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Assainissement urbain 1
UNIVERSITE D’ARTOIS
MASTER2 BI BETHUNE
LE DIMENSIONNEMENT DES
RESEAUX D’ASSAINISSEMENT
DES AGGLOMERATIONS
INTERVENANT : Marc VALIN
CONCEPTION ET
DIMENSIONNEMENT DES
RESEAUX
LES RESEAUX
D’ASSAINISSEMENT
Assainissement urbain 3
L’ASSAINISSEMENT DES
AGGLOMERATIONS
1) Assurer l’évacuation de l’ensemble des
eaux pluviales et usées vers les exutoires
naturels
2) Vérifier la compatibilité des rejets selon
les exigences :
- de la santé publique (problèmes épidémiologiques
et sanitaires)
- de l’environnement (respect des objectifs de
qualité)
Assainissement urbain 4
BREF HISTORIQUE
Jusqu’en 1960 : évacuation rapide des effluents le plus
loin possible de la ville
Dès 1970 : situation critique due à l’accroissement
considérable de la population urbaine :
22 % en 1850, 61 % en 1960, 73 % en 1975, 79 % en 2010.
Dès 1980 : problèmes d’insuffisance de réseau dus à
l’accroissement des surfaces imperméabilisées
Emploi des techniques alternatives se
rapprochant au mieux du cycle naturel de l’eau
Assainissement urbain 5
SITUATION ACTUELLE
15% des eaux usées ne sont pas collectées et 30 %
des eaux ne sont pas dépolluées.
- problèmes de ressources en eau
- problèmes de qualité des eaux
Les usages domestiques de l’eau représentent une
cause potentielle majeure de pollution de l’eau
La protection des milieux aquatiques est un axe important
du Grenelle de l’environnement. Il fixe comme objectif
d’atteindre ou de conserver un bon état écologique de
l’eau en France des masses d’eau d’ici 2015.
mise en place d’un cadre juridique : Directive Cadre
Eau, Code de l’Environnement .
L’eau est un élément essentiel de notre
patrimoine.
Directive cadre sur l’eau
Directive 2000/60/CE du 23 octobre 2000 fixe
des obligations :
• objectif d'atteinte du bon état général des milieux
aquatiques d'ici 2015;
• non dégradation de l'existant et restauration de l’état
des écosystèmes aquatiques (continuité écologique
des cours d’eau);
• respect des objectifs des zones protégées;
• lutte contre les pollutions par les toxiques;
• Atténuer les effets des inondations
Obligation de résultat pour chaque État.
– Rendu compte régulier à la commission européenne.
Assainissement urbain 6
2
Directive cadre sur l’eau
• Le bon état = bon état chimique + bon
état écologique
Assainissement urbain 7
Code de l’environnement
Rassemble l’ensemble des mesures
législatives sur l’eau.
• Mise en place de procédures administratives
pour les Installations, Ouvrages, Travaux et
Aménagements pouvant avoir des impacts sur
les milieux aquatiques (nomenclature article
R.214-1)
• Création de la police de l’eau
• Création de documents de planification à
l’échelle du bassin SDAGE, au niveau local les
SAGE
Assainissement urbain 8
Assainissement urbain 9
LES SYSTEMES DE COLLECTE
ET D’ÉVACUATION
Assainissement urbain 10
LES SYSTEMES D’EVACUATION DES
EAUX USEES ET EAUX PLUVIALES
SYSTÈMES FONDAMENTAUX :
- Système unitaire :
Canalisation unique pour évacuer tous les effluents
(eaux usées et eaux pluviales)
- Système séparatif :
Eaux usées et eaux pluviales sont évacuées dans
deux canalisations distinctes
- Système mixte :
C’est un réseau constitué, suivant les zones, en
système unitaire et en système séparatif
Assainissement urbain 11
SYSTÈME PSEUDO SÉPARATIF :
On appelle pseudo séparatif, des réseaux séparatifs où
le réseau d’E.U. peut recevoir certaines eaux pluviales
provenant des propriétés riveraines.
SYSTÈME COMPOSITE :
C’est une variante du système séparatif qui prévoit par
divers aménagements, une dérivation partielle des
eaux les plus polluées du réseau pluvial vers le réseau
d’eaux usées en vue de leur traitement.
LES SYSTEMES D’EVACUATION DES
EAUX USEES ET EAUX PLUVIALES
Assainissement urbain 12
SYSTEME SOUS PRESSION :
Le réseau fonctionne en charge. Les eaux sont
évacuées par l’intermédiaire de pompes.
SYSTEME SOUS DEPRESSION :
Le transport de l’effluent s’effectue par mise en
dépression des canalisations (pompes provoquant
le vide).
LES SYSTEMES D’EVACUATION DES
EAUX USEES ET EAUX PLUVIALES
3
Assainissement urbain 13
LES RESEAUX EN FRANCE
Age moyen des réseaux en France
- 50 % des canalisations transportant les
eaux usées a plus de 50 ans
- Les réseaux les plus anciens sont ceux
situés en centre ville
Nécessité de renouveler et de réhabiliter
les réseaux
Les sommes en jeu sont colossales :
0,8 à 1,3 milliards d’€ sont dépensés chaque
année
Assainissement urbain 14
LES RESEAUX EN FRANCE
Données 2010
- 85% de la population (55Mh) raccordée au réseau
d’assainissement collectif
- 19300 stations de traitement des eaux usées en
France
Chaque seconde, 130 m3 d’eaux usées sont
acheminés sur les STEP pour être traitées.
Linéaires de réseaux 2012
280 000 Km pour les eaux usées
- Réseau séparatif : 65 %
- Réseau unitaire : 35 %
93 000 Km pour les eaux pluviales
Assainissement urbain 15
LES SCHEMAS TYPES DES
RESEAUX D’EVACUATION
1. Le schéma perpendiculaire au cours d’eau
2. Le schéma type « collecteur latéral »
3. Le schéma type « collecteur transversal »
4. Le schéma type « par zones étagées »
5. Le schéma type « centre collecteur unique »
6. Le schéma type « radial »
Assainissement urbain 16
LES SCHEMAS TYPES DES RESEAUX
D’EVACUATION
Assainissement urbain 17
LES TYPES DE RESEAUX
Deux types de réseaux :
ramifié ou maillé
EXUTOIRE
EXUTOIRE
Assainissement urbain 18
LA CONCEPTION DES
RESEAUX
4
Assainissement urbain 19
Nécessité de réaliser une enquête préalable
ayant pour objet de fournir les informations sur :
- l’urbanisation
- les équipements existants
- le milieu naturel
L’étude préalable doit répondre aux questions
suivantes :
- Quel est le devenir des eaux de ruissellement
recueillies ?
- Comment limiter les risques d’inondation ?
- Est-il possible de choisir une solution alternative ?
L’ENQUÊTE PREALABLE
Assainissement urbain 20
L’étude préalable porte sur :
- La connaissance du terrain et des pratiques
locales
- La connaissance du fonctionnement hydrologique
du bassin
- L’existence et la capacité de l’exutoire
- La recherche des zones où il est possible
d’infiltrer ou de prévoir des zones d’équipements
de rétention
- La qualité des eaux de ruissellement dans le cas
d’un rejet vers un exutoire naturel sensible
L’ÉTUDE PREALABLE
Assainissement urbain 21
LES OUVRAGES
D’ASSAINISSEMENT
Assainissement urbain 22
Un réseau d’assainissement est constitué d’un
ensemble de canalisations implantées si possible sur
le domaine public et le plus souvent de section
circulaire de diverses catégories : béton armé, non
armé, grès, métalliques, PVC, PEHD, etc.
En certaines circonstances, il peut être implanté des
ouvrages de collecteur à sections particulières tels :
 ouvrages ovoïdes normalisés
 collecteurs à cunettes et banquettes
 collecteurs à sections particulières
(rectangulaire, ovale, etc…)
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Assainissement urbain 23
Ouvrages ovoïdes normalisés
Ces ouvrages conviennent spécialement pour les voies
étroites, ou dans celles où la circulation intense impose
de limiter la largeur des fouilles. D’autre part, la forme de
ces tuyaux leur confère une grande résistance. Ils
peuvent donc être employés à faible profondeur.
Leur hauteur est égale à une 1,5 D de la
partie demi-cylindrique supérieure, le diamètre
du cylindre inférieur étant égal à D/4,
le raccord est obtenu par deux arcs de cercles
de rayon 1.5 D.
D/2
D/4
1.5D0.75D
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Assainissement urbain 24
Collecteurs à cunettes et banquette
Les égouts à cunettes permettent un bon écoulement des eaux
usées. En période d’orage, l’eau monte dans l'ouvrage bien qu’en
général la section soit surabondante. Une banquette permet la
circulation en période de temps sec pour l’entretien de l’ouvrage.
Des canalisations ou des câbles sont placés éventuellement en
partie supérieure de l’ouvrage.
LA CONSTITUTION DU RESEAU
5
Assainissement urbain 25
Les réseaux comportent par ailleurs bon nombre d’ouvrages annexes
courants qui présentent une importance particulière pour une
exploitation rationnelle et correcte.
Regards de visite : Ils permettent l’accès aux canalisations pour
les curages et l’entretien et assurent la ventilation du réseau.
L’exploitation rationnelle du réseau
conduira à réaliser des regards dans
les lignes droites à intervalles variant
en moyenne entre 35 et 70 mètres.
Par ailleurs il seront également
implantés dans les cas suivants :
 changement de direction
 changement de pente
 changement de diamètre
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Assainissement urbain 26
Avaloirs et bouches d’égouts :
Le rôle des avaloirs et bouches d’égout est d’assurer l’entrée
dans un égout, soit unitaire, soit pluvial des eaux de pluie et de
lavage des chaussées.
Elles peuvent être équipées
de systèmes sélectifs permettant
une rétention de corps étrangers
(feuilles, sables, …).
Dans ce cas, il convient de réaliser
un entretien régulier des paniers
(risques de nuisances olfactives et ce qui
gêne au bon écoulement des eaux).
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Assainissement urbain 27
LA CONSTITUTION DU RESEAU
 Les branchements à
l’assainissement
 Schéma des
différents ouvrages :
-branchements
domaine public (Ø 150 mm
avec 3% de pente au minimal)
domaine privé Ø 100 mm avec
1,5% de pente au minimal)
-boîtes de branchement
-collecteur
Assainissement urbain 28
LA CONSTITUTION DU RESEAU
 Les branchements à l’assainissement
Deux modes de raccordements individuels :
« sur collecteur » « sur regard de visite »
Assainissement urbain 29
LA CONSTITUTION DU RESEAU
 Les raccordements
sur le collecteur
 En râteau ou sous-
collecteur
 Ø minimal 150 mm
 Pente minimale de 3%
 Boîtes ou regards
d’inspection tous les 30
à 35 mètres
 Tous les matériaux
conviennent en
conformité aux normes
en vigueur (EN ou NF)
Assainissement urbain 30
Suivant leur conception les réseaux
d’assainissement peuvent également
comporter des ouvrages annexes spéciaux
ayant des fonctions particulières.
Ainsi on rencontre fréquemment :
des déversoirs d’orage
des stations de pompage
des bassins de rétention
LA CONSTITUTION DU RESEAU
6
Assainissement urbain 31
les déversoirs d’orage
Ouvrages exécutés sur réseau unitaire ou pseudo-séparatif permettant
de conserver et de diriger vers la station le débit
correspondant à celui des eaux usées.
L’excédent est évacué directement vers le milieu naturel.
Dans tous les cas de figure, le déversoir d'orage comprend :
–un ouvrage de dérivation ;
–un canal ou collecteur de décharge conduisant l’eau déversée à un
émissaire naturel (ruisseau, rivière ), y compris l’ouvrage de rejet lui-
même au droit de l’émissaire
Le déversoir d'orage est raccordé :
–à l’amont : au collecteur d’arrivée
amenant les eaux unitaires
–à l’aval : au collecteur de départ
qui transporte vers la station d’épuration les eaux à épurer.
Collecteur de départ
Collecteur d ’arrivée
Ouvrage
de dérivation
STEP
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Assainissement urbain 32
 Déversoir d’orage
 Solutions diverses
 Ouvrages à seuil déversant
 Ouverture de radier
 Siphon
 Système avec régulation par vanne
 Ouvrages préfabriqués
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Assainissement urbain 33
Station de pompage
Les postes de pompage sont surtout utilisés sur le réseau
eaux usées, éventuellement en réseau unitaire. Ces postes
ont pour but de relever les effluents lorsque le relief du terrain
n’offre pas de pentes suffisantes pour assurer un écoulement
gravitaire.
Suivant les cas on distingue :
 les postes de relèvement pour relever les effluents sur
une faible hauteur et une courte distance,
 les postes de refoulement pour relever sur une forte
dénivelée et une grande longueur.
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Assainissement urbain 34
Station de pompage
Les éléments constitutifs d’une
station de pompage sont
principalement :
 la bâche de pompage
 la motopompe
 la canalisation de
refoulement
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Assainissement urbain 35
et parfois :
des siphons : il s’agit de dispositifs dont
le profil en long comporte une discontinuité
constituée d’une partie descendante, d’une
partie plate ou à faible pente et d’une
remontée.
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Ils peuvent être implantés pour franchir des
obstacles (naturels ou artificiels) qui
empêchent de maintenir constante la pente
du profil du réseau.
les chambres de dessablement : elles ont
pour objectif de piéger par décantation les
sables dans le but d’éviter les dépôts dans
les canalisations, d’éviter l’abrasion dans
les systèmes de pompage, de protéger le
milieu naturel,...
Assainissement urbain 36
Bassins de rétention
La fonction d’un bassin de rétention est de stocker temporairement les eaux
excédentaires apportées par le ruissellement.
Leurs fonctions au sein du système d’assainissement peuvent être diverses :
• écrêter les pointes de débits et éviter les débordements (bassin de
rétention d’eaux pluviales),
• stocker temporairement des eaux à traiter en station d’épuration (bassin
d’orage sur réseau unitaire).
La restitution des eaux peut être envisagé par infiltration dans le sol support
ou vers un exutoire naturel ou artificiel.
Plusieurs types de bassins sont distingués :
• bassins secs (la majeure partie du temps) : couvert ou à ciel ouvert ; dans
ce cas ils peuvent avoir une autre fonctionnalité (terrain de loisirs, aire de
jeux, …),
• bassins en eau : ils contiennent en permanence un certain volume d’eau
(la capacité de stockage est assurée par le marnage).
LA CONSTITUTION DU RESEAU
7
Assainissement urbain 37
 Bassins de rétention
 FONCTION INITIALE : protection contre les inondations
 AUTRES USAGES :
– maîtrise du ruissellement pluvial
– réserve écologique
– activités de loisirs
– …….
LA CONSTITUTION DU RESEAU
Assainissement urbain 38
LE CALCUL DES SECTIONS
D’OUVRAGES
Assainissement urbain 39
CALCUL DES SECTIONS D’OUVRAGES
La connaissance des débits à évacuer et la pente des ouvrages
permet de choisir la section qui sera déduit de la formule
d’écoulement adoptée. Les dimensions des canalisations
varient selon des diamètres courants de fabrication, ce qui
apporte de ce fait, une capacité supplémentaire d’écoulement.
Dans l’instruction technique, les ouvrages sont calculés suivant
une formule d’écoulement résultant de celle de CHEZY
V : Vitesse d’écoulement en m/s
R : Rayon hydraulique avec
S : section mouillée en m², P : périmètre mouillé en m
I : Pente de l’ouvrage en m.p.m
C : Coefficient donné par la formule de BAZIN C
R


87
1

V C RI
R
S
P

Assainissement urbain 40
LES OUVRAGES D’EAUX USEES
 est un coefficient d’écoulement qui varie suivant les
matériauxutilisés et la nature des eaux transportées
 est pris à 0,25 compte tenu des inégalités dans le
réseau (Abaque ab3)
On obtient donc :
D’où le débit capable de l’ouvrage Qc :
avec Qc en m3/s, V en m/s et S en m2
2/13/2
IR70V 
SVQc 
Assainissement urbain 41
- Les canalisations d’eaux usées sont
généralement circulaires
- Pour éviter les risques d’obstruction, le Ø
minimum sera de 200 mm.
- Pente minimum : 0,002 m/m
- Couverture minimale de la canalisation : 80 cm
(sinon dalle de répartition) : Fascicule 70
- Regard de visite tous les 80 m au maximum
(hydrocurage ou visite par caméra)
- Regard à chaque changement de pente ou de
direction
CONTRAINTES DE CALAGE
EAUX USEES
Assainissement urbain 42
- Vitesse maximum : 4 m/s
- Conditions d’autocurage :
Pour le débit moyen actuel : V ≥ 0,30 m/s
En pratique I > 0,002 m/m à l’aval des réseaux et
si possible I > 0,004 m/m dans les conduites à
l’amont des réseaux EU.
CONTRAINTES DE CALAGE
EAUX USEES
8
Assainissement urbain 43
LES OUVRAGES D’EAUX PLUVIALES
Le coefficient d’écoulement  est pris à 0,46 compte tenu
des dépôts susceptibles de se former dans le réseau
(Abaque ab4)
On obtient donc :
2/14/3
IR60V 
D’où le débit capable de l’ouvrage Qc : SVQc 
avec Qc en m3/s, V en m/s et S en m2
Assainissement urbain 44
- Pour éviter les risques d’obstruction, le
diamètre minimum sera de 300 mm.
- Pente minimum : 0,003 m/m
- Couverture minimale de la canalisation : 80 cm
(sinon dalle de répartition)
- Regard de visite tous les 80 m au maximum
(hydrocurage ou visite par caméra)
- Regard à chaque changement de pente ou de
direction
CONTRAINTES DE CALAGE
EAUX PLUVIALES
Assainissement urbain 45
- Vitesse maximum : 4 m/s
- Conditions d ’autocurage :
- Pour le 1/10 du débit à pleine section :
V ≥ 0,60 m/s
- Pour le 1/100 du débit à pleine section :
V ≥ 0,30 m/s
En pratique, VPS > 1 m/s pour les ouvrages
circulaires et VPS > 0,9 m/s pour les ovoïdes.
CONTRAINTES DE CALAGE
EAUX PLUVIALES
Assainissement urbain 46
CALCUL DES SECTIONS D’OUVRAGES
FORMULE DE MANNING - STRICKLER :
C = K . R1/6
V = K . R2/3 . I 1/2
Qc = V . S = K . R2/3 . I1/2.S
K = Coefficient de Manning - Strickler
S = Section mouillée de l’ouvrage en m2
P = Périmètre mouillé de l’ouvrage en m
R = Rayon hydraulique de l’ouvrage S /P en m
I = Pente longitudinale de l’ouvrage en m/m
V = Vitesse de l’eau dans l’ouvrage en m/s
Qc = Débit capable de l’ouvrage en m3/s
Assainissement urbain 47
LE COEFFICIENT K DE MANNING-
STRICKLER
Valeurs courantes de K :
- Ouvrages en fonte, béton, grés, PVC, PEHD :
K = 70 à 80
- Ouvrages métalliques en tôle ondulée :
K = 40 à 45
- Fossés profonds engazonnés :
K = 25 à 30
Assainissement urbain 48
Fascicule 70 du CCTG pour réseaux gravitaires
Fascicule 71 du CCTG pour réseaux sous pression
Références normatives :
NF EN 476 norme cadre pour les ouvrages
NF EN 1610 norme sur la mise en œuvre des
réseaux et la réception
NF EN 752 norme cadre sur la conception des
réseaux
NF EN 124 normes produits pour les dispositifs
de couronnement et de couverture
NF P 98331 norme pour la réalisation des
tranchées
CHOIX DES MATERIAUX
9
Assainissement urbain 49
LES EAUX USEES
Assainissement urbain 50
Le calcul des réseaux d’eaux usées
suppose une procédure en 3 étapes :
- calcul des débits permettant de déterminer
les caractéristiques dimensionnelles du
réseau,
- le calcul des sections d’ouvrages,
- la résolution proprement dite du projet.
LES EAUX USEES
Assainissement urbain 51
On détermine une consommation journalière de
l’année se situant dans la fourchette 200 à 250
l/j/hab (Ceau) dans les habitats nouveaux ou
rénovés (Ceau variable en fonction du contexte
local).
On calcule le débit moyen Qm avec :
86400
NhabCeau
Qm


avec :
Ceau en l/j/hab
Qm en l/s
LES DEBITS D’EAUX USEES
DOMESTIQUE
Assainissement urbain 52
On détermine le coefficient de pointe p qui est le
rapport entre le débit maximal et le débit moyen au
cours de la même journée.
Qm en l/s
a = 1,5 et b = 2,5
D’où :
On obtient donc le débit de pointe Qp :
Qp en l/s
Qp Qm p 
p a
b
Q m
 
15 15
2 5
4, ,
,
   p
Qm
LES DEBITS D’EAUX USEES
DOMESTIQUE
Assainissement urbain 53
VALEURS MOYENNES DE CONSOMMATIONS
JOURNALIERES ET DE COEFFICIENTS DE
POINTE D’ÉTABLISSEMENTS COURANTS
ACTIVITES CONSOMMATION JOURNALIERE
COEFFICIENT
DE POINTE
Cantines 10 l. par rationnaire 10
Internat 150 l. par élève 6
Ecoles 60 l. par élève 6
Ateliers et bureaux 60 l. par personne 4
Casernes 90 l. par soldat 3
Hôpitaux 400 l. par lit 3
Hôtels 500 l. par chambre 4
Gymnase 20 l. par usager 2
Centres commerciaux 5 l. par m2
2,5
Assainissement urbain 54
LES DEBITS D’EAUX USEES
INDUSTRIELLES
Dans le cas d’absence d’éléments sur
la consommation des industries,
l’Instruction Technique préconise la
prise en compte d’un débit de 30 à 60
m3 / jour / hectare loti suivant le
caractère de la zone industrielle
concernée.
10
Assainissement urbain 55
LES DEBITS D’EAUX CLAIRES
PARASITES
Qecp = Qm x (Tdilu/100)
avec:
Qecp : Débit des eaux claires parasites en l/s
Qm : Débit moyen des eaux usées en l/s
Tdilu : Taux de dilution en %
Assainissement urbain 56
LES DEBITS DE TEMPS SEC
Le débit de temps sec est donc
la somme des débits présentés
précédemment.
Assainissement urbain 57
Un collecteur Ø 200 mm posé avec une pente
minimale de 0,004 m/m permet l’évacuation de
20 l/s à une vitesse de 0,6 m/s.
Un lotissement de 300 logements génère un
débit de pointe < 5 l/s sur la base de 250
l/j./hab. avec 3,5 eq/hab/logement.
En zone rurale, les diamètres des réseaux EU
sont rarement supérieurs à 200 mm.
INFORMATION PRATIQUE

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2 dimensionnement des-r_seaux_d_assainissement

  • 1. 1 Assainissement urbain 1 UNIVERSITE D’ARTOIS MASTER2 BI BETHUNE LE DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX D’ASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONS INTERVENANT : Marc VALIN CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX LES RESEAUX D’ASSAINISSEMENT Assainissement urbain 3 L’ASSAINISSEMENT DES AGGLOMERATIONS 1) Assurer l’évacuation de l’ensemble des eaux pluviales et usées vers les exutoires naturels 2) Vérifier la compatibilité des rejets selon les exigences : - de la santé publique (problèmes épidémiologiques et sanitaires) - de l’environnement (respect des objectifs de qualité) Assainissement urbain 4 BREF HISTORIQUE Jusqu’en 1960 : évacuation rapide des effluents le plus loin possible de la ville Dès 1970 : situation critique due à l’accroissement considérable de la population urbaine : 22 % en 1850, 61 % en 1960, 73 % en 1975, 79 % en 2010. Dès 1980 : problèmes d’insuffisance de réseau dus à l’accroissement des surfaces imperméabilisées Emploi des techniques alternatives se rapprochant au mieux du cycle naturel de l’eau Assainissement urbain 5 SITUATION ACTUELLE 15% des eaux usées ne sont pas collectées et 30 % des eaux ne sont pas dépolluées. - problèmes de ressources en eau - problèmes de qualité des eaux Les usages domestiques de l’eau représentent une cause potentielle majeure de pollution de l’eau La protection des milieux aquatiques est un axe important du Grenelle de l’environnement. Il fixe comme objectif d’atteindre ou de conserver un bon état écologique de l’eau en France des masses d’eau d’ici 2015. mise en place d’un cadre juridique : Directive Cadre Eau, Code de l’Environnement . L’eau est un élément essentiel de notre patrimoine. Directive cadre sur l’eau Directive 2000/60/CE du 23 octobre 2000 fixe des obligations : • objectif d'atteinte du bon état général des milieux aquatiques d'ici 2015; • non dégradation de l'existant et restauration de l’état des écosystèmes aquatiques (continuité écologique des cours d’eau); • respect des objectifs des zones protégées; • lutte contre les pollutions par les toxiques; • Atténuer les effets des inondations Obligation de résultat pour chaque État. – Rendu compte régulier à la commission européenne. Assainissement urbain 6
  • 2. 2 Directive cadre sur l’eau • Le bon état = bon état chimique + bon état écologique Assainissement urbain 7 Code de l’environnement Rassemble l’ensemble des mesures législatives sur l’eau. • Mise en place de procédures administratives pour les Installations, Ouvrages, Travaux et Aménagements pouvant avoir des impacts sur les milieux aquatiques (nomenclature article R.214-1) • Création de la police de l’eau • Création de documents de planification à l’échelle du bassin SDAGE, au niveau local les SAGE Assainissement urbain 8 Assainissement urbain 9 LES SYSTEMES DE COLLECTE ET D’ÉVACUATION Assainissement urbain 10 LES SYSTEMES D’EVACUATION DES EAUX USEES ET EAUX PLUVIALES SYSTÈMES FONDAMENTAUX : - Système unitaire : Canalisation unique pour évacuer tous les effluents (eaux usées et eaux pluviales) - Système séparatif : Eaux usées et eaux pluviales sont évacuées dans deux canalisations distinctes - Système mixte : C’est un réseau constitué, suivant les zones, en système unitaire et en système séparatif Assainissement urbain 11 SYSTÈME PSEUDO SÉPARATIF : On appelle pseudo séparatif, des réseaux séparatifs où le réseau d’E.U. peut recevoir certaines eaux pluviales provenant des propriétés riveraines. SYSTÈME COMPOSITE : C’est une variante du système séparatif qui prévoit par divers aménagements, une dérivation partielle des eaux les plus polluées du réseau pluvial vers le réseau d’eaux usées en vue de leur traitement. LES SYSTEMES D’EVACUATION DES EAUX USEES ET EAUX PLUVIALES Assainissement urbain 12 SYSTEME SOUS PRESSION : Le réseau fonctionne en charge. Les eaux sont évacuées par l’intermédiaire de pompes. SYSTEME SOUS DEPRESSION : Le transport de l’effluent s’effectue par mise en dépression des canalisations (pompes provoquant le vide). LES SYSTEMES D’EVACUATION DES EAUX USEES ET EAUX PLUVIALES
  • 3. 3 Assainissement urbain 13 LES RESEAUX EN FRANCE Age moyen des réseaux en France - 50 % des canalisations transportant les eaux usées a plus de 50 ans - Les réseaux les plus anciens sont ceux situés en centre ville Nécessité de renouveler et de réhabiliter les réseaux Les sommes en jeu sont colossales : 0,8 à 1,3 milliards d’€ sont dépensés chaque année Assainissement urbain 14 LES RESEAUX EN FRANCE Données 2010 - 85% de la population (55Mh) raccordée au réseau d’assainissement collectif - 19300 stations de traitement des eaux usées en France Chaque seconde, 130 m3 d’eaux usées sont acheminés sur les STEP pour être traitées. Linéaires de réseaux 2012 280 000 Km pour les eaux usées - Réseau séparatif : 65 % - Réseau unitaire : 35 % 93 000 Km pour les eaux pluviales Assainissement urbain 15 LES SCHEMAS TYPES DES RESEAUX D’EVACUATION 1. Le schéma perpendiculaire au cours d’eau 2. Le schéma type « collecteur latéral » 3. Le schéma type « collecteur transversal » 4. Le schéma type « par zones étagées » 5. Le schéma type « centre collecteur unique » 6. Le schéma type « radial » Assainissement urbain 16 LES SCHEMAS TYPES DES RESEAUX D’EVACUATION Assainissement urbain 17 LES TYPES DE RESEAUX Deux types de réseaux : ramifié ou maillé EXUTOIRE EXUTOIRE Assainissement urbain 18 LA CONCEPTION DES RESEAUX
  • 4. 4 Assainissement urbain 19 Nécessité de réaliser une enquête préalable ayant pour objet de fournir les informations sur : - l’urbanisation - les équipements existants - le milieu naturel L’étude préalable doit répondre aux questions suivantes : - Quel est le devenir des eaux de ruissellement recueillies ? - Comment limiter les risques d’inondation ? - Est-il possible de choisir une solution alternative ? L’ENQUÊTE PREALABLE Assainissement urbain 20 L’étude préalable porte sur : - La connaissance du terrain et des pratiques locales - La connaissance du fonctionnement hydrologique du bassin - L’existence et la capacité de l’exutoire - La recherche des zones où il est possible d’infiltrer ou de prévoir des zones d’équipements de rétention - La qualité des eaux de ruissellement dans le cas d’un rejet vers un exutoire naturel sensible L’ÉTUDE PREALABLE Assainissement urbain 21 LES OUVRAGES D’ASSAINISSEMENT Assainissement urbain 22 Un réseau d’assainissement est constitué d’un ensemble de canalisations implantées si possible sur le domaine public et le plus souvent de section circulaire de diverses catégories : béton armé, non armé, grès, métalliques, PVC, PEHD, etc. En certaines circonstances, il peut être implanté des ouvrages de collecteur à sections particulières tels :  ouvrages ovoïdes normalisés  collecteurs à cunettes et banquettes  collecteurs à sections particulières (rectangulaire, ovale, etc…) LA CONSTITUTION DU RESEAU Assainissement urbain 23 Ouvrages ovoïdes normalisés Ces ouvrages conviennent spécialement pour les voies étroites, ou dans celles où la circulation intense impose de limiter la largeur des fouilles. D’autre part, la forme de ces tuyaux leur confère une grande résistance. Ils peuvent donc être employés à faible profondeur. Leur hauteur est égale à une 1,5 D de la partie demi-cylindrique supérieure, le diamètre du cylindre inférieur étant égal à D/4, le raccord est obtenu par deux arcs de cercles de rayon 1.5 D. D/2 D/4 1.5D0.75D LA CONSTITUTION DU RESEAU Assainissement urbain 24 Collecteurs à cunettes et banquette Les égouts à cunettes permettent un bon écoulement des eaux usées. En période d’orage, l’eau monte dans l'ouvrage bien qu’en général la section soit surabondante. Une banquette permet la circulation en période de temps sec pour l’entretien de l’ouvrage. Des canalisations ou des câbles sont placés éventuellement en partie supérieure de l’ouvrage. LA CONSTITUTION DU RESEAU
  • 5. 5 Assainissement urbain 25 Les réseaux comportent par ailleurs bon nombre d’ouvrages annexes courants qui présentent une importance particulière pour une exploitation rationnelle et correcte. Regards de visite : Ils permettent l’accès aux canalisations pour les curages et l’entretien et assurent la ventilation du réseau. L’exploitation rationnelle du réseau conduira à réaliser des regards dans les lignes droites à intervalles variant en moyenne entre 35 et 70 mètres. Par ailleurs il seront également implantés dans les cas suivants :  changement de direction  changement de pente  changement de diamètre LA CONSTITUTION DU RESEAU Assainissement urbain 26 Avaloirs et bouches d’égouts : Le rôle des avaloirs et bouches d’égout est d’assurer l’entrée dans un égout, soit unitaire, soit pluvial des eaux de pluie et de lavage des chaussées. Elles peuvent être équipées de systèmes sélectifs permettant une rétention de corps étrangers (feuilles, sables, …). Dans ce cas, il convient de réaliser un entretien régulier des paniers (risques de nuisances olfactives et ce qui gêne au bon écoulement des eaux). LA CONSTITUTION DU RESEAU Assainissement urbain 27 LA CONSTITUTION DU RESEAU  Les branchements à l’assainissement  Schéma des différents ouvrages : -branchements domaine public (Ø 150 mm avec 3% de pente au minimal) domaine privé Ø 100 mm avec 1,5% de pente au minimal) -boîtes de branchement -collecteur Assainissement urbain 28 LA CONSTITUTION DU RESEAU  Les branchements à l’assainissement Deux modes de raccordements individuels : « sur collecteur » « sur regard de visite » Assainissement urbain 29 LA CONSTITUTION DU RESEAU  Les raccordements sur le collecteur  En râteau ou sous- collecteur  Ø minimal 150 mm  Pente minimale de 3%  Boîtes ou regards d’inspection tous les 30 à 35 mètres  Tous les matériaux conviennent en conformité aux normes en vigueur (EN ou NF) Assainissement urbain 30 Suivant leur conception les réseaux d’assainissement peuvent également comporter des ouvrages annexes spéciaux ayant des fonctions particulières. Ainsi on rencontre fréquemment : des déversoirs d’orage des stations de pompage des bassins de rétention LA CONSTITUTION DU RESEAU
  • 6. 6 Assainissement urbain 31 les déversoirs d’orage Ouvrages exécutés sur réseau unitaire ou pseudo-séparatif permettant de conserver et de diriger vers la station le débit correspondant à celui des eaux usées. L’excédent est évacué directement vers le milieu naturel. Dans tous les cas de figure, le déversoir d'orage comprend : –un ouvrage de dérivation ; –un canal ou collecteur de décharge conduisant l’eau déversée à un émissaire naturel (ruisseau, rivière ), y compris l’ouvrage de rejet lui- même au droit de l’émissaire Le déversoir d'orage est raccordé : –à l’amont : au collecteur d’arrivée amenant les eaux unitaires –à l’aval : au collecteur de départ qui transporte vers la station d’épuration les eaux à épurer. Collecteur de départ Collecteur d ’arrivée Ouvrage de dérivation STEP LA CONSTITUTION DU RESEAU Assainissement urbain 32  Déversoir d’orage  Solutions diverses  Ouvrages à seuil déversant  Ouverture de radier  Siphon  Système avec régulation par vanne  Ouvrages préfabriqués LA CONSTITUTION DU RESEAU Assainissement urbain 33 Station de pompage Les postes de pompage sont surtout utilisés sur le réseau eaux usées, éventuellement en réseau unitaire. Ces postes ont pour but de relever les effluents lorsque le relief du terrain n’offre pas de pentes suffisantes pour assurer un écoulement gravitaire. Suivant les cas on distingue :  les postes de relèvement pour relever les effluents sur une faible hauteur et une courte distance,  les postes de refoulement pour relever sur une forte dénivelée et une grande longueur. LA CONSTITUTION DU RESEAU Assainissement urbain 34 Station de pompage Les éléments constitutifs d’une station de pompage sont principalement :  la bâche de pompage  la motopompe  la canalisation de refoulement LA CONSTITUTION DU RESEAU Assainissement urbain 35 et parfois : des siphons : il s’agit de dispositifs dont le profil en long comporte une discontinuité constituée d’une partie descendante, d’une partie plate ou à faible pente et d’une remontée. LA CONSTITUTION DU RESEAU Ils peuvent être implantés pour franchir des obstacles (naturels ou artificiels) qui empêchent de maintenir constante la pente du profil du réseau. les chambres de dessablement : elles ont pour objectif de piéger par décantation les sables dans le but d’éviter les dépôts dans les canalisations, d’éviter l’abrasion dans les systèmes de pompage, de protéger le milieu naturel,... Assainissement urbain 36 Bassins de rétention La fonction d’un bassin de rétention est de stocker temporairement les eaux excédentaires apportées par le ruissellement. Leurs fonctions au sein du système d’assainissement peuvent être diverses : • écrêter les pointes de débits et éviter les débordements (bassin de rétention d’eaux pluviales), • stocker temporairement des eaux à traiter en station d’épuration (bassin d’orage sur réseau unitaire). La restitution des eaux peut être envisagé par infiltration dans le sol support ou vers un exutoire naturel ou artificiel. Plusieurs types de bassins sont distingués : • bassins secs (la majeure partie du temps) : couvert ou à ciel ouvert ; dans ce cas ils peuvent avoir une autre fonctionnalité (terrain de loisirs, aire de jeux, …), • bassins en eau : ils contiennent en permanence un certain volume d’eau (la capacité de stockage est assurée par le marnage). LA CONSTITUTION DU RESEAU
  • 7. 7 Assainissement urbain 37  Bassins de rétention  FONCTION INITIALE : protection contre les inondations  AUTRES USAGES : – maîtrise du ruissellement pluvial – réserve écologique – activités de loisirs – ……. LA CONSTITUTION DU RESEAU Assainissement urbain 38 LE CALCUL DES SECTIONS D’OUVRAGES Assainissement urbain 39 CALCUL DES SECTIONS D’OUVRAGES La connaissance des débits à évacuer et la pente des ouvrages permet de choisir la section qui sera déduit de la formule d’écoulement adoptée. Les dimensions des canalisations varient selon des diamètres courants de fabrication, ce qui apporte de ce fait, une capacité supplémentaire d’écoulement. Dans l’instruction technique, les ouvrages sont calculés suivant une formule d’écoulement résultant de celle de CHEZY V : Vitesse d’écoulement en m/s R : Rayon hydraulique avec S : section mouillée en m², P : périmètre mouillé en m I : Pente de l’ouvrage en m.p.m C : Coefficient donné par la formule de BAZIN C R   87 1  V C RI R S P  Assainissement urbain 40 LES OUVRAGES D’EAUX USEES  est un coefficient d’écoulement qui varie suivant les matériauxutilisés et la nature des eaux transportées  est pris à 0,25 compte tenu des inégalités dans le réseau (Abaque ab3) On obtient donc : D’où le débit capable de l’ouvrage Qc : avec Qc en m3/s, V en m/s et S en m2 2/13/2 IR70V  SVQc  Assainissement urbain 41 - Les canalisations d’eaux usées sont généralement circulaires - Pour éviter les risques d’obstruction, le Ø minimum sera de 200 mm. - Pente minimum : 0,002 m/m - Couverture minimale de la canalisation : 80 cm (sinon dalle de répartition) : Fascicule 70 - Regard de visite tous les 80 m au maximum (hydrocurage ou visite par caméra) - Regard à chaque changement de pente ou de direction CONTRAINTES DE CALAGE EAUX USEES Assainissement urbain 42 - Vitesse maximum : 4 m/s - Conditions d’autocurage : Pour le débit moyen actuel : V ≥ 0,30 m/s En pratique I > 0,002 m/m à l’aval des réseaux et si possible I > 0,004 m/m dans les conduites à l’amont des réseaux EU. CONTRAINTES DE CALAGE EAUX USEES
  • 8. 8 Assainissement urbain 43 LES OUVRAGES D’EAUX PLUVIALES Le coefficient d’écoulement  est pris à 0,46 compte tenu des dépôts susceptibles de se former dans le réseau (Abaque ab4) On obtient donc : 2/14/3 IR60V  D’où le débit capable de l’ouvrage Qc : SVQc  avec Qc en m3/s, V en m/s et S en m2 Assainissement urbain 44 - Pour éviter les risques d’obstruction, le diamètre minimum sera de 300 mm. - Pente minimum : 0,003 m/m - Couverture minimale de la canalisation : 80 cm (sinon dalle de répartition) - Regard de visite tous les 80 m au maximum (hydrocurage ou visite par caméra) - Regard à chaque changement de pente ou de direction CONTRAINTES DE CALAGE EAUX PLUVIALES Assainissement urbain 45 - Vitesse maximum : 4 m/s - Conditions d ’autocurage : - Pour le 1/10 du débit à pleine section : V ≥ 0,60 m/s - Pour le 1/100 du débit à pleine section : V ≥ 0,30 m/s En pratique, VPS > 1 m/s pour les ouvrages circulaires et VPS > 0,9 m/s pour les ovoïdes. CONTRAINTES DE CALAGE EAUX PLUVIALES Assainissement urbain 46 CALCUL DES SECTIONS D’OUVRAGES FORMULE DE MANNING - STRICKLER : C = K . R1/6 V = K . R2/3 . I 1/2 Qc = V . S = K . R2/3 . I1/2.S K = Coefficient de Manning - Strickler S = Section mouillée de l’ouvrage en m2 P = Périmètre mouillé de l’ouvrage en m R = Rayon hydraulique de l’ouvrage S /P en m I = Pente longitudinale de l’ouvrage en m/m V = Vitesse de l’eau dans l’ouvrage en m/s Qc = Débit capable de l’ouvrage en m3/s Assainissement urbain 47 LE COEFFICIENT K DE MANNING- STRICKLER Valeurs courantes de K : - Ouvrages en fonte, béton, grés, PVC, PEHD : K = 70 à 80 - Ouvrages métalliques en tôle ondulée : K = 40 à 45 - Fossés profonds engazonnés : K = 25 à 30 Assainissement urbain 48 Fascicule 70 du CCTG pour réseaux gravitaires Fascicule 71 du CCTG pour réseaux sous pression Références normatives : NF EN 476 norme cadre pour les ouvrages NF EN 1610 norme sur la mise en œuvre des réseaux et la réception NF EN 752 norme cadre sur la conception des réseaux NF EN 124 normes produits pour les dispositifs de couronnement et de couverture NF P 98331 norme pour la réalisation des tranchées CHOIX DES MATERIAUX
  • 9. 9 Assainissement urbain 49 LES EAUX USEES Assainissement urbain 50 Le calcul des réseaux d’eaux usées suppose une procédure en 3 étapes : - calcul des débits permettant de déterminer les caractéristiques dimensionnelles du réseau, - le calcul des sections d’ouvrages, - la résolution proprement dite du projet. LES EAUX USEES Assainissement urbain 51 On détermine une consommation journalière de l’année se situant dans la fourchette 200 à 250 l/j/hab (Ceau) dans les habitats nouveaux ou rénovés (Ceau variable en fonction du contexte local). On calcule le débit moyen Qm avec : 86400 NhabCeau Qm   avec : Ceau en l/j/hab Qm en l/s LES DEBITS D’EAUX USEES DOMESTIQUE Assainissement urbain 52 On détermine le coefficient de pointe p qui est le rapport entre le débit maximal et le débit moyen au cours de la même journée. Qm en l/s a = 1,5 et b = 2,5 D’où : On obtient donc le débit de pointe Qp : Qp en l/s Qp Qm p  p a b Q m   15 15 2 5 4, , ,    p Qm LES DEBITS D’EAUX USEES DOMESTIQUE Assainissement urbain 53 VALEURS MOYENNES DE CONSOMMATIONS JOURNALIERES ET DE COEFFICIENTS DE POINTE D’ÉTABLISSEMENTS COURANTS ACTIVITES CONSOMMATION JOURNALIERE COEFFICIENT DE POINTE Cantines 10 l. par rationnaire 10 Internat 150 l. par élève 6 Ecoles 60 l. par élève 6 Ateliers et bureaux 60 l. par personne 4 Casernes 90 l. par soldat 3 Hôpitaux 400 l. par lit 3 Hôtels 500 l. par chambre 4 Gymnase 20 l. par usager 2 Centres commerciaux 5 l. par m2 2,5 Assainissement urbain 54 LES DEBITS D’EAUX USEES INDUSTRIELLES Dans le cas d’absence d’éléments sur la consommation des industries, l’Instruction Technique préconise la prise en compte d’un débit de 30 à 60 m3 / jour / hectare loti suivant le caractère de la zone industrielle concernée.
  • 10. 10 Assainissement urbain 55 LES DEBITS D’EAUX CLAIRES PARASITES Qecp = Qm x (Tdilu/100) avec: Qecp : Débit des eaux claires parasites en l/s Qm : Débit moyen des eaux usées en l/s Tdilu : Taux de dilution en % Assainissement urbain 56 LES DEBITS DE TEMPS SEC Le débit de temps sec est donc la somme des débits présentés précédemment. Assainissement urbain 57 Un collecteur Ø 200 mm posé avec une pente minimale de 0,004 m/m permet l’évacuation de 20 l/s à une vitesse de 0,6 m/s. Un lotissement de 300 logements génère un débit de pointe < 5 l/s sur la base de 250 l/j./hab. avec 3,5 eq/hab/logement. En zone rurale, les diamètres des réseaux EU sont rarement supérieurs à 200 mm. INFORMATION PRATIQUE