.1. La pompe de type volumétrique 
Elle transmet l'énergie cinétique permettant au fluide de vaincre la gravité par variations 
successives d'un volume raccordé alternativement à l'orifice d'aspiration et à l'orifice de 
refoulement. 
Les pompes volumétriques incluent : 
- les pompes à vis, 
- les pompes à palettes, 
- les pompes à piston 
- les pompes à diaphragme. 
Les deux derniers types sont utilisés dans les puits ou 
forages profonds (plus de 100 m). L'entraînement est 
habituellement assuré par un arbre de transmission très 
long, à partir d'un moteur électrique monté en surface. 
Le débit d'eau d'une pompe volumétrique est 
proportionnel à la vitesse du moteur. Mais, son couple 
varie essentiellement en fonction de la hauteur 
manométrique totale (HMT) et est pratiquement 
constant en fonction de la vitesse du moteur. C'est 
pourquoi ces pompes sont habituellement utilisées pour 
les puits et forages à grandes profondeurs et à petits 
débits d'eau. On les utilise parfois comme pompes de 
surface lorsque le couple de la force est lent et 
irrégulier et que le débit demandé est faible, par 
exemple pour les pompes à main et les pompes 
éoliennes multipales. 
Pompe à piston (Jack-pum) : 
Utilisée pour de petits débits d’eau et 
de grandes profondeurs.
1.2.La pompe de type centrifuge 
Elle fournit l'énergie cinétique au fluide par un mouvement de rotation de roues à aubes ou 
d'ailettes. Les pompes centrifuges incluent les pompes submersibles avec moteur de surface 
ou submergées, les pompes flottantes et les pompes rotatives à aspiration. 
Le débit d'une pompe centrifuge varie en proportion de la vitesse de rotation du moteur. Son 
couple augmente très rapidement en fonction de cette vitesse et la hauteur manométrique 
totale est fonction du carré de la vitesse du moteur. La vitesse de rotation du moteur devra 
donc être très rapide pour assurer un bon débit. On utilise habituellement les pompes 
centrifuges pour les gros débits et les profondeurs moyennes (<100 m). Ces pompes sont plus 
dépendantes de la hauteur du niveau d'eau. Il faut d'ailleurs une vitesse minimum à une HMT 
donnée pour obtenir un débit de départ. 
Les pompes centrifuges sont très utilisées pour les 
applications avec énergie photovoltaïque parce que le 
moteur peut fournir une vitesse de rotation rapide à peu 
près constante. De plus, l'exhaure de l'eau domestique se 
fait traditionnellement à partir de puits, à des 
profondeurs de 10 à 50 mètres, qui conviennent bien aux 
pompes centrifuges à étages multiples. Ces pompes 
peuvent également s'adapter à de petits forages, ce qui 
permet de capter les nappes phréatiques profondes qui 
ont souvent un niveau d'eau dynamique entre 30 et 100 
mètres. 
Cette pompe est plus couramment utilisée pour l’exhaure de l’eau domestique ; le moteur 
et la pompe s’installent dans le puits ou le forage, à l’abri de coups potentiels. 
2. LES CRITERES DE CHOIX D’UNE POMPE SOLAIRE 
 Les pompes solaires tirent habituellement l'eau d'un puits ou d'un forage avec un faible 
débit. Néanmoins ce débit peut être plus important que la capacité de la nappe à se 
générer et le niveau d'eau dynamique de la nappe baissera. L'orifice de la pompe doit 
être suffisamment immergé afin d'être toujours sous l'eau. Afin de protéger la pompe 
il faut mettre un interrupteur de niveau d'eau qui stoppera la pompe Si elle est au 
dessus du niveau d'eau. 
 Le niveau d'eau peut aussi varier selon les saisons et les années. Le degré de variation est 
difficile à prévoir et dépend de certaines caractéristiques aquifères et du rythme de 
pompage. Chaque puits ou forage doit être testé avant d'installer la pompe afin de 
déterminer son niveau de tirage. 
 Il est possible d'incorporer des batteries pour régulariser le débit sur une période de temps 
plus longue. Il est alors possible de mettre une pompe plus petite qui puisera l'eau en 
plus petite quantité, d'une manière plus adaptée au tirant d'eau. 
 Afin d'augmenter le rendement de la pompe solaire fonctionnant au fil du soleil (c'est-à-dire 
sans batterie), il est possible d'ajouter un adaptateur d'impédance (Maximum
power point tracker). Cet adaptateur permettra l'opération de la pompe à son point de 
charge maximal en diminuant la tension et en augmentant l'intensité de sortie 
provenant du champ PV lorsque l'ensoleillement est faible. 
 Le moteur d'une pompe solaire peut être un moteur à courant continu (CC) ou à courant 
alternatif (CA). Les moteurs à courant continu se branchent directement sur le champ 
photovoltaïque et sont, en général, plus simples à faire fonctionner que les moteurs à 
courant alternatif. Mais, les pompes CC ont habituellement des balais de commutation 
qui doivent être changés périodiquement, ce qui n'est pas facile pour les pompes 
immergées. Certains types de moteurs CC sont à commutation électronique et n'ont 
pas de balai. Les moteurs à courant alternatif requièrent l'emploi d'un onduleur pour 
leur opération photovoltaïque. Mais, les moteurs CA ne requièrent pratiquement pas 
de maintenance et s'avèrent souvent plus efficaces que les moteurs CC. 
3. DIMENSIONNEMENT D’UNE POMPE PHOTOVOLTAIQUE 
3.1 Données de base 
Les données suivantes seront nécessaires pour dimensionner la pompe solaire et ses 
composants : 
· Débit 
Le débit (Q) est la quantité d’eau que la pompe peut fournir durant un intervalle de temps 
donné. En pompage solaire, le débit (ou le besoin en eau) est souvent exprimé en m3 par jour. 
· HMT 
La hauteur manométrique totale (HMT) d’une pompe est la différence de pression en mètres 
de colonne d’eau entre les orifices d’aspiration et de refoulement. Cette hauteur peut être 
calculée comme suit : 
HMT = Hg + Pc où 
Hg – hauteur géométrique entre la nappe d’eau pompée (niveau dynamique) et le plan 
d’utilisation (Hr +Nd) 
Pc – Pertes de charge produites par le frottement de l’eau sur les parois des conduites. Pour 
les calculs, généralement ces pertes de charge sont estimées au plus à 10 % de la hauteur 
géométrique totale. 
· Niveau statique 
Le niveau statique (Ns) d’un puits ou d’un forage est la distance du sol à la surface de l’eau 
avant pompage. 
· Niveau dynamique 
Le niveau dynamique (Nd) d’un puits ou d’un forage est la distance du sol à la surface de 
l’eau pour un pompage à un débit donné. La différence entre le niveau dynamique et le 
niveau statique est appelée abattement (Rm). 
Conduite Hr 
Sol 
Niveau statique Ns 
Nd 
Niveau 
dynamique
HMT = Profondeur de la nappe d'eau + hauteur du réservoir + pertes de charges 
3.2. Calcul de l’énergie quotidienne requise 
L'énergie requise pour soulever un certain débit d'eau sur une certaine hauteur pendant une 
journée, est calculée à partir des données de débit et de HMT obtenues précédemment et est 
exprimée en Watt-heure. Le résultat est fonction d'une constante hydraulique et est 
inversement proportionnel au rendement du groupe motopompe utilisé. En général le 
rendement des groupes motopompes est de 25% à 45% dépendant du type de pompe et du 
moteur. Pour notre dimensionnement nous avons utilisé une valeur de rendement moyen du 
groupe motopompe de 35%. 
Soient : Eelec - l’énergie requise, CH - la constante hydraulique, Q - le débit d’eau 
journalier (m3/j) 
L’énergie requise pour la pompe aura pour expression : 
E CH x Q x HMT elec = 
Rendement du groupe motopompe 
où 
Eelec – est habituellement exprimé en kWh 
CH= g.¶ = 9,81(m.s2). 103 (kg/m3)/3600 (s/h) = 2,725 kg.s.h/m2 
3.3. Dimensionnement du générateur solaire photovoltaïque 
La dimension du champ est donnée par la formule suivante : 
Wc Eelec 
Ensolei.l(1 - 
Pertes) 
= 
où 
Ensoleil – temps d’ensoleillement le plus faible ; 
Pertes – Pertes attribuables à la température et à la poussière estimées généralement à 20 % 
Enfin le calcul du nombre de modules consiste à diviser la puissance du générateur (du 
champ) par la puissance d’une module (exemple les modules de 50 Wc).

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Adduction eau formation ufae

  • 1. 1. SYSTEMES D’ALIMENTATION EN EAU Le système d’alimentation en eau est un ensemble d’installations liées entre elles, destinées à assurer l’approvisionnement d’une agglomération, une unité industrielle ou un ensemble d’unités industrielles en eau en quantité suffisante et de qualité saine. Un système classique d’AEP se compose de :  Une ou plusieurs prises d’eau (avec adduction gravitaire ou pompage d’eau brute);  Une ou plusieurs stations de traitement (avec adduction gravitaire ou pompage d’eau traitée);  Une ou plusieurs réservoirs de distribution ;  Un ou plusieurs réseaux de distribution 1. Prise d’eau ; 2- station de pompage (l’exhaure) ; 3- usine de traitement ; 4 Réservoir d’eau traitée ; 5 – station de pompage (refoulement) ; 6- conduites d’adduction ; 7- château d’eau ; 8 – Réseau de distribution Lorsque la source d’approvisionnement est l’eau souterraine, protégée contre toute contamination, le système peut se présenter comme suit: 1 Forages ; 2 – Réservoir de stockage ; 3 – station de refoulement. Lorsque l’eau souterraine est utilisée pour l’approvisionnement, deux variantes sont possibles a) les pompes (1) placés dans les mêmes forages, alimentent directement le réseau; b) l’eau refoulée des forages, passe dans un réservoir ~, puis reprise par les pompes de la 2ème station de pompage (3). L’importance et les caractéristiques de ces installations sont fonctions des données suivantes : · Données démographiques et d’urbanisme de la localité à alimenter ; · Données topographiques, hydrologiques et hydrogéologiques de l’espace géographique concerné par le projet ; · Caractéristiques physico-chimiques et biologiques des eaux naturelles ; · Conditions socio-économiques des populations.
  • 2. II. EVALUATION DES BESOINS EN EAU 1. LES PRINCIPAUX TYPES DE CONSOMMATION La projection de tout système d’adduction d’eau commence tout d’abord par l’identification des consommateurs (nature, importance, emplacement) et l’évaluation de leur accroissement dans le temps. De façon générale, dans une ville, on distingue les besoins suivants en eau:  -les besoins domestiques (les populations des agglomérations et les ouvriers pendant le travail);  les besoins industriels liés à l’utilisation de l’eau dans les processus technologiques et d’autres;  les besoins des services publics liés à l’usage de l’eau pour le nettoyage des voies et places publiques, l’arrosage des verdures, administration etc;  -les besoins pour extinction d’incendie;  -les besoins agricoles lorsque des activités agricoles sont menées dans des zones périphériques reliés au réseau et consomment de l’eau pour le bétail et l’irrigation. 2. LA NORME DE CONSOMMATION a) La consommation globale: Elle peut varier considérablement d’une agglomération à l’autre, du fait des modes de vie et des niveaux de vie différents. On constate généralement que la consommation globale varie en fonction de la taille de l’agglomération et du rôle de celle-ci, (présence d’activités et d’équipements publics), b) Consommation domestique (privée): Le besoin physiologique minimum en eau potable est de l’ordre de 5litres par ht et par jour. Dans une zone plus ou moins bien desservie par bornes fontaines, le besoin peut être fixé à 30 l /ht/j. Dès qu’une zone est équipée de branchements particuliers, la consommation augmente considérablement en fonction des modes de vie et du niveau socio-économique des populations et peuvent atteindre 500 litres, l’arrosage pouvant encore doubler ou tripler ce chiffre en zone pavillonnaire. La répartition de la consommation domestique est à peu près la suivante: bains et douche - 39% sanitaire WC – 20%; lavage linge - 12%; vaisselle 10%; préparation de la nourriture 6%; lavage de la voiture , arrosage du jardin - 6% et usages divers 6%. Dans les études des projets d’AEP en Afrique, les bureaux d’études s’efforcent d’estimer les taux des populations s’alimentant par BF et par BP et d’attribuer une consommation spécifique (norme de consommation) à chacune des deux catégories. Les normes couramment utilisées sont les suivantes : · Les populations s’alimentant par BF : 15 à 30 l/j/hab · Populations s’alimentant par BP sans installations sanitaires à eau courante, autrement dit avec seulement un robinet de puisage dans la cour : 30 à 50 l/j/hab ; · Populations s’alimentant par BP avec installations sanitaires à eau courante : 50 à 150 l/j/hab. Les nonnes sont établies sur la base de donnée statistique. c) Consommations industrielles: Elles sont très variables suivant les types d’industrie et les
  • 3. procédés industriels utilisés. Exemples de normes: Equipements Normes Equipements Normes Fromagerie 5 litres/litre de lait Brasserie 5 litres/litre de bière Cidrerie 4litres /litre de cidre Sucrerie 100 litres/kg de sucre Vinification 2 litres/litre de vin Abattoir : une moyenne de 6 litres/kg de carcasse ou selon la nature · Ovins , caprins : 120 à 160 litres/tête ; · Bovins 200 à 2 000 litres/tête · Porcins 100 à 400litres/tête d) Consommation des services publics ou collectifs: Les divers équipements entraînent des consommations très variables qui dépendent des conditions locales. Chaque cas nécessite une étude particulière. Quelques normes pour les besoins publics Equipements Normes Equipements Normes Urinoir 20 litres/jour/place Ecole 5-10litres/élève/jour Lavoir 1200 litres/Jour/place Sanatorium 150 litres/jour/lit Bain-douche 200 litres/jour/poste Hôpital 100 litres/jour/lit Nettoyage des marchés 5 litres/m2/jour Colonie de vacances 100 litres/jour/ht Nettoyage des caniveaux 25 litres/ml/jour La nonne d’arrosage des jardins et parcs est de 3, 6 ou 9 litres [jour /m2 suivant que la région est sèche, moyenne ou humide. e) Besoins agricoles: Des activités agricoles peuvent être implantées dans des zones périphériques reliées au réseau et consommer de l’eau pour le bétail (cheval ou bovidé -50 I/j, porc - 20 I/j et mouton 5 I/j) ou l’irrigation (quantité liée aux types de culture et aux conditions climatiques ou de sol). f) Débit d’incendie: L’eau reste l’un des principaux moyens de lutte contre l’incendie. L’expérience acquise dans la lune contre les incendies a permis d’élaborer des nonnes en fonction de l’inflammabilité des matériaux de construction du nombre de la population et de la nature de la production dans les usines. De manière générale, on prévoit réglementairement que l’extinction d’un incendie moyen nécessite un débit de 60 m3/h pendant une durée de 2 heures. C’est donc un volume de 120 mn3 qui doit être matériellement constitué et réservé à l’extinction des incendies. Dans les calculs du réseau de distribution et de réservoir, il est conseillé de tenir compte de l’extinction d’un éventuel incendie. Mais le volume nécessaire à cela n’étant pas consommé tous les jours, on n’en tient pas compte dans l’estimation des besoins en eau. Le débit prévu nécessite réglementairement des bouches et tuyauteries d’un diamètre minimal égal 60 mm. 3.DEMANDE EN EAU ET EVOLUTION DE LA CONSOMMATION DANS LE TEMPS 3.1 Demande en eau
  • 4. Le débit journalier est la somme arithmétique des demandes en eau de chacune des catégories de consommateurs dans la journée. Il est exprimé généralement en m3/j a) La demande journalière domestique: Connaissant la norme de consommation et le nombre des usagers, on p eut définir la demande journalière pour les besoins domestiques par la formule suivante: ;m3/ j Q q.N moy = 1000 n N=NO (1+a) où q - la nonne de consommation l/j; N - nombre des abonnés (usagers) au terme du projet No - - Nombre de la population au démarrage du projet ; a - - - taux d’accroissement de la population; n - - durée de vie du projet; n varie généralement entre 20 et 30 ans. Lorsque l’agglomération présente des zones à différentes nonnes de consommation, le débit journalier est défini par la relation suivante Q qi .Ni 1000 moy =å b) La demande journalière en eau pour l’arrosage et le nettoyage: La quantité d’eau pour l’arrosage des verdures et le nettoyage des voies et places publiques dans une agglomération peut être définie par la formule suivante: Q=åSi .qi Si - - surfaces à arroser et à nettoyer qi - norme d’arrosage et de nettoyage La norme d’arrosage dépend des conditions climatiques, de la nature de la couverture des voies et du type de verdure Pour les calculs préliminaires , on peut prendre les valeurs suivantes: Types d’usage de l’eau Normes (l/m2) Lavage mécanisé pour les surfaces revêtues (bitume, dalle) 1.2 – 1.5 Arrosage mécanisé pour les surfaces revêtues (bitume, dalle) 0.3 – 0.4 Lavage manuel (raccord) des surfaces revêtues 0.4 – 0.5 Arrosage des verdures des parcs 3 – 4 Arrosage des gazons 4 - 6 c) La demande en eau dans l’industrie: Il existe deux types de consommation d’eau dans l’industrie: la consommation propre du personnel, et la consommation technologique, c’est à dire l’eau qui rentre dans le processus de fabrication des produits. - La demande technologique: Les processus technologiques exigent très souvent d’importante quantité d’eau définie par la formule suivante: Ntechi - - Quantité de produits fabriqués Qtechi - - Norme pour l’unité de produit Qind =åNindi .qindi
  • 5. d) Les pertes: Des pertes inévitables d’eau sont dues au lavage des filtres dans les stations de traitement, aux ( robinets non ou mal fermés et aussi aux fuites des canalisations de distribution enterrées ou des canalisations intérieures des immeubles. Ces dernières dépendent de l’état d’entretien du réseau. Dans un réseau bien entretenu, les pertes atteignent couramment jusqu’à 25% de la consommation, et 25 à 35% pour un entretien moyen; elles peuvent atteindre ou dépasser 50% pour les réseaux mal entretenus, e) Les marges: Pour prévoir une évolution de la consommation, on devra tenir compte dans les projets des extensions prévues ou possibles de l’agglomération, ainsi que du développement progressif de la consommation individuelle. Pour éviter une insuffisance de la distribution avant 25 ans, il est bon de prévoir une marge de 20 à 30 % sur les quantités consommées. 3.2 Evolution de la consommation en eau dans le temps Pour le dimensionnement des ouvrages d’alimentation en eau et d’assainissement, on doit tenir compte des variations journalières et horaires de la consommation d’eau ou de production d’eaux usées. La consommation varie d’un jour à un autre en présentant des journées de consommation maximale, Pour obtenir ce débit, il faut multiplier le débit moyen journalier par un coefficient de pointe. Qp. j =Pj .Qmoy A pat-tir de l’expérience acquise dans l’exploitation des systèmes d’adduction, pj varie généralement entre 1.1 et 13. Au cours de la journée, le débit consommé par les utilisateurs et restitué sous forme d’eaux usées n est pas constant, mais varie en présentant des maximums ou pointes. Pour le calcul du débit maximal à transiter dans des réseaux de distribution et d’assainissement, il convient donc d’affecter le débit moyen de la journée de consommation maximale d’un “coefficient de pointe horaire” ph h Le débit de pointe horaire est égal: Q Q P pj 24 p = h Le coefficient de pointe horaire peut être déterminé par la relation suivante, lorsque ph est £ 3, soit que Q > 10 m3/h. P =1.52.5 + Qmoy en litre/seconde h Q moy Les valeurs courantes du coefficient de pointe horaire se situent entre 2 et 3. Les valeurs des coefficients de pointe horaire (ph) selon la taille de la localité  2.5 à 3 pour une localité de moins de 10 000 hts ;  2 à 2.5 pour une localité de 10 à 50 000 hts ;  1.5 à 2 pour une localité de 50 000 à 200 000 hts  » 1 .5 pour une localité de plus de 200 000 hts
  • 6. A l’absence de données réelles, pour la répartition horaire de la consommation domestique journalière, on peut utiliser les données du tableau ci-dessous. VALEURS APPROXIMATIVES DES DEBITS PAR HEURE POUR LA CONSOMMATION DOMESTIQUE heures de la journée Débit horaire ( % du débit journalier ) en fonction du coefficient de pointe Ph=1.2 Ph =1.25 Ph =1.3 Ph =1.35 Ph =1.4 Ph =1.45 Ph =1.5 Ph =1.8 Ph =1.9 Ph =2 Ph =2.5 0 - 1 3.5 3.35 3.2 3 2.5 2 1.5 0.9 0.85 0.75 0.6 1 - 2 3.45 3.25 3.25 3.2 2.65 2.1 1.5 0.9 0.85 0.75 0.6 2 - 3 3.45 3.3 2.9 2.5 2.2 1.85 1.5 0.9 0.85 1 1.2 3 - 4 3.4 3.2 2.9 2.6 2.25 1.9 1.5 1.0 1 1 2 4 - 5 3.4 3.25 3.35 3.5 3.2 2.85 2.5 2.35 2.7 3 3.5 5 - 6 3.55 3.4 3.75 4.1 3.9 3.7 3.5 3.85 4.7 5.5 3.5 6 - 7 4 3.85 4.15 4.5 4.5 4.5 4.5 5.2 5.35 5.5 4.5 7 - 8 4.44 4.45 4.65 4.9 5.1 5.3 5.5 6.2 5.85 5.5 10.2 8 - 9 5 5.2 5.05 4.9 5.35 5.8 6.25 5.5 4.5 3.5 8.8 9 - 10 4.8 5.05 5.4 5.6 5.85 6.05 6.25 4.85 4.2 3.5 6.5 10 - 11 4.7 4.85 4.85 4.9 5.35 5.8 6.25 5 5.5 6.0 4.1 11 - 12 4.55 4.6 4.6 4.7 5.25 5.7 6.25 6.5 7.5 8.5 4.1 12 - 13 4.55 4.6 4.5 4.4 4.6 4.8 5 7.5 7.9 8.5 3.5 13 - 14 4.45 4.55 4.3 4.1 4.4 4.7 5 6.7 6.35 6 3.5 14 - 15 4.6 4.75 4.4 4.1 4.6 5.05 5.5 5.35 5.2 5 2 15 - 16 4.6 4.7 4.55 4.4 4.6 5.3 6 4.65 4.8 5 6.2 16 - 17 4.6 4.65 4.5 4.3 4.9 5.45 6 4.5 4 3.5 10.4 17 - 18 4.3 4.35 4.25 4.1 4.8 5.05 5.5 5.5 4.5 3.5 9.4 18 - 19 4.35 4.4 4.45 4.5 4.7 4.85 5 6.3 6.2 6 7.3 19 - 20 4.25 4.3 4.4 4.5 4.5 4.5 4.5 5.35 5.7 6 1.6 20 - 21 4.25 4.3 4.4 4.5 4.4 4.2 4 5 5.5 6 1.6 21 - 22 4.15 4.2 4.5 4.8 4.2 3.6 3 3 3 3 1 22 -23 3.9 3.75 4.2 4.6 3.7 2.85 2 2 2 2 0.6 23 - 24 3.8 3.7 3.5 3.3 2.7 2.1 1.5 1 1 1 0.6 somme 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 Si dans l’agglomération à approvisionner, il existe d’autres catégories de consommation, le graphique de consommation doit intégrer l’évolution de l’utilisation de l’eau par celles-ci. Pour les calculs préliminaires, on peut considérer uniformément repartie durant la durée de travail d’une équipe les besoins domestiques (sans les bains) et les besoins technologiques. Les bains sont pris seulement pendant l’heure qui suit la fin du travail pendant 45 minutes. Les débits horaires pour le nettoyage des voies, places publiques, pour l’arrosage des verdures sont fonction des conditions climatiques et de la nature des couvertures des sols et des spécificités locales. Il est conseillé de fixer leurs heures de consommation tel, qu’elles ne correspondent pas avec les heures de consommation maximale des autres catégories. Ainsi par exemple 60 à 70 % du volume d’eau destinée au nettoyage peuvent être utilisées le matin et le soir et 40 à 30% le jour; et pour l’arrosage 80% - le matin et soir et 20% - le jour
  • 7. LES RESERVOIRS 1. Fonctions et utilités des réservoirs Le réservoir dans le système d’alimentation en eau a double fonction : - le réservoir permet de rendre optimal le débit d’équipement pour tous les ouvrages situés en amont de lui, soit que ces ouvrages fonctionnent en permanence (par exemple l’usine de traitement), soit même que leur fonctionnement soit volontairement intermittent (pompage irrégulier) ; - il constitue une assurance contre les indisponibilités de courte durée des ouvrages en amont, et permet l’alimentation des consommateurs pendant une panne de courant électrique, une réparation de la conduite d’adduction, etc… 2. Formes, matériaux et types de construction des réservoirs a) Formes : La section en plan des réservoirs est le plus souvent circulaire (impérativement pour les châteaux d’eau) et parfois rectangulaire. Dans certains cas, la capacité du réservoir est partagée entre deux demi réservoirs, ce qui permet d’assurer la distribution pendant le nettoyage. Le rapport hauteur / diamètre de la cuve du réservoir est non seulement fonction de la conception technologique mais aussi de l’aspect esthétique et varie généralement de 0.5 à 1. b) Matériaux : Les matériaux utilisés pour la construction des réservoirs sont soit le métal (principalement pour les réservoirs industriels) ; la maçonnerie avec enduit intérieur de ciment étanche et maintenant de plus en plus le béton armé, précontraint ou non également enduit. Les supports des réservoirs surélevés peuvent être en acier, en béton armé, en briques ou en bois. c) Types de construction : Les réservoirs peuvent être enterrés soit semi-enterrés soit surélevés. Les réservoirs semi-enterrés sont les plus économiques. 3 Equipement des réservoirs L’équipement des réservoirs et en particulier leur fontainerie disposée dans une chambre de manoeuvres accolée au réservoir ou au sous-sol (cas général des réservoirs surélevés) doit permettre de remplir les diverses fonctions : réception de l’adduction et départ de l’eau vers la distribution (fonctions parfois confondues), trop-plein, vidange, by-pass permettant le nettoyage, matérialisation de la réserve d’incendie. Vidange By-pass Alimentation Vers la distribution Trop plein 4 Emplacement des réservoirs Les réservoirs d’eau traitée, qui viennent juste après l’usine de traitement doivent être placés le plus près possible des consommateurs. On diminue ainsi la longueur des canalisations qui doivent transiter le débit de pointe. Quant aux réservoirs surélevés, le choix du site doit obéir à la règle simple suivante : trouver la côte minimale d’implantation assurant une desserte suffisante des maisons les plus hautes. Il est recommandé de ne pas dépasser 40 - 60 m comme pression de service dans le réseau, du fait que certains équipements ne peuvent pas dépasser, en aucun cas supporter une charge supérieure à 70 m).
  • 8. 5 Détermination de la hauteur d’un réservoir surélevé et de la pression que doivent développer les pompes Les pompes et les réservoirs surélevés doivent fournir l’eau en quantité suffisante et sous la pression nécessaire. Les prélèvements d’eau se produisent généralement au-dessus du sol, ce qui exige une certaine pression en tout point du réseau. h hn Hs Ho Niveau du sol Conduite de ville La hauteur du château et la chasse des pompes doivent être déterminées en se plaçant dans les conditions les plus défavorables de fonctionnement du réseau de distribution. Ces paramètres sont définis après les calculs hydrauliques du réseau. De façon générale deux cas de figure de distribution se rencontrent dans l’alimentation en eau : la distribution gravitaire et la distribution par refoulement. - La distribution gravitaire Pour déterminer la Pression nécessaire à créer au début du réseau c’est à dire la hauteur à laquelle doit se trouver la cuve du château dans ce cas présent, il faut tout d’abord identifier le point critique c’est à dire le plus défavorisé du point de vu altitude et éloignement par rapport à la source d’alimentation qui est ici le château. Château d’eau Ligne piezométrique Pertes de charge b Hs a Zb Forage Agglomération Réseau Za Niveau dynamique 0 0
  • 9. Dans le cas présent, ce point se trouve à la côte Za. En ajoutant à cette côte la pression au sol Hs on obtient la hauteur piézométrique du point critique. La ligne piézométrique b1 – a1 caractérise la chute de pression dans le réseau aux heures de consommation maximales. Au point b doit être créée une telle pression Hb, que même lorsque la pente de la ligne piézométrique sera maximale, la pression au point a ne soit pas en dessous de Hs. La pression Hb sera assurée si le fond de la cuve du château se trouve à une certaine hauteur. A partir de la figure, on peut déterminer aisément établir des relations entre les pressions aux points caractéristiques du système. Zb + Hb = Za + Hs + å h. De là on peut déterminer la hauteur du château c’est à dire la hauteur à laquelle se trouve au-dessus du sol. Hb = Hs + å h – (Zb – Za) En plaçant le château au point le plus haut, on obtient la valeur maximale de la différence Zb – Za et par conséquent la hauteur minimale du château. C’est pourquoi il faut essayer cela étant que possible de placer le château au point le plus élevé. Lorsque Hb £ 0, alors en lieu et place du château il faut placer un réservoir semi- enterré ou enterré. De la figure 7, il est également possible de mener la ligne piézométrique des conduites d’adduction transportant l’eau de la station de refoulement au château. La pression à développer par les pompes est dans ce cas donnée par la formule suivante : Hp = hc. ad + (Hb + H0 ) + (Zb – Zp). - La distribution par refoulement Très souvent, les points hauts sont les points les plus éloignés de la station de pompage. En plaçant le château en ces points, nous obtenons ce qu’il est convenu d’appeler système d’alimentation avec contre réservoir ou avec réservoir flottant. Dans ce cas, le château et la station se pompage sont situés à des points opposés. hc.ad ha2-a1 Sh Hc Hs b Hpompe a1 c.ad a2 Niveau dynamique Za1 Zb Zp 0 0 Dans ce système, au moment de la consommation maximale, le réseau est alimenté à la fois par les pompes et par le réseau. Les dédits d’eau fournis par les pompes et par le château peuvent être déterminés sur le graphique de consommation et de fonctionnement des pompes. Connaissant ces débits on peut délimiter la zone alimentée par les pompes et celle par le
  • 10. château. Les hauteurs piézométriques les plus basses sont observées aux points situés sur la ligne de rencontre des deux flux ligne a – a). Le point le plus critique est celui qui a la côte piézométrique la plus élevée – soit le point a1. Connaissant les pertes de charge dans le réseau et les côtes géodésiques, on peut déterminer la hauteur du château Hc et la chasse des pompes Hp. Hc = Hs +å hc – a1 – (Zc- Za1) Hp = hc. ad + å ha2-a1 +Hs+ (Za1 – Zp) 7. Détermination de la capacité du réservoir La capacité d’un réservoir doit être estimée en tenant compte des variations de débit à l’entrée comme à la sortie, c’est à dire d’une part du mode d’exploitation des ouvrages situés en amont et d’autre part de la variabilité de la demande. IL n’est pas question d’équiper un réservoir amortissant les variations saisonnières. On ne cherche pas en général à amortir les à-coups hebdomadaires de consommation. Le plus souvent, un réservoir est calculé pour satisfaire aux variations journalières du débit consommé, en tenant compte bien entendu du jour de plus forte consommation. Dans les centres ruraux, où les pannes électriques prolongées (1-3) jours sont possibles, les réservoirs sont dimensionnés tel qu’ils peuvent contenir le débit de consommation de 1,2,3 jours. Principe de calcul de la capacité d’un réservoir : Pour déterminer la capacité d’un réservoir, on fait recours au graphique de consommation journalière et celui du fonctionnement des pompes. Le volume d’eau débité par les pompes de refoulement dans le réseau est équivalent à la demande journalière. Les heures pendant lesquelles le débit pompé dépasse le débit demandé, l’excédent rentre dans le château et aux heures, lorsque la demande dépasse le débit pompé, l’eau du château passe dans le réseau. Q, m3/h 4 Graphique de consommation 3.5 3 2 2 Graphique de pompage 1 1 0.4 0.5 0.125 0.125 Heures 0h 6 7 11 16 18 22 24
  • 11. LES RESEAUX DE DISTRIBUTION I. Généralité Le réseau de distribution d'eau est l'un des principaux éléments d'un système d'adduction d'eau. Il est lié dans son fonctionnement avec les conduites d'adduction, les stations de pompage, et les réservoirs de régulation. Le réseau de distribution doit satisfaire aux exigences suivantes : - assurer correctement l'approvisionnement en eau de chacun des abonnés en quantité suffisante et sous la pression nécessaire ; - garantir une grande fiabilité dans l'exploitation. Jusque là, dans la pratique d'alimentation en eau, deux types de réseaux sont utilisés : le réseau ramifié encore appelé réseau non bouclé et le réseau maillé appelé autrement réseau bouclé. 3 7 1 2 4 5 6 1 2 3 3 Maille III 5 6 Maille I Maille II 7 8 Lorsque le réseau de distribution d'une agglomération est constitué à la fois de réseaux ramifié et maillé, le réseau est alors appelé réseau mixte. Les réseaux ramifiés sont généralement recommandés pour les petites agglomérations où les raccordements particuliers sont peu nombreux. Ils sont particulièrement adaptés aux systèmes de bornes fontaines publiques et aux agglomérations où seules les habitations situées sur le tracé de la conduite sont raccordées. Les réseaux ramifiés ont l'avantage d'être relativement faciles à concevoir et à réaliser. L'inconvénient majeur de ce type de réseau est sa fiabilité très limitée car en cas de rupture sur une conduite, tous les usagers en aval se trouvent privés d'eau. Les réseaux maillés sont recommandés dans des agglomérations où la plupart des habitations sont desservies par des branchements particuliers et où une grande fiabilité dans l'approvisionnement en eau est exigée. Ce type de réseau nécessite l'installation d'une
  • 12. conduite presque dans chaque rue, les raccordements se faisant au niveau des carrefours. Contrairement aux réseaux ramifiés, le calcul des réseaux maillés est très laborieux. Pour l'approvisionnement d'une même agglomération, le réseau bouclé sera plus long que le réseau ramifié, par conséquent plus onéreux. 2. Tracé du réseau de distribution Sur les 4 phases de conception (tracé, calcul des débits, calcul des pressions et calcul des diamètres ) celle du tracé est probablement la plus importante, la longueur des conduites étant le principal facteur de coût d'un réseau de distribution. Le coût d'un réseau est globalement proportionnel à la longueur totale des conduites : si l'on double la longueur, on en double le coût. - La configuration du réseau dépend entre et autre du plan d'urbanisation du territoire à alimenter, de l'emplacement des grands consommateurs (unités industrielles, gares, buanderies etc...) des conduites d'adduction, du relief et de l’existence d’obstacles naturels ou artificiels (cours d’eau, chemin de fer …). Il n'existe quasiment pas de directives pratiques ni de normes permettant de décider d'un tracé. Pour décider du tracé, les ingénieurs doivent s'efforcer de réduire au minimum la longueur totale des conduites et de les installer dans des endroits faciles d'accès pour les travaux, généralement le long des rues. 3. Calcul du réseau Le calcul du réseau a pour but de déterminer les diamètres économiques des conduites et les pertes de charge. Pour le calcul d’un réseau, il faut nécessairement seulement connaître la configuration du réseau, et la longueur de toutes les conduites, mais aussi connaître ou indiquer les lieux et les volumes d’eau distribués et prélevés. 3.1 Prélèvement d’eau Le réseau de distribution d’une agglomération présente une multitude pointe de branchements des abonnés situés à des distances variables les un des autres. La dynamique des prélèvements et les volumes prélevés sont très variables. Prendre en compte toutes ces variations dans le calcul du réseau n’est pas possible. Le calcul est mené sur un principe simple : l’eau distribuée est uniformément repartie sur toute la longueur du réseau, autrement dit la quantité d’eau distribuée par une conduite est proportionnelle à sa longueur. La quantité d’eau distribuée par unité de longueur est appelée débit spécifique ou débit linéaire et est obtenu par la formule suivante : q Q sp å = où l Q - est le débit total injecté dans le réseau moins ceux des grands consommateurs (usines, buanderies les douches publiques ….) ; Sl – longueur totale des tronçons sur lesquels il y a prélèvement, Ainsi on ne tiendra pas compte des tronçons servant seulement au transport comme les conduites qui traversent les zones inhabitées ou qui longent les ponts etc. Le débit d’eau distribué par chaque tronçon (débit en route) est déterminé par la formule suivante : q q l r sp= .
  • 13. La somme de tous les débits en route et des débits des gros consommateurs est égal au débit introduit dans le réseau. =å +å r g.c. Q q Q Le Débit spécifique peut être déterminé non pas seulement par l’unité de longueur mais aussi par l’unité de surface alimentée en eau. Dans ce cas, la valeur du débit spécifique de la ville ou d’une zone donnée peut être déterminée par la formule suivante : q Q sp ' ; où å = S SS – Surface habitée de la ville ou une zone alimentée par le réseau. Les débits en route dans ce cas sont déterminés selon les dimensions de la surface alimentée par le tronçon. r sp r q = q' .S Dans la quasi totalité des tronçons, nous aurons deux types de débit : le débit en transite qui traverse le tronçon sans être distribué ( tr q ) et le débit en route ( r q ), distribué le long du tronçon. Ainsi, il apparaît que le long d’un tronçon donné le débit va diminuant du début à la fin. En considérant que dans les limites d’un tronçon, le diamètre doit être uniforme, il faut donc trouver un débit nominal pour choisir le diamètre de la conduite. Ce débit nominal selon les cas sera : - lorsque = 0, r q alors le débit nominal tr q = q = cte , le diamètre est choisi en fonction de ce débit constant; -. Lorsque q alors tr = 0, , le débit le long du tronçon va du maximum au début du tronçon à zéro à la fin. Dans des cas pareils en hydraulique on utilise l’expression des sommes des pertes de charge dans le tronçon. La valeur des pertes de charge dans le cas de prélèvement uniforme et régulière du débit r q sur une conduite est 3 fois moindre que celle obtenue en faisant passer le même débit dans la même conduite. Dans ce cas le débit nominal est : q = 1 q = 0.58q 3 r r Un tel cas est rencontré seulement dans les tronçons terminaux des réseaux ramifiés. Pour la plus part des tronçons d’un réseau, la perte de perte sera due au débit de transite et celui en route. En présence de ces deux débits le débit équivalent à eux peut être déterminé par la formule suivante : tr r q = q +aq ; où a - Coefficient qui dépend du rapport entre le débit de transite et le débit en route du tronçon donné. Dans le cas d’une distribution uniforme et régulière le long d’une conduite, la valeur a se situe de façon générale dans la fourchette de 0.5 à 0.58. En réalité, les points de prélèvement ne sont pas uniformément repartis sur le tronçon ce qui influe sur la valeur de a. Généralement pour faciliter les calculs, on prend a= 0.5 ; ainsi nous aurons : tr r q = q +0.5q
  • 14. Si à chaque noeud du réseau concentrer un certain débit « fictif » égal à la demi somme des débits en route de tous les tronçons convergents à ce noeud, donc nous aurons un tel schéma de prélèvement d’eau selon le quel tous les prélèvements se font aux noeuds. Autrement dit, on admet que le débit en route d’un tronçon donné est divisé en deux et chaque moitié est affectée à un noeud. Ainsi le débit à un noeud quelconque du réseau sera composé d’un débit réel concentré à ce noeud et la demi somme des débits en route de tous les tronçons convergents à ce noeud. = + ån Q Q 1 q i g c i 2 1 ri . . ; où n – nombre de tronçons convergents au noeud donné. 3.2 Préparation du réseau au calcul hydraulique Pour un réseau prêt pour le calcul hydraulique sont toujours connus sa configuration, les longueurs des tronçons et les prélèvements aux différents noeuds. Des réseaux prêts pour le calcul hydrauliques sont donnés ci-dessous : Pour trouver les débits qi-k dans les n tronçons du réseau peut être utilisée la première loi de Kirchoff (loi des noeuds) selon laquelle : à un noeud quelconque de conduites, la somme des débits qui arrivent est égale à la somme des débits en partent. åqi-k + Qi = 0, où i et k numéros des noeuds Ainsi les débits arrivant au noeud sont supposés positifs et ceux partant du noeud négatifs. Le nombre d’équations dans ce cas sera m -1 où m est le nombre de noeuds. Pour les réseaux ramifiés, toujours n = m – 1 et par conséquent le nombre des équations est suffisant pour déterminer tous les inconnus qi-k. Si aux noeuds du réseau ramifié alimenté par une seule source sont données les débits prélevés, donc les débits dans tous ses tronçons sont calculés de la même manière. Cela découle du fait, que partant du noeud de départ à n’importe quel autre noeud, il existe un et un seul chemin. Ainsi pour le réseau ramifié donné ci-dessus, allant du noeud le plus éloigné (8) vers le noeud 1 on peut en additionnant successivement les prélèvements aux noeuds trouver les valeurs des débits qi-k dans tous les tronçons du réseau. A partir de ces débits peuvent être déterminés les diamètres économiques. Pour les réseaux maillés les débits dans les tronçons doivent non seulement satisfaire la première loi de Kirchoff , mais aussi la deuxième loi de Kirchoff (loi des mailles). Selon cette
  • 15. seconde loi : le long d’un parcours orienté et fermé la somme algébrique des pertes de charge est nulle. (åsi-k . qi-k) = 0 Le nombre d’équation est égal au nombre de mailles. Du réseau maillé ci-dessus avec ces débits aux noeuds, on peut trouver un nombre illimité de variantes des valeurs de débits qi-k qui satisferaient la 1 ère loi de Kirchoff à tous les noeuds. Cela s’explique par le fait que dans le réseau maillé entre deux de ses noeuds on peut mener quelques lignes. Dans l’équation (åsi-k . qi-k) = 0, en plus des débits inconnus qi-k entre aussi les diamètres inconnus des tronçons di-k du fait que si-k s’exprime en fonction des diamètres. Ainsi en cherchant à déterminer les diamètres à partir des débits qi-k nous constatons que les valeurs de qi-k dans les tronçons du réseau à leur tour dépendent des diamètres. Le changement de diamètre d’un tronçon quelconque entraîne une nouvelle répartition de débits dans tout le réseau c’est à dire le changement de débits dans tous les tronçons. Après la répartition préliminaire, on détermine les diamètres économiques en des débits à l’aide de formules. Ensuite on procède à la répartition des débits jusqu’à la satisfaction de la deuxième loi de Kirchoff. 3.3 Détermination des pertes de charge dans les réseaux de distribution La détermination des pertes de charge dans les réseaux de distribution permet de connaître la pression que doivent développer les pompes ou la hauteur à laquelle doit être la cuve du château. En considérant l’énorme étendue des réseaux de distribution et relativement la faible perte de charge locale, pour le calcul du réseau on considère seulement les pertes de charges linéaires. Dans ce cas les pertes de charge sont directement proportionnelle à la longueur des conduites, et dépendent de leurs diamètres, type de matériaux des tuyaux, des débits et peuvent être déterminées par la formule de Colebrook: 2 2 2 k Q l d m g h l V d =l = 8l 0.083 k ; l et où l - Coefficient de frottement ; k – coefficient de proportionnalité l = = g p 2 d - longueur et diamètre de la conduite, V vitesse d’écoulement de l’eau, Q- débit, m – exposant dépend du matériau du tuyau. Les pertes de charge peuvent être également déterminées par : · Formule de Manning Strickler 2 h= 10 ,29.L 2 16/ 3 .Q Ks D Avec Q en m3/s et Ks – coefficient de pertes de charge de Strickler dépendant de la rugosité interne des parois. Ks peut être remplacé par 1/n où n représente le coefficient de pertes de charge de Manning · Formule de William Hazen 1 ,85 h= 10,65.L 1 ,85 4 ,87 .Q K .D Avec K – Coefficient de pertes de charge de William Hazen 3.4 La méthode de compensation des réseaux maillés
  • 16. A la répartition préliminaire, les débits aux noeuds vérifient déjà la 1 ère loi de Kirchoff. A cette étape il est pratiquement impossible que la seconde loi soit satisfaite, c’est à dire que la somme des pertes de charge dans chacune des mailles soit nulle ou du moins inférieure ou égale à 0.5 m. C’est pourquoi afin d’obtenir des débits dans les tronçons qui satisferont à la loi des mailles, on procède à la compensation. La méthode de compensation la plus connue est celle de Hardy CROSS. La méthode Hardy CROSS est fondée sur une correction successive des débits dans les tronçons jusqu’à aboutir aux débits vérifiant la loi des mailles. La correction consiste à diminuer les débits des tronçons surchargés et à augmenter ceux des tronçons déficitaires. Pour la détermination de la somme des pertes de charge, sont considérées positives les pertes de charge des conduites dans lesquelles l’eau circule dans le sens des aiguilles d’une montre et les pertes de charge sont négatives pour les tronçons dans lesquels l’eau circule dans le sens contraire des aiguilles. Le débit de correction est donné par la formule suivante : Dqj = - Dhj / 2 å(si-k . qi-k)j
  • 17. LE POMPAGE PAR L'ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE 1. LES TYPES DE POMPES Les pompes à eau sont habituellement classées selon leur principe de fonctionnement, soit de type volumétrique ou centrifuge. On distingue en outre deux manières de faire fonctionner des pompes, soit par aspiration ou par refoulement.  Les pompes par aspiration doivent être installées à une hauteur inférieure à 10 mètres par rapport à l'eau pompée et il faut prévoir un dispositif d'amorçage.  Les pompes à refoulement sont, soit immergées avec le moteur (forme mono-bloc), soit avec le moteur en surface (avec arbre de transmission). 1.1. La pompe de type volumétrique Elle transmet l'énergie cinétique permettant au fluide de vaincre la gravité par variations successives d'un volume raccordé alternativement à l'orifice d'aspiration et à l'orifice de refoulement. Les pompes volumétriques incluent : - les pompes à vis, - les pompes à palettes, - les pompes à piston - les pompes à diaphragme. Les deux derniers types sont utilisés dans les puits ou forages profonds (plus de 100 m). L'entraînement est habituellement assuré par un arbre de transmission très long, à partir d'un moteur électrique monté en surface. Le débit d'eau d'une pompe volumétrique est proportionnel à la vitesse du moteur. Mais, son couple varie essentiellement en fonction de la hauteur manométrique totale (HMT) et est pratiquement constant en fonction de la vitesse du moteur. C'est pourquoi ces pompes sont habituellement utilisées pour les puits et forages à grandes profondeurs et à petits débits d'eau. On les utilise parfois comme pompes de surface lorsque le couple de la force est lent et irrégulier et que le débit demandé est faible, par exemple pour les pompes à main et les pompes éoliennes multipales. Pompe à piston (Jack-pum) : Utilisée pour de petits débits d’eau et de grandes profondeurs.
  • 18. 1.2.La pompe de type centrifuge Elle fournit l'énergie cinétique au fluide par un mouvement de rotation de roues à aubes ou d'ailettes. Les pompes centrifuges incluent les pompes submersibles avec moteur de surface ou submergées, les pompes flottantes et les pompes rotatives à aspiration. Le débit d'une pompe centrifuge varie en proportion de la vitesse de rotation du moteur. Son couple augmente très rapidement en fonction de cette vitesse et la hauteur manométrique totale est fonction du carré de la vitesse du moteur. La vitesse de rotation du moteur devra donc être très rapide pour assurer un bon débit. On utilise habituellement les pompes centrifuges pour les gros débits et les profondeurs moyennes (<100 m). Ces pompes sont plus dépendantes de la hauteur du niveau d'eau. Il faut d'ailleurs une vitesse minimum à une HMT donnée pour obtenir un débit de départ. Les pompes centrifuges sont très utilisées pour les applications avec énergie photovoltaïque parce que le moteur peut fournir une vitesse de rotation rapide à peu près constante. De plus, l'exhaure de l'eau domestique se fait traditionnellement à partir de puits, à des profondeurs de 10 à 50 mètres, qui conviennent bien aux pompes centrifuges à étages multiples. Ces pompes peuvent également s'adapter à de petits forages, ce qui permet de capter les nappes phréatiques profondes qui ont souvent un niveau d'eau dynamique entre 30 et 100 mètres. Cette pompe est plus couramment utilisée pour l’exhaure de l’eau domestique ; le moteur et la pompe s’installent dans le puits ou le forage, à l’abri de coups potentiels. 2. LES CRITERES DE CHOIX D’UNE POMPE SOLAIRE  Les pompes solaires tirent habituellement l'eau d'un puits ou d'un forage avec un faible débit. Néanmoins ce débit peut être plus important que la capacité de la nappe à se générer et le niveau d'eau dynamique de la nappe baissera. L'orifice de la pompe doit être suffisamment immergé afin d'être toujours sous l'eau. Afin de protéger la pompe il faut mettre un interrupteur de niveau d'eau qui stoppera la pompe Si elle est au dessus du niveau d'eau.  Le niveau d'eau peut aussi varier selon les saisons et les années. Le degré de variation est difficile à prévoir et dépend de certaines caractéristiques aquifères et du rythme de pompage. Chaque puits ou forage doit être testé avant d'installer la pompe afin de déterminer son niveau de tirage.  Il est possible d'incorporer des batteries pour régulariser le débit sur une période de temps plus longue. Il est alors possible de mettre une pompe plus petite qui puisera l'eau en plus petite quantité, d'une manière plus adaptée au tirant d'eau.  Afin d'augmenter le rendement de la pompe solaire fonctionnant au fil du soleil (c'est-à-dire sans batterie), il est possible d'ajouter un adaptateur d'impédance (Maximum
  • 19. power point tracker). Cet adaptateur permettra l'opération de la pompe à son point de charge maximal en diminuant la tension et en augmentant l'intensité de sortie provenant du champ PV lorsque l'ensoleillement est faible.  Le moteur d'une pompe solaire peut être un moteur à courant continu (CC) ou à courant alternatif (CA). Les moteurs à courant continu se branchent directement sur le champ photovoltaïque et sont, en général, plus simples à faire fonctionner que les moteurs à courant alternatif. Mais, les pompes CC ont habituellement des balais de commutation qui doivent être changés périodiquement, ce qui n'est pas facile pour les pompes immergées. Certains types de moteurs CC sont à commutation électronique et n'ont pas de balai. Les moteurs à courant alternatif requièrent l'emploi d'un onduleur pour leur opération photovoltaïque. Mais, les moteurs CA ne requièrent pratiquement pas de maintenance et s'avèrent souvent plus efficaces que les moteurs CC. 3. DIMENSIONNEMENT D’UNE POMPE PHOTOVOLTAIQUE 3.1 Données de base Les données suivantes seront nécessaires pour dimensionner la pompe solaire et ses composants : · Débit Le débit (Q) est la quantité d’eau que la pompe peut fournir durant un intervalle de temps donné. En pompage solaire, le débit (ou le besoin en eau) est souvent exprimé en m3 par jour. · HMT La hauteur manométrique totale (HMT) d’une pompe est la différence de pression en mètres de colonne d’eau entre les orifices d’aspiration et de refoulement. Cette hauteur peut être calculée comme suit : HMT = Hg + Pc où Hg – hauteur géométrique entre la nappe d’eau pompée (niveau dynamique) et le plan d’utilisation (Hr +Nd) Pc – Pertes de charge produites par le frottement de l’eau sur les parois des conduites. Pour les calculs, généralement ces pertes de charge sont estimées au plus à 10 % de la hauteur géométrique totale. · Niveau statique Le niveau statique (Ns) d’un puits ou d’un forage est la distance du sol à la surface de l’eau avant pompage. · Niveau dynamique Le niveau dynamique (Nd) d’un puits ou d’un forage est la distance du sol à la surface de l’eau pour un pompage à un débit donné. La différence entre le niveau dynamique et le niveau statique est appelée abattement (Rm). Conduite Hr Sol Niveau statique Ns Nd Niveau dynamique
  • 20. HMT = Profondeur de la nappe d'eau + hauteur du réservoir + pertes de charges 3.2. Calcul de l’énergie quotidienne requise L'énergie requise pour soulever un certain débit d'eau sur une certaine hauteur pendant une journée, est calculée à partir des données de débit et de HMT obtenues précédemment et est exprimée en Watt-heure. Le résultat est fonction d'une constante hydraulique et est inversement proportionnel au rendement du groupe motopompe utilisé. En général le rendement des groupes motopompes est de 25% à 45% dépendant du type de pompe et du moteur. Pour notre dimensionnement nous avons utilisé une valeur de rendement moyen du groupe motopompe de 35%. Soient : Eelec - l’énergie requise, CH - la constante hydraulique, Q - le débit d’eau journalier (m3/j) L’énergie requise pour la pompe aura pour expression : E CH x Q x HMT elec = Rendement du groupe motopompe où Eelec – est habituellement exprimé en kWh CH= g.¶ = 9,81(m.s2). 103 (kg/m3)/3600 (s/h) = 2,725 kg.s.h/m2 3.3. Dimensionnement du générateur solaire photovoltaïque La dimension du champ est donnée par la formule suivante : Wc Eelec Ensolei.l(1 - Pertes) = où Ensoleil – temps d’ensoleillement le plus faible ; Pertes – Pertes attribuables à la température et à la poussière estimées généralement à 20 % Enfin le calcul du nombre de modules consiste à diviser la puissance du générateur (du champ) par la puissance d’une module (exemple les modules de 50 Wc).