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‫الشعبيـة‬ ‫الديمقراطيـة‬ ‫الجزائريـة‬ ‫الجمهوريـة‬
RépubliqueAlgérienneDémocratiqueetPopulaire
‫العلمــــي‬ ‫والبحــث‬ ‫العـالـي‬ ‫التعليــم‬ ‫وزارة‬
Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique
Mémoire de Master
2ème
année
Option : Hydraulique urbaine
THEME:
Etudiant: Encadreur:
BOUHENICHE Rida Dr: BDJAOUI ALI
PROMOTION: 2016
‫خيضر‬ ‫محمـــد‬ ‫جـــامعة‬-‫بسك‬‫ـــــــ‬‫رة‬
‫التكنولوجيـــــا‬ ‫و‬ ‫العلــــــوم‬ ‫كليـــــة‬
‫الـــــري‬ ‫و‬ ‫المدنيـــة‬ ‫الهندسة‬ ‫قســـم‬
/.......... :‫المرجـــــع‬2016
Université Mohamed khider – Biskra
Faculté des Sciences et de la Technologie
Département de Génie civil et Hydraulique
Référence :………/ 2016
Mise à jour de programme CRDEP.MMR
Remerciements
REMERCIEMENTS
Mes remerciements vont primordialement à (Allah) le tout puissant qui m'a donné la
force, la santé et l’opportunité de mener ce travail à terme.
Je remercie chaleureusement mon promoteur Mr « BEDJAOUI Ali » Pour m’avoir encadré
Je remercié également le chef de département de Génie civil et d’Hydraulique le Professeur
BOUZIANE M.T pour son soutien, pour ses précieux conseils et critiques toujours utiles, et
Mes remerciements les plus sincères à toutes les personnes qui ont contribué de près ou de
loin à l’élaboration de ce mémoire ainsi qu’au personnel administratif du département de
Génie civil et d’hydraulique en particulier les gens de la filière d’Hydraulique
Beaucoup de personnes méritent d’y figurer, alors je présente toutes mes excuses à ceux et
celles que j’ai malheureusement omis de citer.
Tous mes amis.
REDHA
‫ال‬: ‫ملخص‬
‫الشروب‬ ‫بالماء‬ ‫المدن‬ ‫لتزويد‬ ‫القديم‬ ‫منذ‬ ‫المياه‬ ‫تحويل‬ ‫تكنولوجيا‬ ‫استعمال‬ ‫تم‬ ‫لقد‬،‫السقي‬ ‫وأغراض‬‫الدول‬ ‫معظم‬ ‫في‬،‫االن‬
‫من‬ ‫نقصا‬ ‫تعاني‬ ‫التي‬ ‫المناطق‬ ‫نحو‬ ‫المائية‬ ‫الوفرة‬ ‫ذات‬ ‫المناطق‬ ‫من‬ ‫المياه‬ ‫لتحويل‬ ‫ضخمة‬ ‫مشاريع‬ ‫تقام‬‫هذه‬‫المادة‬،‫الحيوية‬
‫وي‬‫بتحويالت‬ ‫األمر‬ ‫تعلق‬‫مهمة‬‫بمئات‬ ‫تقاس‬ ‫طويلة‬ ‫مسافات‬ ‫على‬.‫الكيلومترات‬
‫بالقوانين‬ ‫وإلماما‬ ‫تحكما‬ ‫تتطلب‬ ‫المائية‬ ‫التحويالت‬ ‫مشاريع‬ ‫إن‬‫التي‬ ‫والنظريات‬‫في‬ ‫الماء‬ ‫وجريان‬ ‫تدفق‬ ‫تسير‬،‫القنوات‬
‫لهذه‬‫ظل‬ ‫األسباب‬‫هذا‬‫العلم‬‫ي‬‫الحضارات‬ ‫منذ‬ ‫مستمر‬ ‫بشكل‬ ‫تطور‬،‫القديمة‬‫النمذجة‬ ‫وتعتبر‬‫الهيدروليكية‬‫توزيع‬ ‫لشبكات‬‫ونقل‬
‫المياه‬‫آخر‬.‫العلوم‬ ‫هذه‬ ‫تطور‬ ‫مسلسل‬ ‫يعرفها‬ ‫تكنولوجية‬
‫قادرة‬ ‫غير‬ ‫التقليدية‬ ‫الخوارزميات‬ ‫تبقى‬ ‫لذلك‬ ،‫جدا‬ ‫معقد‬ ‫مشكل‬ ‫المياه‬ ‫توزيع‬ ‫شبكات‬ ‫حساب‬ ‫مشكل‬ ‫يعتبر‬‫على‬‫تحصيل‬
.‫المطلوبة‬ ‫الحلول‬
‫برامج‬ ‫استعمال‬ ‫ان‬‫اإلعالم‬‫لتصميم‬ ‫والفعالة‬ ‫السريعة‬ ‫األداة‬ ‫تعتبر‬ ‫االلي‬‫شبكات‬ ‫وحساب‬،‫التوزيع‬‫هاردي‬ ‫طريقة‬ ‫تبقى‬
‫االلي‬ ‫االعالم‬ ‫برامج‬ ‫في‬ ‫استعمال‬ ‫االكثر‬ ‫الطريقة‬ ‫كروس‬‫نوعا‬ ‫مملة‬ ‫المتبعة‬ ‫التكرار‬ ‫طريقة‬ ‫لكن‬ ،‫المياه‬ ‫توزيع‬ ‫شبكات‬ ‫لحساب‬
.‫اليدوي‬ ‫التطبيق‬ ‫في‬ ‫تستخدم‬ ‫ما‬ ‫نادرا‬ ‫أنها‬ ‫نجد‬ ‫لذلك‬ ‫ما‬
‫برنامج‬ ‫وبرمجة‬ ‫تصميم‬ ،‫تحليل‬ ،‫بدراسة‬ ‫المشروع‬ ‫هذا‬ ‫يسمح‬،‫المياه‬ ‫توزيع‬ ‫شبكات‬ ‫ومحاكاة‬ ‫لحساب‬ ‫جديد‬ ‫حاسوب‬
‫متفر‬ ‫ام‬ ‫كانت‬ ‫عقدية‬‫سابق‬ ‫برامج‬ ‫على‬ ‫استنادا‬ ‫وذلك‬ ،‫عة‬‫وب‬‫وصيغ‬ ‫عالقات‬ ‫استخدام‬‫الخشن‬ ‫النموذج‬ ‫طريقة‬‫المضطرب‬
(MMR).
ABSTRACT
The technology of the transfer of water was mobilized for a long time, dice antiquity, for
the adduction drinking water to the cities and for projects of irrigation.
In the majority of the countries, transfers of water were carried out, from the wet areas
towards the areas which are to it less. they are important transfers at long distances of which
the Unit of Account is the hundred kilometres, the projects of transfer of water require a control
and a knowledge of the laws which govern the water run-off and of the transport theories
hydraulic.
For these reasons which this science did not cease developing since antiquity. The
modelling of the networks of water supply is last technology in this process of advance
The problem of water distribution networks waterpower calculation has become more and
more complicated; the traditional algorithm has been already unable to satisfy the need of
solving.
The use of software is the fastest and effective tool for the design of distribution networks.
the Hardy Cross procedure is most widely used in computer programs for analysis of water
distribution systems but its tedious arithmetic iterations ensures that it is seldom employed for
manual application
Our project allows the study, design, analysis and implementation of a new program of the
calculation and simulation of the distribution networks, Looped and ramified network, on the
basis of the l previous programs and method of the rough model of reference (MMR).
RÉSUMÉ
La technologie du transfert d’eau a été mobilisée depuis longtemps, dès l’antiquité, pour
l’adduction des villes en eau et pour des projets d’irrigation.
Dans la plupart des pays, des transferts d’eau ont été réalisés, des régions humides vers
les régions qui le sont moins .il s’agit de transferts importants sur grandes distances dont l’unité
de compte est la centaine de kilomètres, Les projets de transfert d’eau nécessitent une maîtrise
et une connaissance des lois qui régissent l’écoulement de l’eau et des théories du transport
hydraulique.
Pour ces raisons que cette science n’a cessé de se développer depuis l’antiquité. La
modélisation des réseaux d'alimentation en eau est la dernière technologie dans ce processus
d'avancement
Le problème de calcul des réseaux de distribution en charge est devenu de plus en plus
compliqué ; les algorithmes traditionnels ont déjà été incapables de satisfaire le besoin de
résoudre.
L’utilisation des programmes informatique c’est l’outil la plus rapide et efficace pour le
dimensionnement des réseaux de distribution. La méthode de Hardy Cross malgré ses
difficultés de convergence qui dépendent du choix des estimées initiales des débits dans les
conduits, reste très utilisée dans les programmes informatiques pour l’analyse et la conception
des réseaux de distribution d’eau.
Notre projet permet l’étude, la conception, l’analyse et la réalisation d’un nouveau
programme informatisé pour le calcul et la simulation des réseaux de distribution, maillés et
ramifiés, sur la base des relations de la méthode du model rugueux de référence (MMR).
S O M M A I R E
III
Remerciements
‫ﻣﻠﺨﺺ‬
ABSTRACT
RÉSUMÉ
Liste des symboles et Principales notations
Sommaire
Introduction générale
CHAPITRE I
GENERALITES SUR LES RESEAUX
D’EAUX POTABLES
I.1 Introduction 03
I.2 Installations des réseaux d’AEP 04
I.2.1 Captage ou prise 04
I.2.2 Traitement des eaux 06
I.2.3 Conduite d'amenée 06
I.2.4 Accumulation 07
I.2.5 Réseau de distribution 08
I.2.5.1 Choix du matériau des conduite 09
I.2.5.1.1 Actions reçues par les conduites 09
I.2.6 Appareillages et accessoires hydrauliques 10
I.2.6.1 Les vannes de sectionnement 10
I.2.6.2 Les manchettes de traversée 10
I.2.6.3 Les raccords à brides major 11
I.2.6.4 Les coudes 11
I.2.6.5 Le cône de réduction à brides 11
I.2.6.6 Plaque pleine 11
I.2.6.7 Les Tés 12
I.2.6.8 Les poteaux d’incendie 12
I.2.6.9 Les ouvrages annexes 12
I.2.6.9.1 Regard de vidange 12
I.2.6.9.2 Regard de la ventouse 12
I.3 Types de fonctionnement du réseau 13
I.3.1 Système a contre réservoir 13
I.3.2 Système a réservoir de tête 15
I.4 Classification des réseaux d’A.E.P 16
I.4.1 Classification selon la disposition des réseaux dans l’agglomération 16
I.4.2 Classification selon la disposition des tronçons dans le réseau 16
I.4.2.1 Réseaux maillés 16
I.4.2.2 Réseaux ramifie 17
I.4.2.3 Réseaux étagés 17
I.5 Conception d'un réseau d’AEP 18
I.5.1 Critères de service des systèmes d’AEP 18
I.5.2 Facteurs qui ont une influence sur la conception du réseau 18
I.6 Conclusion 20
S O M M A I R E
IV
CHAPITRE II
CALCUL DES RESEAUX DE DISTRIBUTION
II.1 Introduction 21
II.2 Conception et dimensionnement 21
II.2.1 Rappels hydrauliques 21
II.2.2 Notions principales dans un réseau de distribution 22
II.2.3 Critères de conception d’un système De distribution 23
II.2.3.1 Besoins en eau 23
II.2.3.1.1 Dotation 23
II.2.3.1.2 Accroissement de la population 24
II.2.3.1.3 Evaluation de la consommation 24
II.2.3.1.4 Débit moyen 25
II.2.3.1.5 Débit de pointe journalier 25
II.2.3.1.6 Débit de pointe horaire 25
II.2.3.2. Conduites de distribution 26
II.2.3.2.1 Les pertes de charge 26
II.2.3.2.1.1 Pertes de charge linéaire 26
II.2.3.2.1.2 Pertes de charge singulière 28
II.3 Modélisation des réseaux de distribution 29
II.3.1 Les méthodes d’analyse des réseaux de distribution 29
II.3.1.1 Approche théorique d’analyse de réseaux 29
II.3.1.2 Approche numérique 32
II.3.2 Les objectifs de la modélisation 32
II.3.3 Les Application des modèles des réseaux d'alimentation en eau potable 33
II.3.4 Les Processus de la modélisation 33
II.3.5 Dimensionnement des réseaux par la simulation hydraulique 34
II.3.6 Outils nécessaires pour établir un model hydraulique 35
II.3.7 Les logiciels de modélisation des réseaux d’AEP 37
II.3.7.1 Les algorithmes utilisent dans la modélisation hydraulique 37
II.3.7.2 Quelques logiciels de simulation des réseaux 38
II.4. Conclusion 42
CHAPITRE III
MISE A JOUR DE PROGRAMME CRDEP.MMR
III.1 Introduction 44
III.2. Outil de développement DELPHI RAD Studio Seattle (RAD (& IDE) 47
III.2.1 Multi système FireUI 47
III.2.2 Leader du développement d'applications IoT 48
III.3 Système de Gestion de Bases de Données 50
III.4. Principe de calcul du programme CRDEP.MMR (2014) 53
III.4.1 Rappel des relations utilisées par les programmes CRDEP.MMR 2014 et 53
S O M M A I R E
V
SRD.MMR 2015
III.4.2 Etapes de calcul proposé 53
III.4.3 Données à introduire 58
III.4.4 Résultats obtenus 58
III.5. Interfaces de CRDEP.MMR2016 59
III.5.1 Utilisation du programme CRDEP.MMR2016 60
III.5.2 Dimensionnement d’un nouveau réseau 61
III.5.3 Interface principale 62
III.5.3.1 La barre de menu 62
III.5.4 Fenêtre de choix de type de réseau 63
III.5.5 L’introduction des données 63
III.5.6 Choix de diamètre normalisé 64
III.5.7 Affichage des résultats 65
III.5.8 Impression des résultats 66
III.5.9 Interface pour Smartphone 67
III.6 Espace de développement de programme sur WEB 67
III.6.1 Les forges de développement 70
III.6.1.1 Définition 70
III.6.1.2 Objectifs 70
III.6.1.3 Les forges internationales 71
III.7 Application 72
III.7.1. Cas de dimensionnement 72
III.7.2 Cas de la simulation 76
III.8 Conclusion 80
Conclusion générale
Références bibliographiques
Annexes
Liste des tableaux
Liste des tableaux
Tableau II.1 : Différentes unités de dotations en fonction du type de consommateur............ 24
Tableau II.2 : : Pertes de charge linéaire en cm/m conduites PVC (M. Agoussine) .............. 28
Tableau III.1 : Dictionnaire des données ............................................................................... 51
Tableau III.2 : Paramètres du réseau à étudier pour le réseau maillé................................... 73
Tableau III.3: Résultats du calcul hydraulique du réseau maillé par le programme
CRDEP.MMR 2016 ................................................................................................................. 74
Tableau III.4 : Valeur de ∆ et Sommes des pertes de charge pour les rois mailles............. 74
Tableau III.5 Comparaison des pressions supposées et obtenues .......................................... 75
Tableau III.6 : Paramètres du réseau à étudier pour le réseau maillé................................... 76
Tableau III.7 : Résultats du calcul hydraulique (simulation) du réseau maillé para le
programme CRDEP.MMR ...................................................................................................... 77
Tableau III.8 : Comparaison des pressions supposées et obtenues ....................................... 78
Liste des figures
LISTE DES FIGURES
Figure.I.1 : Schema general de reseau d’aep ............................................................................ 3
Figure.I.2 : Types de captage..................................................................................................... 5
Figure.I.3 : Eau ferrugineuse..................................................................................................... 6
Figure.I.4 : Eau brunATRE........................................................................................................ 6
Figure.I.5 : Salle de pompage.................................................................................................... 7
Figure.I.6 : Ballon anti-belier.................................................................................................... 7
Figure.I.7 : Reservoir d’eau....................................................................................................... 8
Figure.I.8 : Chateau d’eau (libourne, france) ........................................................................... 8
Figure.I.9 : Vanne de sectionnement ....................................................................................... 10
Figure.I.10 : Manchettes de traversee ..................................................................................... 10
Figure.I.11 : Raccord a brides major ...................................................................................... 11
Figure.I.12 : Coudes a differents angles.................................................................................. 11
Figure.I.13 : Cone de reduction a brides................................................................................. 11
Figure.I.14 : Plaque pleine ...................................................................................................... 11
Figure.I.15 : Te ........................................................................................................................ 12
Figure.I.16 : Schema d'un systeme a contre reservoir ............................................................ 13
Figure.I.17 : Systeme a contre reservoir cas de transite ......................................................... 14
Figure.I.18 : Systeme a contre reservoir cas de pointe............................................................ 14
Figure.I.19 : Systeme a contre reservoir (cas de la pompe a l'arret)...................................... 15
Figure.I.20 : Schema d'un systeme a reservoir de tete ............................................................ 15
Figure.I.21 : Schéma d’un réseau maille................................................................................. 16
Figure.I.22 : Schéma d’un réseau ramifie ............................................................................... 17
Figure.I.22 : Etapes relatives a l'étude de la distribution d'eau potable dans une
agglomération........................................................................................................................... 19
Figure.II.22 : Représentation de la charge totale entre 2 sections .......................................... 22
Figure.II.22 : Interface d'un logiciel et schéma d'un modèle................................................... 35
Figure.III.1 : Presentation generale du programme crdep.mmr 2016 .................................... 45
Figure.III.2 : Diagramme de classe......................................................................................... 46
Figure.III.3 : Previsualisation en cours de conception avec fireui ......................................... 47
Figure.III.4 : multisysteme fireui ............................................................................................. 48
Figure.III.5 : leader du developpement d'applications iot....................................................... 49
Figure.III.6 : Caractéristique de Delphi RAD.. ....................................................................... 49
Figure.III.7 : L’interface de SQlite.......................................................................................... 51
Figure.III.8 : Exemple d’un code de calcul.. ........................................................................... 59
Figure.III.9 : Les interface disponible.. ................................................................................... 60
Figure.III.10 : Fenêtre du choix du type de fonction désirée.. ................................................ 61
Figure.III.11 : Fenêtre de création d’un nouveau fichier ou le rappel d’un fichier existant.. 61
Figure.III.12 : Fenêtre principale............................................................................................ 62
Figure.III.13 : Barre de menu.................................................................................................. 63
Liste des figures
Figure.III.14 : Fenêtre de choix de type de réseau.................................................................. 63
Figure.III.15 : Fenêtre d’introduction des données................................................................. 64
Figure.III.16 : Fenêtre du choix de type de conduite avec le tableau des diamètres
disponibles................................................................................................................................ 65
Figure.III.17 : Fenêtre d’affichage des résultats..................................................................... 66
Figure.III.18 : Fenêtre d’impression ou de sauvegarde des résultats..................................... 66
Figure.III.19 : Interface du programme CRDEP.MMR 2016 pour les smart phones.. ........... 67
Figure.III.20 : L’interface de site web.. ................................................................................... 68
Figure.III.21 : L’interface de site web.. ................................................................................... 69
Figure.III.22 : Fenêtre d’affichage pour l’application du tableau III.3.................................. 79
Figure.III.23 : Fenêtre d’affichage pour l’application du tableau III.8.................................. 79
Symboles et notations
D Diamètre hydraulique d’un profil circulaire (m)
Q Débit volume (m3/s)
J Gradient de la perte de charge linéaire (-)
R Nombre de Reynolds (-)
ε Rugosité absolue (m)
f Coefficient de frottement (-)
v Viscosité cinématique (m2
/s)
Facteur de correction de la dimension linéaire (-)
A Aire de la section mouillée du modèle rugueux (m2
)
P Périmètre mouillé du modèle rugueux (m)
Rayon hydraulique (m)
Diamètre hydraulique du modèle rugueux (m)
 Rugosité absolue de la paroi du modèle rugueux (m)
J Gradient de la perte de charge linéaire dans le modèle rugueux (-)
Q Débit volume écoulé par le modèle rugueux (m3
/s)
f Coefficient de frottement du modèle rugueux ( = 1 16⁄ ) (-)
Nombre de Reynolds du modèle rugueux (-)
g Accélération de la pesanteur (m/s2
)
Introduction générale
INTODUCTION GENERALE
1
INTODUCTION GENERALE
Le calcul des réseaux de distribution c’est un problème rencontré en hydraulique ce
calcul qui fait appel soit à des abaques et tableaux pour le choix des diamètres soit à
l’utilisation de programmes et logiciels.
L’objectif du calcul d’un réseau de distribution est la détermination des paramètres
géométriques et hydrauliques des canalisations formant le réseau. Un très bon calcul avec une
bonne réalisation facilitent largement la taches aux gérants des réseaux et font satisfaction aux
abonnés.
La solution informatique est un outil de calcul et de dimensionnement rapide et efficace,
ces derniers sont basés sur des relations et formules où l’estimation et le choix de certains
coefficients s’avère difficile et imprécise tel que le coefficient de Williams-Hazen utilisé par
les programmes LOOP et n Epanet etc… qui remplace la rugosité absolue de la conduite, ce
coefficient beaucoup utilisé dans certains pays anglo-saxon pour l’évaluation du gradient
hydraulique donc la perte de charge.
Le logiciel de modélisation est constitué d’un moteur de calcul permettant la résolution
des équations, d’un module de saisie des données et, le plus souvent, d’un module graphique
permettant de visualiser les éléments modélisés et les résultats de simulation. Les logiciels de
modélisation sont développés depuis les années 70
Actuellement il existe plusieurs logiciels pour la modélisation et la gestion des eaux, tel
que : EPANET, WATERCAD, H2ONet , Kanet…etc., ces dernier utilisent plusieurs
méthodes et algorithmes de calcul, Parmi celles-ci, il y a des méthodes anciennes tels que la
méthode de Hardy Cross malgré ses difficultés de convergence qui dépendent du choix des
débits estimées initialement dans les conduits, reste très utilisée par les bureaux d'étude dans
l’analyse et la conception des réseaux de distribution d’eau. Son avantage réside
probablement dans la facilité qu’elle offre pour la programmation ainsi que par son aptitude à
être appliquée manuellement. D'autres méthodes peuvent être utilisées comme les méthodes
INTODUCTION GENERALE
2
graphiques, les méthodes utilisant l'analogie avec les circuits électriques et les méthodes
basées sur la transformation du réseau en réseau ramifié équivalent. Suite au développement
des ordinateurs et des méthodes numériques, d'autres méthodes, plus modernes et surtout plus
rapides, sont proposées (exemple: la méthode de Newton Raphson, la méthode Wood
Charles).
Le travail, présenté dans ce mémoire, a pour objectif de faire une mise à jour de
programme CRDEP.MMR. Le programme proposé présente des anomalies telles que
l’impression, la sauvegarde, la possibilité de modifier des données précédentes d’un réseau
calculé auparavant. Rappelons que le programme CRDEP.MMR était élaboré par
A.DAHMANE en 2014 dans le cadre de préparation d’un mémoire de Master proposé et
encadré par BEDJAOUI A, ce programme est basé essentiellement dans sa conception sur les
relations de ma méthode du modèle rugueux de référence pour le calcul des écoulements en
charge.
Un deuxième objectif outre que la mise à jour est de faire un espace de développement
des logiciels basés sur la MMR, qui permet aux étudiants au futur de faire des
développements et modification à la base des versions précédentes en donnant une licence
GPL open source.
Le présent mémoire est composé de trois chapitres, dans le premier chapitre, nous avons
mis la lumière sur tous les éléments spécifiques d’un système d’alimentation en eau potable,
ainsi que les installations, les équipements, le fonctionnent et conceptions des réseaux.
Un second chapitre qui est consacré au calcul des réseaux de distribution ou une
exposition des notions sur la modélisation a été faite.
Le dernier chapitre est consacré à la mise à jour du programme CRDEP.MMR de 2014.
Chapitre I :
Généralité sur les réseaux
d’eaux potables
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
3
Chapitre I.
Généralités sur les réseaux d’AEP
I.1.Introduction
L’alimentation en eau potable (AEP) désigne l’ensemble du système permettant de
fournir aux usagers une eau propre à la consommation directement à domicile.
L’alimentation en eau potable d’une population se fait par l’utilisation de conduites qui
construits les réseaux. Ces réseaux peuvent être maillés ou bien ramifiées…etc. On peut dire
que les conduites prennent différents diamètres, longueurs et matière première à savoir les
conditions du terrain et l’économie du projet.
Elle s’organise en plusieurs étapes :
 Le prélèvement des eaux de surface ou souterraines dans le milieu naturel,
 L’acheminement par des conduites d’adduction,
 Le stockage dans des réservoirs,
 Le traitement, qui s’effectue par des stations de potabilisation et/ou par
injection de chlore directement dans le réseau,
 La distribution aux usagers par des canalisations enterrées.
L’alimentation en eau potable est encadrée par une réglementation stricte, notamment
concernant les normes de potabilité à respecter afin que l’eau ne présente aucun risque
sanitaire.
En général l’Alimentation en eau potable d’une agglomération quelconque comporte les
éléments suivants (figure I.1):
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
4
Figure.I.1 : Schéma général de réseau d’AEP
I.2. Installations des réseaux d’AEP
I.2.1.Captage ou prise
C’est l’ensemble des ouvrages qui permettent de capter de l’eau (au niveau de la
ressource en eau) et qui peut être :
 D'origine superficielle : lac, barrage, oued, mer ...
 D'origine souterraine : nappe, source ...
Il permet de recueillir l’eau naturelle, cette eau peut être d’origine superficielle ou bien
Souterraine.
Il y cinq grands types de captages existants (figure I.2):
 Les prises en rivière qui sont peu fréquentes dans la région. Elles sont
particulièrement sensibles aux pollutions car elles ne bénéficient pas du rôle de filtre
joué par le sol ;
 Les captages de plan d’eau qui sont minoritaires mais qui fournissent souvent des
gros débits
 Les puits qui sont présents surtout dans l’Aude, le Gard et l’Hérault ;
 Les forages qui se rencontrent surtout dans l’Hérault ;
 Les captages de source qui captent un mélange complexe d’eau de surface et d’eau
profonde. Ils sont majoritaires dans la région. La Lozère est le département qui en
possède le plus. Les résurgences karstiques sont inclues dans cette catégorie.
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
5
(a) Puits (b) Forage
(c) : Impluvium (d) : Prise en rivière
Figure.I.2 : Types de captage
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
6
I.2.2.Traitement des eaux
Ensemble des ouvrages qui permettent de traiter (rendre potable) une eau naturelle qui
vient d’être captée.
Le traitement peut être:
 Très simple, par exemple pour le cas d’une eau de profondeur;
 Ou éventuellement complexe, et c’est le cas d’une eau de surface (cours de
traitement des eaux potables).
Les principales opérations de traitement (figure I.3 et 4) sont :
 ■ Clarification
■ Désinfection
■ Mise à l’équilibre calco-carbonique
■ Traitement spécifique : dé-ferrisation, dé-manganisation
Figure.I.3 : Eau ferrugineuse Figure.I.4 : Eau brunâtre (manganèse)
I.2.3.Conduite d'amenée
Ensemble des conduites, ouvrages et appareillages permettant le transport de l’eau
captée, jusqu’à son lieu de stockage au niveau de la ville. Elle peut être :
Gravitaire, lorsque la cote de captage de l’eau est largement supérieure à celle du
stockage (au niveau du village). Par suite, l’eau coule dans des conduites sous pression et non
à surface libre.
Adduction par refoulement (c’est à dire non gravitaire), et dans ce dernier cas, il
faudra installer une station de pompage. La dite station de pompage se compose de :
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
7
 L’ensemble des pompes (figure I.5) qui donnent l’énergie de pression nécessaire à
l’eau pour être refoulée.
 L’ensemble des moteurs qui font fonctionner (tourner) les pompes.
 Les accessoires nécessaires à la station de pompage tel que tableau de commande,
anti-bélier (figure I.6), …
 Le bâtiment qui abrite l’ensemble de ces appareils et pièces de rechange.
Figure.I.5 : Salle de pompage Figure.I.6 : Ballon anti-bélier
I.2.4.Accumulation
L'accumulation des eaux (ou stockage) s'effectue dans des réservoirs (figures I.7 et 8)
pour assurer la régularité du débit capté et pour avoir des réserves d'eau en cas
d'indisponibilité de la conduite d'amenée.
Le stockage est l’ensemble des ouvrages de génie civil qui assurent principalement
l’emmagasinement de l’eau dans le (ou les) réservoir(s).
Pour assurer la régularité du débit capté et pour avoir des réserves d’eau en cas
d’indisponibilité de la conduite d'amenée La mise en pression de cette eau.
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
8
Figure.I.7 : Réservoir d’eau Figure.I.8 : Château d’eau (Libourne, France)
I.2.5.Réseau de distribution
C’est un ensemble des conduites et appareillages permettant la distribution de l’eau
stockée aux abonnés.
L'écoulement de l'eau dans les conduites de distribution se fait le plus souvent par
gravité. Le réseau de distribution peut être soit:
 Ramifié,
 Maillé,
 Mixte (les deux à la fois), et sans oublier le cas des réseaux en étage.
La distribution de l'eau potable jusqu'au consommateur s'effectue par un réseau
souterrain de canalisations.
On distingue les canalisations d'adduction (destinées au transport des gros débits) et le
réseau de distribution (assurant la desserte vers tous les utilisateurs).
Les matériaux les plus couramment utilisés sont la fonte, le PVC, le polyéthylène,
l'acier, le béton.
Les diamètres varient de 20 mm pour les branchements jusqu'à plus de 2 mètres pour les
canalisations d'adduction des très grands centres urbains. Un réseau bien entretenu est un
réseau fiable
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
9
I.2.5.1.Choix du matériau des conduite
Le choix du matériau utilisé est en fonction de la pression supportée, de l’agressivité du
sol et de l’ordre économique (coût et disponibilité sur le marché) ainsi que la bonne jonction
de la conduite avec les équipements auxiliaires (joints, coudes, vannes…etc.).
Par mis les matériaux utilisés on peut citer : l’acier, la fonte , le PEHD et le PVC
a) Tuyaux en fonte
Présentent plusieurs avantages :
 Bonne résistance aux forces internes.
 Bonne résistance à la corrosion.
 Très rigides et solides
L’inconvénient est que les tuyaux en fonte sont très lourds, très chers et ne sont pas disponible
sur le marché.
b) Tuyaux en acier
Les tuyaux en acier sont plus légers que les tuyaux en fonte, d’où l’économie sur le
transport et la pose
 Bonne résistance aux contraintes (choc et écrasement)
Leur inconvénient est la corrosion.
c) Tuyaux en PVC (Polychlorure de vinyle non plastifié)
 Bonne résistance à la corrosion
 Disponible sur le marché
 Une pose de canalisation facile
Leur inconvénient est le risque de rupture
I.2.5.1.1.Actions reçues par les conduites
Les conduites enterrées sont soumises à des actions qui sont les suivantes :
 La pression verticale due au remblai
 La pression résultant des charges roulantes
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
10
 La pression résultant des charges permanentes de surface
 La pression hydrostatique extérieure due à la présence éventuelle d'une nappe
phréatique
 Le poids propre de l'eau véhiculée
 Le tassement différentiel du terrain
 Les chocs lors de la mise en œuvre
 Action des racines des arbres
I.2.6.Appareillages et accessoires hydrauliques
Il entre sous la dénomination d’accessoire toute pièce montée sur le réseau des
conduites : les coudes, les tés, les vannes. Ceux-ci sont généralement identifiés par deux
éléments : le DN et la PN.
I.2.6.1. Les vannes de sectionnement
Appelées aussi robinet-vanne (figure I.9),
elles servent à isoler les différents tronçons du
réseau lors d'une réparation sur l'un d'entre eux,
en tournant une vis qui abaisse ou élève
verticalement, une sorte de lentille.
Son symbole est : RV DN X
X étant le diamètre nominal de la vanne
Figure.I.9 : Vanne de sectionnement
I.2.6.2. Les manchettes de traversée
C’est un accessoire en fonte qui a comme
rôle de supporter le poids du béton formant
le mur du regard et de protéger la conduite
en plastique lors de la traversée de ce mur.
Figure I.10. Figure.I.10 : manchettes de traversée
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
11
I.2.6.3. Les raccords à brides major
C’est un organe monté avant l’entrée et après la
sortie de chaque regard, il s’attache à la conduite en
plastique pour lui permettre de se lier aux accessoires
en fonte, Figure.I.11.
Son symbole s’écrit comme : RBM DN X/Y
Avec : X est le diamètre nominal avant le BRM
Et : Y est le diamètre nominal après le RBM Figure.I.11 : Raccord à brides major
I.2.6.4.Les coudes
Ce sont des accessoires de déviation (Figure.I.12) de la
direction de circulation des eaux, ils existent en différents
angles.
Figure.I.12 : Coudes à différents angles
I.2.6.5.Le cône de réduction à brides
Ce sont des organes de raccordements (Figure.I.13) en cas
de changement de diamètre, du grand au petit et inversement. Son
symbole est CRB DN X/Y .
Avec : X est le diamètre nominal d’entrée au cône.
et : Y le diamètre nominal de sortie du cône Figure.I.13 : Cône de réduction à
brides
I.2.6.6. Plaque pleine
C’est un bouchon qu’on monte à l’extrémité d’une conduite
antenne pour arrêter la circulation des eaux (Figure.I.14). Dans les
tuyaux attachés à ces plaques on aura souvent une stagnation des eaux,
c’est ce qui nous mène à les éviter chaque fois qu’il est possible.
Figure.I.14 : Plaque pleine
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
12
I.2.6.7. Les Tés
Accessoire en forme de ‘’T’’ utilisé pour les raccordements des
canalisations secondaires aux canalisations principales (Figure.I.15),
son symbole est : Té DN X/Y.
Avec : X est le DN de la conduite principale.
Y est le DN de la conduite secondaire
Figure.I.15 : Té
I.2.6.8. Les poteaux d’incendie
Ces appareils sont raccordés directement sur les canalisations de distribution. Les prises
d'incendie peuvent être souterraines (bouches d'incendie) ou en surface (poteaux d'incendie).
Les poteaux d'incendie peuvent comporter plusieurs prises (possibilité de branchement de
plusieurs lances d'incendie) et servir également à l'arrosage des plantations et au lavage des
voies et caniveaux
I.2.6.9.Les ouvrages annexes
Il s’agit d’ouvrages assurant le fonctionnement performant du réseau.
I.2.6.9.1. Regard de vidange
C’est une sorte de vanne associée à une conduite versant dans un regard maçonné,
monté sur le réseau dans les points les plus bas.
Ils servent à vidanger les conduites, et sont constituées d’une canalisation piquée sur le
réseau et aboutissant à un regard maçonné qui sera le siège provisoire des eaux de vidange.
Le point de piquage doit être au-dessous de la conduite du réseau pour garantir la non
remontée de l’eau.
I.2.6.9.2. Regard de la ventouse
La ventouse est appareil mis en place aux points les plus hauts, et qui sert à évacuer l’air
emprisonné dans les tuyaux pour contourner les pannes dévastatrices liées à l’air compressé.
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
13
Cet appareil peut aussi injecter de l’air dans les conduites lors de la séance de vidange dans le
but d’éviter toute déformation des tuyaux.
I.3. Types de fonctionnement du réseau
Selon les conditions topographiques de l'agglomération et la disposition de la source
d'alimentation en eau, on peut rencontrer deux types de fonctionnement du réseau de
distribution.
I.3.1.Système a contre réservoir
Ce système est appelé aussi système à injection directe vue que la pompe refoule
directement dans le réseau (Figure.I.16).
Figure.I.16 : Schéma d'un système à contre réservoir [1]
a) cas de transite
Le débit pompé (Qp) est supérieur à celui consommé. Donc le débit pompé (Qp) est
égal au débit consommé (Qc) plus le débit transité vers le château (Qch).
Qp =Qc+Qch
Pompe
Qp Qch
Château d’eau
Réseau
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
14
Figure.I.17 : Système à contre réservoir cas de transite
b) Cas de pointe (ou de pointe plus incendie)
Le débit consommé est supérieur à celui pompé, donc pour ce cas l'équation va s'écrire
comme suit : Qc = Qp+Qch
Figure.I.18 : Système à contre réservoir cas de pointe
c) Cas de la pompe à l'arrêt
Dans ce cas la pompe ne refoule pas, c'est à dire que Qp =0, donc le débit consommé est
assuré par le château
Qc= Qch
Ligne de charge
QchAgglomération
Qp
Station de
H
ST
R
Ligne de charge (cas de pointe)
Ligne de charge (cas de pointe plus inc)
Qp Qch
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
15
Figure.I.19 : Système à contre réservoir (Cas de la pompe à l'arrêt)
* Avantages du système à contre réservoir
- Réduction de la capacité et de la hauteur du château d'eau
- Continuité de la distribution en cas de panne ou d'arrêt de la pompe
* Inconvénient du système à contre réservoir
L'inconvénient majeur de ce système est le risque de la fatigue prématuré des
canalisations à cause de fortes variations de pression surtout entre l'heure de transite et l'heure
où la station est à l'arrêt.
I.3.2.Système a réservoir de tête
Dans ce cas, le réseau (Figure.I.20) est alimenté seulement par un réservoir (ou château
d'eau) car ce dernier se situe entre la source et l'agglomération, (voir schéma suivant).
Figure.I.20 : Schéma d'un système à réservoir de tête
Ligne de charge
R
Agglomeration
H
Qp
Qch = Qc
Ligne de charge
Qp
Station de pompage
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
16
I.4.Classification des réseaux d’A.E.P
Les deux principales classifications des réseaux sont :
I.4.1. Classification selon la disposition des réseaux dans l’agglomération
a) Réseau unique
Dans le cas d’un relief plat ou moyennement accidenté on peut utiliser juste un seul réseau
et avoir de bonnes conditions techniques (pressions).
b) Réseau en zones étagées
Dans le cas d’un relief accidenté la différence de niveau entre les points les plus hauts et
les plus bas est remarquablement élevés, c’est à dire, lorsqu’une pression minimale est
assurée pour les points de l’amont les points de l’aval se retrouvent sous de très
importantes pressions. Dans ce cas la solution du réseau en zones étagées s’impose.
I.4.2. Classification selon la disposition des tronçons dans le réseau
I.4.2.1.Réseaux maillés
Pour la distribution en eau des agglomérations de moyenne et de grande importance, ils
présentent une solution plus adéquate grâce à leur sécurité et leur souplesse d’utilisation.
Ils sont utilisés en général dans les zones urbaines, et tend à se généraliser dans les
agglomérations rurales sous forme associée aux réseaux ramifiés (limitation de nombres de
mailles en conservant certaines ramifications).
Les réseaux maillés (Figure.I.21) sont constitués principalement d’une série de
canalisation disposée de telle manière qu’il soit possible de décrire des boucles fermées ou
maillées.
R
Figure .I.21 : schéma d’un réseau maillé
Le réseau
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
17
I.4.2.2.Réseaux ramifie
On les appelle ainsi grâce à leur structure arborisant fréquemment utilisés dans les
petites agglomérations rurales leur inconvénient, c’est que dans les conduites il n’y a qu’un
seul cheminement possible, en cas d’incident sur la conduite principale, toute la partie avale
sera privée d’eau.
I.4.2.3.Réseaux étagés
Lors de l’étude d’un projet d’alimentation d’une ville en eau potable, il arrive que cette
ville présente des différences de niveau importantes.
La distribution par le réservoir projeté donne de fortes pressions aux points bas (normes
des pressions ne sont pas respectées).
L’installation d’un réservoir intermédiaire alimente par le premier, régularisé la pression
dans le réseau.
R
Figure.I.22 : schéma d’un réseau ramifié
Q1
P1
Q2
P2
a
b
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
18
Remarque
Pour une meilleure distribution, le réseau maillé présente des avantages suivants :
 L’alimentation de retour.
 Isoler le tronçon accidenté par un simple manœuvre robinet
I.5.Conception d'un réseau d’AEP
I.5.1. Critères de service des systèmes d’AEP
- Disponibilité de l’eau en quantité suffisante et à une pression min bien définie
 À tout moment
 En toute saison
- Eau de qualité
 Eau distribuée de nature à préserver la santé des consommateurs
 Protéger les équipements
- Coût minimal de l’eau pour l’usager
- Ouverture du système de manière à supporter les modifications ultérieures et l’extension
I.5.2. Facteurs qui ont une influence sur la conception du réseau
 L’emplacement des quartiers.
 L’emplacement des consommateurs principaux.
 Le relief.
 Le souci d’assure un service souple et régulier.
La conception d'un réseau de distribution d'eau comporte de nombreuses étapes qu'il
faut franchir avant de satisfaire les besoins en eau d'une agglomération. La figure I.23 décrit
brièvement ces étapes.
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
19
Figure.I.23 : Etapes relatives à l'étude de la distribution d'eau potable dans une
agglomération.
Etude du milieu physique et identification des
besoins actuels et à venir :
- Topographie
- Géologie
- Sources d'eau
- Plan d'urbanisation
- Démographie
- Types de population
- Réglementation municipale
- Consommation d'eau
Choix
final
Recensement des services existants :
- Réseau d'égouts
- Réseau de distribution d'eau
- Réseau de distribution d'électricité
- Réseau de distribution de gaz
- Réseau de distribution de téléphone
Obtention du
mandat
Identification des choix
possibles et étude économique
Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP
20
I.6 Conclusion
Dans ce premier chapitre, nous exposé et décrit d’une manière générale le réseau
d’alimentation en eau potable, ses installations et composantes ainsi que les différents types
de réseau.
Un système moderne de distribution d’eau devrait essentiellement inclure des facilités
pour le captage et le stockage, le transport, le pompage, le traitement et la distribution. Le
captage et le stockage nécessitent le développement de lignes de partage des eaux, de barrages
ou digues, de réservoirs, d’adductions, de galeries et de sources d’infiltration. Le transport
inclut les canalisations, les aqueducs et les canalisations de pompage pour transporter l’eau
des réservoirs de stockage au consommateur. Le pompage inclut les pompes et autres unités
auxiliaires permettant son pompage. Le traitement inclut l’aération, la projection, la
sédimentation, la filtration et la désinfection. La distribution inclut l’acheminement et la
bonne répartition des réservoirs, des conduites, des valves etc.
Nous avons également exposé les critères de conception et facteurs qui ont une
influence sur la conception du réseau. Le second chapitre sera consacré au calcul des réseaux
de distribution.
Chapitre II :
Calcul des réseaux de
Distribution
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
21
Chapitre II.
Calcul des réseaux de distribution
II.1. Introduction
Par définition, un réseau de distribution est un ensemble de conduites et d'organes
hydrauliques qui permettent de distribuer l'eau en quantité suffisante pour satisfaire les
besoins actuels et futurs des usagers, et même des besoins en eau nécessaire pour lutter contre
les incendies. Avant de parler des méthodes de calcul de ces réseaux de distribution, nous
donnerons quelques définitions sur les réseaux eux-mêmes.
À partir du réservoir, l’eau est distribuée dans une canalisation sur laquelle des
branchements seront piqués en vue de l’alimentation des abonnés.
Les canalisations devront en conséquence présenter un diamètre suffisant de façon à
assurer le débit maximal afin de satisfaire tous les besoins en eau des consommateurs
Le présent chapitre s’intéresse au calcul des réseaux de distribution om des méthodes et
relations seront exposées ultérieurement.
Le dimensionnement ou bien le calcul d’un réseau de distribution revient à déterminer ses
paramètres géométriques en fonction de certains paramètres hydrauliques (débit) et
géométriques (rugosité) et de vérifier en fin les pressions obtenues qui varient généralement
entre 10 mce et 40 mce. La fiabilité d’un réseau est mesurée par le degré d’un bon calcul
(économique).
II.2. Conception et dimensionnement
II.2.1. Rappels hydrauliques
L'hydraulique étudie les lois des écoulements des liquides ainsi que leurs applications.
Elle est basée sur les principes de la mécanique des fluides surtout la célèbre équation de
Bernoulli.
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
22
En effet, l’énergie d’un écoulement d’eau dans une conduite circulaire est exprimée
sous la forme d’une charge. Cette charge correspondant au poids d’une colonne d’eau ayant la
même énergie est donnée par l’équation de Bernoulli (ESHA 2005) :
H = h + P +
V
2g
Avec H : la charge totale m
h : l’altitude de la section de mesure par rapport à une référence m
P : la pression dans la section de mesure m
V : la vitesse de l’eau m/s
g : L’accélération de la pesanteur m/s²
La charge totale en un point est la somme algébrique de l’énergie potentielle h, de
l’énergie de la pression P et de l’énergie cinétique V²/2g. Dans notre cas, on négligera
l’énergie cinétique dans les calculs car la vitesse de circulation des eaux dans les réseaux
d’AEP comprise entre 0,5 et 1,5 m/s, donc elle n’aura pas une grande influence sur la charge
totale même si on l’introduit dans les calculs.
Lors de son passage dans une conduite circulaire entre deux sections 1 et 2, (figure II.1)
l’eau perd une quantité de sa charge à cause du frottement contre les parois internes de la
conduite
Figure II.1 : Représentation de la charge totale entre 2 sections (ONEP, 2005)
H = H + ∆H
H1: charge totale à la Section 1
H2: charge totale à la Section 2
ΔH: pertes de Charge
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
23
II.2.2. Notions principales dans un réseau de distribution
Pression nominale: elle correspond à la pression de service admissible dans une conduite,
en bar, pour le transport de l’eau à 20 °C.
Diamètre nominale: c’est le diamètre extérieur de la conduite pour les conduites en
plastique, et le diamètre intérieur pour les conduites en fonte. Son unité est le mm.
Débit : C'est la quantité d'eau qui s'écoule à travers la section interne de la conduite
pendant une unité de temps. Contrairement à la pression, le débit qui entre dans un nœud est
le même qui sort de celui-ci, son unité est le m3/s.
Vitesse : c'est la longueur de tuyaux parcourue par l’eau dans un temps donné, son unité est
le m/s. Cette vitesse peut être déterminée par l'utilisation de la formule de calcul du débit
II.2.3. Critères de conception d’un système De distribution
Un système d’AEP est constitué essentiellement de 5 principales composantes :
 La source d’eau.
 Le système de pompage.
 Les conduites d’adduction.
 Le réservoir.
 Les conduites de distribution.
II.2.3.1. Besoins en eau
II.2.3.1.1. Dotation
L'estimation des besoins en eau est délicate, car ceux-ci peuvent varier d'une région à
l'autre, ou même au sein de la même agglomération en fonction du temps (heure de pointe,
jour de pointe,) Cette estimation en eau dépend de plusieurs facteurs (l'augmentation de la
population, équipements sanitaires, niveau de vie de la population...).
En effet, les spécialistes du domaine on essaye d'évaluer la consommation journalière
moyenne d'un Homme pour chaque type d'agglomération c'est ce qu'on appelle aujourd'hui la
dotation. Celle-ci n'est pas attribué seulement à l'être humain mais aussi aux animaux
domestiques (bovins, volailles,) et aux équipements de proximité (écoles, hôtels, hôpitaux,),
son unité est variable selon le consommateur (Tableau III.1) :
Chapitre II.
Tableau II.1 : Différentes
Consommateur
Domestique
Bovins
Hôpital
École
Mosquée
II.2.3.1.2. Accroissement de la population
L’évaluation du nombre d’habitant à un horizon futur se fait sur la base du taux
d’accroissement de la population actuelle, dans le cas où la population suit une loi d’une
progression géométrique, cette évaluat
Pf : Population future ;
Pa : Population actuelle ;
t : Taux d’accroissement de la population
n : Horizon futur ou durée de projet (généralement 30 ans
II.2.3.1.3. Evaluation de la consommation
Pour calculer la consommation totale d’un projet, on calcule la consommation de
chaque ménage et équipement en se référant aux dotations choisies pour chaque type de
consommateur cette consommation est estimée par la relation:
d : Dotation (l/j/type d’usagé).
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
24
Différentes unités de dotations en fonction du type de consommateur
Consommateur Unité de la dotation
Domestique l/j/hab.
Bovins l/j/tête
Hôpital l/j/lit
École l/j/élève
Mosquée l/j/ha
Accroissement de la population
L’évaluation du nombre d’habitant à un horizon futur se fait sur la base du taux
population actuelle, dans le cas où la population suit une loi d’une
progression géométrique, cette évaluation se déduit d’une relation de la forme
Taux d’accroissement de la population ;
futur ou durée de projet (généralement 30 ans).
Evaluation de la consommation
Pour calculer la consommation totale d’un projet, on calcule la consommation de
ménage et équipement en se référant aux dotations choisies pour chaque type de
consommateur cette consommation est estimée par la relation:
: Dotation (l/j/type d’usagé).
Calcul des réseaux de distribution
consommateur
de la dotation
l/j/hab.
l/j/tête
l/j/lit
l/j/élève
l/j/ha
L’évaluation du nombre d’habitant à un horizon futur se fait sur la base du taux
population actuelle, dans le cas où la population suit une loi d’une
de la forme :
Pour calculer la consommation totale d’un projet, on calcule la consommation de
ménage et équipement en se référant aux dotations choisies pour chaque type de
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
25
II.2.3.1.4. Débit moyen
Il exprime le débit moyen nécessaire pour un logement pour satisfaire ses besoins, son
unité est le : l/s, il se calcule comme suit (M. Agoussine) :
=
( / ) × 1000
24 × 3600
II.2.3.1.5. Débit de pointe journalier
Il reflète le débit satisfaisant les besoins d'un logement pendant le jour où la demande
est à son maximum. Pour calculer ce débit, on introduit la notion du coefficient de pointe
journalier, qui varie pour tenir en compte des gaspillages, des pertes, ainsi que des erreurs
d'estimations. Son unité est le : l/s, et sa formule est (M. Agoussine) :
= ×
: Débit de pointe journalier en l/s.
: Débit moyen en l/s
: Coefficient de pointe journalier.
II.2.3.1.6. Débit de pointe horaire
Il définit le débit contentant les besoins en eau d'un logement pendant l'heure la plus
chargée, il fait intervenir à son tour un coefficient de pointe horaire qui varie lui aussi pour les
mêmes raisons. Son unité est le : l/s, et on utilise la formule suivante pour l'évaluer (M.
Agoussine) :
= ×
: Débit de pointe horaire en l/s : débit moyen en l/s
: Coefficient de pointe journalier.
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
26
II.2.3.2. Conduites de distribution
Les conduites de distribution sont celles qui assurent le transport de l'eau stockée dans
le réservoir vers les foyers. Elles doivent être conçues pour être aptes à véhiculer le débit de
pointe horaire au contraire de celles d'adduction qui ne doivent supporter que le débit de
pointe journalier.
II.2.3.2.1. Les pertes de charge
II.2.3.2.1.1. Pertes de charge linéaire
Les pertes de charge linéaire sont dues d'une part, au frottement des filets d'eau en
mouvements les uns sur les autres, et d'autre part, a leurs contacts avec les parois internes tout
au long de la conduite.
Pour les évaluer, on a utilisé depuis un temps une multitude de formules plus ou moins
complexes. La plupart d'entre elles ont été abandonnées peu à peu à cause de la difficulté de
leur application. En revanche, d'autres auteurs ont essayé de les transformer en tables pour
faciliter leur utilisation, mais les plus connues restent les suivantes :
a) Formule de Williams-Hazen
C'est la plus utilisée aux Etats-Unis, et elle n'est applicable que pour les écoulements
d'eau. Son expression est la suivante (Générale des eaux, 2009) :
=
10.674. . .
. .
HL : perte de charge, en m
Q : débit, en m3
/s
L : longueur du tuyau, en m
d : diamètre du tuyau, en m
C : coefficient de rugosité de Hazen williams
b) Formule de Darcy-Weisbach
La formule de Darcy-Weisbach est théoriquement la plus correcte et là plus largement
utilisée en Europe (Générale des eaux, 2009). Elle s'applique à tous les régimes d'écoulement
et a tous les liquides.
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
27
=
16Q
2
=
V
2
J : gradient de pertes de charges enm/km
V : vitesse de l'écoulement en m/s
g : accélération de la pesanteur g =9.81 m/s2
D : diamètre en m
 : Coefficient de frottement.
1
√
= −2log (
3.71.
+
2.51
. √
)
Après avoir calculé le gradient de pertes de charge il suffit de le multiplier par la
longueur de la conduite :
DH = J.L
DH : perte de charge en m
J : gradient de pertes de charge m/km
L : longueur de la conduite en km
c) Formule de Chézy-Manning
La formule de Chézy-Manning est généralement utilisée pour les écoulements dans les
canaux découverts (écoulement a surface libre) et pour les grands diamètres (Générale des
eaux, 2009).
=
10.294 × × ×
.
HL = perte de charge, en m
Q = débit, en m3/s
L = longueur du tuyau, en m
d = diamètre du tuyau, en m
n = coefficient de rugosité de Manning
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
28
d) Calcul par les tables de colébrook
Il existe plusieurs tables qui permettent de calculer les pertes de charge spécifique
chacune a un type de conduite, par exemple ce tableau qui montre celle du PVC :
Tableau II.2 : Pertes de charge linéaire en cm/m conduites PVC (M. Agoussine)
Débit Diamètre intérieur en mm
m3/
h
l/s 14.8 16.8 18.6 21 24 28 30 33.6 40 42 53 63.2 67.8 81 101 125 150
0.5 0.14 7 2.5 2 1.6 0.8 0.25 0.2
0.7 0.20 15 5.5 4 3 1.6 0.9 0.5 0.2
1 0.28 28 10 8 5.5 3 1.7 0.95 0.5
1.5 0.42 18 15 10 6 3 1.8 1 0.3 0.2
2 0.55 35 25 17 10 5.5 3 1.8 0.6 0.5
2.5 0.7 35 25 15 8.5 4.5 2.5 1.1 0.8
3 0.38 35 20 10 6.2 3.7 1.6 1.2 0.3
4 1.11 33 18 10 6 2.5 2 0.7 0.28 0.20
5 1.39 26 15 9 3.8 2.5 0.93 0.35 0.30 0.13
6 1.67 38 20 12 5.5 4 1.3 0.6 0.50 0.18
8 2.22 34 19 7.8 6 2 0.92 0.70 0.3 0.1
10 2.78 28 12 9.8 3 1.4 1 0.45 0.16 10 2.78
12 3.34 37 16 13 4.5 1.9 1.5 0.6 0.21 12 3.34
15 4.17 25 20 6.5 2.9 2 0.9 0.3 15 4.17
20 5.55 30 10 4.5 3.5 1.4 0.5 20 5.55
25 6.95 16 7 5 2 0.75 25 6.95
30 8.35 23 9 7 3 1 30 8.35
40 11.1 35 15 12 4.5 1.7 40 11.1
50 13.9 24 17 7 2.5 50 13.9
60 16.7 32 25 9.5 3.5 0.8
70 19.5 30 13 5 2 1.3
80 22.2 16 6 3.2 2.5
100 27.8 25 9 7
150 41.6
II.2.3.2.1.2. Pertes de charge singulière
Tous les accessoires montent dans le réseau (coudes, vannes, tes, cône de réduction,),
les déviations et les changements de diamètre sont à l‘origine des pertes de charge singulière.
Leur influence n'est plus comparée aux pertes de charge linéaire, et par conséquent on les
estime à 10% à 15% de celles-ci (M.Agoussine) :
DH = (10 − 15)% DH
DH : Pertes de charge singulière
DH : Pertes de charge linéaire
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
29
II.3. Modélisation des réseaux de distribution
Un modèle hydraulique est une représentation mathématique du réseau de distribution
permettant la simulation de son fonctionnement hydraulique. Il regroupe les différents
éléments constitutifs d’un réseau : les conduites, certaines vannes et appareils de régulation,
les pompes, les réservoirs et les interconnexions.
Le modèle est basé sur une représentation schématique du réseau sous forme de
nœuds et de tronçons :
 Un tronçon correspond à un élément de conduite de caractéristiques homogènes. Il a deux
nœuds d’extrémité ;
 Un nœud pouvant joindre plusieurs tronçons correspond souvent à une ou plusieurs
connexions de conduites. Un nœud peut aussi correspondre à un changement de diamètre
ou plus généralement aux changements de caractéristiques d’une conduite.
 Il peut être aussi intéressant de prévoir un nœud pour individualiser le branchement d’un
gros consommateur ou pour positionner un poteau d’incendie.
 La consommation est généralement répartie géographiquement aux différents
nœuds au prorata des longueurs de tronçons.
II.3.1. Les méthodes d’analyse des réseaux de distribution
Au cours des quinze dernières années, la méthodologie du calcul des réseaux maillés de
distribution d'eau en état permanent a beaucoup évolué, en liaison avec les possibilités
nouvelles offertes par les ordinateurs. Vers le milieu des années soixante-dix, la Compagnie
Générale des Eaux a souhaité disposer de nouveaux programmes, car ceux qui étaient en
exploitation pré- sentaient quelques restrictions' qui n'étaient plus admises.
II.3.1.1 Approche théorique d’analyse de réseaux
Il peut aisément être montré que les équations descriptives de l’écoulement au sein d’un
réseau sont non linéaires.
Le nombre d’équations indépendantes disponibles étant généralement égal au nombre
de paramètres inconnus, une solution est possible. Cependant, il n’existe pas de méthode
directe pouvant résoudre ce type d’équations. Une procédure itérative est par conséquent
nécessaire.
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
30
Quatre méthodes sont en pratique communément utilisées pour la résolution de ces
équations aboutissant à l’analyse des réseaux de distribution d’eau. Ce sont les méthodes de
Hardy Cross, de Newton-Raphson, de l’approche linéaire, et des éléments finis. Dans ce
travail, nous ne nous intéresserons qu’aux méthodes de Hardy Cross et de l’approche linéaire.
a) Méthode de Hardy Cross
Le Professeur Cross était probablement le premier à suggérer en 1936 une procédure
itérative systématique pour l’analyse de réseaux. L’approche qu’il proposa à l’origine est
basée sur les équations de correction du débit aux mailles.
Cette approche est aussi connue sous le nom de méthode d’équilibre des charges. Un
peu plus tard, le même principe fut appliqué aux équations de correction des charges aux
nœuds. Cette approche est connue comme la méthode d’équilibre des débits.
Chacune de ces approches est à présent connues sous le même nom de méthode
de Hardy Cross.
Le principe de la méthode se base sur la résolution des équations de correction du débit
aux mailles en considérant le réseau entier comme composé d’un nombre de mailles fermées.
Les débits estimés sont attribués à tous les conduits de telle façon que les équations de
conservation du débit soient satisfaites. En considérant les mailles une à une, les pertes de
charge sont calculées dans les conduits formant la maille. Les débits dans tous les conduits de
la maille subissent la correction :
b) Méthode de la théorie linéaire
Puisqu’aucune méthode directe n’est disponible pour la résolution des équations
impliquées dans l’analyse des réseaux qui sont non linéaires, une approche intéressante
consisterait d’abord à les linéaires pour ensuite les résoudre. La solution est naturellement
approchée, corrigée par l’application d’une procédure itérative.
c)La méthode de Newton-Raphson
La méthode de Newton-Raphson développe les termes non linéaires en séries de Taylor,
néglige les résidus au de la des deuxièmes termes et ne considère ainsi que les termes
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
31
linéaires. En conséquence, cette méthode linéarise les équations à travers une différentiation
partielle. Elle est par conséquent générale et agit même quand les équations non linéaires sont
transcendantes contenant donc des termes exponentiels, trigonométriques, hyperboliques ou
logarithmiques. La non linéarité des équations décrivant un réseau de conduits est algébrique,
uniforme et simple.
Recherche de x tel que F(x)=0
Qi nouvelle valeur du débit calculée à partir de la fonction et de sa dérivée. La
convergence vers la solution finale est accélérée parce qu’elle est quadratique c’est-à-dire que
la diminution de l’erreur est proportionnelle au carré de l’erreur précédente. La méthode de
Newton-Raphson nécessite de faire une estimation des débits au départ de l’itération.
Un programme en C++ ouvrir avec MATLAB pour l’analyse de réseaux à l’aide de la
méthode de Newton-Raphson donné dans ANNEXE II
d) Méthode de linéarisation de Wood Charles
Après voir écrit la loi des nœuds et la loi des mailles, l’on procède à la linéarisation des
équations relatives aux pertes de charge pour accélérer la convergence vers la solution
DH = ( ) × = Equation linéaire 1< n < 2
: Facteur d proportionnalité relative à la conduite i
( ) : Débit estimé dans le tronçon i
( ) : Débit à calculer dans le tronçon i à partir du débit estimé
Après 3 itérations on reprendra ( ) =
Cette méthode accélère la convergence vers la solution. Les lois applicables restent
celles décrites dans la méthode de Hardy-Cross. Cette méthode a l’avantage de ne pas
nécessiter l’évaluation des débits initiaux avant de commencer l’itération. A la première
itération l’on suppose.
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
32
= ′
( ) = 1
Elles permettent d’intégrer plus facilement plusieurs sources de pressions (réservoirs,
stations de pompage), d’introduire des vannes, et de simuler les ruptures de conduites.
e) La méthode des éliment fini
La méthode des éléments finis est une technique permettant de discrétiser l'espace et
d'approximer par sous domaine la solution recherchée. Elle est basée sur une formulation
intégrale du modèle mathématique à résoudre numériquement.
La consistance et la généralité qui sous-tendent la méthode des éléments finis
fournissent de nombreux avantages convenant particulièrement à cette recherche. Par
exemple, sa flexibilité géométrique mène à une définition efficace des caractéristiques
irrégulières communes aux canaux naturels.
II.3.1.2.Approche numérique
Parmi les méthodes présentées précédemment, celle dite de la théorie linéaire semble être
la plus appropriée à la résolution des équations décrivant les phénomènes se tenant au sein de
réseaux de conduits. Le logiciel de calcul se basera donc sur cette méthode. Néanmoins et
dans un but de comparaison, la méthode de Hardy Cross a aussi été développée.
II.3.2. Les objectifs de la modélisation
La modélisation est la représentation schématique d’une réalité souvent complexe.
L’objectif général de la modélisation des systèmes AFP est de comprendre ou de préciser les
effets d’un phénomène prévisible non observable.
Les objectifs spécifiques d’une modélisation peuvent être multiples
 Détailler certaines fonctions du réseau (vitesse, pression) ;
 Evaluer les capacités de stockage, de pompage ;
 Simuler le fonctionnement des organes de régulation ;
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
33
 Simuler les scénarii de rupture de conduites sensibles ou le renforcement d’un
réseau afin d’examiner sa capacité à répondre à une nouvelle demande ;
 Connaître l’état d’un réseau existant ;
 Connaître la qualité de l’eau ;
II.3.3. Les Application des modèles des réseaux d'alimentation en eau potable
La plupart des modèles des réseaux d'AEP peut être utiliser pour analyser d'autre
systèmes de conduites sous pression, comme les systèmes de refroidissement industriels, les
oléoducs, ou tout réseau de conduites à pleines sections transportant un fluide incompressible,
monophasé,
newtonien.
Les modèles sont particulièrement importants pour les réseaux d'AEP vue leur topologie
complexe, l’extension et le changement fréquent.
Un réseau d'AEP alimente des centaines de milliers d'habitants (les grands réseaux
alimentent des millions), ainsi, l'impact potentiel d'une décision de la part de l'organisme de
gestion du réseau peut être énorme.
Des simulations de réseau d'AEP sont employées pour différents objectifs comme :
 Planification à long terme en tenant compte du développement et de la réhabilitation
 Études de la protection contre les incendies
 Analyse de la qualité de l'eau
 Gestion de l'énergie
 Conception du réseau
 Efficacités opérationnelles quotidiennes dû à la formation d'opérateurs, la réaction
aux
situations d'urgences, et la maintenance
II.3.4. Les Processus de la modélisation
La modélisation est un processus itératif, la première étape en entreprenant n'importe
quel projet de modélisation est de fixer les objectifs et les besoins pour lesquels le modèle
sera employé à court et à long terme.
La deuxième étape est le calibrage du modèle en précisant son exactitude.
La modélisation concerne une série d'abstraction :
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
34
D'abord les conduites et les pompes réelles dans le réseau sont représentées sur des
cartes ; puis les cartes sont converties en modèle qui représentent les équipements du système
comme des arcs et des nœuds, une autre couche d'abstraction est introduite, c'est la
présentation mathématique des arcs et des nœuds ; les équations du modèle sont alors
résolues, et les solutions sont affichées sous forme de cartes et de graphes ou sous forme de
tableaux
La valeur d'un modèle provient du rôle de ces abstractions en facilitant la conception efficace
pour le développement du système, ou l'amélioration de son fonctionnement.
II.3.5. Dimensionnement des réseaux par la simulation hydraulique
Le terme simulation se rapporte généralement au processus d'imitation du
comportement d'un système, dans notre travail en considère la simulation comme le processus
de l'utilisation d'une représentation mathématique du système réel, cette représentation est
appelée "modèle".
La simulation d'un réseau de transfert ou de distribution qui reproduit le comportement
dynamique d'un système existant ou projeté, est généralement appliqué, surtout dans les cas
où on ne peut pas soumettre directement le système réel à l'expérimentation, ou afin d'évaluer
un
projet de système de distribution avant de le réaliser réellement.
Des simulations peuvent être utilisées pour prévoir les réactions du système sous un
éventail de conditions sans perturber le système en place,
En utilisant la simulation les problèmes peuvent être prévus dans un système de
transfert
existant ou projeté et les solutions peuvent être évaluées avant que le temps, l'argent et le
matériel ne soient investi dans un projet réel.
Par exemple, si une entreprise chargée de la gestion du réseau de distribution veut
vérifier si une nouvelle ramification destiner à fournir de l'eau avec un débit assez suffisant
pour lutter contre l'incendie sans compromettre à la pression de service destinée aux abonnés
existants, ce système peut être réalisé et testé directement sur le terrain, mais si un des
problèmes ou des
dysfonctionnements apparaissent, les dégâts, et le coût de la remise en état seraient énormes,
La simulation peut fournir des informations valables à l'ingénieur pour prendre des
décisions convenables, la simulation est un outil d'aide à la décision.
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
35
La simulation peut être utilisée dans un état statique ou dynamique, la simulation à l'état
statique est utilisée pour déterminer le comportement d'opération du système à cet état ; ce
type d'analyse peut aider à déterminer l'effet à court terme du débit d'incendie ou de la
demande moyenne sur le système.
La simulation à l'état dynamique est utilisée pour évaluer les performances du
système avec le temps, ce type d'analyse permet à l'utilisateur de modeler le remplissage et le
vidange des réservoirs, régulariser l'ouverture et la fermeture des vannes, variations des
débits à travers le système en fonction de la variation des conditions de la demande et mettre
en
place une stratégie de contrôle automatique.
Les logiciels modernes de la simulation utilisent l'interface graphique, ce qui facilite
des modèles et la visualisation des résultats de la simulation.
Les anciennes générations de logiciel sont fondées sur la présentation des données et
des résultats sous forme de tableaux
Figure II.2 : Interface d'un logiciel et schéma d'un modèle
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
36
II.3.6. Outils nécessaires pour établir un model hydraulique
a) La base de données
Elle s’articule autour de 2 types de données :
 Les données statiques décrivant :
 Le réseau : conduit (Longueur, Diamètre, Rugosité, …), altimétrie des nœuds ;
 Les ouvrages : pompes, réservoirs, appareils de régulation ;
 La répartition géographique de la consommation moyenne annuelle des nœuds.
Ces données constituent le modèle physique.
 Les données dynamiques comprenant :
 Les profils journaliers de consommation des différents usagers considérés
(domestiques, industriels, …)
 Les règles de contrôle et d’asservissement des pompes, des réservoirs, des
appareils
de régulation, …
b) Le logiciel de calcul
Le logiciel de modélisation est constitué d’un moteur de calcul permettant la résolution
des équations aux mailles de Hardy-Cross, d’un module de saisie des données et, le plus
souvent, d’un module graphique permettant de visualiser les éléments modélisés et les
résultats de simulation.
Les logiciels de modélisation sont développés depuis les années 70. Ils ont connu une
évolution, qui a vu l’apparition de plusieurs types de logiciel, qui sont listés ci-dessous :
 Les logiciels statiques calculant la répartition des débits et des pressions sur le
réseau à un instant donné. Développés dans les années 70, ils ont souvent été utilisés pour
le dimensionnement des extensions et des renforcements dans les conditions de
fonctionnement les plus critiques à savoir l’heure de pointe du jour de pointe.
 Les logiciels statiques enchaînés, qui enchaînent des calculs statiques à un pas de
temps défini par l’utilisateur. Les résultats d’un calcul à un pas de temps deviennent
les hypothèses de calcul au pas de temps suivant. Ils n’intègrent pas les
asservissements et la description des ouvrages y est relativement succincte. Ils ont
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
37
été utilisés principalement pour l’étude en temps différé du comportement du
réseau.
 Les logiciels dynamiques qui fonctionnent sur le même principe d’enchaînement des
calculs que les logiciels statiques enchaînés. Mais ils sont capables de prendre en compte
toutes les consignes d’asservissement, d’affecter des variables de contrôle à chaque
groupe de pompage avec des niveaux de priorité, de calculer les coûts énergétiques, de
gérer plusieurs catégories de demande avec des profils différents. Certains logiciels
reprennent les calculs si des consignes d’asservissement interviennent au cours d’un pas
de temps, (comme consigne de pression d’arrêt atteinte ou de démarrage de pompe,
Niveau de vidange complète d’un réservoir, …). Ces outils permettent plus généralement
une meilleure prise en compte de la gestion du réseau et de ses ouvrages. Ils seront de ce
fait utilisés pour l’optimisation des systèmes et l’aide à la décision pour la gestion des
crises (rupture d’une conduite maîtresse, arrêt d’une unité de production, …).
Les logiciels dynamiques de dernière génération intègrent également des algorithmes de
propagation de substances réactives ou conservatrices permettant en théorie de suivre
leur évolution dans le temps dans le réseau. L’utilisation encore récente de ces
fonctionnalités a souvent pour objectif de diagnostiquer et d’optimiser les stratégies de
chloration.
II.3.7. Les logiciels de modélisation des réseaux d’AEP
De nos jours, les outils de modélisation sont devenus incontournables à la gestion des
réseaux d’eau potable. De plus en plus de gestionnaires de réseaux d’eau potable se dotent
d’outils de modélisation pour encore mieux concevoir, gérer et prévoir l’évolution des
ouvrages hydrauliques et la qualité de l’eau distribuée.,
II.3.7.1. Les algorithmes utilisent dans la modélisation hydraulique
Les programmes informatiques des modèles hydrauliques différents dans leur
formulation mathématique, deux méthodes sont généralement utilisées pour résoudre une des
quatre formulations des équations de continuité et de conservation d'énergie qui sont
nécessaire pour la mise en œuvre de logiciel de modélisation hydraulique :
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
38
 La méthode de Hardy Cross a permis la mise au point de plusieurs logiciels de calcul
d'écoulement dans les réseaux maillés en charge et qui sont disponibles actuellement
(exemple : LOOP).
D'autres méthodes peuvent être utilisées pour le calcul des réseaux maillés. Parmi
celles-ci, il y a des méthodes anciennes, qui ne sont plus utilisées actuellement, comme les
méthodes graphiques, les méthodes utilisant l'analogie avec les circuits électriques et les
méthodes basées sur la transformation du réseau en réseau ramifié équivalent. Suite au
développement des ordinateurs et des méthodes numériques, d'autres méthodes, plus
modernes et surtout plus rapides, sont proposées (exemple : la méthode de NewtonRaphson).
 La méthode de Newton-Raphson (exemple: epanet).
 La méthode de la théorie linéaire
II.3.7.2. Quelques logiciels de simulation des réseaux
Actuellement il existe plusieurs logiciels pour la modélisation et la gestion des eaux,
parmi ces logiciels on peut citer :
 AQUIS
AQUIS (B. Coelho & A. Andrade-Campos, 2014) est un outil pour la modélisation et la
gestion de la distribution de l'eau, c’est un programme qui comprend non seulement la
simulation hydraulique mais également la conception et optimisation du réseau. Il intègre des
modules de calibrage, SCADA et SIG. Il a la capacité à travailler en temps réel et en ligne.
AQUIS a été développé par la société danoise Sept Technologies et est basé sur la technologie
de deux plates-formes établies - LICWATER et WATNET (www.7t.dk/aquis).
 AQUADAPT,
Qui permet l'optimisation de l’énergie pour l'ensemble de réseau. Il intègre un module
SCADA; (www.derceto.com/Products-Services/Derceto-Aquadapt〉;
 EAU SYNERGEE
L'eau est le successeur Synergee Stoner à leur origine les services Workstation Stoner.
Eau Synergee est basé autour du produit de base Synergee développé pour le gaz et
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
39
d'électricité et d'eau bien sûr. Stoner fait l'affirmation audacieuse que «Synergee est la famille
la plus avancée de la modélisation des réseaux et des applications de gestion des modules
disponibles dans le commerce". Offert en format modulaire, a Synergee modules pour
permettre de relier les systèmes d'information à la clientèle, SCADA reliant, à l'isolement et la
simplification du modèle principal (Http://www.advantica.biz).
 ELYXAQUA
Elyx Aqua est une application logicielle de gestion cartographique des réseaux, dédiée
aux métiers de l'eau et de l'assainissement. Cette solution repose sur les modules de la suite
logicielle Elyx : Elyx Office, Elyx Web, Elyx Manager et Elyx Mobile. Elyx Aqua s'appuie
sur un modèle de données éprouvé, complet et adaptable afin d'intégrer toutes les données et
ainsi répondre aux besoins fonctionnels exprimés. Les logiciels du Groupe STAR-APIC sont
considérés comme les meilleures solutions SIG pour la gestion des réseaux d'eau et
d'assainissement et ce, depuis de nombreuses années. En France et à ailleurs, de très
nombreux gestionnaires de réseaux ont opté pour cette technologie. (http://www.star-
apic.com/)
 EPANET
Le logiciel Epanet est né suite à une initiative du Congrès des Etats–Unis qui visait à
protéger les ressources naturelles du pays. Dès lors, l’EPA (US Environnemental Protection
Agency) a été chargée de développer des techniques permettant de mieux appréhender les
écoulements et les transformations de l’eau dans un réseau d’adduction d’eau potable
(www.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html).
 FINESSE
FINESSE est un produit bien connu du SCP. FINESSE a été développé par l'eau
Software Systems WSS - Royaume-Uni. (www.eng.dmu.ac.uk/wssys/software.htm).
 GANET
Ganet est un produit de simulation basé sur l'utilisation d’Epanet et des algorithmes
génétiques développés par l'Université d'Exeter en 1997
(http://www.ex.ac.uk/optimalsolutions)
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
40
 H2ONet
H2ONet est un package d'AutoCAD, composé d'une suite complète d'outils. Il a un fort
accent sur la vitesse, la facilité d'utilisation, et aussi un accent ferme sur la conception du
réseau et des modules offrant de réadaptation pour concepteur et le gestionnaire du réseau.
http://www.innovyze.com/products/
 INFOWORKS
Est le successeur de Windows InfoWorks Wallingford Software, basée sur le moteur de
simulation WESNet. InfoWorks aussi est un module de simulation hydraulique et la qualité
des eaux. Il est fortement basé sur le moteur de simulation WESNet
 KANET
KANET est un outil développé à Université de Karlsruhe les ingénieurs de l’IWG
comme nstrument de planification. Le logiciel KANET est basé sur la décomposition du
graphe du réseau et propose ainsi la possibilité de faire des simulations pour des parties du
réseau simplifiées et pour différents cas de demande. De plus, le temps nécessaire aux calculs
est réduit d’une manière efficace, ce qui est un facteur important lorsqu’il s’agit de traiter des
données en temps réel www.kanet-wasserversorgung.de
 NETBASE
NetBase est développé par Crowder, une entreprise anglaise ( Crowder et co Ltd ), en
1985 au Royaume-Uni. NetBase est un système intégré de gestion de distribution d'eau et des
réseaux d’assainissement. Il fournit les outils pour surveiller les performances de plusieurs
façons, pour répondre aux exigences réglementaires, planifier, développer et exploiter des
réseaux afin de répondre à des stratégies particulières de l'utilisateur final. NetBase remplit un
concept simple mais puissant d'une seule base de données intégrée pour la gestion de la
distribution et les réseaux d’assainissement et les systèmes de drainage. Ses interfaces avec
les données et les applications en font à la fois souples et dynamique.
(http://www.crowderconsult.co.uk/lang/en/netbase/content_pages/)
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
41
 PORTEAU
Porteau est un logiciel de simulation hydraulique et de cinétique adapté aux réseaux
d’eau sous pression. Il est développé par le Cemagref de Bordeaux en 2001. Il permet : une
schématisation du réseau, la représentation de son fonctionnement en pointe, sur un horizon
de plusieurs heures ou jours, la modélisation de la qualité avec temps de séjour, cinétique et
traçage de provenances. Il est utile comme outil de gestion et d’aide au dimensionnement.
 PICCOLO
Piccolo est un logiciel de modélisation des réseaux d’eau potable, développé par le
Safège en 1986. C’est un outil général de simulation des écoulements en charge dans les
réseaux maillés. A partir des données du réseau, Piccolo calcule les vitesses, les pressions, les
débits, l'évolution des niveaux de réservoirs…Les calculs peuvent concerner un régime
statique ou dynamique, c’est un outil puissant de modélisation des réseaux de fluides (eau
potable, eau surchauffée) (Pez G. et al., 1996)
 RESODO
RESODO permet de modéliser les réseaux de tout type et de toute dimension : petits
réseaux ruraux, grands réseaux urbains, prise en compte d'une grande gamme d’équipements :
réservoirs, pompes, vannes régulatrices, etc. Il propose de nombreux outils d'aide à
l'utilisateur, parmi lesquels : calculs des pressions résiduelles, calculs de défense contre
l'incendie, estimation des fuites, calculs de bilans, etc. RESODO utilise le moteur de calcul
EPANET pour effectuer ses calculs hydrauliques et de qualité
 StruMap
StruMap est une version de Geodesys pour la modélisation hydraulique du progiciel
SIG StruMap, en utilisant un moteur de simulation basée sur EPANET intégré au SIG. La
modélisation avec StruMap offre une gamme complète de fonctionnalités : modélisation de la
qualité de l'eau, évaluation des fuites, etc.
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
42
 Water CAD
Est une application conviviale qui permet de modéliser le comportement hydraulique et
la qualité de l’eau dans les réseaux de distribution. Pour gérer leurs infrastructures, de
nombreux services publics, services municipaux et bureaux d’étude font confiance à Water
CAD, un outil fiable et économique qui facilite la prise de décision. Du contrôle des systèmes
de lutte contre les incendies à l’analyse de l’eau, de la consommation énergique et à la gestion
des coûts, Water CAD aide à analyser, concevoir et optimiser les réseaux de distribution
d’eau
II.4. Conclusion
Le problème de calcul des réseaux de distribution en charge est devenu de plus en plus
compliqué ; ce calcul qui fait appel soit à des abaques ou à des tables pour le choix des
diamètres soit à l'utilisation de programme et logiciels, ces derniers sont basés sur des
relations et formules ou l'estimation et le choix de certains coefficients s'avère difficile et
imprécis tel que le coefficient de Williams-Hazen qui remplace la rugosité absolue de la
conduite, ce coefficient beaucoup utilisé dans certains pays Anglo-saxons pour l'évaluation du
gradient hydraulique,
les algorithmes traditionnels ont déjà été incapable de satisfaire le besoin de résoudre.
La méthode de Hardy Cross malgré ses difficultés de convergence qui dépendent du
choix des estimées initiales des débits dans les conduits, reste très utilisée par les bureaux
d'étude dans l’analyse et la conception des réseaux de distribution d’eau. Son avantage réside
probablement dans la facilité qu’elle offre pour la programmation ainsi que par son aptitude à
être appliquée manuellement.
La modélisation hydraulique n’est pas seulement un outil de calcul et de
dimensionnement
rapide et efficace, mais un moyen indispensable pour la conception, analyse, planification et
gestion rationnelle des réseaux.
La base d’un modèle hydraulique d’un système de transfert sous pression est la
formulation mathématique des lois et équations des écoulements en charge, ce modèle
Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution
43
cherche à résoudre les équations de continuité et de conservation d’énergie, pour cela, nous
avons vu que tous les modèles utilisent les méthodes suivantes pour résoudre ces équations :
- Méthode de Hardy Cross
- Méthode de la théorie linéaire
- La méthode de Newton-Raphson
- Méthode de linéarisation de Wood Charles
- La méthode des éliment fini
Depuis une vingtaine d'années, les nouvelles possibilités offertes par l'informatique ont
permis la mise au point de nombreux logiciels de calcul d'écoulement dans les réseaux
maillés.
L’utilisation du logiciel informatique (EPANET, AutoCAD, Covadis) dans le calcul des
réseaux d’AEP à certainement changer la qualité des résultats qui sont basés auparavant sur
les applications numériques de diverses formules de calcul.
Le chapitre trois sera consacré à la mise à jour du programme CRDEP.MMR élaborer en
2014 par A. DAHMANE , la mise à jour consiste à rendre le programme plus souple
assurant les taches d’impression, de sauvegarde et lui ajouter une autre partie relative à la
simulation des réseaux existants .
Chapitre III :
Mise à jour de programme
CRDEP.MMR
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
44
Chapitre III
Mise à jour de programme CRDEP.MMR.
III.1.Introduction
L’objectif principal du présent chapitre est de faire une mise à jour de programme
CRDEP.MMR. Version de (2014)
C’est un programme de calcul des réseaux de distribution basé sur les relations de la
méthode du model rugueux de référence MMR. Elaborée par ABDELAZIZ DAHMANE
pour l’obtenir de mémoire de master en hydraulique urbaine promotion de juin 2014.
Le programme proposé présente des anomalies telles que l’impression, la sauvegarde, la
possibilité de modifier des données précédentes d’un réseau calculé auparavant.
L’objectif est de porter des modifications sur l’ancien avec une licence GPL open
source.
Les modifications portent également sur l’insertion du programme SRD.MMR élaboré
en 2015 par et qui gère la simulation de réseaux existants (principalement la détermination
des débits en route dans un réseau existant).
Donc le nouveau programme CRDEP.MMR 2016 englobe deux programmes en même
temps le CRDEP.MMR 2014 pour le calcul d’un réseau à projeter et le SRD.MMR 2015 pour
la simulation d’un réseau existant (figure III.1) est de faire une multi-Platform compatible
avec des multi system d’exploitation :
 Microsoft Windows XP, 7, 8, 8.1,10.
 Linux
 Unix
 Apple macintosh
 Smart phone (Android, IOS)
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
45
Figure III.1 : Présentation générale du programme CRDEP.MMR 2016
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
46
Figure III.2 : Le diagramme de calasses
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
47
III.2 Outil de développement DELPHI RAD Studio Seattle (RAD (& IDE)
Delphi est l'EDI Object Pascal le plus puissant du marché, associé à une bibliothèque de
composants pour le développement natif multiplateforme, à des services cloud flexibles et à
une connectivité étendue à l'IoT. Delphi intègre de puissants contrôles VCL pour Windows 10
et prend en charge le développement FMX pour Windows, Mac et systèmes mobiles. Delphi
est la solution de référence pour accélérer les développements robustes d'entreprise
(Enterprise Strong Development™). Il prend en charge une mémoire étendue pour les projets
complexes et de multiples moniteurs et intègre un inspecteur d'objets amélioré et bien d'autres
nouveautés. Delphi est cinq fois plus rapide pour développer et déployer des applications sur
de multiples appareils bureautiques et mobiles, environnements cloud et bases de données (y
compris sous Windows 10 32 et 64 bits).
III.2.1.Multi système FireUI
RAD Studio intègre le concepteur multisystème FireUI et une trame d'interface
multiplateforme constituant la seule solution permettant de créer des applications natives
compilées pour différents appareils à partir d'une seule base de code source. La plupart des
autres éditeurs prenant en charge le développement natif multiplateforme exigent néanmoins
que des interfaces spécifiques soient codées sur chaque plateforme.
Figure III.3 : prévisualisation en cours de conception avec FireUI
Chapitre III.
RAD Studio est tout ce dont
d'applications mobiles. Le nouveau module de prévisualisation applicatif FireUI accélère le
développement en faisant gagner un temp
III.2.2.Leader du développement d'applications IoT
RAD Studio aide les développeurs à pleinement exploiter la puissance de l'Internet of
Things (IoT). Ajoutez de nouvelles fonctionnalités à des applications bur
existantes en leurs intégrants différents dispositifs
services cloud, etc.
L'écosystème de l'Internet des objets intègre quotidiennement toutes sortes de nouveaux
gadgets et dispositifs mobiles. Leurs interconnexions ouvrent aux utilisateurs de toutes
nouvelles perspectives d'expérience intégrant leur environnement physique.
avec une bibliothèque complète de dispositifs IoT.
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
48
RAD Studio est tout ce dont l’utilisateur a besoin pour se lancer dans le développement
d'applications mobiles. Le nouveau module de prévisualisation applicatif FireUI accélère le
développement en faisant gagner un temps considérable.
Figure III.4 : Multisystème FireUI
Leader du développement d'applications IoT
RAD Studio aide les développeurs à pleinement exploiter la puissance de l'Internet of
Things (IoT). Ajoutez de nouvelles fonctionnalités à des applications bureautiques et mobiles
leurs intégrants différents dispositifs, capteurs, systèmes de données d'entreprise,
L'écosystème de l'Internet des objets intègre quotidiennement toutes sortes de nouveaux
les. Leurs interconnexions ouvrent aux utilisateurs de toutes
nouvelles perspectives d'expérience intégrant leur environnement physique.
avec une bibliothèque complète de dispositifs IoT.
jour de programme CRDEP.MMR
lancer dans le développement
d'applications mobiles. Le nouveau module de prévisualisation applicatif FireUI accélère le
RAD Studio aide les développeurs à pleinement exploiter la puissance de l'Internet of
eautiques et mobiles
, capteurs, systèmes de données d'entreprise,
L'écosystème de l'Internet des objets intègre quotidiennement toutes sortes de nouveaux
les. Leurs interconnexions ouvrent aux utilisateurs de toutes
nouvelles perspectives d'expérience intégrant leur environnement physique. Delphi est livré
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
49
Figure III.5 : Leader du développement d'applications IoT.
Figure III.6 : Caractéristique de Delphi RAD
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
50
III.3. Système de Gestion de Bases de Données
Les applications utilisent évidement des données stockées dans une base de données.
Pour créer cette base et la gérer convenablement, un utilisateur a besoin de la gestion des
données en réseau.
SQLite comme système de gestion de bases de données puisqu’il est portable et on peut
déplacer les données facilement.
SQLite est une bibliothèque écrite en C qui propose un moteur de base de données
relationnelle accessible par le langage SQL. SQLite implémente en grande partie le standard
SQL-92 et des propriétés ACID.
Contrairement aux serveurs de bases de données traditionnels, comme MySQL ou
PostgreSQL, sa particularité est de ne pas reproduire le schéma habituel client-serveur mais
d'être directement intégrée aux programmes. L'intégralité de la base de données (déclarations,
tables, index et données) est stockée dans un fichier indépendant de la plateforme.
D. Richard Hipp, le créateur de SQLite, a choisi de mettre cette bibliothèque ainsi que
son code source dans le domaine public, ce qui permet son utilisation sans restriction aussi
bien dans les projets open source que dans les projets propriétaires. Le créateur ainsi qu'une
partie des développeurs principaux de SQLite sont employés par la société américaine
Hwaci2.
SQLite est le moteur de base de données le plus distribué au monde, grâce à son
utilisation dans de nombreux logiciels grand public comme Firefox, Skype, Google Gears,
dans certains produits d'Apple, d'Adobe et de McAfee et dans les bibliothèques standards de
nombreux langages comme PHP ou Python. De par son extrême légèreté (moins de 300
Kio3), il est également très populaire sur les systèmes embarqués, notamment sur la plupart
des smartphones modernes : l'iPhone ainsi que les systèmes d'exploitation mobiles Symbian et
Android l'utilisent comme base de données embarquée. Au total, on peut dénombrer plus d'un
milliard de copies connues et déclarées de la bibliothèque.
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
51
Figure III.7 : L’interface de SQlite.
Tableau III.1 : Dictionnaire des données
Nom Abréviation Type Table
PVC PVC REAL Diamètres
PEHD PEHD REAL Diamètres
AMIANTE AMIANTE REAL Diamètres
FONTE FONTE REAL Diamètres
ACIER ACIER REAL Diamètres
Nom de projet ID_Project INTEGER DNTrancons
Numéro de tronçon NT INTEGER DNTrancons
Nœud amont NAmont nvarchar DNTrancons
Nœud aval Naval nvarchar DNTrancons
Diamètre calculé DC REAL DNTrancons
Type de conduite TC nvarchar DNTrancons
Diamètre normalisé DN REAL DNTrancons
Cote piézométrique amont CPAmont REAL DNTrancons
Cote piézométrique aval CPAval REAL DNTrancons
Pert de charge DHT REAL DNTrancons
Le gradient de pet de charge J1 REAL DNTrancons
Le D bar D REAL DNTrancons
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
52
Le R bar R REAL DNTrancons
Le facteur de correction (Ѱ) : Psi REAL DNTrancons
Le coefficient de frottement F REAL DNTrancons
Pert de charge 2 J2 REAL DNTrancons
Pert de charge total PDCT REAL DNTrancons
Débit corrige QCorrige REAL DNTrancons
La vitesse V REAL DNTrancons
La cote piézométrique 2 CPAmont_Result REAL DNTrancons
Le diamètre normalisée intérieur DNint REAL DNTrancons
Pert de charge total 2 PDCT2 REAL DNTrancons
La vitesse calcule par Dcal Vcal REAL DNTrancons
Le mot de passe Password nvarchar Logins
Le nom de projet Project nvarchar Logins
Type de réseau Type nvarchar Logins
Statu de projet Status INTEGER Logins
Le numéro de projet ID_Project INTEGER Tançons
Le numéro de tronçon NT INTEGER Tançons
Maille principal MP INTEGER Tançons
Maille adjacent MA INTEGER Tançons
Nœud amont NAmont nvarchar Tançons
Nœud aval Naval nvarchar Tançons
Sens d’écoulements Sens nvarchar Tançons
Débit Q REAL Tançons
Cot terrain naturel amont CTNAmont REAL Tançons
Cot terrain naturel aval CTNAval REAL Tançons
Pression au sol amont PSAmont REAL Tançons
Pression au sol aval PSAval REAL Tançons
Longueur de tronçon Long REAL Tançons
Régusité abs Reguosite REAL Tançons
Le débit corrigé Q2 REAL Tançons
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
53
III.4.Principe de calcul du programme CRDEP.MMR (2014)
Le logiciel se base dans le calcul du réseau maillé sur la méthode de HARDYCROSS
qui repose sur deux lois, à savoir la loi des nœuds qui affirme que le débit entrant dans un
nœud est quoiqu’il arrive égal au débit sortant de ce nœud quel que soit le nombre d’entrées et
de sorties dans ce nœud.
La loi des mailles dit quant à elle que la différence de charges ∆H (la charge égale à la
somme de la pression et de la cote au sol au point considéré) entre deux nœuds est égale à la
perte de charge entre ces deux nœuds (voir figure ci-après).
Ainsi, le programme utilise les relations de la méthode MMR pour le calcul des diamètres et
les pertes de charge en respectant la méthode de Hardy-Cross.
III.4.1.Rappel des relations utilisées par les programmes CRDEP.MMR 2014 et SRD.MMR
2015
Proposée par Achour (2007), Professeur au département d’Hydraulique de Biskra et
chef du laboratoire LARHYSS c’est une nouvelle méthode et approche pour le calcul de
l'écoulement turbulent dans une conduite. Elle repose d'une part sur les relations
universellement admises de Darcy-Weisbach et de Colebrook-White, et sur un modèle
rugueux de référence d'autre part. Les relations explicites proposées par cette méthode
donnent des résultats très acceptables. Elles s'appliquent dans toute la gamme de rugosités
relatives 0≤  /D≤5.10-2 et pour toute valeurs du nombre de Reynolds R>2300.
III.4.2.Etapes de calcul proposé
a) Cas du programme CRDEP.MMR 2014
En application de cette méthode les principales relations utilisées sont celles de la
théorie du modèle rugueux de référence d’une part et la relation de Darcy-Weisbach pour
l’évaluation des gradients des pertes de charge d’autre part.
Les étapes préconisées pour un tel calcul sont :
 Proposition de pressions aux niveaux des nœuds (Pressions aux sols) variant entre 10 m.c.e
et 40 m.c.e et qu’il faut vérifier après le calcul hydraulique (choix du diamètre) ;
Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR
54
 Détermination du gradient hydraulique J pour chaque tronçon suivant la relation :
=
∆ℎ
=
−
=
− ( − )
, ( ) (01)
Ps : Pression supposée au point considéré (m.c.e) ;
CTN : Cote du terrain naturelle du premier point reliant le réseau au réservoir(m) ;
CrR : Cote radié du réservoir (5m) ;
L : Longueur du tronçon (m) ;
 Elaboration d’une réparation arbitraire des débits (cas des réseaux maillés)
 Détermination du diamètre géométrique D pour chaque tronçon en fonction des débits des
tronçons et des gradients J en application de la relation (05) ou (06) ou (08).Cette
évaluation repose sur le calcul des paramètres , ,  , et ∗
du modèle rugueux de
référence. Selon la relation (02), le diamètre est :
=(2 ) /
/
(02)
Le nombre de Reynolds est, en vertu de la relation (03) pour = Q :
= (03)
Les paramètres permettent d’évaluer le facteur  selon la relation (04), soit :
= 1.35 − log
/
.
+
. /
(04)
Le diamètre D se calcule par la relation (05), soit,
= (05)
Le nombre de Reynolds ∗
est donné par la relation :
∗
= ⁄
(06)
Le diamètre peut se calculé aussi par la relation (07), après avoir évalué le nombre de
Reynolds R en application de (08), soit :
Bouheniche rida memoire final
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Bouheniche rida memoire final

  • 1. ‫الشعبيـة‬ ‫الديمقراطيـة‬ ‫الجزائريـة‬ ‫الجمهوريـة‬ RépubliqueAlgérienneDémocratiqueetPopulaire ‫العلمــــي‬ ‫والبحــث‬ ‫العـالـي‬ ‫التعليــم‬ ‫وزارة‬ Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Mémoire de Master 2ème année Option : Hydraulique urbaine THEME: Etudiant: Encadreur: BOUHENICHE Rida Dr: BDJAOUI ALI PROMOTION: 2016 ‫خيضر‬ ‫محمـــد‬ ‫جـــامعة‬-‫بسك‬‫ـــــــ‬‫رة‬ ‫التكنولوجيـــــا‬ ‫و‬ ‫العلــــــوم‬ ‫كليـــــة‬ ‫الـــــري‬ ‫و‬ ‫المدنيـــة‬ ‫الهندسة‬ ‫قســـم‬ /.......... :‫المرجـــــع‬2016 Université Mohamed khider – Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département de Génie civil et Hydraulique Référence :………/ 2016 Mise à jour de programme CRDEP.MMR
  • 2. Remerciements REMERCIEMENTS Mes remerciements vont primordialement à (Allah) le tout puissant qui m'a donné la force, la santé et l’opportunité de mener ce travail à terme. Je remercie chaleureusement mon promoteur Mr « BEDJAOUI Ali » Pour m’avoir encadré Je remercié également le chef de département de Génie civil et d’Hydraulique le Professeur BOUZIANE M.T pour son soutien, pour ses précieux conseils et critiques toujours utiles, et Mes remerciements les plus sincères à toutes les personnes qui ont contribué de près ou de loin à l’élaboration de ce mémoire ainsi qu’au personnel administratif du département de Génie civil et d’hydraulique en particulier les gens de la filière d’Hydraulique Beaucoup de personnes méritent d’y figurer, alors je présente toutes mes excuses à ceux et celles que j’ai malheureusement omis de citer. Tous mes amis. REDHA
  • 3. ‫ال‬: ‫ملخص‬ ‫الشروب‬ ‫بالماء‬ ‫المدن‬ ‫لتزويد‬ ‫القديم‬ ‫منذ‬ ‫المياه‬ ‫تحويل‬ ‫تكنولوجيا‬ ‫استعمال‬ ‫تم‬ ‫لقد‬،‫السقي‬ ‫وأغراض‬‫الدول‬ ‫معظم‬ ‫في‬،‫االن‬ ‫من‬ ‫نقصا‬ ‫تعاني‬ ‫التي‬ ‫المناطق‬ ‫نحو‬ ‫المائية‬ ‫الوفرة‬ ‫ذات‬ ‫المناطق‬ ‫من‬ ‫المياه‬ ‫لتحويل‬ ‫ضخمة‬ ‫مشاريع‬ ‫تقام‬‫هذه‬‫المادة‬،‫الحيوية‬ ‫وي‬‫بتحويالت‬ ‫األمر‬ ‫تعلق‬‫مهمة‬‫بمئات‬ ‫تقاس‬ ‫طويلة‬ ‫مسافات‬ ‫على‬.‫الكيلومترات‬ ‫بالقوانين‬ ‫وإلماما‬ ‫تحكما‬ ‫تتطلب‬ ‫المائية‬ ‫التحويالت‬ ‫مشاريع‬ ‫إن‬‫التي‬ ‫والنظريات‬‫في‬ ‫الماء‬ ‫وجريان‬ ‫تدفق‬ ‫تسير‬،‫القنوات‬ ‫لهذه‬‫ظل‬ ‫األسباب‬‫هذا‬‫العلم‬‫ي‬‫الحضارات‬ ‫منذ‬ ‫مستمر‬ ‫بشكل‬ ‫تطور‬،‫القديمة‬‫النمذجة‬ ‫وتعتبر‬‫الهيدروليكية‬‫توزيع‬ ‫لشبكات‬‫ونقل‬ ‫المياه‬‫آخر‬.‫العلوم‬ ‫هذه‬ ‫تطور‬ ‫مسلسل‬ ‫يعرفها‬ ‫تكنولوجية‬ ‫قادرة‬ ‫غير‬ ‫التقليدية‬ ‫الخوارزميات‬ ‫تبقى‬ ‫لذلك‬ ،‫جدا‬ ‫معقد‬ ‫مشكل‬ ‫المياه‬ ‫توزيع‬ ‫شبكات‬ ‫حساب‬ ‫مشكل‬ ‫يعتبر‬‫على‬‫تحصيل‬ .‫المطلوبة‬ ‫الحلول‬ ‫برامج‬ ‫استعمال‬ ‫ان‬‫اإلعالم‬‫لتصميم‬ ‫والفعالة‬ ‫السريعة‬ ‫األداة‬ ‫تعتبر‬ ‫االلي‬‫شبكات‬ ‫وحساب‬،‫التوزيع‬‫هاردي‬ ‫طريقة‬ ‫تبقى‬ ‫االلي‬ ‫االعالم‬ ‫برامج‬ ‫في‬ ‫استعمال‬ ‫االكثر‬ ‫الطريقة‬ ‫كروس‬‫نوعا‬ ‫مملة‬ ‫المتبعة‬ ‫التكرار‬ ‫طريقة‬ ‫لكن‬ ،‫المياه‬ ‫توزيع‬ ‫شبكات‬ ‫لحساب‬ .‫اليدوي‬ ‫التطبيق‬ ‫في‬ ‫تستخدم‬ ‫ما‬ ‫نادرا‬ ‫أنها‬ ‫نجد‬ ‫لذلك‬ ‫ما‬ ‫برنامج‬ ‫وبرمجة‬ ‫تصميم‬ ،‫تحليل‬ ،‫بدراسة‬ ‫المشروع‬ ‫هذا‬ ‫يسمح‬،‫المياه‬ ‫توزيع‬ ‫شبكات‬ ‫ومحاكاة‬ ‫لحساب‬ ‫جديد‬ ‫حاسوب‬ ‫متفر‬ ‫ام‬ ‫كانت‬ ‫عقدية‬‫سابق‬ ‫برامج‬ ‫على‬ ‫استنادا‬ ‫وذلك‬ ،‫عة‬‫وب‬‫وصيغ‬ ‫عالقات‬ ‫استخدام‬‫الخشن‬ ‫النموذج‬ ‫طريقة‬‫المضطرب‬ (MMR). ABSTRACT The technology of the transfer of water was mobilized for a long time, dice antiquity, for the adduction drinking water to the cities and for projects of irrigation. In the majority of the countries, transfers of water were carried out, from the wet areas towards the areas which are to it less. they are important transfers at long distances of which the Unit of Account is the hundred kilometres, the projects of transfer of water require a control and a knowledge of the laws which govern the water run-off and of the transport theories hydraulic. For these reasons which this science did not cease developing since antiquity. The modelling of the networks of water supply is last technology in this process of advance The problem of water distribution networks waterpower calculation has become more and more complicated; the traditional algorithm has been already unable to satisfy the need of solving. The use of software is the fastest and effective tool for the design of distribution networks. the Hardy Cross procedure is most widely used in computer programs for analysis of water distribution systems but its tedious arithmetic iterations ensures that it is seldom employed for manual application
  • 4. Our project allows the study, design, analysis and implementation of a new program of the calculation and simulation of the distribution networks, Looped and ramified network, on the basis of the l previous programs and method of the rough model of reference (MMR). RÉSUMÉ La technologie du transfert d’eau a été mobilisée depuis longtemps, dès l’antiquité, pour l’adduction des villes en eau et pour des projets d’irrigation. Dans la plupart des pays, des transferts d’eau ont été réalisés, des régions humides vers les régions qui le sont moins .il s’agit de transferts importants sur grandes distances dont l’unité de compte est la centaine de kilomètres, Les projets de transfert d’eau nécessitent une maîtrise et une connaissance des lois qui régissent l’écoulement de l’eau et des théories du transport hydraulique. Pour ces raisons que cette science n’a cessé de se développer depuis l’antiquité. La modélisation des réseaux d'alimentation en eau est la dernière technologie dans ce processus d'avancement Le problème de calcul des réseaux de distribution en charge est devenu de plus en plus compliqué ; les algorithmes traditionnels ont déjà été incapables de satisfaire le besoin de résoudre. L’utilisation des programmes informatique c’est l’outil la plus rapide et efficace pour le dimensionnement des réseaux de distribution. La méthode de Hardy Cross malgré ses difficultés de convergence qui dépendent du choix des estimées initiales des débits dans les conduits, reste très utilisée dans les programmes informatiques pour l’analyse et la conception des réseaux de distribution d’eau. Notre projet permet l’étude, la conception, l’analyse et la réalisation d’un nouveau programme informatisé pour le calcul et la simulation des réseaux de distribution, maillés et ramifiés, sur la base des relations de la méthode du model rugueux de référence (MMR).
  • 5. S O M M A I R E III Remerciements ‫ﻣﻠﺨﺺ‬ ABSTRACT RÉSUMÉ Liste des symboles et Principales notations Sommaire Introduction générale CHAPITRE I GENERALITES SUR LES RESEAUX D’EAUX POTABLES I.1 Introduction 03 I.2 Installations des réseaux d’AEP 04 I.2.1 Captage ou prise 04 I.2.2 Traitement des eaux 06 I.2.3 Conduite d'amenée 06 I.2.4 Accumulation 07 I.2.5 Réseau de distribution 08 I.2.5.1 Choix du matériau des conduite 09 I.2.5.1.1 Actions reçues par les conduites 09 I.2.6 Appareillages et accessoires hydrauliques 10 I.2.6.1 Les vannes de sectionnement 10 I.2.6.2 Les manchettes de traversée 10 I.2.6.3 Les raccords à brides major 11 I.2.6.4 Les coudes 11 I.2.6.5 Le cône de réduction à brides 11 I.2.6.6 Plaque pleine 11 I.2.6.7 Les Tés 12 I.2.6.8 Les poteaux d’incendie 12 I.2.6.9 Les ouvrages annexes 12 I.2.6.9.1 Regard de vidange 12 I.2.6.9.2 Regard de la ventouse 12 I.3 Types de fonctionnement du réseau 13 I.3.1 Système a contre réservoir 13 I.3.2 Système a réservoir de tête 15 I.4 Classification des réseaux d’A.E.P 16 I.4.1 Classification selon la disposition des réseaux dans l’agglomération 16 I.4.2 Classification selon la disposition des tronçons dans le réseau 16 I.4.2.1 Réseaux maillés 16 I.4.2.2 Réseaux ramifie 17 I.4.2.3 Réseaux étagés 17 I.5 Conception d'un réseau d’AEP 18 I.5.1 Critères de service des systèmes d’AEP 18 I.5.2 Facteurs qui ont une influence sur la conception du réseau 18 I.6 Conclusion 20
  • 6. S O M M A I R E IV CHAPITRE II CALCUL DES RESEAUX DE DISTRIBUTION II.1 Introduction 21 II.2 Conception et dimensionnement 21 II.2.1 Rappels hydrauliques 21 II.2.2 Notions principales dans un réseau de distribution 22 II.2.3 Critères de conception d’un système De distribution 23 II.2.3.1 Besoins en eau 23 II.2.3.1.1 Dotation 23 II.2.3.1.2 Accroissement de la population 24 II.2.3.1.3 Evaluation de la consommation 24 II.2.3.1.4 Débit moyen 25 II.2.3.1.5 Débit de pointe journalier 25 II.2.3.1.6 Débit de pointe horaire 25 II.2.3.2. Conduites de distribution 26 II.2.3.2.1 Les pertes de charge 26 II.2.3.2.1.1 Pertes de charge linéaire 26 II.2.3.2.1.2 Pertes de charge singulière 28 II.3 Modélisation des réseaux de distribution 29 II.3.1 Les méthodes d’analyse des réseaux de distribution 29 II.3.1.1 Approche théorique d’analyse de réseaux 29 II.3.1.2 Approche numérique 32 II.3.2 Les objectifs de la modélisation 32 II.3.3 Les Application des modèles des réseaux d'alimentation en eau potable 33 II.3.4 Les Processus de la modélisation 33 II.3.5 Dimensionnement des réseaux par la simulation hydraulique 34 II.3.6 Outils nécessaires pour établir un model hydraulique 35 II.3.7 Les logiciels de modélisation des réseaux d’AEP 37 II.3.7.1 Les algorithmes utilisent dans la modélisation hydraulique 37 II.3.7.2 Quelques logiciels de simulation des réseaux 38 II.4. Conclusion 42 CHAPITRE III MISE A JOUR DE PROGRAMME CRDEP.MMR III.1 Introduction 44 III.2. Outil de développement DELPHI RAD Studio Seattle (RAD (& IDE) 47 III.2.1 Multi système FireUI 47 III.2.2 Leader du développement d'applications IoT 48 III.3 Système de Gestion de Bases de Données 50 III.4. Principe de calcul du programme CRDEP.MMR (2014) 53 III.4.1 Rappel des relations utilisées par les programmes CRDEP.MMR 2014 et 53
  • 7. S O M M A I R E V SRD.MMR 2015 III.4.2 Etapes de calcul proposé 53 III.4.3 Données à introduire 58 III.4.4 Résultats obtenus 58 III.5. Interfaces de CRDEP.MMR2016 59 III.5.1 Utilisation du programme CRDEP.MMR2016 60 III.5.2 Dimensionnement d’un nouveau réseau 61 III.5.3 Interface principale 62 III.5.3.1 La barre de menu 62 III.5.4 Fenêtre de choix de type de réseau 63 III.5.5 L’introduction des données 63 III.5.6 Choix de diamètre normalisé 64 III.5.7 Affichage des résultats 65 III.5.8 Impression des résultats 66 III.5.9 Interface pour Smartphone 67 III.6 Espace de développement de programme sur WEB 67 III.6.1 Les forges de développement 70 III.6.1.1 Définition 70 III.6.1.2 Objectifs 70 III.6.1.3 Les forges internationales 71 III.7 Application 72 III.7.1. Cas de dimensionnement 72 III.7.2 Cas de la simulation 76 III.8 Conclusion 80 Conclusion générale Références bibliographiques Annexes
  • 8. Liste des tableaux Liste des tableaux Tableau II.1 : Différentes unités de dotations en fonction du type de consommateur............ 24 Tableau II.2 : : Pertes de charge linéaire en cm/m conduites PVC (M. Agoussine) .............. 28 Tableau III.1 : Dictionnaire des données ............................................................................... 51 Tableau III.2 : Paramètres du réseau à étudier pour le réseau maillé................................... 73 Tableau III.3: Résultats du calcul hydraulique du réseau maillé par le programme CRDEP.MMR 2016 ................................................................................................................. 74 Tableau III.4 : Valeur de ∆ et Sommes des pertes de charge pour les rois mailles............. 74 Tableau III.5 Comparaison des pressions supposées et obtenues .......................................... 75 Tableau III.6 : Paramètres du réseau à étudier pour le réseau maillé................................... 76 Tableau III.7 : Résultats du calcul hydraulique (simulation) du réseau maillé para le programme CRDEP.MMR ...................................................................................................... 77 Tableau III.8 : Comparaison des pressions supposées et obtenues ....................................... 78
  • 9. Liste des figures LISTE DES FIGURES Figure.I.1 : Schema general de reseau d’aep ............................................................................ 3 Figure.I.2 : Types de captage..................................................................................................... 5 Figure.I.3 : Eau ferrugineuse..................................................................................................... 6 Figure.I.4 : Eau brunATRE........................................................................................................ 6 Figure.I.5 : Salle de pompage.................................................................................................... 7 Figure.I.6 : Ballon anti-belier.................................................................................................... 7 Figure.I.7 : Reservoir d’eau....................................................................................................... 8 Figure.I.8 : Chateau d’eau (libourne, france) ........................................................................... 8 Figure.I.9 : Vanne de sectionnement ....................................................................................... 10 Figure.I.10 : Manchettes de traversee ..................................................................................... 10 Figure.I.11 : Raccord a brides major ...................................................................................... 11 Figure.I.12 : Coudes a differents angles.................................................................................. 11 Figure.I.13 : Cone de reduction a brides................................................................................. 11 Figure.I.14 : Plaque pleine ...................................................................................................... 11 Figure.I.15 : Te ........................................................................................................................ 12 Figure.I.16 : Schema d'un systeme a contre reservoir ............................................................ 13 Figure.I.17 : Systeme a contre reservoir cas de transite ......................................................... 14 Figure.I.18 : Systeme a contre reservoir cas de pointe............................................................ 14 Figure.I.19 : Systeme a contre reservoir (cas de la pompe a l'arret)...................................... 15 Figure.I.20 : Schema d'un systeme a reservoir de tete ............................................................ 15 Figure.I.21 : Schéma d’un réseau maille................................................................................. 16 Figure.I.22 : Schéma d’un réseau ramifie ............................................................................... 17 Figure.I.22 : Etapes relatives a l'étude de la distribution d'eau potable dans une agglomération........................................................................................................................... 19 Figure.II.22 : Représentation de la charge totale entre 2 sections .......................................... 22 Figure.II.22 : Interface d'un logiciel et schéma d'un modèle................................................... 35 Figure.III.1 : Presentation generale du programme crdep.mmr 2016 .................................... 45 Figure.III.2 : Diagramme de classe......................................................................................... 46 Figure.III.3 : Previsualisation en cours de conception avec fireui ......................................... 47 Figure.III.4 : multisysteme fireui ............................................................................................. 48 Figure.III.5 : leader du developpement d'applications iot....................................................... 49 Figure.III.6 : Caractéristique de Delphi RAD.. ....................................................................... 49 Figure.III.7 : L’interface de SQlite.......................................................................................... 51 Figure.III.8 : Exemple d’un code de calcul.. ........................................................................... 59 Figure.III.9 : Les interface disponible.. ................................................................................... 60 Figure.III.10 : Fenêtre du choix du type de fonction désirée.. ................................................ 61 Figure.III.11 : Fenêtre de création d’un nouveau fichier ou le rappel d’un fichier existant.. 61 Figure.III.12 : Fenêtre principale............................................................................................ 62 Figure.III.13 : Barre de menu.................................................................................................. 63
  • 10. Liste des figures Figure.III.14 : Fenêtre de choix de type de réseau.................................................................. 63 Figure.III.15 : Fenêtre d’introduction des données................................................................. 64 Figure.III.16 : Fenêtre du choix de type de conduite avec le tableau des diamètres disponibles................................................................................................................................ 65 Figure.III.17 : Fenêtre d’affichage des résultats..................................................................... 66 Figure.III.18 : Fenêtre d’impression ou de sauvegarde des résultats..................................... 66 Figure.III.19 : Interface du programme CRDEP.MMR 2016 pour les smart phones.. ........... 67 Figure.III.20 : L’interface de site web.. ................................................................................... 68 Figure.III.21 : L’interface de site web.. ................................................................................... 69 Figure.III.22 : Fenêtre d’affichage pour l’application du tableau III.3.................................. 79 Figure.III.23 : Fenêtre d’affichage pour l’application du tableau III.8.................................. 79
  • 11. Symboles et notations D Diamètre hydraulique d’un profil circulaire (m) Q Débit volume (m3/s) J Gradient de la perte de charge linéaire (-) R Nombre de Reynolds (-) ε Rugosité absolue (m) f Coefficient de frottement (-) v Viscosité cinématique (m2 /s) Facteur de correction de la dimension linéaire (-) A Aire de la section mouillée du modèle rugueux (m2 ) P Périmètre mouillé du modèle rugueux (m) Rayon hydraulique (m) Diamètre hydraulique du modèle rugueux (m)  Rugosité absolue de la paroi du modèle rugueux (m) J Gradient de la perte de charge linéaire dans le modèle rugueux (-) Q Débit volume écoulé par le modèle rugueux (m3 /s) f Coefficient de frottement du modèle rugueux ( = 1 16⁄ ) (-) Nombre de Reynolds du modèle rugueux (-) g Accélération de la pesanteur (m/s2 )
  • 13. INTODUCTION GENERALE 1 INTODUCTION GENERALE Le calcul des réseaux de distribution c’est un problème rencontré en hydraulique ce calcul qui fait appel soit à des abaques et tableaux pour le choix des diamètres soit à l’utilisation de programmes et logiciels. L’objectif du calcul d’un réseau de distribution est la détermination des paramètres géométriques et hydrauliques des canalisations formant le réseau. Un très bon calcul avec une bonne réalisation facilitent largement la taches aux gérants des réseaux et font satisfaction aux abonnés. La solution informatique est un outil de calcul et de dimensionnement rapide et efficace, ces derniers sont basés sur des relations et formules où l’estimation et le choix de certains coefficients s’avère difficile et imprécise tel que le coefficient de Williams-Hazen utilisé par les programmes LOOP et n Epanet etc… qui remplace la rugosité absolue de la conduite, ce coefficient beaucoup utilisé dans certains pays anglo-saxon pour l’évaluation du gradient hydraulique donc la perte de charge. Le logiciel de modélisation est constitué d’un moteur de calcul permettant la résolution des équations, d’un module de saisie des données et, le plus souvent, d’un module graphique permettant de visualiser les éléments modélisés et les résultats de simulation. Les logiciels de modélisation sont développés depuis les années 70 Actuellement il existe plusieurs logiciels pour la modélisation et la gestion des eaux, tel que : EPANET, WATERCAD, H2ONet , Kanet…etc., ces dernier utilisent plusieurs méthodes et algorithmes de calcul, Parmi celles-ci, il y a des méthodes anciennes tels que la méthode de Hardy Cross malgré ses difficultés de convergence qui dépendent du choix des débits estimées initialement dans les conduits, reste très utilisée par les bureaux d'étude dans l’analyse et la conception des réseaux de distribution d’eau. Son avantage réside probablement dans la facilité qu’elle offre pour la programmation ainsi que par son aptitude à être appliquée manuellement. D'autres méthodes peuvent être utilisées comme les méthodes
  • 14. INTODUCTION GENERALE 2 graphiques, les méthodes utilisant l'analogie avec les circuits électriques et les méthodes basées sur la transformation du réseau en réseau ramifié équivalent. Suite au développement des ordinateurs et des méthodes numériques, d'autres méthodes, plus modernes et surtout plus rapides, sont proposées (exemple: la méthode de Newton Raphson, la méthode Wood Charles). Le travail, présenté dans ce mémoire, a pour objectif de faire une mise à jour de programme CRDEP.MMR. Le programme proposé présente des anomalies telles que l’impression, la sauvegarde, la possibilité de modifier des données précédentes d’un réseau calculé auparavant. Rappelons que le programme CRDEP.MMR était élaboré par A.DAHMANE en 2014 dans le cadre de préparation d’un mémoire de Master proposé et encadré par BEDJAOUI A, ce programme est basé essentiellement dans sa conception sur les relations de ma méthode du modèle rugueux de référence pour le calcul des écoulements en charge. Un deuxième objectif outre que la mise à jour est de faire un espace de développement des logiciels basés sur la MMR, qui permet aux étudiants au futur de faire des développements et modification à la base des versions précédentes en donnant une licence GPL open source. Le présent mémoire est composé de trois chapitres, dans le premier chapitre, nous avons mis la lumière sur tous les éléments spécifiques d’un système d’alimentation en eau potable, ainsi que les installations, les équipements, le fonctionnent et conceptions des réseaux. Un second chapitre qui est consacré au calcul des réseaux de distribution ou une exposition des notions sur la modélisation a été faite. Le dernier chapitre est consacré à la mise à jour du programme CRDEP.MMR de 2014.
  • 15. Chapitre I : Généralité sur les réseaux d’eaux potables
  • 16. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 3 Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP I.1.Introduction L’alimentation en eau potable (AEP) désigne l’ensemble du système permettant de fournir aux usagers une eau propre à la consommation directement à domicile. L’alimentation en eau potable d’une population se fait par l’utilisation de conduites qui construits les réseaux. Ces réseaux peuvent être maillés ou bien ramifiées…etc. On peut dire que les conduites prennent différents diamètres, longueurs et matière première à savoir les conditions du terrain et l’économie du projet. Elle s’organise en plusieurs étapes :  Le prélèvement des eaux de surface ou souterraines dans le milieu naturel,  L’acheminement par des conduites d’adduction,  Le stockage dans des réservoirs,  Le traitement, qui s’effectue par des stations de potabilisation et/ou par injection de chlore directement dans le réseau,  La distribution aux usagers par des canalisations enterrées. L’alimentation en eau potable est encadrée par une réglementation stricte, notamment concernant les normes de potabilité à respecter afin que l’eau ne présente aucun risque sanitaire. En général l’Alimentation en eau potable d’une agglomération quelconque comporte les éléments suivants (figure I.1):
  • 17. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 4 Figure.I.1 : Schéma général de réseau d’AEP I.2. Installations des réseaux d’AEP I.2.1.Captage ou prise C’est l’ensemble des ouvrages qui permettent de capter de l’eau (au niveau de la ressource en eau) et qui peut être :  D'origine superficielle : lac, barrage, oued, mer ...  D'origine souterraine : nappe, source ... Il permet de recueillir l’eau naturelle, cette eau peut être d’origine superficielle ou bien Souterraine. Il y cinq grands types de captages existants (figure I.2):  Les prises en rivière qui sont peu fréquentes dans la région. Elles sont particulièrement sensibles aux pollutions car elles ne bénéficient pas du rôle de filtre joué par le sol ;  Les captages de plan d’eau qui sont minoritaires mais qui fournissent souvent des gros débits  Les puits qui sont présents surtout dans l’Aude, le Gard et l’Hérault ;  Les forages qui se rencontrent surtout dans l’Hérault ;  Les captages de source qui captent un mélange complexe d’eau de surface et d’eau profonde. Ils sont majoritaires dans la région. La Lozère est le département qui en possède le plus. Les résurgences karstiques sont inclues dans cette catégorie.
  • 18. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 5 (a) Puits (b) Forage (c) : Impluvium (d) : Prise en rivière Figure.I.2 : Types de captage
  • 19. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 6 I.2.2.Traitement des eaux Ensemble des ouvrages qui permettent de traiter (rendre potable) une eau naturelle qui vient d’être captée. Le traitement peut être:  Très simple, par exemple pour le cas d’une eau de profondeur;  Ou éventuellement complexe, et c’est le cas d’une eau de surface (cours de traitement des eaux potables). Les principales opérations de traitement (figure I.3 et 4) sont :  ■ Clarification ■ Désinfection ■ Mise à l’équilibre calco-carbonique ■ Traitement spécifique : dé-ferrisation, dé-manganisation Figure.I.3 : Eau ferrugineuse Figure.I.4 : Eau brunâtre (manganèse) I.2.3.Conduite d'amenée Ensemble des conduites, ouvrages et appareillages permettant le transport de l’eau captée, jusqu’à son lieu de stockage au niveau de la ville. Elle peut être : Gravitaire, lorsque la cote de captage de l’eau est largement supérieure à celle du stockage (au niveau du village). Par suite, l’eau coule dans des conduites sous pression et non à surface libre. Adduction par refoulement (c’est à dire non gravitaire), et dans ce dernier cas, il faudra installer une station de pompage. La dite station de pompage se compose de :
  • 20. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 7  L’ensemble des pompes (figure I.5) qui donnent l’énergie de pression nécessaire à l’eau pour être refoulée.  L’ensemble des moteurs qui font fonctionner (tourner) les pompes.  Les accessoires nécessaires à la station de pompage tel que tableau de commande, anti-bélier (figure I.6), …  Le bâtiment qui abrite l’ensemble de ces appareils et pièces de rechange. Figure.I.5 : Salle de pompage Figure.I.6 : Ballon anti-bélier I.2.4.Accumulation L'accumulation des eaux (ou stockage) s'effectue dans des réservoirs (figures I.7 et 8) pour assurer la régularité du débit capté et pour avoir des réserves d'eau en cas d'indisponibilité de la conduite d'amenée. Le stockage est l’ensemble des ouvrages de génie civil qui assurent principalement l’emmagasinement de l’eau dans le (ou les) réservoir(s). Pour assurer la régularité du débit capté et pour avoir des réserves d’eau en cas d’indisponibilité de la conduite d'amenée La mise en pression de cette eau.
  • 21. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 8 Figure.I.7 : Réservoir d’eau Figure.I.8 : Château d’eau (Libourne, France) I.2.5.Réseau de distribution C’est un ensemble des conduites et appareillages permettant la distribution de l’eau stockée aux abonnés. L'écoulement de l'eau dans les conduites de distribution se fait le plus souvent par gravité. Le réseau de distribution peut être soit:  Ramifié,  Maillé,  Mixte (les deux à la fois), et sans oublier le cas des réseaux en étage. La distribution de l'eau potable jusqu'au consommateur s'effectue par un réseau souterrain de canalisations. On distingue les canalisations d'adduction (destinées au transport des gros débits) et le réseau de distribution (assurant la desserte vers tous les utilisateurs). Les matériaux les plus couramment utilisés sont la fonte, le PVC, le polyéthylène, l'acier, le béton. Les diamètres varient de 20 mm pour les branchements jusqu'à plus de 2 mètres pour les canalisations d'adduction des très grands centres urbains. Un réseau bien entretenu est un réseau fiable
  • 22. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 9 I.2.5.1.Choix du matériau des conduite Le choix du matériau utilisé est en fonction de la pression supportée, de l’agressivité du sol et de l’ordre économique (coût et disponibilité sur le marché) ainsi que la bonne jonction de la conduite avec les équipements auxiliaires (joints, coudes, vannes…etc.). Par mis les matériaux utilisés on peut citer : l’acier, la fonte , le PEHD et le PVC a) Tuyaux en fonte Présentent plusieurs avantages :  Bonne résistance aux forces internes.  Bonne résistance à la corrosion.  Très rigides et solides L’inconvénient est que les tuyaux en fonte sont très lourds, très chers et ne sont pas disponible sur le marché. b) Tuyaux en acier Les tuyaux en acier sont plus légers que les tuyaux en fonte, d’où l’économie sur le transport et la pose  Bonne résistance aux contraintes (choc et écrasement) Leur inconvénient est la corrosion. c) Tuyaux en PVC (Polychlorure de vinyle non plastifié)  Bonne résistance à la corrosion  Disponible sur le marché  Une pose de canalisation facile Leur inconvénient est le risque de rupture I.2.5.1.1.Actions reçues par les conduites Les conduites enterrées sont soumises à des actions qui sont les suivantes :  La pression verticale due au remblai  La pression résultant des charges roulantes
  • 23. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 10  La pression résultant des charges permanentes de surface  La pression hydrostatique extérieure due à la présence éventuelle d'une nappe phréatique  Le poids propre de l'eau véhiculée  Le tassement différentiel du terrain  Les chocs lors de la mise en œuvre  Action des racines des arbres I.2.6.Appareillages et accessoires hydrauliques Il entre sous la dénomination d’accessoire toute pièce montée sur le réseau des conduites : les coudes, les tés, les vannes. Ceux-ci sont généralement identifiés par deux éléments : le DN et la PN. I.2.6.1. Les vannes de sectionnement Appelées aussi robinet-vanne (figure I.9), elles servent à isoler les différents tronçons du réseau lors d'une réparation sur l'un d'entre eux, en tournant une vis qui abaisse ou élève verticalement, une sorte de lentille. Son symbole est : RV DN X X étant le diamètre nominal de la vanne Figure.I.9 : Vanne de sectionnement I.2.6.2. Les manchettes de traversée C’est un accessoire en fonte qui a comme rôle de supporter le poids du béton formant le mur du regard et de protéger la conduite en plastique lors de la traversée de ce mur. Figure I.10. Figure.I.10 : manchettes de traversée
  • 24. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 11 I.2.6.3. Les raccords à brides major C’est un organe monté avant l’entrée et après la sortie de chaque regard, il s’attache à la conduite en plastique pour lui permettre de se lier aux accessoires en fonte, Figure.I.11. Son symbole s’écrit comme : RBM DN X/Y Avec : X est le diamètre nominal avant le BRM Et : Y est le diamètre nominal après le RBM Figure.I.11 : Raccord à brides major I.2.6.4.Les coudes Ce sont des accessoires de déviation (Figure.I.12) de la direction de circulation des eaux, ils existent en différents angles. Figure.I.12 : Coudes à différents angles I.2.6.5.Le cône de réduction à brides Ce sont des organes de raccordements (Figure.I.13) en cas de changement de diamètre, du grand au petit et inversement. Son symbole est CRB DN X/Y . Avec : X est le diamètre nominal d’entrée au cône. et : Y le diamètre nominal de sortie du cône Figure.I.13 : Cône de réduction à brides I.2.6.6. Plaque pleine C’est un bouchon qu’on monte à l’extrémité d’une conduite antenne pour arrêter la circulation des eaux (Figure.I.14). Dans les tuyaux attachés à ces plaques on aura souvent une stagnation des eaux, c’est ce qui nous mène à les éviter chaque fois qu’il est possible. Figure.I.14 : Plaque pleine
  • 25. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 12 I.2.6.7. Les Tés Accessoire en forme de ‘’T’’ utilisé pour les raccordements des canalisations secondaires aux canalisations principales (Figure.I.15), son symbole est : Té DN X/Y. Avec : X est le DN de la conduite principale. Y est le DN de la conduite secondaire Figure.I.15 : Té I.2.6.8. Les poteaux d’incendie Ces appareils sont raccordés directement sur les canalisations de distribution. Les prises d'incendie peuvent être souterraines (bouches d'incendie) ou en surface (poteaux d'incendie). Les poteaux d'incendie peuvent comporter plusieurs prises (possibilité de branchement de plusieurs lances d'incendie) et servir également à l'arrosage des plantations et au lavage des voies et caniveaux I.2.6.9.Les ouvrages annexes Il s’agit d’ouvrages assurant le fonctionnement performant du réseau. I.2.6.9.1. Regard de vidange C’est une sorte de vanne associée à une conduite versant dans un regard maçonné, monté sur le réseau dans les points les plus bas. Ils servent à vidanger les conduites, et sont constituées d’une canalisation piquée sur le réseau et aboutissant à un regard maçonné qui sera le siège provisoire des eaux de vidange. Le point de piquage doit être au-dessous de la conduite du réseau pour garantir la non remontée de l’eau. I.2.6.9.2. Regard de la ventouse La ventouse est appareil mis en place aux points les plus hauts, et qui sert à évacuer l’air emprisonné dans les tuyaux pour contourner les pannes dévastatrices liées à l’air compressé.
  • 26. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 13 Cet appareil peut aussi injecter de l’air dans les conduites lors de la séance de vidange dans le but d’éviter toute déformation des tuyaux. I.3. Types de fonctionnement du réseau Selon les conditions topographiques de l'agglomération et la disposition de la source d'alimentation en eau, on peut rencontrer deux types de fonctionnement du réseau de distribution. I.3.1.Système a contre réservoir Ce système est appelé aussi système à injection directe vue que la pompe refoule directement dans le réseau (Figure.I.16). Figure.I.16 : Schéma d'un système à contre réservoir [1] a) cas de transite Le débit pompé (Qp) est supérieur à celui consommé. Donc le débit pompé (Qp) est égal au débit consommé (Qc) plus le débit transité vers le château (Qch). Qp =Qc+Qch Pompe Qp Qch Château d’eau Réseau
  • 27. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 14 Figure.I.17 : Système à contre réservoir cas de transite b) Cas de pointe (ou de pointe plus incendie) Le débit consommé est supérieur à celui pompé, donc pour ce cas l'équation va s'écrire comme suit : Qc = Qp+Qch Figure.I.18 : Système à contre réservoir cas de pointe c) Cas de la pompe à l'arrêt Dans ce cas la pompe ne refoule pas, c'est à dire que Qp =0, donc le débit consommé est assuré par le château Qc= Qch Ligne de charge QchAgglomération Qp Station de H ST R Ligne de charge (cas de pointe) Ligne de charge (cas de pointe plus inc) Qp Qch
  • 28. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 15 Figure.I.19 : Système à contre réservoir (Cas de la pompe à l'arrêt) * Avantages du système à contre réservoir - Réduction de la capacité et de la hauteur du château d'eau - Continuité de la distribution en cas de panne ou d'arrêt de la pompe * Inconvénient du système à contre réservoir L'inconvénient majeur de ce système est le risque de la fatigue prématuré des canalisations à cause de fortes variations de pression surtout entre l'heure de transite et l'heure où la station est à l'arrêt. I.3.2.Système a réservoir de tête Dans ce cas, le réseau (Figure.I.20) est alimenté seulement par un réservoir (ou château d'eau) car ce dernier se situe entre la source et l'agglomération, (voir schéma suivant). Figure.I.20 : Schéma d'un système à réservoir de tête Ligne de charge R Agglomeration H Qp Qch = Qc Ligne de charge Qp Station de pompage
  • 29. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 16 I.4.Classification des réseaux d’A.E.P Les deux principales classifications des réseaux sont : I.4.1. Classification selon la disposition des réseaux dans l’agglomération a) Réseau unique Dans le cas d’un relief plat ou moyennement accidenté on peut utiliser juste un seul réseau et avoir de bonnes conditions techniques (pressions). b) Réseau en zones étagées Dans le cas d’un relief accidenté la différence de niveau entre les points les plus hauts et les plus bas est remarquablement élevés, c’est à dire, lorsqu’une pression minimale est assurée pour les points de l’amont les points de l’aval se retrouvent sous de très importantes pressions. Dans ce cas la solution du réseau en zones étagées s’impose. I.4.2. Classification selon la disposition des tronçons dans le réseau I.4.2.1.Réseaux maillés Pour la distribution en eau des agglomérations de moyenne et de grande importance, ils présentent une solution plus adéquate grâce à leur sécurité et leur souplesse d’utilisation. Ils sont utilisés en général dans les zones urbaines, et tend à se généraliser dans les agglomérations rurales sous forme associée aux réseaux ramifiés (limitation de nombres de mailles en conservant certaines ramifications). Les réseaux maillés (Figure.I.21) sont constitués principalement d’une série de canalisation disposée de telle manière qu’il soit possible de décrire des boucles fermées ou maillées. R Figure .I.21 : schéma d’un réseau maillé Le réseau
  • 30. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 17 I.4.2.2.Réseaux ramifie On les appelle ainsi grâce à leur structure arborisant fréquemment utilisés dans les petites agglomérations rurales leur inconvénient, c’est que dans les conduites il n’y a qu’un seul cheminement possible, en cas d’incident sur la conduite principale, toute la partie avale sera privée d’eau. I.4.2.3.Réseaux étagés Lors de l’étude d’un projet d’alimentation d’une ville en eau potable, il arrive que cette ville présente des différences de niveau importantes. La distribution par le réservoir projeté donne de fortes pressions aux points bas (normes des pressions ne sont pas respectées). L’installation d’un réservoir intermédiaire alimente par le premier, régularisé la pression dans le réseau. R Figure.I.22 : schéma d’un réseau ramifié Q1 P1 Q2 P2 a b
  • 31. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 18 Remarque Pour une meilleure distribution, le réseau maillé présente des avantages suivants :  L’alimentation de retour.  Isoler le tronçon accidenté par un simple manœuvre robinet I.5.Conception d'un réseau d’AEP I.5.1. Critères de service des systèmes d’AEP - Disponibilité de l’eau en quantité suffisante et à une pression min bien définie  À tout moment  En toute saison - Eau de qualité  Eau distribuée de nature à préserver la santé des consommateurs  Protéger les équipements - Coût minimal de l’eau pour l’usager - Ouverture du système de manière à supporter les modifications ultérieures et l’extension I.5.2. Facteurs qui ont une influence sur la conception du réseau  L’emplacement des quartiers.  L’emplacement des consommateurs principaux.  Le relief.  Le souci d’assure un service souple et régulier. La conception d'un réseau de distribution d'eau comporte de nombreuses étapes qu'il faut franchir avant de satisfaire les besoins en eau d'une agglomération. La figure I.23 décrit brièvement ces étapes.
  • 32. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 19 Figure.I.23 : Etapes relatives à l'étude de la distribution d'eau potable dans une agglomération. Etude du milieu physique et identification des besoins actuels et à venir : - Topographie - Géologie - Sources d'eau - Plan d'urbanisation - Démographie - Types de population - Réglementation municipale - Consommation d'eau Choix final Recensement des services existants : - Réseau d'égouts - Réseau de distribution d'eau - Réseau de distribution d'électricité - Réseau de distribution de gaz - Réseau de distribution de téléphone Obtention du mandat Identification des choix possibles et étude économique
  • 33. Chapitre I. Généralités sur les réseaux d’AEP 20 I.6 Conclusion Dans ce premier chapitre, nous exposé et décrit d’une manière générale le réseau d’alimentation en eau potable, ses installations et composantes ainsi que les différents types de réseau. Un système moderne de distribution d’eau devrait essentiellement inclure des facilités pour le captage et le stockage, le transport, le pompage, le traitement et la distribution. Le captage et le stockage nécessitent le développement de lignes de partage des eaux, de barrages ou digues, de réservoirs, d’adductions, de galeries et de sources d’infiltration. Le transport inclut les canalisations, les aqueducs et les canalisations de pompage pour transporter l’eau des réservoirs de stockage au consommateur. Le pompage inclut les pompes et autres unités auxiliaires permettant son pompage. Le traitement inclut l’aération, la projection, la sédimentation, la filtration et la désinfection. La distribution inclut l’acheminement et la bonne répartition des réservoirs, des conduites, des valves etc. Nous avons également exposé les critères de conception et facteurs qui ont une influence sur la conception du réseau. Le second chapitre sera consacré au calcul des réseaux de distribution.
  • 34. Chapitre II : Calcul des réseaux de Distribution
  • 35. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 21 Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution II.1. Introduction Par définition, un réseau de distribution est un ensemble de conduites et d'organes hydrauliques qui permettent de distribuer l'eau en quantité suffisante pour satisfaire les besoins actuels et futurs des usagers, et même des besoins en eau nécessaire pour lutter contre les incendies. Avant de parler des méthodes de calcul de ces réseaux de distribution, nous donnerons quelques définitions sur les réseaux eux-mêmes. À partir du réservoir, l’eau est distribuée dans une canalisation sur laquelle des branchements seront piqués en vue de l’alimentation des abonnés. Les canalisations devront en conséquence présenter un diamètre suffisant de façon à assurer le débit maximal afin de satisfaire tous les besoins en eau des consommateurs Le présent chapitre s’intéresse au calcul des réseaux de distribution om des méthodes et relations seront exposées ultérieurement. Le dimensionnement ou bien le calcul d’un réseau de distribution revient à déterminer ses paramètres géométriques en fonction de certains paramètres hydrauliques (débit) et géométriques (rugosité) et de vérifier en fin les pressions obtenues qui varient généralement entre 10 mce et 40 mce. La fiabilité d’un réseau est mesurée par le degré d’un bon calcul (économique). II.2. Conception et dimensionnement II.2.1. Rappels hydrauliques L'hydraulique étudie les lois des écoulements des liquides ainsi que leurs applications. Elle est basée sur les principes de la mécanique des fluides surtout la célèbre équation de Bernoulli.
  • 36. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 22 En effet, l’énergie d’un écoulement d’eau dans une conduite circulaire est exprimée sous la forme d’une charge. Cette charge correspondant au poids d’une colonne d’eau ayant la même énergie est donnée par l’équation de Bernoulli (ESHA 2005) : H = h + P + V 2g Avec H : la charge totale m h : l’altitude de la section de mesure par rapport à une référence m P : la pression dans la section de mesure m V : la vitesse de l’eau m/s g : L’accélération de la pesanteur m/s² La charge totale en un point est la somme algébrique de l’énergie potentielle h, de l’énergie de la pression P et de l’énergie cinétique V²/2g. Dans notre cas, on négligera l’énergie cinétique dans les calculs car la vitesse de circulation des eaux dans les réseaux d’AEP comprise entre 0,5 et 1,5 m/s, donc elle n’aura pas une grande influence sur la charge totale même si on l’introduit dans les calculs. Lors de son passage dans une conduite circulaire entre deux sections 1 et 2, (figure II.1) l’eau perd une quantité de sa charge à cause du frottement contre les parois internes de la conduite Figure II.1 : Représentation de la charge totale entre 2 sections (ONEP, 2005) H = H + ∆H H1: charge totale à la Section 1 H2: charge totale à la Section 2 ΔH: pertes de Charge
  • 37. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 23 II.2.2. Notions principales dans un réseau de distribution Pression nominale: elle correspond à la pression de service admissible dans une conduite, en bar, pour le transport de l’eau à 20 °C. Diamètre nominale: c’est le diamètre extérieur de la conduite pour les conduites en plastique, et le diamètre intérieur pour les conduites en fonte. Son unité est le mm. Débit : C'est la quantité d'eau qui s'écoule à travers la section interne de la conduite pendant une unité de temps. Contrairement à la pression, le débit qui entre dans un nœud est le même qui sort de celui-ci, son unité est le m3/s. Vitesse : c'est la longueur de tuyaux parcourue par l’eau dans un temps donné, son unité est le m/s. Cette vitesse peut être déterminée par l'utilisation de la formule de calcul du débit II.2.3. Critères de conception d’un système De distribution Un système d’AEP est constitué essentiellement de 5 principales composantes :  La source d’eau.  Le système de pompage.  Les conduites d’adduction.  Le réservoir.  Les conduites de distribution. II.2.3.1. Besoins en eau II.2.3.1.1. Dotation L'estimation des besoins en eau est délicate, car ceux-ci peuvent varier d'une région à l'autre, ou même au sein de la même agglomération en fonction du temps (heure de pointe, jour de pointe,) Cette estimation en eau dépend de plusieurs facteurs (l'augmentation de la population, équipements sanitaires, niveau de vie de la population...). En effet, les spécialistes du domaine on essaye d'évaluer la consommation journalière moyenne d'un Homme pour chaque type d'agglomération c'est ce qu'on appelle aujourd'hui la dotation. Celle-ci n'est pas attribué seulement à l'être humain mais aussi aux animaux domestiques (bovins, volailles,) et aux équipements de proximité (écoles, hôtels, hôpitaux,), son unité est variable selon le consommateur (Tableau III.1) :
  • 38. Chapitre II. Tableau II.1 : Différentes Consommateur Domestique Bovins Hôpital École Mosquée II.2.3.1.2. Accroissement de la population L’évaluation du nombre d’habitant à un horizon futur se fait sur la base du taux d’accroissement de la population actuelle, dans le cas où la population suit une loi d’une progression géométrique, cette évaluat Pf : Population future ; Pa : Population actuelle ; t : Taux d’accroissement de la population n : Horizon futur ou durée de projet (généralement 30 ans II.2.3.1.3. Evaluation de la consommation Pour calculer la consommation totale d’un projet, on calcule la consommation de chaque ménage et équipement en se référant aux dotations choisies pour chaque type de consommateur cette consommation est estimée par la relation: d : Dotation (l/j/type d’usagé). Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 24 Différentes unités de dotations en fonction du type de consommateur Consommateur Unité de la dotation Domestique l/j/hab. Bovins l/j/tête Hôpital l/j/lit École l/j/élève Mosquée l/j/ha Accroissement de la population L’évaluation du nombre d’habitant à un horizon futur se fait sur la base du taux population actuelle, dans le cas où la population suit une loi d’une progression géométrique, cette évaluation se déduit d’une relation de la forme Taux d’accroissement de la population ; futur ou durée de projet (généralement 30 ans). Evaluation de la consommation Pour calculer la consommation totale d’un projet, on calcule la consommation de ménage et équipement en se référant aux dotations choisies pour chaque type de consommateur cette consommation est estimée par la relation: : Dotation (l/j/type d’usagé). Calcul des réseaux de distribution consommateur de la dotation l/j/hab. l/j/tête l/j/lit l/j/élève l/j/ha L’évaluation du nombre d’habitant à un horizon futur se fait sur la base du taux population actuelle, dans le cas où la population suit une loi d’une de la forme : Pour calculer la consommation totale d’un projet, on calcule la consommation de ménage et équipement en se référant aux dotations choisies pour chaque type de
  • 39. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 25 II.2.3.1.4. Débit moyen Il exprime le débit moyen nécessaire pour un logement pour satisfaire ses besoins, son unité est le : l/s, il se calcule comme suit (M. Agoussine) : = ( / ) × 1000 24 × 3600 II.2.3.1.5. Débit de pointe journalier Il reflète le débit satisfaisant les besoins d'un logement pendant le jour où la demande est à son maximum. Pour calculer ce débit, on introduit la notion du coefficient de pointe journalier, qui varie pour tenir en compte des gaspillages, des pertes, ainsi que des erreurs d'estimations. Son unité est le : l/s, et sa formule est (M. Agoussine) : = × : Débit de pointe journalier en l/s. : Débit moyen en l/s : Coefficient de pointe journalier. II.2.3.1.6. Débit de pointe horaire Il définit le débit contentant les besoins en eau d'un logement pendant l'heure la plus chargée, il fait intervenir à son tour un coefficient de pointe horaire qui varie lui aussi pour les mêmes raisons. Son unité est le : l/s, et on utilise la formule suivante pour l'évaluer (M. Agoussine) : = × : Débit de pointe horaire en l/s : débit moyen en l/s : Coefficient de pointe journalier.
  • 40. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 26 II.2.3.2. Conduites de distribution Les conduites de distribution sont celles qui assurent le transport de l'eau stockée dans le réservoir vers les foyers. Elles doivent être conçues pour être aptes à véhiculer le débit de pointe horaire au contraire de celles d'adduction qui ne doivent supporter que le débit de pointe journalier. II.2.3.2.1. Les pertes de charge II.2.3.2.1.1. Pertes de charge linéaire Les pertes de charge linéaire sont dues d'une part, au frottement des filets d'eau en mouvements les uns sur les autres, et d'autre part, a leurs contacts avec les parois internes tout au long de la conduite. Pour les évaluer, on a utilisé depuis un temps une multitude de formules plus ou moins complexes. La plupart d'entre elles ont été abandonnées peu à peu à cause de la difficulté de leur application. En revanche, d'autres auteurs ont essayé de les transformer en tables pour faciliter leur utilisation, mais les plus connues restent les suivantes : a) Formule de Williams-Hazen C'est la plus utilisée aux Etats-Unis, et elle n'est applicable que pour les écoulements d'eau. Son expression est la suivante (Générale des eaux, 2009) : = 10.674. . . . . HL : perte de charge, en m Q : débit, en m3 /s L : longueur du tuyau, en m d : diamètre du tuyau, en m C : coefficient de rugosité de Hazen williams b) Formule de Darcy-Weisbach La formule de Darcy-Weisbach est théoriquement la plus correcte et là plus largement utilisée en Europe (Générale des eaux, 2009). Elle s'applique à tous les régimes d'écoulement et a tous les liquides.
  • 41. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 27 = 16Q 2 = V 2 J : gradient de pertes de charges enm/km V : vitesse de l'écoulement en m/s g : accélération de la pesanteur g =9.81 m/s2 D : diamètre en m  : Coefficient de frottement. 1 √ = −2log ( 3.71. + 2.51 . √ ) Après avoir calculé le gradient de pertes de charge il suffit de le multiplier par la longueur de la conduite : DH = J.L DH : perte de charge en m J : gradient de pertes de charge m/km L : longueur de la conduite en km c) Formule de Chézy-Manning La formule de Chézy-Manning est généralement utilisée pour les écoulements dans les canaux découverts (écoulement a surface libre) et pour les grands diamètres (Générale des eaux, 2009). = 10.294 × × × . HL = perte de charge, en m Q = débit, en m3/s L = longueur du tuyau, en m d = diamètre du tuyau, en m n = coefficient de rugosité de Manning
  • 42. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 28 d) Calcul par les tables de colébrook Il existe plusieurs tables qui permettent de calculer les pertes de charge spécifique chacune a un type de conduite, par exemple ce tableau qui montre celle du PVC : Tableau II.2 : Pertes de charge linéaire en cm/m conduites PVC (M. Agoussine) Débit Diamètre intérieur en mm m3/ h l/s 14.8 16.8 18.6 21 24 28 30 33.6 40 42 53 63.2 67.8 81 101 125 150 0.5 0.14 7 2.5 2 1.6 0.8 0.25 0.2 0.7 0.20 15 5.5 4 3 1.6 0.9 0.5 0.2 1 0.28 28 10 8 5.5 3 1.7 0.95 0.5 1.5 0.42 18 15 10 6 3 1.8 1 0.3 0.2 2 0.55 35 25 17 10 5.5 3 1.8 0.6 0.5 2.5 0.7 35 25 15 8.5 4.5 2.5 1.1 0.8 3 0.38 35 20 10 6.2 3.7 1.6 1.2 0.3 4 1.11 33 18 10 6 2.5 2 0.7 0.28 0.20 5 1.39 26 15 9 3.8 2.5 0.93 0.35 0.30 0.13 6 1.67 38 20 12 5.5 4 1.3 0.6 0.50 0.18 8 2.22 34 19 7.8 6 2 0.92 0.70 0.3 0.1 10 2.78 28 12 9.8 3 1.4 1 0.45 0.16 10 2.78 12 3.34 37 16 13 4.5 1.9 1.5 0.6 0.21 12 3.34 15 4.17 25 20 6.5 2.9 2 0.9 0.3 15 4.17 20 5.55 30 10 4.5 3.5 1.4 0.5 20 5.55 25 6.95 16 7 5 2 0.75 25 6.95 30 8.35 23 9 7 3 1 30 8.35 40 11.1 35 15 12 4.5 1.7 40 11.1 50 13.9 24 17 7 2.5 50 13.9 60 16.7 32 25 9.5 3.5 0.8 70 19.5 30 13 5 2 1.3 80 22.2 16 6 3.2 2.5 100 27.8 25 9 7 150 41.6 II.2.3.2.1.2. Pertes de charge singulière Tous les accessoires montent dans le réseau (coudes, vannes, tes, cône de réduction,), les déviations et les changements de diamètre sont à l‘origine des pertes de charge singulière. Leur influence n'est plus comparée aux pertes de charge linéaire, et par conséquent on les estime à 10% à 15% de celles-ci (M.Agoussine) : DH = (10 − 15)% DH DH : Pertes de charge singulière DH : Pertes de charge linéaire
  • 43. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 29 II.3. Modélisation des réseaux de distribution Un modèle hydraulique est une représentation mathématique du réseau de distribution permettant la simulation de son fonctionnement hydraulique. Il regroupe les différents éléments constitutifs d’un réseau : les conduites, certaines vannes et appareils de régulation, les pompes, les réservoirs et les interconnexions. Le modèle est basé sur une représentation schématique du réseau sous forme de nœuds et de tronçons :  Un tronçon correspond à un élément de conduite de caractéristiques homogènes. Il a deux nœuds d’extrémité ;  Un nœud pouvant joindre plusieurs tronçons correspond souvent à une ou plusieurs connexions de conduites. Un nœud peut aussi correspondre à un changement de diamètre ou plus généralement aux changements de caractéristiques d’une conduite.  Il peut être aussi intéressant de prévoir un nœud pour individualiser le branchement d’un gros consommateur ou pour positionner un poteau d’incendie.  La consommation est généralement répartie géographiquement aux différents nœuds au prorata des longueurs de tronçons. II.3.1. Les méthodes d’analyse des réseaux de distribution Au cours des quinze dernières années, la méthodologie du calcul des réseaux maillés de distribution d'eau en état permanent a beaucoup évolué, en liaison avec les possibilités nouvelles offertes par les ordinateurs. Vers le milieu des années soixante-dix, la Compagnie Générale des Eaux a souhaité disposer de nouveaux programmes, car ceux qui étaient en exploitation pré- sentaient quelques restrictions' qui n'étaient plus admises. II.3.1.1 Approche théorique d’analyse de réseaux Il peut aisément être montré que les équations descriptives de l’écoulement au sein d’un réseau sont non linéaires. Le nombre d’équations indépendantes disponibles étant généralement égal au nombre de paramètres inconnus, une solution est possible. Cependant, il n’existe pas de méthode directe pouvant résoudre ce type d’équations. Une procédure itérative est par conséquent nécessaire.
  • 44. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 30 Quatre méthodes sont en pratique communément utilisées pour la résolution de ces équations aboutissant à l’analyse des réseaux de distribution d’eau. Ce sont les méthodes de Hardy Cross, de Newton-Raphson, de l’approche linéaire, et des éléments finis. Dans ce travail, nous ne nous intéresserons qu’aux méthodes de Hardy Cross et de l’approche linéaire. a) Méthode de Hardy Cross Le Professeur Cross était probablement le premier à suggérer en 1936 une procédure itérative systématique pour l’analyse de réseaux. L’approche qu’il proposa à l’origine est basée sur les équations de correction du débit aux mailles. Cette approche est aussi connue sous le nom de méthode d’équilibre des charges. Un peu plus tard, le même principe fut appliqué aux équations de correction des charges aux nœuds. Cette approche est connue comme la méthode d’équilibre des débits. Chacune de ces approches est à présent connues sous le même nom de méthode de Hardy Cross. Le principe de la méthode se base sur la résolution des équations de correction du débit aux mailles en considérant le réseau entier comme composé d’un nombre de mailles fermées. Les débits estimés sont attribués à tous les conduits de telle façon que les équations de conservation du débit soient satisfaites. En considérant les mailles une à une, les pertes de charge sont calculées dans les conduits formant la maille. Les débits dans tous les conduits de la maille subissent la correction : b) Méthode de la théorie linéaire Puisqu’aucune méthode directe n’est disponible pour la résolution des équations impliquées dans l’analyse des réseaux qui sont non linéaires, une approche intéressante consisterait d’abord à les linéaires pour ensuite les résoudre. La solution est naturellement approchée, corrigée par l’application d’une procédure itérative. c)La méthode de Newton-Raphson La méthode de Newton-Raphson développe les termes non linéaires en séries de Taylor, néglige les résidus au de la des deuxièmes termes et ne considère ainsi que les termes
  • 45. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 31 linéaires. En conséquence, cette méthode linéarise les équations à travers une différentiation partielle. Elle est par conséquent générale et agit même quand les équations non linéaires sont transcendantes contenant donc des termes exponentiels, trigonométriques, hyperboliques ou logarithmiques. La non linéarité des équations décrivant un réseau de conduits est algébrique, uniforme et simple. Recherche de x tel que F(x)=0 Qi nouvelle valeur du débit calculée à partir de la fonction et de sa dérivée. La convergence vers la solution finale est accélérée parce qu’elle est quadratique c’est-à-dire que la diminution de l’erreur est proportionnelle au carré de l’erreur précédente. La méthode de Newton-Raphson nécessite de faire une estimation des débits au départ de l’itération. Un programme en C++ ouvrir avec MATLAB pour l’analyse de réseaux à l’aide de la méthode de Newton-Raphson donné dans ANNEXE II d) Méthode de linéarisation de Wood Charles Après voir écrit la loi des nœuds et la loi des mailles, l’on procède à la linéarisation des équations relatives aux pertes de charge pour accélérer la convergence vers la solution DH = ( ) × = Equation linéaire 1< n < 2 : Facteur d proportionnalité relative à la conduite i ( ) : Débit estimé dans le tronçon i ( ) : Débit à calculer dans le tronçon i à partir du débit estimé Après 3 itérations on reprendra ( ) = Cette méthode accélère la convergence vers la solution. Les lois applicables restent celles décrites dans la méthode de Hardy-Cross. Cette méthode a l’avantage de ne pas nécessiter l’évaluation des débits initiaux avant de commencer l’itération. A la première itération l’on suppose.
  • 46. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 32 = ′ ( ) = 1 Elles permettent d’intégrer plus facilement plusieurs sources de pressions (réservoirs, stations de pompage), d’introduire des vannes, et de simuler les ruptures de conduites. e) La méthode des éliment fini La méthode des éléments finis est une technique permettant de discrétiser l'espace et d'approximer par sous domaine la solution recherchée. Elle est basée sur une formulation intégrale du modèle mathématique à résoudre numériquement. La consistance et la généralité qui sous-tendent la méthode des éléments finis fournissent de nombreux avantages convenant particulièrement à cette recherche. Par exemple, sa flexibilité géométrique mène à une définition efficace des caractéristiques irrégulières communes aux canaux naturels. II.3.1.2.Approche numérique Parmi les méthodes présentées précédemment, celle dite de la théorie linéaire semble être la plus appropriée à la résolution des équations décrivant les phénomènes se tenant au sein de réseaux de conduits. Le logiciel de calcul se basera donc sur cette méthode. Néanmoins et dans un but de comparaison, la méthode de Hardy Cross a aussi été développée. II.3.2. Les objectifs de la modélisation La modélisation est la représentation schématique d’une réalité souvent complexe. L’objectif général de la modélisation des systèmes AFP est de comprendre ou de préciser les effets d’un phénomène prévisible non observable. Les objectifs spécifiques d’une modélisation peuvent être multiples  Détailler certaines fonctions du réseau (vitesse, pression) ;  Evaluer les capacités de stockage, de pompage ;  Simuler le fonctionnement des organes de régulation ;
  • 47. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 33  Simuler les scénarii de rupture de conduites sensibles ou le renforcement d’un réseau afin d’examiner sa capacité à répondre à une nouvelle demande ;  Connaître l’état d’un réseau existant ;  Connaître la qualité de l’eau ; II.3.3. Les Application des modèles des réseaux d'alimentation en eau potable La plupart des modèles des réseaux d'AEP peut être utiliser pour analyser d'autre systèmes de conduites sous pression, comme les systèmes de refroidissement industriels, les oléoducs, ou tout réseau de conduites à pleines sections transportant un fluide incompressible, monophasé, newtonien. Les modèles sont particulièrement importants pour les réseaux d'AEP vue leur topologie complexe, l’extension et le changement fréquent. Un réseau d'AEP alimente des centaines de milliers d'habitants (les grands réseaux alimentent des millions), ainsi, l'impact potentiel d'une décision de la part de l'organisme de gestion du réseau peut être énorme. Des simulations de réseau d'AEP sont employées pour différents objectifs comme :  Planification à long terme en tenant compte du développement et de la réhabilitation  Études de la protection contre les incendies  Analyse de la qualité de l'eau  Gestion de l'énergie  Conception du réseau  Efficacités opérationnelles quotidiennes dû à la formation d'opérateurs, la réaction aux situations d'urgences, et la maintenance II.3.4. Les Processus de la modélisation La modélisation est un processus itératif, la première étape en entreprenant n'importe quel projet de modélisation est de fixer les objectifs et les besoins pour lesquels le modèle sera employé à court et à long terme. La deuxième étape est le calibrage du modèle en précisant son exactitude. La modélisation concerne une série d'abstraction :
  • 48. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 34 D'abord les conduites et les pompes réelles dans le réseau sont représentées sur des cartes ; puis les cartes sont converties en modèle qui représentent les équipements du système comme des arcs et des nœuds, une autre couche d'abstraction est introduite, c'est la présentation mathématique des arcs et des nœuds ; les équations du modèle sont alors résolues, et les solutions sont affichées sous forme de cartes et de graphes ou sous forme de tableaux La valeur d'un modèle provient du rôle de ces abstractions en facilitant la conception efficace pour le développement du système, ou l'amélioration de son fonctionnement. II.3.5. Dimensionnement des réseaux par la simulation hydraulique Le terme simulation se rapporte généralement au processus d'imitation du comportement d'un système, dans notre travail en considère la simulation comme le processus de l'utilisation d'une représentation mathématique du système réel, cette représentation est appelée "modèle". La simulation d'un réseau de transfert ou de distribution qui reproduit le comportement dynamique d'un système existant ou projeté, est généralement appliqué, surtout dans les cas où on ne peut pas soumettre directement le système réel à l'expérimentation, ou afin d'évaluer un projet de système de distribution avant de le réaliser réellement. Des simulations peuvent être utilisées pour prévoir les réactions du système sous un éventail de conditions sans perturber le système en place, En utilisant la simulation les problèmes peuvent être prévus dans un système de transfert existant ou projeté et les solutions peuvent être évaluées avant que le temps, l'argent et le matériel ne soient investi dans un projet réel. Par exemple, si une entreprise chargée de la gestion du réseau de distribution veut vérifier si une nouvelle ramification destiner à fournir de l'eau avec un débit assez suffisant pour lutter contre l'incendie sans compromettre à la pression de service destinée aux abonnés existants, ce système peut être réalisé et testé directement sur le terrain, mais si un des problèmes ou des dysfonctionnements apparaissent, les dégâts, et le coût de la remise en état seraient énormes, La simulation peut fournir des informations valables à l'ingénieur pour prendre des décisions convenables, la simulation est un outil d'aide à la décision.
  • 49. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 35 La simulation peut être utilisée dans un état statique ou dynamique, la simulation à l'état statique est utilisée pour déterminer le comportement d'opération du système à cet état ; ce type d'analyse peut aider à déterminer l'effet à court terme du débit d'incendie ou de la demande moyenne sur le système. La simulation à l'état dynamique est utilisée pour évaluer les performances du système avec le temps, ce type d'analyse permet à l'utilisateur de modeler le remplissage et le vidange des réservoirs, régulariser l'ouverture et la fermeture des vannes, variations des débits à travers le système en fonction de la variation des conditions de la demande et mettre en place une stratégie de contrôle automatique. Les logiciels modernes de la simulation utilisent l'interface graphique, ce qui facilite des modèles et la visualisation des résultats de la simulation. Les anciennes générations de logiciel sont fondées sur la présentation des données et des résultats sous forme de tableaux Figure II.2 : Interface d'un logiciel et schéma d'un modèle
  • 50. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 36 II.3.6. Outils nécessaires pour établir un model hydraulique a) La base de données Elle s’articule autour de 2 types de données :  Les données statiques décrivant :  Le réseau : conduit (Longueur, Diamètre, Rugosité, …), altimétrie des nœuds ;  Les ouvrages : pompes, réservoirs, appareils de régulation ;  La répartition géographique de la consommation moyenne annuelle des nœuds. Ces données constituent le modèle physique.  Les données dynamiques comprenant :  Les profils journaliers de consommation des différents usagers considérés (domestiques, industriels, …)  Les règles de contrôle et d’asservissement des pompes, des réservoirs, des appareils de régulation, … b) Le logiciel de calcul Le logiciel de modélisation est constitué d’un moteur de calcul permettant la résolution des équations aux mailles de Hardy-Cross, d’un module de saisie des données et, le plus souvent, d’un module graphique permettant de visualiser les éléments modélisés et les résultats de simulation. Les logiciels de modélisation sont développés depuis les années 70. Ils ont connu une évolution, qui a vu l’apparition de plusieurs types de logiciel, qui sont listés ci-dessous :  Les logiciels statiques calculant la répartition des débits et des pressions sur le réseau à un instant donné. Développés dans les années 70, ils ont souvent été utilisés pour le dimensionnement des extensions et des renforcements dans les conditions de fonctionnement les plus critiques à savoir l’heure de pointe du jour de pointe.  Les logiciels statiques enchaînés, qui enchaînent des calculs statiques à un pas de temps défini par l’utilisateur. Les résultats d’un calcul à un pas de temps deviennent les hypothèses de calcul au pas de temps suivant. Ils n’intègrent pas les asservissements et la description des ouvrages y est relativement succincte. Ils ont
  • 51. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 37 été utilisés principalement pour l’étude en temps différé du comportement du réseau.  Les logiciels dynamiques qui fonctionnent sur le même principe d’enchaînement des calculs que les logiciels statiques enchaînés. Mais ils sont capables de prendre en compte toutes les consignes d’asservissement, d’affecter des variables de contrôle à chaque groupe de pompage avec des niveaux de priorité, de calculer les coûts énergétiques, de gérer plusieurs catégories de demande avec des profils différents. Certains logiciels reprennent les calculs si des consignes d’asservissement interviennent au cours d’un pas de temps, (comme consigne de pression d’arrêt atteinte ou de démarrage de pompe, Niveau de vidange complète d’un réservoir, …). Ces outils permettent plus généralement une meilleure prise en compte de la gestion du réseau et de ses ouvrages. Ils seront de ce fait utilisés pour l’optimisation des systèmes et l’aide à la décision pour la gestion des crises (rupture d’une conduite maîtresse, arrêt d’une unité de production, …). Les logiciels dynamiques de dernière génération intègrent également des algorithmes de propagation de substances réactives ou conservatrices permettant en théorie de suivre leur évolution dans le temps dans le réseau. L’utilisation encore récente de ces fonctionnalités a souvent pour objectif de diagnostiquer et d’optimiser les stratégies de chloration. II.3.7. Les logiciels de modélisation des réseaux d’AEP De nos jours, les outils de modélisation sont devenus incontournables à la gestion des réseaux d’eau potable. De plus en plus de gestionnaires de réseaux d’eau potable se dotent d’outils de modélisation pour encore mieux concevoir, gérer et prévoir l’évolution des ouvrages hydrauliques et la qualité de l’eau distribuée., II.3.7.1. Les algorithmes utilisent dans la modélisation hydraulique Les programmes informatiques des modèles hydrauliques différents dans leur formulation mathématique, deux méthodes sont généralement utilisées pour résoudre une des quatre formulations des équations de continuité et de conservation d'énergie qui sont nécessaire pour la mise en œuvre de logiciel de modélisation hydraulique :
  • 52. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 38  La méthode de Hardy Cross a permis la mise au point de plusieurs logiciels de calcul d'écoulement dans les réseaux maillés en charge et qui sont disponibles actuellement (exemple : LOOP). D'autres méthodes peuvent être utilisées pour le calcul des réseaux maillés. Parmi celles-ci, il y a des méthodes anciennes, qui ne sont plus utilisées actuellement, comme les méthodes graphiques, les méthodes utilisant l'analogie avec les circuits électriques et les méthodes basées sur la transformation du réseau en réseau ramifié équivalent. Suite au développement des ordinateurs et des méthodes numériques, d'autres méthodes, plus modernes et surtout plus rapides, sont proposées (exemple : la méthode de NewtonRaphson).  La méthode de Newton-Raphson (exemple: epanet).  La méthode de la théorie linéaire II.3.7.2. Quelques logiciels de simulation des réseaux Actuellement il existe plusieurs logiciels pour la modélisation et la gestion des eaux, parmi ces logiciels on peut citer :  AQUIS AQUIS (B. Coelho & A. Andrade-Campos, 2014) est un outil pour la modélisation et la gestion de la distribution de l'eau, c’est un programme qui comprend non seulement la simulation hydraulique mais également la conception et optimisation du réseau. Il intègre des modules de calibrage, SCADA et SIG. Il a la capacité à travailler en temps réel et en ligne. AQUIS a été développé par la société danoise Sept Technologies et est basé sur la technologie de deux plates-formes établies - LICWATER et WATNET (www.7t.dk/aquis).  AQUADAPT, Qui permet l'optimisation de l’énergie pour l'ensemble de réseau. Il intègre un module SCADA; (www.derceto.com/Products-Services/Derceto-Aquadapt〉;  EAU SYNERGEE L'eau est le successeur Synergee Stoner à leur origine les services Workstation Stoner. Eau Synergee est basé autour du produit de base Synergee développé pour le gaz et
  • 53. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 39 d'électricité et d'eau bien sûr. Stoner fait l'affirmation audacieuse que «Synergee est la famille la plus avancée de la modélisation des réseaux et des applications de gestion des modules disponibles dans le commerce". Offert en format modulaire, a Synergee modules pour permettre de relier les systèmes d'information à la clientèle, SCADA reliant, à l'isolement et la simplification du modèle principal (Http://www.advantica.biz).  ELYXAQUA Elyx Aqua est une application logicielle de gestion cartographique des réseaux, dédiée aux métiers de l'eau et de l'assainissement. Cette solution repose sur les modules de la suite logicielle Elyx : Elyx Office, Elyx Web, Elyx Manager et Elyx Mobile. Elyx Aqua s'appuie sur un modèle de données éprouvé, complet et adaptable afin d'intégrer toutes les données et ainsi répondre aux besoins fonctionnels exprimés. Les logiciels du Groupe STAR-APIC sont considérés comme les meilleures solutions SIG pour la gestion des réseaux d'eau et d'assainissement et ce, depuis de nombreuses années. En France et à ailleurs, de très nombreux gestionnaires de réseaux ont opté pour cette technologie. (http://www.star- apic.com/)  EPANET Le logiciel Epanet est né suite à une initiative du Congrès des Etats–Unis qui visait à protéger les ressources naturelles du pays. Dès lors, l’EPA (US Environnemental Protection Agency) a été chargée de développer des techniques permettant de mieux appréhender les écoulements et les transformations de l’eau dans un réseau d’adduction d’eau potable (www.epa.gov/ORD/NRMRL/wswrd/epanet.html).  FINESSE FINESSE est un produit bien connu du SCP. FINESSE a été développé par l'eau Software Systems WSS - Royaume-Uni. (www.eng.dmu.ac.uk/wssys/software.htm).  GANET Ganet est un produit de simulation basé sur l'utilisation d’Epanet et des algorithmes génétiques développés par l'Université d'Exeter en 1997 (http://www.ex.ac.uk/optimalsolutions)
  • 54. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 40  H2ONet H2ONet est un package d'AutoCAD, composé d'une suite complète d'outils. Il a un fort accent sur la vitesse, la facilité d'utilisation, et aussi un accent ferme sur la conception du réseau et des modules offrant de réadaptation pour concepteur et le gestionnaire du réseau. http://www.innovyze.com/products/  INFOWORKS Est le successeur de Windows InfoWorks Wallingford Software, basée sur le moteur de simulation WESNet. InfoWorks aussi est un module de simulation hydraulique et la qualité des eaux. Il est fortement basé sur le moteur de simulation WESNet  KANET KANET est un outil développé à Université de Karlsruhe les ingénieurs de l’IWG comme nstrument de planification. Le logiciel KANET est basé sur la décomposition du graphe du réseau et propose ainsi la possibilité de faire des simulations pour des parties du réseau simplifiées et pour différents cas de demande. De plus, le temps nécessaire aux calculs est réduit d’une manière efficace, ce qui est un facteur important lorsqu’il s’agit de traiter des données en temps réel www.kanet-wasserversorgung.de  NETBASE NetBase est développé par Crowder, une entreprise anglaise ( Crowder et co Ltd ), en 1985 au Royaume-Uni. NetBase est un système intégré de gestion de distribution d'eau et des réseaux d’assainissement. Il fournit les outils pour surveiller les performances de plusieurs façons, pour répondre aux exigences réglementaires, planifier, développer et exploiter des réseaux afin de répondre à des stratégies particulières de l'utilisateur final. NetBase remplit un concept simple mais puissant d'une seule base de données intégrée pour la gestion de la distribution et les réseaux d’assainissement et les systèmes de drainage. Ses interfaces avec les données et les applications en font à la fois souples et dynamique. (http://www.crowderconsult.co.uk/lang/en/netbase/content_pages/)
  • 55. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 41  PORTEAU Porteau est un logiciel de simulation hydraulique et de cinétique adapté aux réseaux d’eau sous pression. Il est développé par le Cemagref de Bordeaux en 2001. Il permet : une schématisation du réseau, la représentation de son fonctionnement en pointe, sur un horizon de plusieurs heures ou jours, la modélisation de la qualité avec temps de séjour, cinétique et traçage de provenances. Il est utile comme outil de gestion et d’aide au dimensionnement.  PICCOLO Piccolo est un logiciel de modélisation des réseaux d’eau potable, développé par le Safège en 1986. C’est un outil général de simulation des écoulements en charge dans les réseaux maillés. A partir des données du réseau, Piccolo calcule les vitesses, les pressions, les débits, l'évolution des niveaux de réservoirs…Les calculs peuvent concerner un régime statique ou dynamique, c’est un outil puissant de modélisation des réseaux de fluides (eau potable, eau surchauffée) (Pez G. et al., 1996)  RESODO RESODO permet de modéliser les réseaux de tout type et de toute dimension : petits réseaux ruraux, grands réseaux urbains, prise en compte d'une grande gamme d’équipements : réservoirs, pompes, vannes régulatrices, etc. Il propose de nombreux outils d'aide à l'utilisateur, parmi lesquels : calculs des pressions résiduelles, calculs de défense contre l'incendie, estimation des fuites, calculs de bilans, etc. RESODO utilise le moteur de calcul EPANET pour effectuer ses calculs hydrauliques et de qualité  StruMap StruMap est une version de Geodesys pour la modélisation hydraulique du progiciel SIG StruMap, en utilisant un moteur de simulation basée sur EPANET intégré au SIG. La modélisation avec StruMap offre une gamme complète de fonctionnalités : modélisation de la qualité de l'eau, évaluation des fuites, etc.
  • 56. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 42  Water CAD Est une application conviviale qui permet de modéliser le comportement hydraulique et la qualité de l’eau dans les réseaux de distribution. Pour gérer leurs infrastructures, de nombreux services publics, services municipaux et bureaux d’étude font confiance à Water CAD, un outil fiable et économique qui facilite la prise de décision. Du contrôle des systèmes de lutte contre les incendies à l’analyse de l’eau, de la consommation énergique et à la gestion des coûts, Water CAD aide à analyser, concevoir et optimiser les réseaux de distribution d’eau II.4. Conclusion Le problème de calcul des réseaux de distribution en charge est devenu de plus en plus compliqué ; ce calcul qui fait appel soit à des abaques ou à des tables pour le choix des diamètres soit à l'utilisation de programme et logiciels, ces derniers sont basés sur des relations et formules ou l'estimation et le choix de certains coefficients s'avère difficile et imprécis tel que le coefficient de Williams-Hazen qui remplace la rugosité absolue de la conduite, ce coefficient beaucoup utilisé dans certains pays Anglo-saxons pour l'évaluation du gradient hydraulique, les algorithmes traditionnels ont déjà été incapable de satisfaire le besoin de résoudre. La méthode de Hardy Cross malgré ses difficultés de convergence qui dépendent du choix des estimées initiales des débits dans les conduits, reste très utilisée par les bureaux d'étude dans l’analyse et la conception des réseaux de distribution d’eau. Son avantage réside probablement dans la facilité qu’elle offre pour la programmation ainsi que par son aptitude à être appliquée manuellement. La modélisation hydraulique n’est pas seulement un outil de calcul et de dimensionnement rapide et efficace, mais un moyen indispensable pour la conception, analyse, planification et gestion rationnelle des réseaux. La base d’un modèle hydraulique d’un système de transfert sous pression est la formulation mathématique des lois et équations des écoulements en charge, ce modèle
  • 57. Chapitre II. Calcul des réseaux de distribution 43 cherche à résoudre les équations de continuité et de conservation d’énergie, pour cela, nous avons vu que tous les modèles utilisent les méthodes suivantes pour résoudre ces équations : - Méthode de Hardy Cross - Méthode de la théorie linéaire - La méthode de Newton-Raphson - Méthode de linéarisation de Wood Charles - La méthode des éliment fini Depuis une vingtaine d'années, les nouvelles possibilités offertes par l'informatique ont permis la mise au point de nombreux logiciels de calcul d'écoulement dans les réseaux maillés. L’utilisation du logiciel informatique (EPANET, AutoCAD, Covadis) dans le calcul des réseaux d’AEP à certainement changer la qualité des résultats qui sont basés auparavant sur les applications numériques de diverses formules de calcul. Le chapitre trois sera consacré à la mise à jour du programme CRDEP.MMR élaborer en 2014 par A. DAHMANE , la mise à jour consiste à rendre le programme plus souple assurant les taches d’impression, de sauvegarde et lui ajouter une autre partie relative à la simulation des réseaux existants .
  • 58. Chapitre III : Mise à jour de programme CRDEP.MMR
  • 59. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 44 Chapitre III Mise à jour de programme CRDEP.MMR. III.1.Introduction L’objectif principal du présent chapitre est de faire une mise à jour de programme CRDEP.MMR. Version de (2014) C’est un programme de calcul des réseaux de distribution basé sur les relations de la méthode du model rugueux de référence MMR. Elaborée par ABDELAZIZ DAHMANE pour l’obtenir de mémoire de master en hydraulique urbaine promotion de juin 2014. Le programme proposé présente des anomalies telles que l’impression, la sauvegarde, la possibilité de modifier des données précédentes d’un réseau calculé auparavant. L’objectif est de porter des modifications sur l’ancien avec une licence GPL open source. Les modifications portent également sur l’insertion du programme SRD.MMR élaboré en 2015 par et qui gère la simulation de réseaux existants (principalement la détermination des débits en route dans un réseau existant). Donc le nouveau programme CRDEP.MMR 2016 englobe deux programmes en même temps le CRDEP.MMR 2014 pour le calcul d’un réseau à projeter et le SRD.MMR 2015 pour la simulation d’un réseau existant (figure III.1) est de faire une multi-Platform compatible avec des multi system d’exploitation :  Microsoft Windows XP, 7, 8, 8.1,10.  Linux  Unix  Apple macintosh  Smart phone (Android, IOS)
  • 60. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 45 Figure III.1 : Présentation générale du programme CRDEP.MMR 2016
  • 61. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 46 Figure III.2 : Le diagramme de calasses
  • 62. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 47 III.2 Outil de développement DELPHI RAD Studio Seattle (RAD (& IDE) Delphi est l'EDI Object Pascal le plus puissant du marché, associé à une bibliothèque de composants pour le développement natif multiplateforme, à des services cloud flexibles et à une connectivité étendue à l'IoT. Delphi intègre de puissants contrôles VCL pour Windows 10 et prend en charge le développement FMX pour Windows, Mac et systèmes mobiles. Delphi est la solution de référence pour accélérer les développements robustes d'entreprise (Enterprise Strong Development™). Il prend en charge une mémoire étendue pour les projets complexes et de multiples moniteurs et intègre un inspecteur d'objets amélioré et bien d'autres nouveautés. Delphi est cinq fois plus rapide pour développer et déployer des applications sur de multiples appareils bureautiques et mobiles, environnements cloud et bases de données (y compris sous Windows 10 32 et 64 bits). III.2.1.Multi système FireUI RAD Studio intègre le concepteur multisystème FireUI et une trame d'interface multiplateforme constituant la seule solution permettant de créer des applications natives compilées pour différents appareils à partir d'une seule base de code source. La plupart des autres éditeurs prenant en charge le développement natif multiplateforme exigent néanmoins que des interfaces spécifiques soient codées sur chaque plateforme. Figure III.3 : prévisualisation en cours de conception avec FireUI
  • 63. Chapitre III. RAD Studio est tout ce dont d'applications mobiles. Le nouveau module de prévisualisation applicatif FireUI accélère le développement en faisant gagner un temp III.2.2.Leader du développement d'applications IoT RAD Studio aide les développeurs à pleinement exploiter la puissance de l'Internet of Things (IoT). Ajoutez de nouvelles fonctionnalités à des applications bur existantes en leurs intégrants différents dispositifs services cloud, etc. L'écosystème de l'Internet des objets intègre quotidiennement toutes sortes de nouveaux gadgets et dispositifs mobiles. Leurs interconnexions ouvrent aux utilisateurs de toutes nouvelles perspectives d'expérience intégrant leur environnement physique. avec une bibliothèque complète de dispositifs IoT. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 48 RAD Studio est tout ce dont l’utilisateur a besoin pour se lancer dans le développement d'applications mobiles. Le nouveau module de prévisualisation applicatif FireUI accélère le développement en faisant gagner un temps considérable. Figure III.4 : Multisystème FireUI Leader du développement d'applications IoT RAD Studio aide les développeurs à pleinement exploiter la puissance de l'Internet of Things (IoT). Ajoutez de nouvelles fonctionnalités à des applications bureautiques et mobiles leurs intégrants différents dispositifs, capteurs, systèmes de données d'entreprise, L'écosystème de l'Internet des objets intègre quotidiennement toutes sortes de nouveaux les. Leurs interconnexions ouvrent aux utilisateurs de toutes nouvelles perspectives d'expérience intégrant leur environnement physique. avec une bibliothèque complète de dispositifs IoT. jour de programme CRDEP.MMR lancer dans le développement d'applications mobiles. Le nouveau module de prévisualisation applicatif FireUI accélère le RAD Studio aide les développeurs à pleinement exploiter la puissance de l'Internet of eautiques et mobiles , capteurs, systèmes de données d'entreprise, L'écosystème de l'Internet des objets intègre quotidiennement toutes sortes de nouveaux les. Leurs interconnexions ouvrent aux utilisateurs de toutes nouvelles perspectives d'expérience intégrant leur environnement physique. Delphi est livré
  • 64. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 49 Figure III.5 : Leader du développement d'applications IoT. Figure III.6 : Caractéristique de Delphi RAD
  • 65. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 50 III.3. Système de Gestion de Bases de Données Les applications utilisent évidement des données stockées dans une base de données. Pour créer cette base et la gérer convenablement, un utilisateur a besoin de la gestion des données en réseau. SQLite comme système de gestion de bases de données puisqu’il est portable et on peut déplacer les données facilement. SQLite est une bibliothèque écrite en C qui propose un moteur de base de données relationnelle accessible par le langage SQL. SQLite implémente en grande partie le standard SQL-92 et des propriétés ACID. Contrairement aux serveurs de bases de données traditionnels, comme MySQL ou PostgreSQL, sa particularité est de ne pas reproduire le schéma habituel client-serveur mais d'être directement intégrée aux programmes. L'intégralité de la base de données (déclarations, tables, index et données) est stockée dans un fichier indépendant de la plateforme. D. Richard Hipp, le créateur de SQLite, a choisi de mettre cette bibliothèque ainsi que son code source dans le domaine public, ce qui permet son utilisation sans restriction aussi bien dans les projets open source que dans les projets propriétaires. Le créateur ainsi qu'une partie des développeurs principaux de SQLite sont employés par la société américaine Hwaci2. SQLite est le moteur de base de données le plus distribué au monde, grâce à son utilisation dans de nombreux logiciels grand public comme Firefox, Skype, Google Gears, dans certains produits d'Apple, d'Adobe et de McAfee et dans les bibliothèques standards de nombreux langages comme PHP ou Python. De par son extrême légèreté (moins de 300 Kio3), il est également très populaire sur les systèmes embarqués, notamment sur la plupart des smartphones modernes : l'iPhone ainsi que les systèmes d'exploitation mobiles Symbian et Android l'utilisent comme base de données embarquée. Au total, on peut dénombrer plus d'un milliard de copies connues et déclarées de la bibliothèque.
  • 66. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 51 Figure III.7 : L’interface de SQlite. Tableau III.1 : Dictionnaire des données Nom Abréviation Type Table PVC PVC REAL Diamètres PEHD PEHD REAL Diamètres AMIANTE AMIANTE REAL Diamètres FONTE FONTE REAL Diamètres ACIER ACIER REAL Diamètres Nom de projet ID_Project INTEGER DNTrancons Numéro de tronçon NT INTEGER DNTrancons Nœud amont NAmont nvarchar DNTrancons Nœud aval Naval nvarchar DNTrancons Diamètre calculé DC REAL DNTrancons Type de conduite TC nvarchar DNTrancons Diamètre normalisé DN REAL DNTrancons Cote piézométrique amont CPAmont REAL DNTrancons Cote piézométrique aval CPAval REAL DNTrancons Pert de charge DHT REAL DNTrancons Le gradient de pet de charge J1 REAL DNTrancons Le D bar D REAL DNTrancons
  • 67. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 52 Le R bar R REAL DNTrancons Le facteur de correction (Ѱ) : Psi REAL DNTrancons Le coefficient de frottement F REAL DNTrancons Pert de charge 2 J2 REAL DNTrancons Pert de charge total PDCT REAL DNTrancons Débit corrige QCorrige REAL DNTrancons La vitesse V REAL DNTrancons La cote piézométrique 2 CPAmont_Result REAL DNTrancons Le diamètre normalisée intérieur DNint REAL DNTrancons Pert de charge total 2 PDCT2 REAL DNTrancons La vitesse calcule par Dcal Vcal REAL DNTrancons Le mot de passe Password nvarchar Logins Le nom de projet Project nvarchar Logins Type de réseau Type nvarchar Logins Statu de projet Status INTEGER Logins Le numéro de projet ID_Project INTEGER Tançons Le numéro de tronçon NT INTEGER Tançons Maille principal MP INTEGER Tançons Maille adjacent MA INTEGER Tançons Nœud amont NAmont nvarchar Tançons Nœud aval Naval nvarchar Tançons Sens d’écoulements Sens nvarchar Tançons Débit Q REAL Tançons Cot terrain naturel amont CTNAmont REAL Tançons Cot terrain naturel aval CTNAval REAL Tançons Pression au sol amont PSAmont REAL Tançons Pression au sol aval PSAval REAL Tançons Longueur de tronçon Long REAL Tançons Régusité abs Reguosite REAL Tançons Le débit corrigé Q2 REAL Tançons
  • 68. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 53 III.4.Principe de calcul du programme CRDEP.MMR (2014) Le logiciel se base dans le calcul du réseau maillé sur la méthode de HARDYCROSS qui repose sur deux lois, à savoir la loi des nœuds qui affirme que le débit entrant dans un nœud est quoiqu’il arrive égal au débit sortant de ce nœud quel que soit le nombre d’entrées et de sorties dans ce nœud. La loi des mailles dit quant à elle que la différence de charges ∆H (la charge égale à la somme de la pression et de la cote au sol au point considéré) entre deux nœuds est égale à la perte de charge entre ces deux nœuds (voir figure ci-après). Ainsi, le programme utilise les relations de la méthode MMR pour le calcul des diamètres et les pertes de charge en respectant la méthode de Hardy-Cross. III.4.1.Rappel des relations utilisées par les programmes CRDEP.MMR 2014 et SRD.MMR 2015 Proposée par Achour (2007), Professeur au département d’Hydraulique de Biskra et chef du laboratoire LARHYSS c’est une nouvelle méthode et approche pour le calcul de l'écoulement turbulent dans une conduite. Elle repose d'une part sur les relations universellement admises de Darcy-Weisbach et de Colebrook-White, et sur un modèle rugueux de référence d'autre part. Les relations explicites proposées par cette méthode donnent des résultats très acceptables. Elles s'appliquent dans toute la gamme de rugosités relatives 0≤  /D≤5.10-2 et pour toute valeurs du nombre de Reynolds R>2300. III.4.2.Etapes de calcul proposé a) Cas du programme CRDEP.MMR 2014 En application de cette méthode les principales relations utilisées sont celles de la théorie du modèle rugueux de référence d’une part et la relation de Darcy-Weisbach pour l’évaluation des gradients des pertes de charge d’autre part. Les étapes préconisées pour un tel calcul sont :  Proposition de pressions aux niveaux des nœuds (Pressions aux sols) variant entre 10 m.c.e et 40 m.c.e et qu’il faut vérifier après le calcul hydraulique (choix du diamètre) ;
  • 69. Chapitre III. Mise à jour de programme CRDEP.MMR 54  Détermination du gradient hydraulique J pour chaque tronçon suivant la relation : = ∆ℎ = − = − ( − ) , ( ) (01) Ps : Pression supposée au point considéré (m.c.e) ; CTN : Cote du terrain naturelle du premier point reliant le réseau au réservoir(m) ; CrR : Cote radié du réservoir (5m) ; L : Longueur du tronçon (m) ;  Elaboration d’une réparation arbitraire des débits (cas des réseaux maillés)  Détermination du diamètre géométrique D pour chaque tronçon en fonction des débits des tronçons et des gradients J en application de la relation (05) ou (06) ou (08).Cette évaluation repose sur le calcul des paramètres , ,  , et ∗ du modèle rugueux de référence. Selon la relation (02), le diamètre est : =(2 ) / / (02) Le nombre de Reynolds est, en vertu de la relation (03) pour = Q : = (03) Les paramètres permettent d’évaluer le facteur  selon la relation (04), soit : = 1.35 − log / . + . / (04) Le diamètre D se calcule par la relation (05), soit, = (05) Le nombre de Reynolds ∗ est donné par la relation : ∗ = ⁄ (06) Le diamètre peut se calculé aussi par la relation (07), après avoir évalué le nombre de Reynolds R en application de (08), soit :