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Chapitre 3
Les réservoirs et les châteaux d’eau
1. Introduction :
Dans ce troisième chapitre, on va présenter des généralités sur les réservoirs et les
châteaux d’eau, leurs classifications et les différentes méthodes de calcul et de
dimensionnement.
2. Définition :
Un réservoir est une enveloppe contenant un liquide ; ce liquide est généralement de
l’eau, soit potable (réservoir d’eau des distributions publiques), soit usée (eau
d’égouts).
Ces réservoirs peuvent entre soit posés sur le sol, soit légèrement enterrés, soit sur
des pylônes de grandes hauteurs (châteaux d’eau)
Le réservoir est un ouvrage hydraulique de stockage d’eau, soit à la consommation
publique ou à usage industriel.
Figure 1 : les réservoirs d’eau
2
3. Exigences technique à satisfaire dans la construction d’un réservoir :
Un bon réservoir doit satisfaire aux conditions suivantes :
 Résistance : le réservoir doit équilibrer en toutes ces parties les efforts auxquels
il est soumis.
 Etanchéité : les parois de réservoir doivent être étanches pour éviter les fuites
d’eau
 Durabilité : le réservoir doit durer dans le temps ; dans ce cas le béton doit
conserver ces propriétés initiales.
4. Classification des réservoirs :
Les réservoirs peuvent être classés selon :
4.1. La position du réservoir par rapport au sol :
 Réservoirs construits au niveau de sol ou peu enterré
Au niveau de sol Semi-enterré
 Sur pylônes : les châteaux d’eau
 Sur bâtiment : pour alimenter par exemple un bâtiment
Pylônes
3
Réservoir sur un bâtiment
4.2. La forme :
 Les réservoirs carrés ; rectangulaires ; circulaires ; de forme quelconque
4.3. Le mode de fermeture :
 Les réservoirs non couverts (Bassins)
 Les réservoirs couverts
Bassin Réservoir
4.4. Matériaux de construction :
 Métallique
 En béton armé
 En maçonnerie
 En béton précontraint
Remarque :
L’emplacement du réservoir doit être à un niveau supérieur à celui de
l’agglomération (on a une alimentation gravitaire). Lorsque le terrain ne présente pas
de points assez hauts, on construit un château d’eau.
5. Orgasitation de la distribution de l’eau :
4
6. Equipement de réservoirs :
 Conduite d’arriver ou d’alimentation (d’adduction)
 Conduite de départ ou de distribution
 Conduite de vidange
1 : source 2 : Traitement
3
4
5
5
 Conduite de trop plein (pour évacuer l’excès d’eau en cas de défaillance du
système d’arrêt.
Figure 3 : Réservoir semi enterré cylindrique et ces équipements
7. La constitution générale des réservoirs :
7.1. Réservoirs circulaire posés sur le sol :
 Un radier plein
 Des parois en BA
 Une couverture
Le radier peut être nervuré
En cas d’un réservoir de grande dimension (D > 30 m) ; on ajoute des poteaux pour
soutenir la couverture
Couverture
Parois
Radier
6
Pour renforcer les parois (cas de très grande réservoirs) ; on ajoute des contreforts
7.2. Réservoirs sur pylônes (châteaux d’eau) :
Le château d’eau comporte trois éléments :
 La cuve
 Les pylones
 Les fondations
Figure 4 : les châteaux d’eau
La cuve : elle comporte : la couverture, les parois et le fond
La couverture peut être constituée par :
1. Un cône
2. Un cône et une coupole
3. Une dalle plate
Pylônes
Cuve
Couverture
Paroi
7
4. Une coupole sphérique ou parabolique

Figure 5 : La couverture
Les parois : les parois peuvent prendre plusieurs formes :
 Cylindrique
 Conique
 Tronconique
 Hyperbolique
Cylindrique Conique Tronconique
Figure 6 : Les parois
A la jonction couverture paroi ; on dispose une ceinture circulaire
Le fond : est constitué d’une dalle pleine en BA de forme plane ou coupole
Les pylônes : c’est le support de la cuve, et qui peut prendre deux formes ; pylône
sur poteaux ou pylône sur tour
Pylones sur poteaux : leur nombre est de 4 à 8, ils peuvent être verticaux ou inclinés.
1
2 3
4
8
Pylônes sur tour : ils peuvent être constitués d’un simple voile mince d’épaisseur
constante ou variable, ou un voile mince mené des nervures verticales
Figure 5 : châteaux d’eau (pylône sur tour)
8. Détermination de la capacité d’un réservoir :
Généralement, les réservoirs doivent avoir une capacité de stockage suffisante pour
alimenter une agglomération de manière constante.
Le volume de stockage d’un réservoir peut être calculé par la formule suivante :
9
: Contenu de l’eau restant dans le réservoir calculé pour chaque heure (%)
: Consommation maximale journalière (m3
)
: Volume max de stockage
Avec :
: Coefficient d’irrégularité journalière max (dépend de la variation de la
consommation dans le temps, les fuites, le gaspillage…)
: Consommation moyenne journalière (m3
/j)
∑
q : la quantité d’eau journalière pour les différents besoins (domestique, écoles,
sanitaire, administration, socio-culturelle…)
: Nombre d’habitation à l’horizon donné
Besoins Dotation l/jour/habitant
Domestique
Ecoles
Sanitaires
Administration
150 à 200
10 à 20
5 à 10
10
Exemple :
Besoins Dotation l/jour Nombre de consommateur
Domestique
Ecoles
Sanitaires
150
20
10
2000
300
50
3
Donc :
10
Pour calculer Pmax, il faut calculer le volume cumulé d’alimentation (d’entrée) et le
volume de consommation pour chaque heure.
| | | |
heure Volume d’alimentation Volume consommé ΔV
1
2
3
.
.
Si on prend par exemple Pmax = 20%
3 3
9. Méthode de calcul des réservoirs :
Réservoir circulaire posé sur le sol :
La pression due à l’eau à la base de réservoir peut être calculée par :
Donc chaque bande sera tendue avec un effort tangentiel de :
D : diamètre de réservoir
La section d’acier est :
p
On a le calcul classique qui consiste à diviser la paroi
en tranches de 1 m de hauteur à partir de bas. Chaque
tranche est soumise à une charge trapézoïdale calculée
par :
P5
P4
P3
P2
P1
𝑄1
𝑃1 𝑃2
𝑄2
𝑃2 𝑃3
𝑄3
𝑃3 𝑃4
Q1
Q2
Q3
Q4
h
11
Contrainte de traction de l’acier
Pour calculer l’épaisseur de la paroi e, il faut que :
1
Avec n = 15
 Cette méthode néglige l’influence du radier et de la couverture qui empêchent
la déformation des parois sous l’influence des efforts tangents.
Généralement le radier de réservoir est parfaitement encastré en bas ; la distribution
des moments est schématisée sur la figure ci-dessous :
Diagramme des moments
A. Méthode de Lossier :
2
2
1
2
Le point à partir duquel l’influence de radier est pratiquement nulle est :
3
M0
M’
x2
x1
x3
h
12
Avec :
√
D : diamètre de réservoir
e : l’épaisseur de la paroi
B. Méthode de Lebelle :
On calcule
On calcule l’effort de traction pour chaque tranche :
Calculer la section pour chaque Z/h :
⁄
Le moment vertical pour chaque Z/h :
3
13
Vérifier la contrainte de traction de béton :
14
Chapitre 4. Les coupoles
Définition :
Une coupole est une voûte hémisphérique, ou elliptique ou polygonale. Les grandes
coupoles hémisphériques sont apparues dans l’architecture Romaine.
Figure 1. modèle 3D d’une coupole Islamique
15
Les éléments principaux d’une coupole :
A. Les arcs doubles : qui relient d’une pile à l’autre
Figure 2. Arcs doubleaux d’une coupole
B. Eléments de transition :
 Pendentif : triangle qui se trouve entre les arcs :
Figure 3. pendentifs
 Trompe (figure 1)
C. Dômes : les techniques utilisées pour le couvrement des coupoles :
 Coupole à nervures rayonnantes
 Coupole à nervures entrecroisées
Figure 4. Coupole à nervures Figure 5. Coupole à nervures
rayonnantes. entrecroisées.
16
Coupoles en béton armé :
e : l’épaisseur de la coupole (couverture)
R : rayon de la courbure
f : la flèche
D : diamètre
La surface d’une coupole est :
Avec :
2
Calcul des charges :
Poids de la coupole :
Calcul des efforts :
4 4
2
2 2
Avec : r est le rayon de la coupole
L’effort normal de compression N :
√ 2 2
Le ferraillage :
[
2
]
R
f
e
V
H
N
D
17
Exemple d’un ferraillage d’une coupole
Exemple :
D = 12m Neige = 0,5 kN/m2
e = 7cm Rayon de courbure = 16,96 m
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 calculer le poids de la coupole ?

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  • 1. 1 Chapitre 3 Les réservoirs et les châteaux d’eau 1. Introduction : Dans ce troisième chapitre, on va présenter des généralités sur les réservoirs et les châteaux d’eau, leurs classifications et les différentes méthodes de calcul et de dimensionnement. 2. Définition : Un réservoir est une enveloppe contenant un liquide ; ce liquide est généralement de l’eau, soit potable (réservoir d’eau des distributions publiques), soit usée (eau d’égouts). Ces réservoirs peuvent entre soit posés sur le sol, soit légèrement enterrés, soit sur des pylônes de grandes hauteurs (châteaux d’eau) Le réservoir est un ouvrage hydraulique de stockage d’eau, soit à la consommation publique ou à usage industriel. Figure 1 : les réservoirs d’eau
  • 2. 2 3. Exigences technique à satisfaire dans la construction d’un réservoir : Un bon réservoir doit satisfaire aux conditions suivantes :  Résistance : le réservoir doit équilibrer en toutes ces parties les efforts auxquels il est soumis.  Etanchéité : les parois de réservoir doivent être étanches pour éviter les fuites d’eau  Durabilité : le réservoir doit durer dans le temps ; dans ce cas le béton doit conserver ces propriétés initiales. 4. Classification des réservoirs : Les réservoirs peuvent être classés selon : 4.1. La position du réservoir par rapport au sol :  Réservoirs construits au niveau de sol ou peu enterré Au niveau de sol Semi-enterré  Sur pylônes : les châteaux d’eau  Sur bâtiment : pour alimenter par exemple un bâtiment Pylônes
  • 3. 3 Réservoir sur un bâtiment 4.2. La forme :  Les réservoirs carrés ; rectangulaires ; circulaires ; de forme quelconque 4.3. Le mode de fermeture :  Les réservoirs non couverts (Bassins)  Les réservoirs couverts Bassin Réservoir 4.4. Matériaux de construction :  Métallique  En béton armé  En maçonnerie  En béton précontraint Remarque : L’emplacement du réservoir doit être à un niveau supérieur à celui de l’agglomération (on a une alimentation gravitaire). Lorsque le terrain ne présente pas de points assez hauts, on construit un château d’eau. 5. Orgasitation de la distribution de l’eau :
  • 4. 4 6. Equipement de réservoirs :  Conduite d’arriver ou d’alimentation (d’adduction)  Conduite de départ ou de distribution  Conduite de vidange 1 : source 2 : Traitement 3 4 5
  • 5. 5  Conduite de trop plein (pour évacuer l’excès d’eau en cas de défaillance du système d’arrêt. Figure 3 : Réservoir semi enterré cylindrique et ces équipements 7. La constitution générale des réservoirs : 7.1. Réservoirs circulaire posés sur le sol :  Un radier plein  Des parois en BA  Une couverture Le radier peut être nervuré En cas d’un réservoir de grande dimension (D > 30 m) ; on ajoute des poteaux pour soutenir la couverture Couverture Parois Radier
  • 6. 6 Pour renforcer les parois (cas de très grande réservoirs) ; on ajoute des contreforts 7.2. Réservoirs sur pylônes (châteaux d’eau) : Le château d’eau comporte trois éléments :  La cuve  Les pylones  Les fondations Figure 4 : les châteaux d’eau La cuve : elle comporte : la couverture, les parois et le fond La couverture peut être constituée par : 1. Un cône 2. Un cône et une coupole 3. Une dalle plate Pylônes Cuve Couverture Paroi
  • 7. 7 4. Une coupole sphérique ou parabolique  Figure 5 : La couverture Les parois : les parois peuvent prendre plusieurs formes :  Cylindrique  Conique  Tronconique  Hyperbolique Cylindrique Conique Tronconique Figure 6 : Les parois A la jonction couverture paroi ; on dispose une ceinture circulaire Le fond : est constitué d’une dalle pleine en BA de forme plane ou coupole Les pylônes : c’est le support de la cuve, et qui peut prendre deux formes ; pylône sur poteaux ou pylône sur tour Pylones sur poteaux : leur nombre est de 4 à 8, ils peuvent être verticaux ou inclinés. 1 2 3 4
  • 8. 8 Pylônes sur tour : ils peuvent être constitués d’un simple voile mince d’épaisseur constante ou variable, ou un voile mince mené des nervures verticales Figure 5 : châteaux d’eau (pylône sur tour) 8. Détermination de la capacité d’un réservoir : Généralement, les réservoirs doivent avoir une capacité de stockage suffisante pour alimenter une agglomération de manière constante. Le volume de stockage d’un réservoir peut être calculé par la formule suivante :
  • 9. 9 : Contenu de l’eau restant dans le réservoir calculé pour chaque heure (%) : Consommation maximale journalière (m3 ) : Volume max de stockage Avec : : Coefficient d’irrégularité journalière max (dépend de la variation de la consommation dans le temps, les fuites, le gaspillage…) : Consommation moyenne journalière (m3 /j) ∑ q : la quantité d’eau journalière pour les différents besoins (domestique, écoles, sanitaire, administration, socio-culturelle…) : Nombre d’habitation à l’horizon donné Besoins Dotation l/jour/habitant Domestique Ecoles Sanitaires Administration 150 à 200 10 à 20 5 à 10 10 Exemple : Besoins Dotation l/jour Nombre de consommateur Domestique Ecoles Sanitaires 150 20 10 2000 300 50 3 Donc :
  • 10. 10 Pour calculer Pmax, il faut calculer le volume cumulé d’alimentation (d’entrée) et le volume de consommation pour chaque heure. | | | | heure Volume d’alimentation Volume consommé ΔV 1 2 3 . . Si on prend par exemple Pmax = 20% 3 3 9. Méthode de calcul des réservoirs : Réservoir circulaire posé sur le sol : La pression due à l’eau à la base de réservoir peut être calculée par : Donc chaque bande sera tendue avec un effort tangentiel de : D : diamètre de réservoir La section d’acier est : p On a le calcul classique qui consiste à diviser la paroi en tranches de 1 m de hauteur à partir de bas. Chaque tranche est soumise à une charge trapézoïdale calculée par : P5 P4 P3 P2 P1 𝑄1 𝑃1 𝑃2 𝑄2 𝑃2 𝑃3 𝑄3 𝑃3 𝑃4 Q1 Q2 Q3 Q4 h
  • 11. 11 Contrainte de traction de l’acier Pour calculer l’épaisseur de la paroi e, il faut que : 1 Avec n = 15  Cette méthode néglige l’influence du radier et de la couverture qui empêchent la déformation des parois sous l’influence des efforts tangents. Généralement le radier de réservoir est parfaitement encastré en bas ; la distribution des moments est schématisée sur la figure ci-dessous : Diagramme des moments A. Méthode de Lossier : 2 2 1 2 Le point à partir duquel l’influence de radier est pratiquement nulle est : 3 M0 M’ x2 x1 x3 h
  • 12. 12 Avec : √ D : diamètre de réservoir e : l’épaisseur de la paroi B. Méthode de Lebelle : On calcule On calcule l’effort de traction pour chaque tranche : Calculer la section pour chaque Z/h : ⁄ Le moment vertical pour chaque Z/h : 3
  • 13. 13 Vérifier la contrainte de traction de béton :
  • 14. 14 Chapitre 4. Les coupoles Définition : Une coupole est une voûte hémisphérique, ou elliptique ou polygonale. Les grandes coupoles hémisphériques sont apparues dans l’architecture Romaine. Figure 1. modèle 3D d’une coupole Islamique
  • 15. 15 Les éléments principaux d’une coupole : A. Les arcs doubles : qui relient d’une pile à l’autre Figure 2. Arcs doubleaux d’une coupole B. Eléments de transition :  Pendentif : triangle qui se trouve entre les arcs : Figure 3. pendentifs  Trompe (figure 1) C. Dômes : les techniques utilisées pour le couvrement des coupoles :  Coupole à nervures rayonnantes  Coupole à nervures entrecroisées Figure 4. Coupole à nervures Figure 5. Coupole à nervures rayonnantes. entrecroisées.
  • 16. 16 Coupoles en béton armé : e : l’épaisseur de la coupole (couverture) R : rayon de la courbure f : la flèche D : diamètre La surface d’une coupole est : Avec : 2 Calcul des charges : Poids de la coupole : Calcul des efforts : 4 4 2 2 2 Avec : r est le rayon de la coupole L’effort normal de compression N : √ 2 2 Le ferraillage : [ 2 ] R f e V H N D
  • 17. 17 Exemple d’un ferraillage d’une coupole Exemple : D = 12m Neige = 0,5 kN/m2 e = 7cm Rayon de courbure = 16,96 m flèche = 1,1m  calculer le poids de la coupole ?