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Formation au code EPANET
Water & Soils – Training
Dr. Robert WOUMENI
Version 2014.
1) Introduction.
2) Application de base
3) Consommation moyenne et Pompage
4) Les profils de modulation de la consommation
5) La gestion des réservoirs (les asservissements)
6) Faibles et fortes pressions et bornes à incendie.
7) Les vannes de régulation (stabilisateur aval, amont, …)
8) Les surpresseurs (courbe de pompe)
9) Interactions entre réservoirs
10) La chloration
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2
Formation au code EPANET
SOMMAIRE
Fournir de l’ eau de bonne qualité, et à une pression suffisante aux
consommateurs, tel est le challenge quotidien des entreprises de
distribution de l’ eau. Une bonne gestion s’appuie aujourd’hui sur
des outils de modélisation qui permettent: (1) de préciser les
études diagnostiques, (2) d’étudier par anticipation les situations
critiques, (3) d’optimiser les paramètres de fonctionnement dans
une approche économique, et (4) de réaliser des schémas
directeurs.
Ce cours vise à sensibiliser les futurs techniciens et ingénieurs à la
problématique de la gestion des réseaux d’ eau potable à l’
échelle d’ une ou de plusieurs communes par une approche
concrète et pratique reposant sur le logiciel EPANET, aujourd’hui
très utilisé de part le monde.
Le Logiciel EPANET a été développé par l’agence Américaine de
protection de l’Environnement (EPA) représentée par Lewis A.
Rossman que nous remercions très sincèrement.
Formation au code EPANET
I) Introduction
3
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4
Les études diagnostiques visent à déterminer les points de
dysfonctionnement d’un réseau d’eau potable. On passera en revue
les différents équipements, avec la question de savoir s’ils
remplissent correctement leurs fonctions.
Elles commencent par une campagne de mesures de:
Débit et pression en quelques points bien choisis;
Niveau dans les réservoirs;
Estimation des débits (nocturnes) de fuite par secteur;
Profils de modulation des consommations domestiques / industriels;
Essais de pression sur les bornes à incendie;
Vérification des vannes, des pompes et des régulations;
Evaluation de l’état des canalisations.
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I) Introduction
5
Les schémas directeurs correspondent à un programme pluriannuel,
dont l’objectif porte sur l’amélioration de la fonctionnalité globale du
réseau d’eau potable, sur les moyen et long termes, en prenant en
compte l’évolution de la demande (domestique et industrielle).
Il faudra donc mettre en adéquation les besoins et les ressources, et
envisager de façon planifiée les investissements à mettre en œuvre.
Ainsi, on peut selon les problèmes soulevés par l’analyse diagnostique,
penser à:
Installer des sur-presseurs ou des réducteurs de pression;
Remplacer des conduites très anciennes;
Trouver de nouveaux points de captage;
Revoir les consignes de régulation;
Installer un nouveau réservoir ou réhabiliter un ancien;
Augmenter le nombre de bornes incendie;…..
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I) Introduction
6
Un modèle, c’est la combinaison d’un outil de calcul, de mesures et
d’un ensemble d’hypothèses simplificatrices, dans le but de représenter
l’état et le fonctionnement d’un système hydraulique sur un site donné.
Pour un réseau d’eau potable, les grandeurs de sortie (pression, débit,
vitesse et niveau des réservoirs) sont obtenues à partir des grandeurs
d’entrée (altimétrie, géométrie des canalisations et des réservoirs,
consommations, profils de modulation) et des principaux paramètres
hydrauliques (pompages, consignes de régulation, états des vannes,
rugosité des conduites…)
Certains paramètres (tel que la rugosité) sont très difficiles à estimer. On
les ajuste en faisant correspondre, sur quelques points les grandeurs de
sortie calculées et mesurées. On parle alors de calage du modèle.
Un modèle calé (et validé) est un outil d’aide à la compréhension, pour
les études diagnostiques. C’est un outil pratiquement incontournable,
pour les schémas directeurs, car il permet de comparer plusieurs
solutions techniques, avant l’étape des évaluations financières.
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Formation au code EPANET
I) Introduction
7
Pour ce cours d’initiation au logiciel EPANET, on adoptera une approche
pas à pas, en réalisant successivement de petits cas de calcul avec un
degré de complexité croissant, afin de faciliter une prise en main rapide.
Les notes du cours sont à télécharger gratuitement sur le site :
www.water-soils-training.com
Le logiciel et sa documentation sont à récupérer à l’url suivante :
www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html
Choisir en bas de page : self-extracting installation program for epanet 2, et
epanet 2 users Manual (pdf), puis les copier dans votre répertoire de travail (Z).
NB. Il est demandé pour ce cours, de suivre les indications de départ
données par le Prof, puis de ne pas hésiter à se servir de la
documentation pour aller de l’avant en attendant les nouvelles consignes.
Le travail à rendre porte sur un exercice de synthèse, qui reprend plusieurs
des compétences acquises.
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Formation au code EPANET
I) Introduction
8
Pour cette application de base on va, sur une zone représentant un
quartier créer des nœuds, des conduites, mettre une bâche à la bonne
hauteur, puis lancer les calculs. Les nœuds étant disposer sur une légère
pente, on va vérifier que l’hydrostatique est respectée.
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2) Application de base
-Double cliquer sur la création des nœuds puis mettre les coordonnées (x , y) suivantes :
(50 , 5000)
(50 , 4000) ;
(50 , 3000) ; (1050 , 3000) ; (2050 , 3000) ; (3050 , 3000) ;
(50 , 2000) ; (1050 , 2000) ; (2050 , 2000) ; (3050 , 2000) ;
(50 , 1000) ; (1050 , 1000) ; (2050 , 1000) ; (3050 , 1000) ;
-Double cliquer sur les nœuds pour introduire les altitudes z=12m, z=13m, z=14m, z=15m,
z=16m sur chaque ligne (la plus basse en bas).
-Mettre les conduites entre les nœuds sans se soucier du sens (amont vers aval). Double
cliquer sur une conduite pour renseigner, la longueur (l=100 m), le diamètre (D= 160mm sur
les antennes et 320 mm sur le tronçon structurant en forme de L renversé), et la rugosité
selon Hazen-Williams (R=150 pour du neuf).
-Rajouter une bâche (petit reservoir dans la version anglaise) sur le point (-950 , 5000).
Renseigner une charge (Head dans la version anglaise) H=17m.
-Lancer une simulation (le bouton de raccourci c’est l’éclair jaune).
C’est l’application : test01-bachehaute-nœuds-conduites
NB. Les valeurs des coordonnées (x,y) n’interviennent pas dans les calculs.
9
-Faire: Map Junction Pressure, et Map Pipes Flow, pour afficher l’échelle de
pression, et de débit. On peut double cliquer sur l’échelle pour affiner les valeurs de
celle-ci.
-Faire: Project Default Hydraulics, et changer l’unité de débit pour mettre en l/mn
ou en l/s. Dans ce cas, l’unité de pression initialement en PSI, devrait passer
automatiquement en mCE.
-Faire: View Options Notation Display Node id’s (ou Display Link id’s), pour
numéroter les nœuds ou les conduites. Ce sera utile pour se repérer.
NB. Penser parfois à faire des zooms pour s’assurer par exemple que tous les nœuds
sont connectés, et que le schéma correspond bien à ce que l’on a souhaité saisir.
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2) Application de base
NB. On peut vérifier
que l’hydrostatique
est respectée.
Application : test01-
nœuds-conduites et bache
10
-Mettre sur chacun des 4x3=12 nœuds de consommation, la valeur suivante pour la
« base demand » (consommation moyenne) : 40 l/h= 0.67 l/min.
-Faire: View Options Flow arrows Style open, pour afficher les sens d’écoulement
dans les conduites.
-Lancer une simulation: Project Run Analysis (le bouton de raccourci c’est l’éclair
jaune). NB: A chaque que l’on fait des modifications, on doit relancer les calculs.
-Noter que les valeurs de débit lorsqu’on clique sur une conduite peuvent être positive
ou négative, selon une convention qui tient compte du nœud renseigné en premier.
Application : test02-bachehaute-consommation
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3) Consommation moyenne et Pompage
11
-Déplacer la bâche sur un point bas (-950, 1000), puis raccorder une pompe vers le
nœud (50, 1000). Il est important cette fois de respecter le sens de l’amont vers l’aval.
Double cliquer sur la pompe afin de renseigner le numéro d’une courbe de pompe (ex : n°1).
Faire: Data Pump curve pour renseigner la courbe de pompe n°1. Mettre un débit de
40x12=480 l/h =8 l/min, et une charge de 5m. Le logiciel proposera alors une courbe de
pompe passant par ce point de fonctionnement. Mais de façon générale, on peut renseigner
la courbe de pompe en introduisant plusieurs points (H, Q).
Le logiciel essaie par la suite de trouver un point de fonctionnement qui convienne à la
courbe de pompe, et aux besoins en charge et débit du réseau. Il arrive bien souvent que la
solution obtenu ne soit pas réaliste. Ce sera parfois dû à un mauvais jeu de
données/paramètres. Il ne faut pas perdre de vue que le nombre de paramètres (diamètres,
rugosité, altimetrie, etc….) est très élevé et que la résolution par itérations successives n’a
pas souvent une solution unique. Donc il faut en permanence vérifier la consistance des
données fournies.
-Lancer une simulation (le bouton de raccourci c’est l’éclair jaune).
-Refaire ensuite des simulations avec un débit insuffisant (ex : Q= 2 l/min) puis une charge
insuffisante (ex : H= 2 mCE) et noter vos observations. Reprendre avec un débit trop élevé
(ex : Q= 400 l/min) ou une charge trop importante (ex : H= 100 mCE). Ce qui permet d’avoir
un aperçu des messages transmis par le logiciel.
Application : test03-bâchebasse-pompe (figure en page 10).
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3) Consommation moyenne et Pompage
12
-A partir de l’application précédente, introduire une dynamique temporelle.
Faire: sur le browser (navigateur) Data Options Times Total duration=24h, puis
Data Options Time Hydraulic time step= 1h.
-Vérifier la loi des nœuds, et la loi des mailles.
- Pour créer un profil de modulation de la consommation (pattern en anglais),
faire: Data Pattern Edit (icône du petit tableau). Ensuite renseigner un n°
d’identification 1, 2, etc, puis les 24 coefficients multiplicatifs souhaités sur les tranches
horaires. En exemple, pour le pattern n°1, mettre 1 entre 0h et 12h puis 0 entre 13h
et 24h. Puis pour le pattern n°2, mettre 0 entre 0h et 12h suivis de 1 entre 13h et 24. Il
reste ensuite à cliquer successivement sur les 6 nœuds en bas à gauche, puis
renseigner le n°1 pour le « demand pattern » Prendre le n°2 pour les 6 nœuds en bas
à droite.
-Notez vos observations sur la relation entre pression et consommation sur les
différentes tranches horaires, pour les 2 secteurs du réseau.
NB. On peut aussi mettre un profil de fonctionnement sur une pompe, pour décider des
temps d’arrêt et de marche.
Application : test04-bâchebasse-pompe-modulationconsommation
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4) Les profils de consommation
13
• On va faire une première extension en rajoutant 6 nouveaux nœuds aux points
(3050, 4000) (4050, 4000) …….. (8050, 4000)
•Puis un réservoir au point (7050, 4000)
•Sur les 6 nœuds, on met une consommation de 80l/h (1.33 l/mn). Le pattern n°1 leur
sera appliqué par défaut, mais on peut créer un pattern n°3.
•Elévation du réservoir : 16m ; Niv mini=0m ; Niv maxi=3m ; Niv initial=0m
•Pour le diamètre, on procèdera de la façon suivante : la consommation maxi est de
40x12+80x6=960 l/h, soit 23000 l/jour. Connaissant, la hauteur d’eau dans le reservoir
3m, on en déduit la section (circulaire) S=7.7m2, soit un diamètre de D=3,12m.
•Le reservoir est raccordé au nœud (7050, 4000) par une conduite D=320mm,
longueur=100m, Coef HW=150.
•Le débit pour la courbe de pompe était précédemment de 8 l/mn, mais compte tenu de
la nouvelle demande, on va devoir modifier cette courbe. Ainsi, on introduit un point
(H,Q) tel que H=5m, Q=16 l/mn .
•Vérifier que le réservoir se remplit comme il se doit sur la journée : flèche entrante,
puis courbe de niveau (ascendante) sur 24h.
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4) Les profils de consommation
14
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4) Les profils de consommation
15
Application : test05-bâchebasse-pompe-reservoir
Le système précédent n’est pas du tout optimisé
comme le montre les évolutions croissantes de la
pression sur 3 nœuds (y compris le réservoir),
ainsi que le débit en sortie de pompe dans la
conduite n°7. On a aussi représenté la courbe de
pompe. Il y a donc nécessité à recherche un
meilleur fonctionnement, avec une bonne gestion
de réservoir.
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5) La gestion des réservoirs
A partir de l’application n°6 les altitudes sont prises x 10.
16
Application : test06-bâchebasse-pompe-reservoir-asservissement (temps)
On va ensuite prendre (H,Q)=(40m, 16l/mn) pour la courbe de pompe. Mais on
souhaite aussi remplir le réservoir, on va donc prendre (H,Q)=(40m, 48l/mn)
•Vérifier que le réservoir se remplit sur toute la journée et noter la hauteur max atteinte.
Ensuite faire : Data Controls Simple, et taper dans la fenêtre qui s’ouvre :
•LINK 14 CLOSED AT TIME 17
•Cela veut dire que l’organe hydraulique (pompe, vanne, etc…) qui se trouve sur la
conduite n°14 doit se fermer à 17 heures (temps compté depuis le début de la
simulation). NB : Il faut bien respecter la syntaxe.
•Puis observer les sens d’écoulement avant et après17h sur votre réseau. Vérifier
aussi la courbe de variation de niveau dans le réservoir.
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5) La gestion des réservoirs
On a donc fermer une
vanne dans la conduite
14 à 17h. On voit que
la pompe est arrêtée à
partir de cette heure.
Toutefois la demande
semble trop faible pour
amorcer une baisse
dans le réservoir.
17
•Application : test07-bâchebasse-pompe-reservoir-asservissement(niveau)
•Les instructions d’asservissement ont par exemple la syntaxe suivante:
•LINK 14 CLOSED IF NODE 22 ABOVE 2.4
•LINK 14 OPEN IF NODE 22 BELOW 2.3
•Cela veut dire que l’organe hydraulique (pompe, vanne, etc…) qui se trouve sur la
conduite n°14 doit :
se fermer si le réservoir (situé sur le nœud n°22) est au dessus du niveau 2.4m
s’ouvrir si le réservoir (situé sur le nœud n°22) est en dessous du niveau 2.3m
•Il faut penser à s’assurer que le niveau initial est compris dans la fourchette de
l’asservissement. Vérifier ensuite les cycles de marnage dans le réservoir, en réponse
à l’asservissement en niveau introduit.
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5) La gestion des réservoirs
Avec un asservissement en
niveau, on produit plus
facilement des marnages dans
le réservoir.
Dans le cas idéal, il faut marner
suffisamment en amplitude
avec peu de cycles, pour
réduire les coûts de pompage.
18
• Application : test08-bâchebasse-pompe-reservoir-faibles pressions
•On fait une 2ème extension vers le nord en rajoutant 4 nœuds, (sans
consommation dans 1 premier temps). Les autres caractéristiques
(longueurs de conduite, diamètres, etc..) étant identiques à celles des
nœuds voisins. Les 4 points ayant un dénivelé de 40m. On doit donc
à nouveau modifier la courbe de pompe. On propose (H,Q)=(80m,
48l/mn). Lorsque les nœuds de l’extension « Est » consomment (de
0h à 12h) les points de la nouvelle extension n’ont pas assez de
pression. Puis de 13h à 24h, les nœuds du nord ont des pressions
suffisantes voire élevées (cf. figures en page suivante).
Les valeurs guides pour un fonctionnement correct sont les suivantes:
2 < P < 6 bars
0.1 < V < 3 m/s
0.1 < Cl mg/l (qualité).
Borne incendie : 60 m3/h (pendant 2 h) sous 1 bar de
pression.
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6) Faibles et fortes pressions
19
Illustration de pressions insuffisantes à 5h (gauche), et correctes à 20h (droite).
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6) Faibles et fortes pressions
Comparaison des évolutions de
pression sur 24h pour un nœud
de la nouvelle extension (rouge)
et un nœud à l’ouest (vert).
20
En réalité, l’apparition de problèmes d’insuffisance de pression se
manifeste dans le logiciel par des messages d’alerte du type: « warning,
negative pressure at node n°33 ». Afin de contourner temporairement ce
problème, on a choisi de placer une vanne TOR sur la conduite n°26, que
l’on ferme sur la plage horaire à éviter.
• Application : test09-bâchebasse-pompe-reservoir-Vanne-TOR
•On testera ensuite le fonctionnement d’une vanne TOR (tout ou rien)
qui pour le logiciel, n’est rien d’autre qu’un tronçon de conduite. On
casse une conduite, pour introduire un nœud (attention à mettre la
bonne altitude) et 2 conduites de part et d’autre ayant les mêmes
caractéristiques qu’auparavant. On pourra ensuite, mettre des
instructions d’asservissement temporelle (ou de contrôle) du type
ouverture-fermeture à une heure donnée.
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6) Faibles et fortes pressions
21
• Application : test12b-bâchebasse-pompe-reservoir-Vanne-Surpresseur
• Les problèmes de pression de la zone Nord peuvent être résolus efficacement par
l’adjonction d’un surpresseur. On laisse en exercice, le soin de trouver les bons
paramètres pour un fonctionnement correct avec ce nouvel équipement.
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7) Les surpresseurs
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•Application : test10-bâchebasse-pompe-reservoir-Vanne-PRV
•Nous souhaitons à présent étudier le fonctionnement des vannes stabilisatrice aval
(PRV dans le logiciel Epanet). On doit renseigner une « Setting » pression de consigne
(Pcons dans les unités de pression utilisées). La vanne fonctionne de la façon
suivante selon les valeurs de la pression entre l’amont et l’aval:
•Pam > Pcons, c’est le mode actif de la vanne (en régulation afin d’ajuster la
pression sur le nœud aval à la valeur de la consigne, la vanne sera finalement dans un
état de fermeture partielle).
•Pam < Pcons, la vanne se met en ouverture totale.
•Pam < Paval, la vanne se met en fermeture totale (afin de s’opposer aux écoulements
en sens inverse).
•NB : Lorsque la valeur de la consigne est très élevée, la vanne a toute les chances
d’être en mode d’ouverture totale.
Nous avons placé 2 vannes PRV sur les zones Sud de notre exemple. Nous avons eu
quelques difficultés pour mettre en œuvre cet exemple. Comme pour de nombreux
logiciel, il ne faut pas s’étonner quand parfois les choses ne fonctionnent pas comme
elles devraient. Le grand conseil en modélisation porte sur la ténacité, et la
persévérance, en s’efforçant de contourner rationnellement le problème posé. Dans le
cas présent, l’exemple est devenu fonctionnel en changeant les unités de débit.
Passage de l/min à l/s. On peut étudier plus en détail les conséquences de ce
changement, et analyser aussi l’influence des valeurs de la consigne.
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8) Les vannes de régulation
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8) Les vannes de régulation
On peut apprécier le rôle des vannes PRV (stabilisatrice aval) placées sur les conduites
n°28 et n°29. Lorsque la pression est inférieure à la consigne ici égale à 30m, les
vannes sont inactives (donc ouverture totale, figure de gauche). Pour des pressions
supérieures à 45m (en rouge sur la figure de droite) les vannes passent en mode actif
(ouverture partielle afin de stabiliser en aval à 30m, couleur jaune).
24
• Application : test11-bâchebasse-pompe-reservoir-Vanne-PSV-Achat-d-Eau
•On a vu précédemment que les nœuds de la zone Nord avaient des problèmes de
pression entre 0h et 12h. On va leur mettre des demandes de 1 l/min sur cette plage
horaire (le problème devrait alors s’aggraver) puis simuler la situation d’un achat à un
syndicat voisin. Sur le nœud extrême, on va mettre une injection d’eau (par une
demande négative de -6 l/min), puis disposer un stabilisateur de pression amont
(Vanne PSV dans le logiciel Epanet). Précisons comment fonctionne cette vanne. On
doit renseigner une « Setting » pression de consigne (Pcons dans les unités de
pression utilisées).
•Pav < Pcons, c’est le mode actif de la vanne (en régulation afin d’ajuster la pression
sur le nœud amont à la valeur de la consigne, la vanne sera finalement dans un état
d’ouverture partielle).
•Pav > Pcons, la vanne se met en ouverture totale.
•Pav > Pamont, la vanne se met en fermeture totale (afin de s’opposer aux
écoulements en sens inverse).
•NB : Lorsque la valeur de la consigne est très basse, la vanne a toute les chances
d’être en mode d’ouverture totale.
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8) Les vannes de régulation
25
Après de nombreux essais, nous avons pu mettre en place une régulation à 4 bars
(couleur jaune) sur le nœud situé à l’extrême Nord.
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8) Les vannes de régulation
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• Application : test13-bâchebasse-pompe-2reservoirs-2VannesTOR
•On considère à présent une extension sur la zone Nord, avec le rajout de 6 nœuds
qui vont demander chacun 1 l/min à toutes les heures de la journée (pattern ou profil
de consommation n°3). Cette demande supplémentaire, sur une zone où on a déjà des
problèmes de pression, justifie le rajout d’un 2ème réservoir. On prendra pour aller vite,
des caractéristiques proche du premier réservoir, et on simplifiera les calculs en
imposant une pression initiale de Pini=2mCE.
• Application : test14-bâchebasse-pompe-2reservoirs-2VannesTOR-Optimiz
•Les vannes TOR seront ensuite asservies en temps, pour améliorer la gestion du
réseau. De même, on doit aussi régler les plages de fonctionnement de la pompe, afin
de réaliser des économies d’énergie.
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9) Interactions entre réservoirs
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Application : test15-bâchebasse-pompe-2reservoirs-2VannesTOR-Qualité-age
•Il y a 3 options dans le module qualité : Chemical pour étudier par exemple la
chloration, Age pour les temps de séjour des particules d’eau dans le réseau, et
Trace, pour évaluer le rayon d’influence d’un réservoir. Pour l’option Age,
faire : Data Options Age. Il faut ensuite demander à visualiser la variable « age» sur
les nœuds et la vitesse dans les conduites. Logiquement, les eaux les plus
« récentes » sont celles situées près de la station de pompage.
•Pour l’option Trace, il faut préciser le nœud (réservoir) que l’on souhaite tracer (suivre).
Les résultats sont donnés pour un nœud, en pourcentage d’eau issu du point tracé.
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10) La chloration
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Avant de poursuivre, nous donnons ci-après quelques fonctionnalités très utiles du logiciel
Epanet :
Pour faire défiler le temps de simulation, faire Browser Map puis le bouton PLAY.
Il est souvent utile de changer les paramètres de calcul sur toute une zone; faire :
Edit Select Region (fermer avec le clic droit) puis faire: Edit Group edit
Une option également très intéressante porte sur la possibilité de faire une requête, faire :
View Query Find Links with (diameter above 100 mm)
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10) La chloration
29
Il est conseillé de lancer l’option Trace avant la chloration afin d’avoir une idée claire de la zone
d’influence du futur point source. Ainsi, après avoir augmenté les consommations moyennes sur
les 3 zones d’un facteur 10, on peut voir les réservoirs Nord et Est ont encore peu d’influence, et
l’eau vient essentiellement de la zone Sud.
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10) La chloration
30
•Application : test17-bâchebasse-pompe-2reservoirs-2VannesTOR-Qualité-Chloration
•Pour injecter du chlore dans le réseau, il faut faire: Data Options Chemical. Puis
aller sur un réservoir (ou une bâche) et faire : Source Quality, puis dans la fenêtre qui
s’ouvre, mettre une valeur (exemple 10 mg/l) ainsi qu’un pattern (profil temporel) en cas
de besoin. Il faut également renseigner les constantes des réactions de disparition du
chlore dans les conduites et sur les parois. On prendra les valeurs suivantes :
Options Reactions Global bulk = -0.1 et Global wall = -0.5. Nous considérerons que
la dégradation du chlore est plus rapide sur les parois. En revenant sur le nœud
source, on peut aussi parfois renseigner « Initial quality », lorsqu’on souhaite gagner du
temps sur la mise en place du chlore dans le réseau.
•Enfin, on signalera encore des « buggs » possibles qui nous ont obligés à changer à
nouveau les unités de débit. l/s plutôt que l/min.
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10) La chloration
31
On souhaite simuler le comportement hydraulique d’un ensemble de trois petits villages, en
testant différentes conditions de fonctionnement. La distance d’un village à l’autre est d’environ
3 Km, et la consommation des habitants est de 200 l/hab/jour.
Il y a 2000 habitants dans le premier village situé le plus à l’Ouest. L’altitude moyenne est de
0m. On placera 15 nœuds de calcul, dont 1 pour le réservoir d’alimentation et un autre pour
une borne à incendie. On dispose d’un plan d’eau, et d’une station de pompage pour le service
en eau potable des habitants.
Le deuxième village se distingue du premier par les considérations suivantes:
On dénombre 3000 habitants qui seront répartis sur 24 nœuds de calcul (dont 1 pour le
réservoir et un autre pour une borne à incendie); l’altitude moyenne de ce village situé à l’Est
est de 40m, et on note la présence d’un industriel qui consomme 200/h entre 8h et 20h.
Pour le troisième village situé au nord, l’altitude moyenne est de 80m et les 1000 habitants sont
desservis par gravité à partir d’une source d’eau potable présente sur les hauteurs. On placera
10 nœuds de calcul dont un pour la réserve à incendie.
Dans un premier temps, il est demandé de simuler indépendamment le fonctionnement de
chaque village, en dimensionnant correctement les équipements (pompes, réservoirs,
conduites, vannes de régulation, commandes d’asservissements, etc…)
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EXERCICE
32
Ensuite, il faut réaliser les 3 scénarii suivants:
Scénario n°1: La source du village n°3 a subit une grave pollution et doit être abandonnée.
On propose de trouver une solution pour alimenter ces habitants depuis le deuxième village.
Scénario n°2: On reprend à partir du fonctionnement autonome de chaque village. Et cette
fois c’est la station de pompage du premier village qui est hors service pour plusieurs jours. Il
faut trouver une solution qui connecte les villages n°1 et 2, et optimise le fonctionnement des 2
réservoirs.
Scénario n°3: Sur le scénario précédent, on rajoute une option qualité en étudiant les
conditions d’une chloration satisfaisante.
Pour les 3 scénarii, il est demandé de tester le fonctionnement du réseau en condition
d’incendie. On imposera alors la demande appropriée sur le nœud prévu à cet effet, et on
étudiera les répercussions sur la courbe de pression en quelques points.
NB: Les solutions proposées doivent faire un bon compromis entre efficacité technique et
considérations économiques (coûts estimés).
NB: Le travail est à rendre sous la forme d’un compte rendu qui repose le problème à résoudre
et synthétise les résultats et observations (joindre les fichiers résultats après les avoir exportés
depuis Epanet, ou faire des copies écran pour illustrer l’argumentation).
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Formation au code EPANET
EXERCICE
33
A travers la démarche pédagogique proposée, on peut espérer avoir transmis des
compétences sur l’importante problématique de la gestion des réseaux d’eau
potable.
Le maniement du logiciel Epanet est un bon début pour un travail de modélisation,
mais il ne faut pas s’y tromper: la modélisation n’est pas un exercice facile. Parmi les
qualités requises, on peut citer : le souci de la rigueur scientifique, une certaine
ténacité et l’aptitude à trouver des idées et astuces pour mieux ‘’communiquer’’ avec
le logiciel. Ainsi, il ne suffit pas de récupérer le logiciel Epanet (gratuit) pour devenir
un bon modélisateur des réseaux d’eau potable.
Pour ces raisons des compléments de cours et parfois un travail de longue durée
seront nécessaires pour atteindre un bon niveau de compétence.
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CONCLUSION

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  • 1. Formation au code EPANET Water & Soils – Training Dr. Robert WOUMENI Version 2014.
  • 2. 1) Introduction. 2) Application de base 3) Consommation moyenne et Pompage 4) Les profils de modulation de la consommation 5) La gestion des réservoirs (les asservissements) 6) Faibles et fortes pressions et bornes à incendie. 7) Les vannes de régulation (stabilisateur aval, amont, …) 8) Les surpresseurs (courbe de pompe) 9) Interactions entre réservoirs 10) La chloration www.Water-Soils-Training.Com 2 Formation au code EPANET SOMMAIRE
  • 3. Fournir de l’ eau de bonne qualité, et à une pression suffisante aux consommateurs, tel est le challenge quotidien des entreprises de distribution de l’ eau. Une bonne gestion s’appuie aujourd’hui sur des outils de modélisation qui permettent: (1) de préciser les études diagnostiques, (2) d’étudier par anticipation les situations critiques, (3) d’optimiser les paramètres de fonctionnement dans une approche économique, et (4) de réaliser des schémas directeurs. Ce cours vise à sensibiliser les futurs techniciens et ingénieurs à la problématique de la gestion des réseaux d’ eau potable à l’ échelle d’ une ou de plusieurs communes par une approche concrète et pratique reposant sur le logiciel EPANET, aujourd’hui très utilisé de part le monde. Le Logiciel EPANET a été développé par l’agence Américaine de protection de l’Environnement (EPA) représentée par Lewis A. Rossman que nous remercions très sincèrement. Formation au code EPANET I) Introduction 3 www.Water-Soils-Training.Com
  • 4. 4 Les études diagnostiques visent à déterminer les points de dysfonctionnement d’un réseau d’eau potable. On passera en revue les différents équipements, avec la question de savoir s’ils remplissent correctement leurs fonctions. Elles commencent par une campagne de mesures de: Débit et pression en quelques points bien choisis; Niveau dans les réservoirs; Estimation des débits (nocturnes) de fuite par secteur; Profils de modulation des consommations domestiques / industriels; Essais de pression sur les bornes à incendie; Vérification des vannes, des pompes et des régulations; Evaluation de l’état des canalisations. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET I) Introduction
  • 5. 5 Les schémas directeurs correspondent à un programme pluriannuel, dont l’objectif porte sur l’amélioration de la fonctionnalité globale du réseau d’eau potable, sur les moyen et long termes, en prenant en compte l’évolution de la demande (domestique et industrielle). Il faudra donc mettre en adéquation les besoins et les ressources, et envisager de façon planifiée les investissements à mettre en œuvre. Ainsi, on peut selon les problèmes soulevés par l’analyse diagnostique, penser à: Installer des sur-presseurs ou des réducteurs de pression; Remplacer des conduites très anciennes; Trouver de nouveaux points de captage; Revoir les consignes de régulation; Installer un nouveau réservoir ou réhabiliter un ancien; Augmenter le nombre de bornes incendie;….. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET I) Introduction
  • 6. 6 Un modèle, c’est la combinaison d’un outil de calcul, de mesures et d’un ensemble d’hypothèses simplificatrices, dans le but de représenter l’état et le fonctionnement d’un système hydraulique sur un site donné. Pour un réseau d’eau potable, les grandeurs de sortie (pression, débit, vitesse et niveau des réservoirs) sont obtenues à partir des grandeurs d’entrée (altimétrie, géométrie des canalisations et des réservoirs, consommations, profils de modulation) et des principaux paramètres hydrauliques (pompages, consignes de régulation, états des vannes, rugosité des conduites…) Certains paramètres (tel que la rugosité) sont très difficiles à estimer. On les ajuste en faisant correspondre, sur quelques points les grandeurs de sortie calculées et mesurées. On parle alors de calage du modèle. Un modèle calé (et validé) est un outil d’aide à la compréhension, pour les études diagnostiques. C’est un outil pratiquement incontournable, pour les schémas directeurs, car il permet de comparer plusieurs solutions techniques, avant l’étape des évaluations financières. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET I) Introduction
  • 7. 7 Pour ce cours d’initiation au logiciel EPANET, on adoptera une approche pas à pas, en réalisant successivement de petits cas de calcul avec un degré de complexité croissant, afin de faciliter une prise en main rapide. Les notes du cours sont à télécharger gratuitement sur le site : www.water-soils-training.com Le logiciel et sa documentation sont à récupérer à l’url suivante : www.epa.gov/nrmrl/wswrd/dw/epanet.html Choisir en bas de page : self-extracting installation program for epanet 2, et epanet 2 users Manual (pdf), puis les copier dans votre répertoire de travail (Z). NB. Il est demandé pour ce cours, de suivre les indications de départ données par le Prof, puis de ne pas hésiter à se servir de la documentation pour aller de l’avant en attendant les nouvelles consignes. Le travail à rendre porte sur un exercice de synthèse, qui reprend plusieurs des compétences acquises. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET I) Introduction
  • 8. 8 Pour cette application de base on va, sur une zone représentant un quartier créer des nœuds, des conduites, mettre une bâche à la bonne hauteur, puis lancer les calculs. Les nœuds étant disposer sur une légère pente, on va vérifier que l’hydrostatique est respectée. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 2) Application de base -Double cliquer sur la création des nœuds puis mettre les coordonnées (x , y) suivantes : (50 , 5000) (50 , 4000) ; (50 , 3000) ; (1050 , 3000) ; (2050 , 3000) ; (3050 , 3000) ; (50 , 2000) ; (1050 , 2000) ; (2050 , 2000) ; (3050 , 2000) ; (50 , 1000) ; (1050 , 1000) ; (2050 , 1000) ; (3050 , 1000) ; -Double cliquer sur les nœuds pour introduire les altitudes z=12m, z=13m, z=14m, z=15m, z=16m sur chaque ligne (la plus basse en bas). -Mettre les conduites entre les nœuds sans se soucier du sens (amont vers aval). Double cliquer sur une conduite pour renseigner, la longueur (l=100 m), le diamètre (D= 160mm sur les antennes et 320 mm sur le tronçon structurant en forme de L renversé), et la rugosité selon Hazen-Williams (R=150 pour du neuf). -Rajouter une bâche (petit reservoir dans la version anglaise) sur le point (-950 , 5000). Renseigner une charge (Head dans la version anglaise) H=17m. -Lancer une simulation (le bouton de raccourci c’est l’éclair jaune). C’est l’application : test01-bachehaute-nœuds-conduites NB. Les valeurs des coordonnées (x,y) n’interviennent pas dans les calculs.
  • 9. 9 -Faire: Map Junction Pressure, et Map Pipes Flow, pour afficher l’échelle de pression, et de débit. On peut double cliquer sur l’échelle pour affiner les valeurs de celle-ci. -Faire: Project Default Hydraulics, et changer l’unité de débit pour mettre en l/mn ou en l/s. Dans ce cas, l’unité de pression initialement en PSI, devrait passer automatiquement en mCE. -Faire: View Options Notation Display Node id’s (ou Display Link id’s), pour numéroter les nœuds ou les conduites. Ce sera utile pour se repérer. NB. Penser parfois à faire des zooms pour s’assurer par exemple que tous les nœuds sont connectés, et que le schéma correspond bien à ce que l’on a souhaité saisir. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 2) Application de base NB. On peut vérifier que l’hydrostatique est respectée. Application : test01- nœuds-conduites et bache
  • 10. 10 -Mettre sur chacun des 4x3=12 nœuds de consommation, la valeur suivante pour la « base demand » (consommation moyenne) : 40 l/h= 0.67 l/min. -Faire: View Options Flow arrows Style open, pour afficher les sens d’écoulement dans les conduites. -Lancer une simulation: Project Run Analysis (le bouton de raccourci c’est l’éclair jaune). NB: A chaque que l’on fait des modifications, on doit relancer les calculs. -Noter que les valeurs de débit lorsqu’on clique sur une conduite peuvent être positive ou négative, selon une convention qui tient compte du nœud renseigné en premier. Application : test02-bachehaute-consommation www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 3) Consommation moyenne et Pompage
  • 11. 11 -Déplacer la bâche sur un point bas (-950, 1000), puis raccorder une pompe vers le nœud (50, 1000). Il est important cette fois de respecter le sens de l’amont vers l’aval. Double cliquer sur la pompe afin de renseigner le numéro d’une courbe de pompe (ex : n°1). Faire: Data Pump curve pour renseigner la courbe de pompe n°1. Mettre un débit de 40x12=480 l/h =8 l/min, et une charge de 5m. Le logiciel proposera alors une courbe de pompe passant par ce point de fonctionnement. Mais de façon générale, on peut renseigner la courbe de pompe en introduisant plusieurs points (H, Q). Le logiciel essaie par la suite de trouver un point de fonctionnement qui convienne à la courbe de pompe, et aux besoins en charge et débit du réseau. Il arrive bien souvent que la solution obtenu ne soit pas réaliste. Ce sera parfois dû à un mauvais jeu de données/paramètres. Il ne faut pas perdre de vue que le nombre de paramètres (diamètres, rugosité, altimetrie, etc….) est très élevé et que la résolution par itérations successives n’a pas souvent une solution unique. Donc il faut en permanence vérifier la consistance des données fournies. -Lancer une simulation (le bouton de raccourci c’est l’éclair jaune). -Refaire ensuite des simulations avec un débit insuffisant (ex : Q= 2 l/min) puis une charge insuffisante (ex : H= 2 mCE) et noter vos observations. Reprendre avec un débit trop élevé (ex : Q= 400 l/min) ou une charge trop importante (ex : H= 100 mCE). Ce qui permet d’avoir un aperçu des messages transmis par le logiciel. Application : test03-bâchebasse-pompe (figure en page 10). www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 3) Consommation moyenne et Pompage
  • 12. 12 -A partir de l’application précédente, introduire une dynamique temporelle. Faire: sur le browser (navigateur) Data Options Times Total duration=24h, puis Data Options Time Hydraulic time step= 1h. -Vérifier la loi des nœuds, et la loi des mailles. - Pour créer un profil de modulation de la consommation (pattern en anglais), faire: Data Pattern Edit (icône du petit tableau). Ensuite renseigner un n° d’identification 1, 2, etc, puis les 24 coefficients multiplicatifs souhaités sur les tranches horaires. En exemple, pour le pattern n°1, mettre 1 entre 0h et 12h puis 0 entre 13h et 24h. Puis pour le pattern n°2, mettre 0 entre 0h et 12h suivis de 1 entre 13h et 24. Il reste ensuite à cliquer successivement sur les 6 nœuds en bas à gauche, puis renseigner le n°1 pour le « demand pattern » Prendre le n°2 pour les 6 nœuds en bas à droite. -Notez vos observations sur la relation entre pression et consommation sur les différentes tranches horaires, pour les 2 secteurs du réseau. NB. On peut aussi mettre un profil de fonctionnement sur une pompe, pour décider des temps d’arrêt et de marche. Application : test04-bâchebasse-pompe-modulationconsommation www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 4) Les profils de consommation
  • 13. 13 • On va faire une première extension en rajoutant 6 nouveaux nœuds aux points (3050, 4000) (4050, 4000) …….. (8050, 4000) •Puis un réservoir au point (7050, 4000) •Sur les 6 nœuds, on met une consommation de 80l/h (1.33 l/mn). Le pattern n°1 leur sera appliqué par défaut, mais on peut créer un pattern n°3. •Elévation du réservoir : 16m ; Niv mini=0m ; Niv maxi=3m ; Niv initial=0m •Pour le diamètre, on procèdera de la façon suivante : la consommation maxi est de 40x12+80x6=960 l/h, soit 23000 l/jour. Connaissant, la hauteur d’eau dans le reservoir 3m, on en déduit la section (circulaire) S=7.7m2, soit un diamètre de D=3,12m. •Le reservoir est raccordé au nœud (7050, 4000) par une conduite D=320mm, longueur=100m, Coef HW=150. •Le débit pour la courbe de pompe était précédemment de 8 l/mn, mais compte tenu de la nouvelle demande, on va devoir modifier cette courbe. Ainsi, on introduit un point (H,Q) tel que H=5m, Q=16 l/mn . •Vérifier que le réservoir se remplit comme il se doit sur la journée : flèche entrante, puis courbe de niveau (ascendante) sur 24h. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 4) Les profils de consommation
  • 14. 14 www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 4) Les profils de consommation
  • 15. 15 Application : test05-bâchebasse-pompe-reservoir Le système précédent n’est pas du tout optimisé comme le montre les évolutions croissantes de la pression sur 3 nœuds (y compris le réservoir), ainsi que le débit en sortie de pompe dans la conduite n°7. On a aussi représenté la courbe de pompe. Il y a donc nécessité à recherche un meilleur fonctionnement, avec une bonne gestion de réservoir. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 5) La gestion des réservoirs A partir de l’application n°6 les altitudes sont prises x 10.
  • 16. 16 Application : test06-bâchebasse-pompe-reservoir-asservissement (temps) On va ensuite prendre (H,Q)=(40m, 16l/mn) pour la courbe de pompe. Mais on souhaite aussi remplir le réservoir, on va donc prendre (H,Q)=(40m, 48l/mn) •Vérifier que le réservoir se remplit sur toute la journée et noter la hauteur max atteinte. Ensuite faire : Data Controls Simple, et taper dans la fenêtre qui s’ouvre : •LINK 14 CLOSED AT TIME 17 •Cela veut dire que l’organe hydraulique (pompe, vanne, etc…) qui se trouve sur la conduite n°14 doit se fermer à 17 heures (temps compté depuis le début de la simulation). NB : Il faut bien respecter la syntaxe. •Puis observer les sens d’écoulement avant et après17h sur votre réseau. Vérifier aussi la courbe de variation de niveau dans le réservoir. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 5) La gestion des réservoirs On a donc fermer une vanne dans la conduite 14 à 17h. On voit que la pompe est arrêtée à partir de cette heure. Toutefois la demande semble trop faible pour amorcer une baisse dans le réservoir.
  • 17. 17 •Application : test07-bâchebasse-pompe-reservoir-asservissement(niveau) •Les instructions d’asservissement ont par exemple la syntaxe suivante: •LINK 14 CLOSED IF NODE 22 ABOVE 2.4 •LINK 14 OPEN IF NODE 22 BELOW 2.3 •Cela veut dire que l’organe hydraulique (pompe, vanne, etc…) qui se trouve sur la conduite n°14 doit : se fermer si le réservoir (situé sur le nœud n°22) est au dessus du niveau 2.4m s’ouvrir si le réservoir (situé sur le nœud n°22) est en dessous du niveau 2.3m •Il faut penser à s’assurer que le niveau initial est compris dans la fourchette de l’asservissement. Vérifier ensuite les cycles de marnage dans le réservoir, en réponse à l’asservissement en niveau introduit. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 5) La gestion des réservoirs Avec un asservissement en niveau, on produit plus facilement des marnages dans le réservoir. Dans le cas idéal, il faut marner suffisamment en amplitude avec peu de cycles, pour réduire les coûts de pompage.
  • 18. 18 • Application : test08-bâchebasse-pompe-reservoir-faibles pressions •On fait une 2ème extension vers le nord en rajoutant 4 nœuds, (sans consommation dans 1 premier temps). Les autres caractéristiques (longueurs de conduite, diamètres, etc..) étant identiques à celles des nœuds voisins. Les 4 points ayant un dénivelé de 40m. On doit donc à nouveau modifier la courbe de pompe. On propose (H,Q)=(80m, 48l/mn). Lorsque les nœuds de l’extension « Est » consomment (de 0h à 12h) les points de la nouvelle extension n’ont pas assez de pression. Puis de 13h à 24h, les nœuds du nord ont des pressions suffisantes voire élevées (cf. figures en page suivante). Les valeurs guides pour un fonctionnement correct sont les suivantes: 2 < P < 6 bars 0.1 < V < 3 m/s 0.1 < Cl mg/l (qualité). Borne incendie : 60 m3/h (pendant 2 h) sous 1 bar de pression. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 6) Faibles et fortes pressions
  • 19. 19 Illustration de pressions insuffisantes à 5h (gauche), et correctes à 20h (droite). www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 6) Faibles et fortes pressions Comparaison des évolutions de pression sur 24h pour un nœud de la nouvelle extension (rouge) et un nœud à l’ouest (vert).
  • 20. 20 En réalité, l’apparition de problèmes d’insuffisance de pression se manifeste dans le logiciel par des messages d’alerte du type: « warning, negative pressure at node n°33 ». Afin de contourner temporairement ce problème, on a choisi de placer une vanne TOR sur la conduite n°26, que l’on ferme sur la plage horaire à éviter. • Application : test09-bâchebasse-pompe-reservoir-Vanne-TOR •On testera ensuite le fonctionnement d’une vanne TOR (tout ou rien) qui pour le logiciel, n’est rien d’autre qu’un tronçon de conduite. On casse une conduite, pour introduire un nœud (attention à mettre la bonne altitude) et 2 conduites de part et d’autre ayant les mêmes caractéristiques qu’auparavant. On pourra ensuite, mettre des instructions d’asservissement temporelle (ou de contrôle) du type ouverture-fermeture à une heure donnée. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 6) Faibles et fortes pressions
  • 21. 21 • Application : test12b-bâchebasse-pompe-reservoir-Vanne-Surpresseur • Les problèmes de pression de la zone Nord peuvent être résolus efficacement par l’adjonction d’un surpresseur. On laisse en exercice, le soin de trouver les bons paramètres pour un fonctionnement correct avec ce nouvel équipement. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 7) Les surpresseurs
  • 22. 22 •Application : test10-bâchebasse-pompe-reservoir-Vanne-PRV •Nous souhaitons à présent étudier le fonctionnement des vannes stabilisatrice aval (PRV dans le logiciel Epanet). On doit renseigner une « Setting » pression de consigne (Pcons dans les unités de pression utilisées). La vanne fonctionne de la façon suivante selon les valeurs de la pression entre l’amont et l’aval: •Pam > Pcons, c’est le mode actif de la vanne (en régulation afin d’ajuster la pression sur le nœud aval à la valeur de la consigne, la vanne sera finalement dans un état de fermeture partielle). •Pam < Pcons, la vanne se met en ouverture totale. •Pam < Paval, la vanne se met en fermeture totale (afin de s’opposer aux écoulements en sens inverse). •NB : Lorsque la valeur de la consigne est très élevée, la vanne a toute les chances d’être en mode d’ouverture totale. Nous avons placé 2 vannes PRV sur les zones Sud de notre exemple. Nous avons eu quelques difficultés pour mettre en œuvre cet exemple. Comme pour de nombreux logiciel, il ne faut pas s’étonner quand parfois les choses ne fonctionnent pas comme elles devraient. Le grand conseil en modélisation porte sur la ténacité, et la persévérance, en s’efforçant de contourner rationnellement le problème posé. Dans le cas présent, l’exemple est devenu fonctionnel en changeant les unités de débit. Passage de l/min à l/s. On peut étudier plus en détail les conséquences de ce changement, et analyser aussi l’influence des valeurs de la consigne. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 8) Les vannes de régulation
  • 23. 23 www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 8) Les vannes de régulation On peut apprécier le rôle des vannes PRV (stabilisatrice aval) placées sur les conduites n°28 et n°29. Lorsque la pression est inférieure à la consigne ici égale à 30m, les vannes sont inactives (donc ouverture totale, figure de gauche). Pour des pressions supérieures à 45m (en rouge sur la figure de droite) les vannes passent en mode actif (ouverture partielle afin de stabiliser en aval à 30m, couleur jaune).
  • 24. 24 • Application : test11-bâchebasse-pompe-reservoir-Vanne-PSV-Achat-d-Eau •On a vu précédemment que les nœuds de la zone Nord avaient des problèmes de pression entre 0h et 12h. On va leur mettre des demandes de 1 l/min sur cette plage horaire (le problème devrait alors s’aggraver) puis simuler la situation d’un achat à un syndicat voisin. Sur le nœud extrême, on va mettre une injection d’eau (par une demande négative de -6 l/min), puis disposer un stabilisateur de pression amont (Vanne PSV dans le logiciel Epanet). Précisons comment fonctionne cette vanne. On doit renseigner une « Setting » pression de consigne (Pcons dans les unités de pression utilisées). •Pav < Pcons, c’est le mode actif de la vanne (en régulation afin d’ajuster la pression sur le nœud amont à la valeur de la consigne, la vanne sera finalement dans un état d’ouverture partielle). •Pav > Pcons, la vanne se met en ouverture totale. •Pav > Pamont, la vanne se met en fermeture totale (afin de s’opposer aux écoulements en sens inverse). •NB : Lorsque la valeur de la consigne est très basse, la vanne a toute les chances d’être en mode d’ouverture totale. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 8) Les vannes de régulation
  • 25. 25 Après de nombreux essais, nous avons pu mettre en place une régulation à 4 bars (couleur jaune) sur le nœud situé à l’extrême Nord. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 8) Les vannes de régulation
  • 26. 26 • Application : test13-bâchebasse-pompe-2reservoirs-2VannesTOR •On considère à présent une extension sur la zone Nord, avec le rajout de 6 nœuds qui vont demander chacun 1 l/min à toutes les heures de la journée (pattern ou profil de consommation n°3). Cette demande supplémentaire, sur une zone où on a déjà des problèmes de pression, justifie le rajout d’un 2ème réservoir. On prendra pour aller vite, des caractéristiques proche du premier réservoir, et on simplifiera les calculs en imposant une pression initiale de Pini=2mCE. • Application : test14-bâchebasse-pompe-2reservoirs-2VannesTOR-Optimiz •Les vannes TOR seront ensuite asservies en temps, pour améliorer la gestion du réseau. De même, on doit aussi régler les plages de fonctionnement de la pompe, afin de réaliser des économies d’énergie. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 9) Interactions entre réservoirs
  • 27. 27 Application : test15-bâchebasse-pompe-2reservoirs-2VannesTOR-Qualité-age •Il y a 3 options dans le module qualité : Chemical pour étudier par exemple la chloration, Age pour les temps de séjour des particules d’eau dans le réseau, et Trace, pour évaluer le rayon d’influence d’un réservoir. Pour l’option Age, faire : Data Options Age. Il faut ensuite demander à visualiser la variable « age» sur les nœuds et la vitesse dans les conduites. Logiquement, les eaux les plus « récentes » sont celles situées près de la station de pompage. •Pour l’option Trace, il faut préciser le nœud (réservoir) que l’on souhaite tracer (suivre). Les résultats sont donnés pour un nœud, en pourcentage d’eau issu du point tracé. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 10) La chloration
  • 28. 28 Avant de poursuivre, nous donnons ci-après quelques fonctionnalités très utiles du logiciel Epanet : Pour faire défiler le temps de simulation, faire Browser Map puis le bouton PLAY. Il est souvent utile de changer les paramètres de calcul sur toute une zone; faire : Edit Select Region (fermer avec le clic droit) puis faire: Edit Group edit Une option également très intéressante porte sur la possibilité de faire une requête, faire : View Query Find Links with (diameter above 100 mm) www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 10) La chloration
  • 29. 29 Il est conseillé de lancer l’option Trace avant la chloration afin d’avoir une idée claire de la zone d’influence du futur point source. Ainsi, après avoir augmenté les consommations moyennes sur les 3 zones d’un facteur 10, on peut voir les réservoirs Nord et Est ont encore peu d’influence, et l’eau vient essentiellement de la zone Sud. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 10) La chloration
  • 30. 30 •Application : test17-bâchebasse-pompe-2reservoirs-2VannesTOR-Qualité-Chloration •Pour injecter du chlore dans le réseau, il faut faire: Data Options Chemical. Puis aller sur un réservoir (ou une bâche) et faire : Source Quality, puis dans la fenêtre qui s’ouvre, mettre une valeur (exemple 10 mg/l) ainsi qu’un pattern (profil temporel) en cas de besoin. Il faut également renseigner les constantes des réactions de disparition du chlore dans les conduites et sur les parois. On prendra les valeurs suivantes : Options Reactions Global bulk = -0.1 et Global wall = -0.5. Nous considérerons que la dégradation du chlore est plus rapide sur les parois. En revenant sur le nœud source, on peut aussi parfois renseigner « Initial quality », lorsqu’on souhaite gagner du temps sur la mise en place du chlore dans le réseau. •Enfin, on signalera encore des « buggs » possibles qui nous ont obligés à changer à nouveau les unités de débit. l/s plutôt que l/min. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET 10) La chloration
  • 31. 31 On souhaite simuler le comportement hydraulique d’un ensemble de trois petits villages, en testant différentes conditions de fonctionnement. La distance d’un village à l’autre est d’environ 3 Km, et la consommation des habitants est de 200 l/hab/jour. Il y a 2000 habitants dans le premier village situé le plus à l’Ouest. L’altitude moyenne est de 0m. On placera 15 nœuds de calcul, dont 1 pour le réservoir d’alimentation et un autre pour une borne à incendie. On dispose d’un plan d’eau, et d’une station de pompage pour le service en eau potable des habitants. Le deuxième village se distingue du premier par les considérations suivantes: On dénombre 3000 habitants qui seront répartis sur 24 nœuds de calcul (dont 1 pour le réservoir et un autre pour une borne à incendie); l’altitude moyenne de ce village situé à l’Est est de 40m, et on note la présence d’un industriel qui consomme 200/h entre 8h et 20h. Pour le troisième village situé au nord, l’altitude moyenne est de 80m et les 1000 habitants sont desservis par gravité à partir d’une source d’eau potable présente sur les hauteurs. On placera 10 nœuds de calcul dont un pour la réserve à incendie. Dans un premier temps, il est demandé de simuler indépendamment le fonctionnement de chaque village, en dimensionnant correctement les équipements (pompes, réservoirs, conduites, vannes de régulation, commandes d’asservissements, etc…) www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET EXERCICE
  • 32. 32 Ensuite, il faut réaliser les 3 scénarii suivants: Scénario n°1: La source du village n°3 a subit une grave pollution et doit être abandonnée. On propose de trouver une solution pour alimenter ces habitants depuis le deuxième village. Scénario n°2: On reprend à partir du fonctionnement autonome de chaque village. Et cette fois c’est la station de pompage du premier village qui est hors service pour plusieurs jours. Il faut trouver une solution qui connecte les villages n°1 et 2, et optimise le fonctionnement des 2 réservoirs. Scénario n°3: Sur le scénario précédent, on rajoute une option qualité en étudiant les conditions d’une chloration satisfaisante. Pour les 3 scénarii, il est demandé de tester le fonctionnement du réseau en condition d’incendie. On imposera alors la demande appropriée sur le nœud prévu à cet effet, et on étudiera les répercussions sur la courbe de pression en quelques points. NB: Les solutions proposées doivent faire un bon compromis entre efficacité technique et considérations économiques (coûts estimés). NB: Le travail est à rendre sous la forme d’un compte rendu qui repose le problème à résoudre et synthétise les résultats et observations (joindre les fichiers résultats après les avoir exportés depuis Epanet, ou faire des copies écran pour illustrer l’argumentation). www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET EXERCICE
  • 33. 33 A travers la démarche pédagogique proposée, on peut espérer avoir transmis des compétences sur l’importante problématique de la gestion des réseaux d’eau potable. Le maniement du logiciel Epanet est un bon début pour un travail de modélisation, mais il ne faut pas s’y tromper: la modélisation n’est pas un exercice facile. Parmi les qualités requises, on peut citer : le souci de la rigueur scientifique, une certaine ténacité et l’aptitude à trouver des idées et astuces pour mieux ‘’communiquer’’ avec le logiciel. Ainsi, il ne suffit pas de récupérer le logiciel Epanet (gratuit) pour devenir un bon modélisateur des réseaux d’eau potable. Pour ces raisons des compléments de cours et parfois un travail de longue durée seront nécessaires pour atteindre un bon niveau de compétence. www.Water-Soils-Training.Com Formation au code EPANET CONCLUSION