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MODELISATION DES
RESEAUX HYDRAULIQUES
v1.0
Roland O. YONABA
ING. M. Sc. Eau & Environnement
Assistant d’Enseignement et de Recherche
Département Génie Civil & Hydraulique - 2iE
Email: ousmane.yonaba@2ie-edu.org
Introduction au modèle EPANET
OBJECTIFS DE SESSION
■ Comprendre les principes généraux de la modélisation des réseaux
hydrauliques
■ Etre capable d’effectuer une modélisation d’un réseau sous le
modèle EPANET
■ Etre capable d’effectuer une simulation
■ En situation statique (simulation courte durée)
■ En situation dynamique (simulation longue durée)
■ Etre capable de générer des rapports d’état de simulation
30.11.15 2
LA MODELISATION DES
RESEAUX HYDRAULIQUES
01. GENERALITES
■ La modélisation hydraulique consiste à effectuer la simulation
(informatique) du comportement d’un fluide à travers un système
d’écoulement.
■ Le modèle hydraulique droit fournir une vision globale et juste du
réseau, afin de reproduire au mieux la réalité
■ En élaborant des scénarios qui seront simulés sur le modèle
hydraulique du réseau, il sera possible de mieux comprendre et de
prévoir son comportement afin d’anticiper certains
dysfonctionnements.
30.11.15
Définition de la modélisation hydraulique
4
01. GENERALITES
■ 1936 : Hardy-Cross publie un algorithme itératif pour
la résolution des réseaux maillés en régime
permanent
■ 1970 : Apparition des premiers modèles pour l’analyse
des réseaux tels KYPIPE (Wood)
■ 1990 : Introduction des techniques de résolution des
phénomènes transitoires (coups de bélier)
■ 1993 : Publication d’EPANET (Lewis A. Rossman)
■ 1996 : Sortie de H20Net (MWH Soft), basé sur le
modèle EPANET, avec interfaces GUI et CAD.
30.11.15
Quelques dates de la modélisation hydraulique
5
Hardy Cross
1885-1950
Lewis A. Rossman
01. GENERALITES
■ Nécessité de connaitre les méthodes de calcul des réseaux
d’adduction et de distribution pour leur dimensionnement, mais
l’ingénieur devra toujours chercher à vérifier la robustesse et la
fiabilité du système qu’il a dimensionné
■ L’ élaboration de scénarios passe par la réponse à la question :
« que peut-il se passer sur le réseau et à quel moment ? Quels
changements seront entraînés ? »
■ Par suite, il faut décider s’il est nécessaire de changer des
éléments du réseaux pour s’adapter à des situations particulières
■ Attention au surdimensionnement!
30.11.15
Scénarios de la modélisation hydraulique (1/2)
6
01. GENERALITES
■ Quelques exemples de scénarios :
■ Débits maximums ou minimum
■ Extension de réseau
■ Rupture d’une ou de plusieurs conduites, etc.
■ La simulation de différents scénarios permet de contrôler :
■ Les vitesses d’écoulements et les pertes de charge en tronçon
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■ Plus un réseau est robuste, plus il est en mesure de s’adapter à
différents scénarios et meilleure est sa fiabilité
30.11.15
Scénarios de la modélisation hydraulique (2/2)
7
PRESENTATION DU
MODELE EPANET
01. EPANET
■ Un logiciel de simulation du
comportement hydraulique et
qualitatif de l’eau sur longue durée
dans un réseau d’eau sous pression
■ EPANET calcule :
■ le débit dans chaque tuyau
■ La pression à chaque nœud
■ Le niveau d’eau dans les
réservoirs
■ La concentration en substances
chimiques dans le réseau et les
temps de séjour
30.11.15
Ce qu’est EPANET
9
01. EPANET
■ Taille de réseau illimitée
■ Formules de Hazen-Williams, Darcy-Weisbach et Chezy-Manning
■ Sait calculer les pertes de charge singulières aux coudes, joints
■ Sait modéliser les pompes (même à vitesse variable), l’énergie
consommée et le coût de fonctionnement
■ Sait modéliser différents types de vannes (clapets anti retour,
vannes de contrôle de pression, vannes d’arrêt, etc.).
■ Sait modéliser les réservoirs à forme variable
■ Sait modéliser un profil de consommation variable à un nœud ou
une consommation dépendante de la pression (asperseur)
■ Permet la simulation du réseau par commandes simples ou
horodatées
30.11.15
Capacités de modélisation hydraulique d’EPANET
10
01. EPANET
■ Logiciel EPANET (v2)
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30.11.15
Où obtenir EPANET
11
02. AUTRES MODELES
30.11.15
Logiciels du commerce pour la modélisation des réseaux hydrauliques
12
MODELISATION D’UN RESEAU
Application pratique
01. EPANET
30.11.15
Interface utilisateur
14
1.
1. Barre de menus
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de réseau
3. Barre d’outil
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simulation
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2. 3.
4.
5. 6. 7. 8.
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30.11.15
Réseau à modéliser
15
Réservoir
• Côte radier : 250 m
• Niveau initial : 1 m
• Niveau maximal : 6 m
• Diamètre : 20 m
Bâche : Côte : 210 m
Pompe : Q = 42 l/s – HMT = 45 m
03. MODELISATION DE RESEAU
30.11.15
Configuration d’un nouveau projet
16
■ Configurer les options par
défaut de projet
■ Menu Projet > Par Défaut
■ Configurer les options d’affichage
■ Menu Affichage > Options
Schéma > Affichage
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■ Cocher Visualiser ID Arcs
03. MODELISATION DE RESEAU
30.11.15
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17
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03. MODELISATION DE RESEAU
30.11.15
Construction du réseau
18
■ A l’aide de la barre d’outils Schéma, représenter dans l’espace de
travail
■ Les nœuds (sources et demandes)
■ Positionner les bâches
■ Positionner les nœuds de demande
■ Positionner les réservoirs
■ Positionner les tuyaux
■ Positionner les singularités (pompes, vannes)
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■ Apprendre à effectuer des déplacements des nœuds de
demande et des nœuds de construction des tuyaux courbes
03. MODELISATION DE RESEAU
30.11.15
Saisie des propriétés des objets (1/2)
19
■ Définir les propriétés de la bâche
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■ Définir les propriétés du réservoir
■ Altitude du radier
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■ Définir les propriétés des tuyaux
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Dans le Navigateur de données, sous l’onglet
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03. MODELISATION DE RESEAU
30.11.15
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20
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forme Q-V, Q-H, Q-ΔH, Q-ƞ
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01. MODELISATION DE RESEAU
30.11.15
Sauvegarder et exporter un projet
21
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SIMULATION DE RESEAU
EN REGIME PERMANENT
Application pratique
01. SIMULATION D’UN RESEAU
30.11.15
Calcul d’un réseau en régime permanent
23
■ Exécuter la simulation statique :
■ Menu Projet > Lancer la simulation
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01. SIMULATION D’UN RESEAU
30.11.15
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24
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■ Générer un tableau d’état des nœuds et des arcs du réseau
01. SIMULATION D’UN RESEAU
30.11.15
Création de rapports graphiques
25
■ Créer un graphique de type profil
longitudinal
■ Rapport > Graphique > Profil
longitudinal
■ Ajouter les nœuds à représenter
et définir le paramètre concerné
SIMULATION LONGUE DUREE
Application pratique
01. SIMULATION D’UN RESEAU
30.11.15
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27
■ Définir les options de temps
■ Navigateur de données > Onglet Données > Options > Temps
■ Définir la Durée Totale de la simulation
■ Définir l’intervalle Courbes Modulation
Périodes Facteur
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6h-12h 1,3
12h-18h 1,0
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Ici, l’intervalle est de 6 h
01. SIMULATION D’UN RESEAU
30.11.15
Courbe de modulation de la demande
28
Définir la courbe de modulation de la demande
dans Navigateur de données > Onglet Données
> Courbes de modulation > Ajouter
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Simulation
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30.11.15
Exécution de la simulation longue durée
29
■ Exécuter la simulation :
■ Menu Projet > Lancer la simulation
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Analyse
■ Utiliser les boutons Avance, Recule, Arrêt et
Remise à Zéro de l’onglet Schéma du
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■ Visualiser l’évolution des débits et pressions
aux arcs et aux nœuds du réseau pendant la
simulation longue durée.
■ Remarquer aussi les inversions d’écoulement
dans certains tuyaux
01. SIMULATION D’UN RESEAU
30.11.15
Création d’un graphe d’évolution
30
■ Créer un graphique de type Graphe
d’évolution
■ Rapport > Graphique > Graphe
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■ Ajouter les nœuds à représenter et
définir le paramètre concerné
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Introduction au modèle EPANET

  • 1. MODELISATION DES RESEAUX HYDRAULIQUES v1.0 Roland O. YONABA ING. M. Sc. Eau & Environnement Assistant d’Enseignement et de Recherche Département Génie Civil & Hydraulique - 2iE Email: ousmane.yonaba@2ie-edu.org Introduction au modèle EPANET
  • 2. OBJECTIFS DE SESSION ■ Comprendre les principes généraux de la modélisation des réseaux hydrauliques ■ Etre capable d’effectuer une modélisation d’un réseau sous le modèle EPANET ■ Etre capable d’effectuer une simulation ■ En situation statique (simulation courte durée) ■ En situation dynamique (simulation longue durée) ■ Etre capable de générer des rapports d’état de simulation 30.11.15 2
  • 4. 01. GENERALITES ■ La modélisation hydraulique consiste à effectuer la simulation (informatique) du comportement d’un fluide à travers un système d’écoulement. ■ Le modèle hydraulique droit fournir une vision globale et juste du réseau, afin de reproduire au mieux la réalité ■ En élaborant des scénarios qui seront simulés sur le modèle hydraulique du réseau, il sera possible de mieux comprendre et de prévoir son comportement afin d’anticiper certains dysfonctionnements. 30.11.15 Définition de la modélisation hydraulique 4
  • 5. 01. GENERALITES ■ 1936 : Hardy-Cross publie un algorithme itératif pour la résolution des réseaux maillés en régime permanent ■ 1970 : Apparition des premiers modèles pour l’analyse des réseaux tels KYPIPE (Wood) ■ 1990 : Introduction des techniques de résolution des phénomènes transitoires (coups de bélier) ■ 1993 : Publication d’EPANET (Lewis A. Rossman) ■ 1996 : Sortie de H20Net (MWH Soft), basé sur le modèle EPANET, avec interfaces GUI et CAD. 30.11.15 Quelques dates de la modélisation hydraulique 5 Hardy Cross 1885-1950 Lewis A. Rossman
  • 6. 01. GENERALITES ■ Nécessité de connaitre les méthodes de calcul des réseaux d’adduction et de distribution pour leur dimensionnement, mais l’ingénieur devra toujours chercher à vérifier la robustesse et la fiabilité du système qu’il a dimensionné ■ L’ élaboration de scénarios passe par la réponse à la question : « que peut-il se passer sur le réseau et à quel moment ? Quels changements seront entraînés ? » ■ Par suite, il faut décider s’il est nécessaire de changer des éléments du réseaux pour s’adapter à des situations particulières ■ Attention au surdimensionnement! 30.11.15 Scénarios de la modélisation hydraulique (1/2) 6
  • 7. 01. GENERALITES ■ Quelques exemples de scénarios : ■ Débits maximums ou minimum ■ Extension de réseau ■ Rupture d’une ou de plusieurs conduites, etc. ■ La simulation de différents scénarios permet de contrôler : ■ Les vitesses d’écoulements et les pertes de charge en tronçon ■ Les pressions aux divers nœuds du réseau ■ La répartition des débits dans les mailles de réseau, etc. ■ Plus un réseau est robuste, plus il est en mesure de s’adapter à différents scénarios et meilleure est sa fiabilité 30.11.15 Scénarios de la modélisation hydraulique (2/2) 7
  • 9. 01. EPANET ■ Un logiciel de simulation du comportement hydraulique et qualitatif de l’eau sur longue durée dans un réseau d’eau sous pression ■ EPANET calcule : ■ le débit dans chaque tuyau ■ La pression à chaque nœud ■ Le niveau d’eau dans les réservoirs ■ La concentration en substances chimiques dans le réseau et les temps de séjour 30.11.15 Ce qu’est EPANET 9
  • 10. 01. EPANET ■ Taille de réseau illimitée ■ Formules de Hazen-Williams, Darcy-Weisbach et Chezy-Manning ■ Sait calculer les pertes de charge singulières aux coudes, joints ■ Sait modéliser les pompes (même à vitesse variable), l’énergie consommée et le coût de fonctionnement ■ Sait modéliser différents types de vannes (clapets anti retour, vannes de contrôle de pression, vannes d’arrêt, etc.). ■ Sait modéliser les réservoirs à forme variable ■ Sait modéliser un profil de consommation variable à un nœud ou une consommation dépendante de la pression (asperseur) ■ Permet la simulation du réseau par commandes simples ou horodatées 30.11.15 Capacités de modélisation hydraulique d’EPANET 10
  • 11. 01. EPANET ■ Logiciel EPANET (v2) ■ Site web de l’USEPA (en anglais) ■ Site web de SIGEA (en français) ■ Documentation EPANET (v2) ■ User Manual, format PDF (en anglais) ■ Manuel utilisateur, format PDF (en français) ■ Guide rapide de présentation, format PDF (en français) ■ Didacticiel EPANET, format DOC (en français) 30.11.15 Où obtenir EPANET 11
  • 12. 02. AUTRES MODELES 30.11.15 Logiciels du commerce pour la modélisation des réseaux hydrauliques 12
  • 14. 01. EPANET 30.11.15 Interface utilisateur 14 1. 1. Barre de menus 2. Fenêtre de schéma de réseau 3. Barre d’outil 4. Barre d’état 5. Unités 6. Icône d’état de simulation 7. Editeur de propriétés 8. Navigateur 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
  • 15. 02. CAS APPLICATIF 30.11.15 Réseau à modéliser 15 Réservoir • Côte radier : 250 m • Niveau initial : 1 m • Niveau maximal : 6 m • Diamètre : 20 m Bâche : Côte : 210 m Pompe : Q = 42 l/s – HMT = 45 m
  • 16. 03. MODELISATION DE RESEAU 30.11.15 Configuration d’un nouveau projet 16 ■ Configurer les options par défaut de projet ■ Menu Projet > Par Défaut ■ Configurer les options d’affichage ■ Menu Affichage > Options Schéma > Affichage ■ Cocher Visualiser ID Nœuds ■ Cocher Visualiser ID Arcs
  • 17. 03. MODELISATION DE RESEAU 30.11.15 Prise en main des barres d’outils Standard et Schéma 17 Menu Affichage > Barre d’Outils
  • 18. 03. MODELISATION DE RESEAU 30.11.15 Construction du réseau 18 ■ A l’aide de la barre d’outils Schéma, représenter dans l’espace de travail ■ Les nœuds (sources et demandes) ■ Positionner les bâches ■ Positionner les nœuds de demande ■ Positionner les réservoirs ■ Positionner les tuyaux ■ Positionner les singularités (pompes, vannes) ■ Note: ■ Apprendre à effectuer des déplacements des nœuds de demande et des nœuds de construction des tuyaux courbes
  • 19. 03. MODELISATION DE RESEAU 30.11.15 Saisie des propriétés des objets (1/2) 19 ■ Définir les propriétés de la bâche ■ Altitude (charge totale) ■ Définir les propriétés du réservoir ■ Altitude du radier ■ Niveaux initial, Minimal et maximal ■ Diamètre ■ Définir les propriétés des tuyaux ■ Longueur, diamètre, rugosité ■ Définir les demandes de base et altitudes aux nœuds de demande Dans le Navigateur de données, sous l’onglet Données, choisir l’élément à éditer dans la liste déroulante pour afficher l’Editeur de propriétés
  • 20. 03. MODELISATION DE RESEAU 30.11.15 Saisie des propriétés des objets (2/2) 20 ■ Navigateur de données > Courbes > Ajouter. ■ EPANET accepte la représentation de la courbe de la pompe sous la forme Q-V, Q-H, Q-ΔH, Q-ƞ ■ Choisir Type > Caractéristique
  • 21. 01. MODELISATION DE RESEAU 30.11.15 Sauvegarder et exporter un projet 21 ■ Enregistrer le projet sous format binaire (Fichier *.NET) ■ Fichier > Enregistrer ou Enregistrer Sous ■ Enregistrer le projet sous format texte (Fichier *.INP) ■ Fichier > Exporter > Réseau Le projet pourra être réimporté via Fichier > Ouvrir ou Fichier > Importer
  • 22. SIMULATION DE RESEAU EN REGIME PERMANENT Application pratique
  • 23. 01. SIMULATION D’UN RESEAU 30.11.15 Calcul d’un réseau en régime permanent 23 ■ Exécuter la simulation statique : ■ Menu Projet > Lancer la simulation ■ Barre d’outils Schéma > Exécuter Analyse ■ Observer les : ■ codes couleurs aux nœuds et arcs dans Affichage > Légende ■ Valeurs calculées sur les nœuds et arcs  Afficher les valeurs et flèches d’écoulement sur le réseau pour vérification graphique dans Affichage > Options Schéma  Affichage > Visualiser Valeurs des nœuds et Valeurs des arcs  Flèches d’Ecoulement > Plein
  • 24. 01. SIMULATION D’UN RESEAU 30.11.15 Création de rapport tabulés 24 ■ Barre d’outils Schéma > Tableau ■ Générer un tableau d’état des nœuds et des arcs du réseau
  • 25. 01. SIMULATION D’UN RESEAU 30.11.15 Création de rapports graphiques 25 ■ Créer un graphique de type profil longitudinal ■ Rapport > Graphique > Profil longitudinal ■ Ajouter les nœuds à représenter et définir le paramètre concerné
  • 27. 01. SIMULATION D’UN RESEAU 30.11.15 Courbe de modulation de la demande 27 ■ Définir les options de temps ■ Navigateur de données > Onglet Données > Options > Temps ■ Définir la Durée Totale de la simulation ■ Définir l’intervalle Courbes Modulation Périodes Facteur 0h-6h 0,5 6h-12h 1,3 12h-18h 1,0 18h-24h 1,2 Ici, l’intervalle est de 6 h
  • 28. 01. SIMULATION D’UN RESEAU 30.11.15 Courbe de modulation de la demande 28 Définir la courbe de modulation de la demande dans Navigateur de données > Onglet Données > Courbes de modulation > Ajouter Attribuer la courbe de modulation à tous les nœuds de demande par défaut dans Projet > Options de Simulation
  • 29. 01. SIMULATION D’UN RESEAU 30.11.15 Exécution de la simulation longue durée 29 ■ Exécuter la simulation : ■ Menu Projet > Lancer la simulation ■ Ou Barre d’outils Schéma > Exécuter Analyse ■ Utiliser les boutons Avance, Recule, Arrêt et Remise à Zéro de l’onglet Schéma du Navigateur de données ■ Visualiser l’évolution des débits et pressions aux arcs et aux nœuds du réseau pendant la simulation longue durée. ■ Remarquer aussi les inversions d’écoulement dans certains tuyaux
  • 30. 01. SIMULATION D’UN RESEAU 30.11.15 Création d’un graphe d’évolution 30 ■ Créer un graphique de type Graphe d’évolution ■ Rapport > Graphique > Graphe d’évolution ■ Ajouter les nœuds à représenter et définir le paramètre concerné