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COURS VIT
ÉTUDES
HYDROLOGIQUE
S ET
HYDRAULIQUES
Travaux de renforcement de la
route Tambacounda-Kidira-Bakel
Professeur : Dr Massamba NDIAYE
Aly CAMARA
Marième SY
Alassane DIOP
Ronan E. W. TALON
Mohamadou Y. LY
LES EXPOSANTS
Mamady KANTE
INTRODUCTION
Les études hydrauliques et hydrologiques sont
essentielles dans le cadre d'un projet routier.
Ainsi la connaissance de la pluviométrie et la
détermination des débits d'eau sont essentielles pour le
dimensionnement des ouvrages hydrauliques.
Cet exposé propose une revue bibliographique sur les
méthodes de détermination des débits d'eau et de
dimensionnement, ainsi qu'une vérification des
hypothèses hydrologiques du projet. Il aborde
également la délimitation des bassins versants et
présente les logiciels utilisé et les paramètres de
calage.
Les ouvrages hydrauliques comprennent les barrages,
les canaux, les digues et les systèmes de protection
contre les inondations. Dans le cadre de l'étude de l'axe
routier Tambacounda-Kidira-Bakel, les ouvrages
hydrauliques routiers considérés sont les dalots, les
buses, les radiers et les fossés pour l'assainissement
longitudinal.
REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
PARTIE I
II. Les méthodes hydrauliques de dimensionnement
des ouvrages de type dalot, buse, radier et fossé
4 principaux méthodes applicables en Afrique sahelienne et tropicale
Les méthodes hydrologiques de
détermination des débits d'eau
I
.
LES GRANDS BASSINS VERSANTS
200 km2 < Surface < 2000 km2
LES PETITS BASSINS VERSANTS
10 km2 < Surface < 200 km2
LES TRÈS PETITS BASSINS
VERSANTS
Surface < 10 km2
4 TYPES DE
BASSINS
SELON LA SURFACE
LES TRES GRANDS BASSINS
VERSANTS
2000 km2 < Surface
LA METHODE RATIONNELLE
Elle est plus utilisée mais elle se limite aux bassins de surface inférieure ou égale à 4 km2.
Elle est fondée sur le concept du temps de concentration Tc du bassin versant .
LA METHODE DE CAQUOT
La méthode de Caquot vient palier aux différentes limites de la méthode rationnelle
sur la détermination du temps de concentration et de la distribution spatiale.
LA MÉTHODE CIEH
Le CIEH désigne le Comité Interafricain d’Études Hydrauliques.
C'est une méthode statistique établit à partir d'une étude de 162 bassins versants.
Elle est applicable aux bassins versants de superficie supérieure à 200 km2.
Méthodes de détermination des débits
2
3
1
4 LA MÉTHODE ORSTOM
Cette méthode est encore appelée méthode Rodier pour le calcul du débit de crue décennale.
Elle s’applique à des bassins versants de superficie se situant entre 4 et 200 km2.
La méthode ORSTOM considère une crue de projet décennale.
On n’observe le débit de
pointe uniquement lorsque
l’averse a une durée au moins
égale au temps de
concentration. En effet, c’est
ainsi que l’on peut considérer
la totalité du bassin versant
contribuant à la formation du
débit de pointe.
Le débit de pointe est
proportionnel à l’intensité
moyenne maximale de
l’averse déterminée avec
un intervalle de temps
égal au temps de
concentration.
Le débit de pointe a la
même période de retour
T que l’intensité i qui le
provoque, d’où le
coefficient de
ruissellement C est
constant.
2 3
1
3 Hypothèses Principales
La Méthode Rationnelle
Qp= K × C × I × A
• Qp : le débit de pointe ou débit maximal
relevé à l’exutoire du bassin versant en
m3/s.
• K : le coefficient d’homogénéisation tenant
compte des unités. K = 1/360
• A : la superficie du bassin versant en ha
• C : le coefficient de ruissellement ; il est
compris entre 0 et 1 et peut être
déterminé avec la formule suivante
C = 0.14+0.64 × Cimp+0.05×I
Cimp = Aimp/A
où
• Cimp représente le coefficient
d’imperméabilisation,
• I intensité pluviometrique en mm/h
et Aimp les surfaces imperméables
i= A × Tc^-b
• i : intensité moyenne maximale de pluie
sur la durée tc (temps de
concentration) en mm/h.
• a et b sont déterminés à partir de la
période de retour et Tc est le temps de
concentration, qui se détermine par des
formules empiriques de calculs.
2 3
1
FORMULES
La Méthode Rationnelle
LE DÉBIT DE POINTE INTENSITÉ MOYENNE
MAXIMALE DE PLUIE
LE COEFFICIENT DE
RUISSELLEMENT
2
1
• Tc : Temps de concentration (en h)
• L : Longueur maximale du parcours de l’eau dans le bassin
versant (en m). Dans la Figure 1, cela correspond à la
distance entre les points 1 et 4.
• S : Pente longitudinale moyenne du bassin versant, en
suivant l’écoulement de l’eau. Cette pente est calculée entre
les points qui se trouvent à 10 % et à 85 % de la distance
totale entre le point le plus éloigné de l’exutoire du bassin
versant (en termes de temps de parcours de l’eau) et
l’exutoire du bassin versant.
• Tc : Temps de concentration (en h)
• L : Longueur maximale du parcours de l’eau dans le bassin
versant (en m).
• NC : Numéro de courbe (pas d’unités). Ce facteur représente
l’effet des conditions de surface du bassin versant sur le
ruissellement. Il prend en compte l’ensemble des caractéristiques
physiques et l’utilisation du sol de l’ensemmble du bassin versant
(Tableau 1)
• S : Pente longitudinale moyenne du bassin versant, en suivant
l’écoulement de l’eau.
CALCUL DU TEMPS DE CONCENTRATION
La Méthode Rationnelle
LA MÉTHODE DE KIRPICH LA MÉTHODE DE MOCKUS
CALCUL DU TEMPS DE CONCENTRATION
La Méthode Rationnelle
CALCUL DU TEMPS DE CONCENTRATION
La Méthode Rationnelle
1) Sur l’abscisse du haut, chercher la
longueur maximale du parcours de l’eau
mesurée dans le bassin versant
(attention : l’échelle est logarithmique).
Descendre à la verticale jusqu’à
l’intersection avec la droite indiquant la
pente moyenne du bassin versant
étudié.
2) Poursuivre à l’horizontale jusqu’à
l’intersection avec la droite de numéro de
courbe pondéré du bassin versant étudié.
3) Descendre à la verticale jusqu’à l’abscisse
du bas et lire le temps de concentration pour
le bassin étudié (attention : l’échelle est
logarithmique).
La Méthode
de CAQUOT
La complexité dans l’estimation des temps de concentration
représente la limite majeure de la méthode rationnelle. Une
autre des limites est que la méthode ne tient pas compte de
la distribution spatiale des précipitations et surtout de
l’effet de stockage de l’eau dans le bassin versant.
La méthode de Caquot est valable pour les bassins versants
urbains de superficie inférieure à 200 hectares.
Le débit est donné par la formule suivante:
Avec :
• E : le coefficient d’allongement du bassin versant
• μ : un coefficient qui tient compte de l’allongement
• b, c, d, et f : des paramètres donnés
• A : la surface du bassin versant en ha
• I : la pente moyenne du bassin versant en %
• C : le coefficient de ruissellement superficiel égal au coefficient d’imperméabilité
• β et δ: des caractéristiques de la relation pluie/débit ; ils caractérisent le mode de
transformation de la pluie en débit.
• L : le plus long parcours de l’eau sur un bassin versant.
La Méthode
CIEH
C'est une méthode déterminée à partir d'une étude
statistique de plusieurs bassins versants.
La relation obtenue permet de calculer le débit de pointe
Q10 en se basant sur un schéma de régression multiple.
Elle est utilisable pour les bassins de plus de 200 km²:
Le débit décennale est donnée par la formule suivante:
Avec :
• a, s, p, i, k, d, sont des coefficients à déterminer
• S : la surface du bassin en km2
• Ig : l’indice global de pente en m/km
• Pan : la pluie annuelle moyenne en mm
• Kr, 10 : le coefficient de ruissellement décennal en %
• Dd : la densité de drainage en km-1
Précisons que la liste des paramètres à
inclure dans le modèle n’est pas limitative.
La Méthode
ORSTOM
La méthode ORSTOM considère une crue de projet
décennale : elle représente une valeur fictive qui devrait
revenir en moyenne une année sur dix. Notons que cette
méthode s’applique aux bassins versants dont la
superficie se situe entre quelques dizaines d’hectares.
Le débit de pointe de la crue décennale est donné par la
relation suivante :
Avec :
• A : le coefficient d’abattement
• P10 : la hauteur de pluie journalière décennale
• Kr, 10 : le coefficient de ruissellement correspondant à la crue décennale
• α10: le coefficient de pointe correspondant à la crue décennale
• S : la superficie du bassin versant
• Tb, 10 : le temps de base correspondant à la crue décennale.
Tous ces paramètres sont déterminés à partir d’abaques
(annexe), sauf α10 qui est le plus souvent pris comme constant.
Période de Retour Coefficient C
1 mois 0.12
2 mois 0.20
3 mois 0.24
4 mois 0.28
6 mois 0.34
9 mois 0.40
20 ans 1.25
50 ans
100 ans
1.60
2.00
La Méthode
ORSTOM
Avec C, un coefficient majorateur supérieur à 1.
On a les valeurs suivantes pour le coefficient,
selon le temps de retour.
Généralement pour le dimensionnement,
on détermine le débit correspondant à un
temps de retour de 10 ans. Cependant, il
est souvent demandé de préciser les
débordements possibles sur une période de
100 ans. Pour cela, le débit centennal doit
être calculé. On le détermine à partir de la
formule suivante :
II
.
Les méthodes hydrauliques
de dimensionnement des
ouvrages de type dalot, buse,
radier et fossé
Les méthodes hydrauliques de dimensionnement
des ouvrages de type dalot, buse, radier et fossé
L’assainissement de la route a pour but d’Évacuer rapidement et sans stagnation les eaux de
pluie et les eaux usés, par voie hydraulique, le plus vite possible, c’est-α-dire de maintenir la
chaussé hors de l’eau.
Les ouvrages hydrauliques sont destinés α assurer la circulation des eaux de ruissellement le
long ou de part et d’autre des routes, on distingue donc :
Les ouvrages de franchissement ( les dalots et les buses.)
La canalisation qui recueille les eaux de ruissellement et les conduites le
long de la route jusqu'α la zone d’Écoulement naturel les plus proches.
Et pour éviter les affouillements α l’extrémité aval des buses et des dalots, il nous
convient de prévoir des bassins de dissipation des énergies ou des parafouilles.
L’étude hydraulique ou encore dimensionnement hydraulique représente la partie de
l’étude dans laquelle le choix de l’ouvrage de franchissement ainsi que celui de ses
dimensions s’effectuent. Ce choix du type d’ouvrage est effectué après considération
des données hydrologiques, hydrauliques, topographiques, géotechniques et
économiques et géologiques particulières du site.
Les méthodes hydrauliques de dimensionnement
des ouvrages de type dalot, buse, radier et fossé
Les conditions de fonctionnement sont des paramètres
clés à prendre en compte lors du dimensionnement des
dalots. Elles déterminent la capacité de l'ouvrage à gérer
les débits d'eau et à résister aux contraintes hydrauliques.
Types de fonctionnement
Lorsqu'il s'agit de dalots et d'autres ouvrages
hydrauliques, il est important de prendre en
compte les différents types de fonctionnement
possibles. Deux types courants de fonctionnement
sont la sortie libre et la sortie noyée.
Cas 1 : La sortie est noyée, ce qui veut dire
que le niveau de l’eau à l’exutoire immédiat de
l’ouvrage dépasse le bord supérieur de celui-ci.
Cas 2 : La sortie est libre, donc le niveau de
l’eau à l’exutoire est en dessous du bord
supérieur de l’ouvrage.
Les ouvrages de type dalot
Le dalot est un ouvrage en béton armée présentant une section soit rectangulaire ou carrée.
On l’adopte pour des débits élevés, supérieurs à 10 m3/s.Les dalots sont des ouvrages
hydrauliques utilisés pour permettre le passage d'un cours d'eau sous une route, une voie
ferrée ou une autre infrastructure.
Il y a trois types de dalots courants :
Les dalots ordinaires Les dalots cadres Les dalots portiques
Les ouvrages de type dalot
Sortie noyée:
Dans le cas d’un dalot rectangulaire de largeur
B, de hauteur D et de longueur L, la formule
générale des pertes de charges est :
avec
Avec la formule de Manning, le débit Q se calcule:
Avec :
Q : le débit en m3/s
S : la surface mouillée
Rh : le rayon hydraulique
𝑹_𝒉= 𝑺/𝑷
P : le périmètre mouillé
K : le coefficient de rugosité.
K = 60 pour un dalot en béton.
I : la pente du radier du dalot en
m/m.
Les ouvrages de type dalot
Sortie libre:
Si H1 ≤ 1,25*D, l’écoulement se fait à surface libre dans l’ouvrage,
Si H1 > 1,25*D, l’écoulement peut se faire à surface libre ou à section pleine (suivant
H1/D et la longueur de l’ouvrage).
C, est un coefficient dépendant de la forme
de l’entrée ;
H1, est la hauteur d’eau en amont de la buse
;
y, est la profondeur d’eau dans la buse ;
S, est la surface mouillée dans l’ouvrage
Les ouvrages de types
Buses
Les buses sont les conduites sous chaussé de forme circulaire. Deux types de buses sont
couramment utilisés à l’heure actuelle. Les buses en béton et les buses en métal.
Les buses en béton ont des couts moins élevés que celles
en métal et leurs dispositions pratiques nécessitent une
épaisseur suffisante de remblai (au minimum 0.8 m de
remblai est nécessaire au-dessus de la buse).
Le diamètre des buses métalliques peut atteindre
plusieurs mètres. Les buses métalliques sont sous
forme d’arche ou sous forme circulaire.
Dimensionnement des
buses
Cas d’une buse
circulaire
Le débit Q à évacuer connu et la vitesse maximale admissible égale à 3 m/s
donne une première valeur du diamètre de l’ouvrage par les formules,
où A représenté la section et D le diamètre :
Dès lors, on peut déterminer la surélévation du niveau amont ΔH, par la formule ci-après, pour vérifier si
elle est compatible avec la géométrie du projet au droit du franchissement. On augmentera ensuite ΔH.
Ce qui donne une surélévation égale a :
Avec :
K : le coefficient de Manning-Strickler
L : la longueur de l’ouvrage
Rh : le rayon hydraulique
Ke : le coefficient de perte de charges à l’entrée
Dimensionnement des
buses
Cas des buses arches
Pour une section A, avec un périmètre P, un
rayon hydraulique RH=A/P et une longueur L,
la formule générale devient :
Le tableau ci-dessus permet de calculer les éléments caractéristiques de ce type de buses
Les ouvrages de types Radiers
Les radier sont des ouvrages hydrauliques plats et horizontaux conçus pour permettre le passage de
l'eau sur une surface plane, souvent utilisés pour traverser des cours d'eau ou des zones inondables.
Notons que nous avons plusieurs types de radiers, principalement, en fonction du profil du cours
d’eau à traverser :
➢ Des radiers à fond de lit ou radier horizontal
➢ Des radiers surélevés
Les radiers à fond de lit Les radiers surélevés
Dimensionnement des
Radiers
Les radiers à fond de
lit
Avec :
- RH : le rayon hydraulique
- n : le coefficient de rugosité (coefficient de Manning)
- KS : le coefficient de Strickler
Notons que ce coefficient est fonction de la nature de la paroi de l’ouvrage.
- Q : le débit
- U : la vitesse
- Jf : la pente du fond
Cette forme épouse les formes de la rivière.
Dans les conditions d’un écoulement, le tirant d’eau se
calcule en utilisant la formule de Manning Strickler :
Dimensionnement des
Radiers
Les radiers
surélevés
La hauteur de surélévation du radier par rapport au niveau du sol environnant est
déterminée en fonction des niveaux d'inondation attendus. Cette hauteur doit être
suffisante pour empêcher les eaux de crue de déborder sur le radier et inonder les
zones avoisinantes.
On étudiera les méthodes de dimensionnement selon le type d’écoulement
- si HAV < 0,8*HAM, l’écoulement est dit dénoyé, le niveau aval n’influence pas l’écoulement.
- si HAV ≥ 0,8*HAM, l’écoulement est dit noyé, le niveau aval ralentit l’écoulement.
Écoulement
dénoyé
L'association du théorème de Bernoulli et de la condition de régime critique
donne pour un radier, en régime dénoyé, la forme générale suivante :
μ étant un coefficient issus des mesures expérimentales et dépendant de la forme
générale et des caractéristiques du radier, L étant sa longueur
Écoulement
dénoyé
Radier horizontal
L’écoulement au-dessus du radier sera comparable à celui d’un déversoir rectangulaire à
large crête. Ce problème a fait l’objet de nombreuses études expérimentales notamment
celles de Bazin qui préconise la formule
suivante pour tenir compte de la largeur du seuil :
dans laquelle :
Q = débit de pointe de la crue de projet, en m3/s ;
Ham = hauteur d’eau amont comptée à partir de la crête du radier, en m ;
B = la largeur du radier en m ;
L = la longueur du radier, en m.
Écoulement
dénoyé
Radier à parties
courbes
Le débit véhiculé sur radier est donné par la relation
Dans laquelle
Q, débit de pointe de la crue du projet en mᶾ/s
Ham, hauteur amont, en m
B est la largeur du radier, en m
L en est la longueur en m
R1 et R2 sont les rayons des parties courbes du radier
Écoulement
dénoyé
Radier à palier horizontal avec parties
courbes
Le débit véhiculé sur le radier résulte de l’addition de 2 débits :
- débit sur le palier de longueur L, donné par la relation correspondant au radier rectangulaire ci-avant ;
- débit dans les parties courbes, qui est donné par l’expression donnant les radiers à parties courbes ci
avant.
Écoulement
noyé
Pour un radier horizontal
Pour un radier à palier horizontal avec parties courbes
Les ouvrages de types
fossés
Les fossés sont utilisés pour collecter, canaliser et transporter les eaux de ruissellement.
Nous pouvons citer notamment :
- Les fossés plats ou encore fossés peu profonds :
Ils sont composés par les cunettes, les fossés
trapézoïdaux et les fossés triangulaires
- Les fossés profonds
Ils peuvent être de forme trapézoïdal ou
rectangulaire.
Fossés plats ou encore fossés peu
profonds
Les fossés plats, également appelés fossés peu profonds, sont des canaux de drainage ouverts
caractérisés par une faible profondeur par rapport à leur largeur et une pente relativement
douce. Ils sont creusés le long des routes pour collecter et écouler les eaux de ruissellement.
Ce sont les fossés qui sont
couramment utilisés en pieds
de talus de déblai ou dans les
régions où l'intensité des
précipitations sont faibles.
Fossés plats ou encore fossés peu
profonds
Les
cunettes
Les fossés trapézoïdaux
Les conditions d'application, permettant
d'assurer la sécurité des usagers sont :
m1 > 4 et m2 > 4 ou encore m1 > 6 et m2 > 3.
Fossés plats ou encore fossés peu
profonds
Les fossés triangulaires
(obtenu du cas précédent pour l = 0)
avec les conditions m1 > 6 et m2 > 4 ou encore m1 > 4 et m2 >
6.
Fossés profonds
Les fossés profonds sont dimensionnés pour gérer des volumes d'eau plus importants
que les fossés plats. Ils sont conçus pour collecter et écouler des débits élevés,
réduisant ainsi les risques d'inondations et de dommages aux infrastructures.
Formes
trapézoïdales
Lorsque les fossés sont réalisés en terre, le coefficient de
rugosité obéit à 20 ≤ K ≤ 30 alors que pour les fossés
revêtus, il obéit à 50 ≤ K ≤ 80
Les dimensions de ce type d'ouvrage sont obtenues en faisant m1 = m2 = m,
alors :
Etude de l’APD du projet
Tambacounda-Kidira-Bakel
PARTIE II
III. Présentation de la délimitation des bassins versants
avec l’outil logiciel utilisé ainsi que les paramètres de
calage
I. Vérification des hypothèses hydrologiques et
vérification du calcul des débits du projet
II. Vérification des calculs hydrauliques déjà faits
Les hypothèses utilisées pour les calculs sont
tirées à partir du manuel élaboré par l'équipes
du CIEH, l'ORSTOM, du laboratoire Commun de
Télédétection CEMAGREF-ENGEF (LCT) et de la
FAO. Cependant le manuel pour l'estimation
des crues décennales et des apports annuels
pour le petit bassin versants non jauges de
l'Afrique sahélienne et tropicale sèche définit
les deux méthodes actualisées ORSTOM et
CIEH. Ainsi élaborer sur ce projet consiste à
combiner ces deux méthodes (ORSTOM et
CIEH) Delors il faut avant tout déterminer les
débits de crues décennales données par les 3
équations selon CIEH.
Partie 2
1-A.Vérification
des hypothèses
hydrologiques et
vérification du
calcul des débits
du projet
Par la suite il faut
déterminer le débit de crue
décennale avec la méthode
ORSTOM. Enfin effectuer la
combinaison des deux
méthodes pour trouver le
débit moyenne de crue
décennale, le débit
cinquantenaire et le débit
centenaire.
Partie 2
Q10 : le débit de crue décennale
S : la superficie du bassin en Km
Ig: L’indice global de la pente en
m/Km
Pan : la pluie annuelle en mm
Kr•10 : le coefficient de ruissellement
correspondant à la crue décennale
Partie 2
1-A.a.Vérification
Calcul de débit
avec la méthode
CIEH :
on utilise les trois formules présentées
au dessus :
Pour les cas où le Kr10 est différent des
valeurs obtenu avec Kr70 et Kr100, dans
ce cas on va faire une interpolation en
calculant d’abord en Kr70 prenant comme
coefficient a=250 ,b=20 et c=12 puis on
calcul aussi pour Kr100 en prenant comme
coefficient a=300 ,b=20 et c=15 et enfin
on calcul Kr10 en faisant une interpolation
.S’il n’y a pas de différence alors on
prendra pour les calculs Kr70 = Kr10
.Après vérification tous les valeurs de Kr
sont correctes. Pour les valeurs de
Superficie (S) et indice de pente (Ig) sont
des données du logiciel de travail. Ce qui
nous permet de vérifier avec exactitude
l’ensemble des valeurs de débit avec la
méthode CIEH et les valeurs trouvées sont
correctes.
Partie 2
1-A.a.Vérification
Calcul de débit
avec la méthode
CIEH :
Kr•10 est obtenu par vérification selon la
formule :
Q•10 : le débit de crue décennale (m3/s)
m : le coefficient de majoration d’écoulement
prenant en compte le débit d’écoulement retardé,
estimé d’après la perméabilité des bassins dans la
zone où la méthode est appliquée; ce coefficient
prend en compte l’état d’humectation du sol.
A : le coefficient d’abattement
∝10 :le coefficient de pointe
P10 : la précipitation décennale ponctuelle (24 h)
en mm
Kr10 :le coefficient de ruissellement décennal S :
la superficie du bassin versant en km2
Tb : le temps de base en secondes.
Partie 2
1-A.b.Vérification
Calcul de débit
avec la méthode
ORSTOM:
Vérification Calcul de débit
avec la méthode ORSTOM:
PARTIE 2
Ces différents paramètres sont déterminés à l'aide d'abaque .
Pour ce cas on a pris lors des calculs ∝10 =2.6 et la hauteur de la pluie journalière qui
est une donnée de l’ANACIM P10=127 mm, le Kr est calculée de la même façon que la
méthode CIEH.
Vérification Calcul de débit
avec la méthode ORSTOM:
PARTIE 2
Le coefficient d'abattement A permettant de calculer la pluie moyenne sur le bassin se
détermine à partir de l'équation simplifiée de VUILLAUME comme suit:
A=1-(9log(r)-0,042xPan +152)x10-3 xlog(S) avec :
A = coefficient d'abattement S = superficie du bassin versant en km2 Pan = hauteur
moyenne de précipitation annuelle en mm r = période de retour considérée (r = 10 ans
pour la fréquence décennale). Pour le calcul du Temps de base (Tb) on a utilisé la
formule : Tb=300+(250*S^0.35) avec : S :la superficie en km2
Vérification Calcul de débit
avec la méthode ORSTOM:
PARTIE 2
Comme tous les paramètres sont ainsi obtenus on applique la formule de ORSTOM pour
le calcul de débit l’ensemble des bassins .
Ainsi nous avons :
Q10= moyenne (Q(ORSTOM);Q(CIEH))
Q50=1.5* Q10
Q100=2* Q10
3.RÉSULTATS
1I-A.Vérifier les
calculs
hydrauliques faits
Partie 2
2.VÉRIFICATION DE BUSES
1.VÉRIFICATION DES DALOTS
Le débit capable d’un ouvrage est calculé par la formule expérimentale de Manning- Strickler :
Rappel de la procédure de calcul :
1. Sélectionner l'ouvrage en spécifiant la hauteur d'eau et le point de calcul.
2. Effectuer le calcul du débit maximal admissible et de la vitesse correspondante.
3. Calculer le temps de concentration.
4. Déterminer l'intensité de précipitation correspondante à un retour de 20 ans.
5. Calculer le débit d'apport.
6. Comparer le débit maximal admissible (Q capable) avec le débit d'apport (Q apport).
• Si Q capable est supérieur à Q apport, cela signifie que l'ouvrage est surdimensionné.
• Si Q capable est inférieur à Q apport, cela indique que l'ouvrage est sous-dimensionné.
• Si Q capable est égal à Q apport, cela signifie que l'ouvrage est adapté à la hauteur
spécifiée.
Le débit de l’ouvrage :
Q = L x m’D x [2gD x (m-m’)0,5 /
(1+k)0,5]
Après simplification, on a :
Q = 2.5 m 0.5 / (1+k)0,5 x m’LD 1,5 pour m inférieur ou égal à 1.25
Q = 4.43 x (m-1) 0.5 / (1+k)0,5 x LD 1,5 pour m supérieur ou égal à
1.50
1. Vérification des dalots
2. Vérification des buses
3. Résultats
3. Résultats
III. Délimitation des bassins versants
et présentation des logiciels utilisés
1. Délimitation des
bassins versants
Enregistrement du fichier sous format
.kmz.
Ouverture sur Global Mapper du fichier
.kmz précédemment enregistré
Apres avoir eu les informations par rapport au
relief de la zone et le tracé de l’axe superposés,
On enregistre le tout sous format GeoTIFF.
Tracage sur Google Earth du trajet de
l’axe routier
configuration des paramètres de projections
en choisissant la zone qui nous correspond :
UTM zone 28 WGS 84.
1. Délimitation des
bassins versants
Pour faire ressortir ce réseau, on utilise les
commandes « flow direction » (pour
représenter la direction d’écoulement des
eaux), « flow accumulation » entre autres.
Toujours sur Global Mapper, on crée une
couche qui va représenter le réseau
hydrographique de la zone.
Ensuite, on repère ceux qui ont leur exutoire le
long de la route étudiée et on procède à leur
numérisation. Ainsi, pour chaque exutoire, on
délimite son bassin versant.
1. Délimitation des
bassins versants
Sur ArcMap :Après avoir fait ressortir le réseau
hydrographique enregistrer le trajet sous format
Shape file et ouvert le tout sur ArcMap, il nous est
enfin possible de voir les intersections entre eux,
représentant les exutoires de nos bassins versants
recherchés, exutoires étant les emplacements des
ouvrages hydrauliques
Une numérisation des points exutoires de l’axe
routier est ensuite faite.
C’est ainsi qu’on obtient le réseau de bassins
versants situé le long de l’axe routier Tambacounda-
Kidira-Bakel.
Les bassins
versants le long
de l’axe
Tambacounda-
Kidira-Bakel
2. Présentation
des logiciels
utilisés
a. Google Earth
Initialement connu sous le nom d’Earth Viewer, c’est un logiciel mettant à notre
disposition un assemblage de photographies aériennes et satellitaires du globe
entier, nous permettant de visualiser ainsi la terre.
Avec ce logiciel, il est possible donc d’avoir des informations quant à la position de
n’importe quel point sur n’importe quelle zone géographique. Grâce à sa haute
résolution, il est aussi possible de visualiser en 3D la surface de la terre.
Dans le cadre de notre recherche, le logiciel nous a permis de situer les différents
points de l’axe routier étudié, afin d’en obtenir le tracé.
b. Global Mapper
C’est une application logicielle SIG (Système d’informations Géographiques) de pointe qui
fournit aux professionnels de la géomatique, novices ou expérimentés, une gamme complète
d’outils de visualisation, d’édition, d’analyse et de représentation de données spatiales.
C’est un SIG facile à utiliser car assez intuitif. Son atout principal est qu’il prend en charge
plus de 300 formats de données spatiales et offre une suite complète d’outils de création et
d’édition de données, à côté de cela, il fournit aussi des capacités de visualisation et
d’analyse 3D de pointe. Il est développé par Blue Marble Geographics.
Nous avons eu à nous en servir pour la délimitation des bassins versants qui ont leur
exutoire sur l’axe routier du projet.
.
c. ArcMap
ArcMap fait partie de la suite de logiciels ArcGIS,
autrefois appelé ArcView GIS, qui fournit des outils
contextuels pour la cartographie et l’analyse spatiale.
C’est aussi un logiciel SIG. Il est développé par la
société ESRI (Environmental Systems Research
Institute). Il est utilisé pour visualiser, éditer, créer et
analyser des données géospatiales.
Les fichiers sortis du logiciel ont pour extension .mxd.
Avec ArcMap, nous avons réalisé la numérisation des
points exutoires des bassins versants, représentant
en réalité les emplacements de nos ouvrages
hydrauliques.
CONCLUSION
Ce travail nous a permis d'acquérir une
compréhension approfondie des méthodes
hydrologiques et hydrauliques utilisées
dans le domaine de l'ingénierie des eaux.
Les vérifications effectuées sur le projet
Tambacounda-Kidira-Bakel ont renforcé la
validité des résultats obtenus et ont
contribué à l'élaboration d'une étude
solide et fiable. Ces connaissances et
résultats pourront servir de base pour des
projets futurs dans le domaine de
l'hydrologie, de l'hydraulique et de
l'aménagement routier.
Carlier, M., 1972, Hydraulique générale et appliquée, Eyrolles, Paris, France
ZOGANG Justin, 2019, Mémoire : ETUDES TECHNIQUES DETAILLEES
RELATIVES AUX TRAVAUX DE REHABILITATION DE LA ROUTE NATIONALE N°2
(RN2) DU TRONÇON EBOLOWA-AMBAM AU CAMEROUN (LONGUEUR : 91.788
KM).
A. DUPONT, HYDRAULIQUE URBAINE TOME 1 HYDROLOGIE. CAPTAGE ET
TRAITEMENT DES EAUX, TOME 2 NO01/31683 -SPEPE B 166
Pierre Ribière, Dimensionnement des réseaux d'assainissement"
Abdoul Aziz Vanediemo MEITE, 2019, Mémoire : ETUDE COMPARATIVE DES
METHODES USUELLES DE CALCULS HYDROLOGIQUES ET HYDRAULIQUES : CAS
D’UN OUVRAGE DE FRANCHISSEMENT A ANIASSUE SUR LE FLEUVE
COMOE(BURKINA FASO)
Donald KAMENI TCHETCHOUM, SEPTEMBRE 2020, Mémoire : ETUDE
HYDROLOGIQUE DE LA CONSTRUCTION DE LA ROUTE BANDJA-FOTOUNI-
BALESSING, REGION DE L’OUEST CAMEROUN
SOURCES
https://www.pseau.org/outils/ouvrages/lux_dev_l_assainissement_des_eaux_pluvia
les_en_milieu_urbain_tropical_subsaharien_1996.pdf
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  • 1. COURS VIT ÉTUDES HYDROLOGIQUE S ET HYDRAULIQUES Travaux de renforcement de la route Tambacounda-Kidira-Bakel Professeur : Dr Massamba NDIAYE
  • 2. Aly CAMARA Marième SY Alassane DIOP Ronan E. W. TALON Mohamadou Y. LY LES EXPOSANTS Mamady KANTE
  • 3. INTRODUCTION Les études hydrauliques et hydrologiques sont essentielles dans le cadre d'un projet routier. Ainsi la connaissance de la pluviométrie et la détermination des débits d'eau sont essentielles pour le dimensionnement des ouvrages hydrauliques. Cet exposé propose une revue bibliographique sur les méthodes de détermination des débits d'eau et de dimensionnement, ainsi qu'une vérification des hypothèses hydrologiques du projet. Il aborde également la délimitation des bassins versants et présente les logiciels utilisé et les paramètres de calage. Les ouvrages hydrauliques comprennent les barrages, les canaux, les digues et les systèmes de protection contre les inondations. Dans le cadre de l'étude de l'axe routier Tambacounda-Kidira-Bakel, les ouvrages hydrauliques routiers considérés sont les dalots, les buses, les radiers et les fossés pour l'assainissement longitudinal.
  • 4. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE PARTIE I II. Les méthodes hydrauliques de dimensionnement des ouvrages de type dalot, buse, radier et fossé
  • 5. 4 principaux méthodes applicables en Afrique sahelienne et tropicale Les méthodes hydrologiques de détermination des débits d'eau I .
  • 6. LES GRANDS BASSINS VERSANTS 200 km2 < Surface < 2000 km2 LES PETITS BASSINS VERSANTS 10 km2 < Surface < 200 km2 LES TRÈS PETITS BASSINS VERSANTS Surface < 10 km2 4 TYPES DE BASSINS SELON LA SURFACE LES TRES GRANDS BASSINS VERSANTS 2000 km2 < Surface
  • 7. LA METHODE RATIONNELLE Elle est plus utilisée mais elle se limite aux bassins de surface inférieure ou égale à 4 km2. Elle est fondée sur le concept du temps de concentration Tc du bassin versant . LA METHODE DE CAQUOT La méthode de Caquot vient palier aux différentes limites de la méthode rationnelle sur la détermination du temps de concentration et de la distribution spatiale. LA MÉTHODE CIEH Le CIEH désigne le Comité Interafricain d’Études Hydrauliques. C'est une méthode statistique établit à partir d'une étude de 162 bassins versants. Elle est applicable aux bassins versants de superficie supérieure à 200 km2. Méthodes de détermination des débits 2 3 1 4 LA MÉTHODE ORSTOM Cette méthode est encore appelée méthode Rodier pour le calcul du débit de crue décennale. Elle s’applique à des bassins versants de superficie se situant entre 4 et 200 km2. La méthode ORSTOM considère une crue de projet décennale.
  • 8. On n’observe le débit de pointe uniquement lorsque l’averse a une durée au moins égale au temps de concentration. En effet, c’est ainsi que l’on peut considérer la totalité du bassin versant contribuant à la formation du débit de pointe. Le débit de pointe est proportionnel à l’intensité moyenne maximale de l’averse déterminée avec un intervalle de temps égal au temps de concentration. Le débit de pointe a la même période de retour T que l’intensité i qui le provoque, d’où le coefficient de ruissellement C est constant. 2 3 1 3 Hypothèses Principales La Méthode Rationnelle
  • 9. Qp= K × C × I × A • Qp : le débit de pointe ou débit maximal relevé à l’exutoire du bassin versant en m3/s. • K : le coefficient d’homogénéisation tenant compte des unités. K = 1/360 • A : la superficie du bassin versant en ha • C : le coefficient de ruissellement ; il est compris entre 0 et 1 et peut être déterminé avec la formule suivante C = 0.14+0.64 × Cimp+0.05×I Cimp = Aimp/A où • Cimp représente le coefficient d’imperméabilisation, • I intensité pluviometrique en mm/h et Aimp les surfaces imperméables i= A × Tc^-b • i : intensité moyenne maximale de pluie sur la durée tc (temps de concentration) en mm/h. • a et b sont déterminés à partir de la période de retour et Tc est le temps de concentration, qui se détermine par des formules empiriques de calculs. 2 3 1 FORMULES La Méthode Rationnelle LE DÉBIT DE POINTE INTENSITÉ MOYENNE MAXIMALE DE PLUIE LE COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT
  • 10. 2 1 • Tc : Temps de concentration (en h) • L : Longueur maximale du parcours de l’eau dans le bassin versant (en m). Dans la Figure 1, cela correspond à la distance entre les points 1 et 4. • S : Pente longitudinale moyenne du bassin versant, en suivant l’écoulement de l’eau. Cette pente est calculée entre les points qui se trouvent à 10 % et à 85 % de la distance totale entre le point le plus éloigné de l’exutoire du bassin versant (en termes de temps de parcours de l’eau) et l’exutoire du bassin versant. • Tc : Temps de concentration (en h) • L : Longueur maximale du parcours de l’eau dans le bassin versant (en m). • NC : Numéro de courbe (pas d’unités). Ce facteur représente l’effet des conditions de surface du bassin versant sur le ruissellement. Il prend en compte l’ensemble des caractéristiques physiques et l’utilisation du sol de l’ensemmble du bassin versant (Tableau 1) • S : Pente longitudinale moyenne du bassin versant, en suivant l’écoulement de l’eau. CALCUL DU TEMPS DE CONCENTRATION La Méthode Rationnelle LA MÉTHODE DE KIRPICH LA MÉTHODE DE MOCKUS
  • 11. CALCUL DU TEMPS DE CONCENTRATION La Méthode Rationnelle
  • 12. CALCUL DU TEMPS DE CONCENTRATION La Méthode Rationnelle 1) Sur l’abscisse du haut, chercher la longueur maximale du parcours de l’eau mesurée dans le bassin versant (attention : l’échelle est logarithmique). Descendre à la verticale jusqu’à l’intersection avec la droite indiquant la pente moyenne du bassin versant étudié. 2) Poursuivre à l’horizontale jusqu’à l’intersection avec la droite de numéro de courbe pondéré du bassin versant étudié. 3) Descendre à la verticale jusqu’à l’abscisse du bas et lire le temps de concentration pour le bassin étudié (attention : l’échelle est logarithmique).
  • 13. La Méthode de CAQUOT La complexité dans l’estimation des temps de concentration représente la limite majeure de la méthode rationnelle. Une autre des limites est que la méthode ne tient pas compte de la distribution spatiale des précipitations et surtout de l’effet de stockage de l’eau dans le bassin versant. La méthode de Caquot est valable pour les bassins versants urbains de superficie inférieure à 200 hectares. Le débit est donné par la formule suivante: Avec : • E : le coefficient d’allongement du bassin versant • μ : un coefficient qui tient compte de l’allongement • b, c, d, et f : des paramètres donnés • A : la surface du bassin versant en ha • I : la pente moyenne du bassin versant en % • C : le coefficient de ruissellement superficiel égal au coefficient d’imperméabilité • β et δ: des caractéristiques de la relation pluie/débit ; ils caractérisent le mode de transformation de la pluie en débit. • L : le plus long parcours de l’eau sur un bassin versant.
  • 14. La Méthode CIEH C'est une méthode déterminée à partir d'une étude statistique de plusieurs bassins versants. La relation obtenue permet de calculer le débit de pointe Q10 en se basant sur un schéma de régression multiple. Elle est utilisable pour les bassins de plus de 200 km²: Le débit décennale est donnée par la formule suivante: Avec : • a, s, p, i, k, d, sont des coefficients à déterminer • S : la surface du bassin en km2 • Ig : l’indice global de pente en m/km • Pan : la pluie annuelle moyenne en mm • Kr, 10 : le coefficient de ruissellement décennal en % • Dd : la densité de drainage en km-1 Précisons que la liste des paramètres à inclure dans le modèle n’est pas limitative.
  • 15. La Méthode ORSTOM La méthode ORSTOM considère une crue de projet décennale : elle représente une valeur fictive qui devrait revenir en moyenne une année sur dix. Notons que cette méthode s’applique aux bassins versants dont la superficie se situe entre quelques dizaines d’hectares. Le débit de pointe de la crue décennale est donné par la relation suivante : Avec : • A : le coefficient d’abattement • P10 : la hauteur de pluie journalière décennale • Kr, 10 : le coefficient de ruissellement correspondant à la crue décennale • α10: le coefficient de pointe correspondant à la crue décennale • S : la superficie du bassin versant • Tb, 10 : le temps de base correspondant à la crue décennale. Tous ces paramètres sont déterminés à partir d’abaques (annexe), sauf α10 qui est le plus souvent pris comme constant.
  • 16. Période de Retour Coefficient C 1 mois 0.12 2 mois 0.20 3 mois 0.24 4 mois 0.28 6 mois 0.34 9 mois 0.40 20 ans 1.25 50 ans 100 ans 1.60 2.00 La Méthode ORSTOM Avec C, un coefficient majorateur supérieur à 1. On a les valeurs suivantes pour le coefficient, selon le temps de retour. Généralement pour le dimensionnement, on détermine le débit correspondant à un temps de retour de 10 ans. Cependant, il est souvent demandé de préciser les débordements possibles sur une période de 100 ans. Pour cela, le débit centennal doit être calculé. On le détermine à partir de la formule suivante :
  • 17. II . Les méthodes hydrauliques de dimensionnement des ouvrages de type dalot, buse, radier et fossé
  • 18. Les méthodes hydrauliques de dimensionnement des ouvrages de type dalot, buse, radier et fossé L’assainissement de la route a pour but d’Évacuer rapidement et sans stagnation les eaux de pluie et les eaux usés, par voie hydraulique, le plus vite possible, c’est-α-dire de maintenir la chaussé hors de l’eau. Les ouvrages hydrauliques sont destinés α assurer la circulation des eaux de ruissellement le long ou de part et d’autre des routes, on distingue donc : Les ouvrages de franchissement ( les dalots et les buses.) La canalisation qui recueille les eaux de ruissellement et les conduites le long de la route jusqu'α la zone d’Écoulement naturel les plus proches. Et pour éviter les affouillements α l’extrémité aval des buses et des dalots, il nous convient de prévoir des bassins de dissipation des énergies ou des parafouilles.
  • 19. L’étude hydraulique ou encore dimensionnement hydraulique représente la partie de l’étude dans laquelle le choix de l’ouvrage de franchissement ainsi que celui de ses dimensions s’effectuent. Ce choix du type d’ouvrage est effectué après considération des données hydrologiques, hydrauliques, topographiques, géotechniques et économiques et géologiques particulières du site. Les méthodes hydrauliques de dimensionnement des ouvrages de type dalot, buse, radier et fossé Les conditions de fonctionnement sont des paramètres clés à prendre en compte lors du dimensionnement des dalots. Elles déterminent la capacité de l'ouvrage à gérer les débits d'eau et à résister aux contraintes hydrauliques.
  • 20. Types de fonctionnement Lorsqu'il s'agit de dalots et d'autres ouvrages hydrauliques, il est important de prendre en compte les différents types de fonctionnement possibles. Deux types courants de fonctionnement sont la sortie libre et la sortie noyée. Cas 1 : La sortie est noyée, ce qui veut dire que le niveau de l’eau à l’exutoire immédiat de l’ouvrage dépasse le bord supérieur de celui-ci. Cas 2 : La sortie est libre, donc le niveau de l’eau à l’exutoire est en dessous du bord supérieur de l’ouvrage.
  • 21. Les ouvrages de type dalot Le dalot est un ouvrage en béton armée présentant une section soit rectangulaire ou carrée. On l’adopte pour des débits élevés, supérieurs à 10 m3/s.Les dalots sont des ouvrages hydrauliques utilisés pour permettre le passage d'un cours d'eau sous une route, une voie ferrée ou une autre infrastructure. Il y a trois types de dalots courants : Les dalots ordinaires Les dalots cadres Les dalots portiques
  • 22. Les ouvrages de type dalot Sortie noyée: Dans le cas d’un dalot rectangulaire de largeur B, de hauteur D et de longueur L, la formule générale des pertes de charges est : avec Avec la formule de Manning, le débit Q se calcule: Avec : Q : le débit en m3/s S : la surface mouillée Rh : le rayon hydraulique 𝑹_𝒉= 𝑺/𝑷 P : le périmètre mouillé K : le coefficient de rugosité. K = 60 pour un dalot en béton. I : la pente du radier du dalot en m/m.
  • 23. Les ouvrages de type dalot Sortie libre: Si H1 ≤ 1,25*D, l’écoulement se fait à surface libre dans l’ouvrage, Si H1 > 1,25*D, l’écoulement peut se faire à surface libre ou à section pleine (suivant H1/D et la longueur de l’ouvrage). C, est un coefficient dépendant de la forme de l’entrée ; H1, est la hauteur d’eau en amont de la buse ; y, est la profondeur d’eau dans la buse ; S, est la surface mouillée dans l’ouvrage
  • 24. Les ouvrages de types Buses Les buses sont les conduites sous chaussé de forme circulaire. Deux types de buses sont couramment utilisés à l’heure actuelle. Les buses en béton et les buses en métal. Les buses en béton ont des couts moins élevés que celles en métal et leurs dispositions pratiques nécessitent une épaisseur suffisante de remblai (au minimum 0.8 m de remblai est nécessaire au-dessus de la buse). Le diamètre des buses métalliques peut atteindre plusieurs mètres. Les buses métalliques sont sous forme d’arche ou sous forme circulaire.
  • 25. Dimensionnement des buses Cas d’une buse circulaire Le débit Q à évacuer connu et la vitesse maximale admissible égale à 3 m/s donne une première valeur du diamètre de l’ouvrage par les formules, où A représenté la section et D le diamètre : Dès lors, on peut déterminer la surélévation du niveau amont ΔH, par la formule ci-après, pour vérifier si elle est compatible avec la géométrie du projet au droit du franchissement. On augmentera ensuite ΔH. Ce qui donne une surélévation égale a : Avec : K : le coefficient de Manning-Strickler L : la longueur de l’ouvrage Rh : le rayon hydraulique Ke : le coefficient de perte de charges à l’entrée
  • 26. Dimensionnement des buses Cas des buses arches Pour une section A, avec un périmètre P, un rayon hydraulique RH=A/P et une longueur L, la formule générale devient : Le tableau ci-dessus permet de calculer les éléments caractéristiques de ce type de buses
  • 27. Les ouvrages de types Radiers Les radier sont des ouvrages hydrauliques plats et horizontaux conçus pour permettre le passage de l'eau sur une surface plane, souvent utilisés pour traverser des cours d'eau ou des zones inondables. Notons que nous avons plusieurs types de radiers, principalement, en fonction du profil du cours d’eau à traverser : ➢ Des radiers à fond de lit ou radier horizontal ➢ Des radiers surélevés Les radiers à fond de lit Les radiers surélevés
  • 28. Dimensionnement des Radiers Les radiers à fond de lit Avec : - RH : le rayon hydraulique - n : le coefficient de rugosité (coefficient de Manning) - KS : le coefficient de Strickler Notons que ce coefficient est fonction de la nature de la paroi de l’ouvrage. - Q : le débit - U : la vitesse - Jf : la pente du fond Cette forme épouse les formes de la rivière. Dans les conditions d’un écoulement, le tirant d’eau se calcule en utilisant la formule de Manning Strickler :
  • 29. Dimensionnement des Radiers Les radiers surélevés La hauteur de surélévation du radier par rapport au niveau du sol environnant est déterminée en fonction des niveaux d'inondation attendus. Cette hauteur doit être suffisante pour empêcher les eaux de crue de déborder sur le radier et inonder les zones avoisinantes. On étudiera les méthodes de dimensionnement selon le type d’écoulement - si HAV < 0,8*HAM, l’écoulement est dit dénoyé, le niveau aval n’influence pas l’écoulement. - si HAV ≥ 0,8*HAM, l’écoulement est dit noyé, le niveau aval ralentit l’écoulement.
  • 30. Écoulement dénoyé L'association du théorème de Bernoulli et de la condition de régime critique donne pour un radier, en régime dénoyé, la forme générale suivante : μ étant un coefficient issus des mesures expérimentales et dépendant de la forme générale et des caractéristiques du radier, L étant sa longueur
  • 31. Écoulement dénoyé Radier horizontal L’écoulement au-dessus du radier sera comparable à celui d’un déversoir rectangulaire à large crête. Ce problème a fait l’objet de nombreuses études expérimentales notamment celles de Bazin qui préconise la formule suivante pour tenir compte de la largeur du seuil : dans laquelle : Q = débit de pointe de la crue de projet, en m3/s ; Ham = hauteur d’eau amont comptée à partir de la crête du radier, en m ; B = la largeur du radier en m ; L = la longueur du radier, en m.
  • 32. Écoulement dénoyé Radier à parties courbes Le débit véhiculé sur radier est donné par la relation Dans laquelle Q, débit de pointe de la crue du projet en mᶾ/s Ham, hauteur amont, en m B est la largeur du radier, en m L en est la longueur en m R1 et R2 sont les rayons des parties courbes du radier
  • 33. Écoulement dénoyé Radier à palier horizontal avec parties courbes Le débit véhiculé sur le radier résulte de l’addition de 2 débits : - débit sur le palier de longueur L, donné par la relation correspondant au radier rectangulaire ci-avant ; - débit dans les parties courbes, qui est donné par l’expression donnant les radiers à parties courbes ci avant.
  • 34. Écoulement noyé Pour un radier horizontal Pour un radier à palier horizontal avec parties courbes
  • 35. Les ouvrages de types fossés Les fossés sont utilisés pour collecter, canaliser et transporter les eaux de ruissellement. Nous pouvons citer notamment : - Les fossés plats ou encore fossés peu profonds : Ils sont composés par les cunettes, les fossés trapézoïdaux et les fossés triangulaires - Les fossés profonds Ils peuvent être de forme trapézoïdal ou rectangulaire.
  • 36. Fossés plats ou encore fossés peu profonds Les fossés plats, également appelés fossés peu profonds, sont des canaux de drainage ouverts caractérisés par une faible profondeur par rapport à leur largeur et une pente relativement douce. Ils sont creusés le long des routes pour collecter et écouler les eaux de ruissellement. Ce sont les fossés qui sont couramment utilisés en pieds de talus de déblai ou dans les régions où l'intensité des précipitations sont faibles.
  • 37. Fossés plats ou encore fossés peu profonds Les cunettes Les fossés trapézoïdaux Les conditions d'application, permettant d'assurer la sécurité des usagers sont : m1 > 4 et m2 > 4 ou encore m1 > 6 et m2 > 3.
  • 38. Fossés plats ou encore fossés peu profonds Les fossés triangulaires (obtenu du cas précédent pour l = 0) avec les conditions m1 > 6 et m2 > 4 ou encore m1 > 4 et m2 > 6.
  • 39. Fossés profonds Les fossés profonds sont dimensionnés pour gérer des volumes d'eau plus importants que les fossés plats. Ils sont conçus pour collecter et écouler des débits élevés, réduisant ainsi les risques d'inondations et de dommages aux infrastructures. Formes trapézoïdales Lorsque les fossés sont réalisés en terre, le coefficient de rugosité obéit à 20 ≤ K ≤ 30 alors que pour les fossés revêtus, il obéit à 50 ≤ K ≤ 80 Les dimensions de ce type d'ouvrage sont obtenues en faisant m1 = m2 = m, alors :
  • 40. Etude de l’APD du projet Tambacounda-Kidira-Bakel PARTIE II III. Présentation de la délimitation des bassins versants avec l’outil logiciel utilisé ainsi que les paramètres de calage I. Vérification des hypothèses hydrologiques et vérification du calcul des débits du projet II. Vérification des calculs hydrauliques déjà faits
  • 41. Les hypothèses utilisées pour les calculs sont tirées à partir du manuel élaboré par l'équipes du CIEH, l'ORSTOM, du laboratoire Commun de Télédétection CEMAGREF-ENGEF (LCT) et de la FAO. Cependant le manuel pour l'estimation des crues décennales et des apports annuels pour le petit bassin versants non jauges de l'Afrique sahélienne et tropicale sèche définit les deux méthodes actualisées ORSTOM et CIEH. Ainsi élaborer sur ce projet consiste à combiner ces deux méthodes (ORSTOM et CIEH) Delors il faut avant tout déterminer les débits de crues décennales données par les 3 équations selon CIEH. Partie 2 1-A.Vérification des hypothèses hydrologiques et vérification du calcul des débits du projet
  • 42. Par la suite il faut déterminer le débit de crue décennale avec la méthode ORSTOM. Enfin effectuer la combinaison des deux méthodes pour trouver le débit moyenne de crue décennale, le débit cinquantenaire et le débit centenaire. Partie 2
  • 43. Q10 : le débit de crue décennale S : la superficie du bassin en Km Ig: L’indice global de la pente en m/Km Pan : la pluie annuelle en mm Kr•10 : le coefficient de ruissellement correspondant à la crue décennale Partie 2 1-A.a.Vérification Calcul de débit avec la méthode CIEH : on utilise les trois formules présentées au dessus :
  • 44. Pour les cas où le Kr10 est différent des valeurs obtenu avec Kr70 et Kr100, dans ce cas on va faire une interpolation en calculant d’abord en Kr70 prenant comme coefficient a=250 ,b=20 et c=12 puis on calcul aussi pour Kr100 en prenant comme coefficient a=300 ,b=20 et c=15 et enfin on calcul Kr10 en faisant une interpolation .S’il n’y a pas de différence alors on prendra pour les calculs Kr70 = Kr10 .Après vérification tous les valeurs de Kr sont correctes. Pour les valeurs de Superficie (S) et indice de pente (Ig) sont des données du logiciel de travail. Ce qui nous permet de vérifier avec exactitude l’ensemble des valeurs de débit avec la méthode CIEH et les valeurs trouvées sont correctes. Partie 2 1-A.a.Vérification Calcul de débit avec la méthode CIEH : Kr•10 est obtenu par vérification selon la formule :
  • 45. Q•10 : le débit de crue décennale (m3/s) m : le coefficient de majoration d’écoulement prenant en compte le débit d’écoulement retardé, estimé d’après la perméabilité des bassins dans la zone où la méthode est appliquée; ce coefficient prend en compte l’état d’humectation du sol. A : le coefficient d’abattement ∝10 :le coefficient de pointe P10 : la précipitation décennale ponctuelle (24 h) en mm Kr10 :le coefficient de ruissellement décennal S : la superficie du bassin versant en km2 Tb : le temps de base en secondes. Partie 2 1-A.b.Vérification Calcul de débit avec la méthode ORSTOM:
  • 46. Vérification Calcul de débit avec la méthode ORSTOM: PARTIE 2 Ces différents paramètres sont déterminés à l'aide d'abaque . Pour ce cas on a pris lors des calculs ∝10 =2.6 et la hauteur de la pluie journalière qui est une donnée de l’ANACIM P10=127 mm, le Kr est calculée de la même façon que la méthode CIEH.
  • 47. Vérification Calcul de débit avec la méthode ORSTOM: PARTIE 2 Le coefficient d'abattement A permettant de calculer la pluie moyenne sur le bassin se détermine à partir de l'équation simplifiée de VUILLAUME comme suit: A=1-(9log(r)-0,042xPan +152)x10-3 xlog(S) avec : A = coefficient d'abattement S = superficie du bassin versant en km2 Pan = hauteur moyenne de précipitation annuelle en mm r = période de retour considérée (r = 10 ans pour la fréquence décennale). Pour le calcul du Temps de base (Tb) on a utilisé la formule : Tb=300+(250*S^0.35) avec : S :la superficie en km2
  • 48. Vérification Calcul de débit avec la méthode ORSTOM: PARTIE 2 Comme tous les paramètres sont ainsi obtenus on applique la formule de ORSTOM pour le calcul de débit l’ensemble des bassins . Ainsi nous avons : Q10= moyenne (Q(ORSTOM);Q(CIEH)) Q50=1.5* Q10 Q100=2* Q10
  • 49. 3.RÉSULTATS 1I-A.Vérifier les calculs hydrauliques faits Partie 2 2.VÉRIFICATION DE BUSES 1.VÉRIFICATION DES DALOTS
  • 50. Le débit capable d’un ouvrage est calculé par la formule expérimentale de Manning- Strickler :
  • 51. Rappel de la procédure de calcul : 1. Sélectionner l'ouvrage en spécifiant la hauteur d'eau et le point de calcul. 2. Effectuer le calcul du débit maximal admissible et de la vitesse correspondante. 3. Calculer le temps de concentration. 4. Déterminer l'intensité de précipitation correspondante à un retour de 20 ans. 5. Calculer le débit d'apport. 6. Comparer le débit maximal admissible (Q capable) avec le débit d'apport (Q apport). • Si Q capable est supérieur à Q apport, cela signifie que l'ouvrage est surdimensionné. • Si Q capable est inférieur à Q apport, cela indique que l'ouvrage est sous-dimensionné. • Si Q capable est égal à Q apport, cela signifie que l'ouvrage est adapté à la hauteur spécifiée.
  • 52. Le débit de l’ouvrage : Q = L x m’D x [2gD x (m-m’)0,5 / (1+k)0,5] Après simplification, on a : Q = 2.5 m 0.5 / (1+k)0,5 x m’LD 1,5 pour m inférieur ou égal à 1.25 Q = 4.43 x (m-1) 0.5 / (1+k)0,5 x LD 1,5 pour m supérieur ou égal à 1.50 1. Vérification des dalots
  • 56. III. Délimitation des bassins versants et présentation des logiciels utilisés
  • 57. 1. Délimitation des bassins versants Enregistrement du fichier sous format .kmz. Ouverture sur Global Mapper du fichier .kmz précédemment enregistré Apres avoir eu les informations par rapport au relief de la zone et le tracé de l’axe superposés, On enregistre le tout sous format GeoTIFF. Tracage sur Google Earth du trajet de l’axe routier configuration des paramètres de projections en choisissant la zone qui nous correspond : UTM zone 28 WGS 84.
  • 58. 1. Délimitation des bassins versants Pour faire ressortir ce réseau, on utilise les commandes « flow direction » (pour représenter la direction d’écoulement des eaux), « flow accumulation » entre autres. Toujours sur Global Mapper, on crée une couche qui va représenter le réseau hydrographique de la zone. Ensuite, on repère ceux qui ont leur exutoire le long de la route étudiée et on procède à leur numérisation. Ainsi, pour chaque exutoire, on délimite son bassin versant.
  • 59. 1. Délimitation des bassins versants Sur ArcMap :Après avoir fait ressortir le réseau hydrographique enregistrer le trajet sous format Shape file et ouvert le tout sur ArcMap, il nous est enfin possible de voir les intersections entre eux, représentant les exutoires de nos bassins versants recherchés, exutoires étant les emplacements des ouvrages hydrauliques Une numérisation des points exutoires de l’axe routier est ensuite faite. C’est ainsi qu’on obtient le réseau de bassins versants situé le long de l’axe routier Tambacounda- Kidira-Bakel.
  • 60. Les bassins versants le long de l’axe Tambacounda- Kidira-Bakel
  • 62. a. Google Earth Initialement connu sous le nom d’Earth Viewer, c’est un logiciel mettant à notre disposition un assemblage de photographies aériennes et satellitaires du globe entier, nous permettant de visualiser ainsi la terre. Avec ce logiciel, il est possible donc d’avoir des informations quant à la position de n’importe quel point sur n’importe quelle zone géographique. Grâce à sa haute résolution, il est aussi possible de visualiser en 3D la surface de la terre. Dans le cadre de notre recherche, le logiciel nous a permis de situer les différents points de l’axe routier étudié, afin d’en obtenir le tracé.
  • 63. b. Global Mapper C’est une application logicielle SIG (Système d’informations Géographiques) de pointe qui fournit aux professionnels de la géomatique, novices ou expérimentés, une gamme complète d’outils de visualisation, d’édition, d’analyse et de représentation de données spatiales. C’est un SIG facile à utiliser car assez intuitif. Son atout principal est qu’il prend en charge plus de 300 formats de données spatiales et offre une suite complète d’outils de création et d’édition de données, à côté de cela, il fournit aussi des capacités de visualisation et d’analyse 3D de pointe. Il est développé par Blue Marble Geographics. Nous avons eu à nous en servir pour la délimitation des bassins versants qui ont leur exutoire sur l’axe routier du projet. .
  • 64. c. ArcMap ArcMap fait partie de la suite de logiciels ArcGIS, autrefois appelé ArcView GIS, qui fournit des outils contextuels pour la cartographie et l’analyse spatiale. C’est aussi un logiciel SIG. Il est développé par la société ESRI (Environmental Systems Research Institute). Il est utilisé pour visualiser, éditer, créer et analyser des données géospatiales. Les fichiers sortis du logiciel ont pour extension .mxd. Avec ArcMap, nous avons réalisé la numérisation des points exutoires des bassins versants, représentant en réalité les emplacements de nos ouvrages hydrauliques.
  • 65. CONCLUSION Ce travail nous a permis d'acquérir une compréhension approfondie des méthodes hydrologiques et hydrauliques utilisées dans le domaine de l'ingénierie des eaux. Les vérifications effectuées sur le projet Tambacounda-Kidira-Bakel ont renforcé la validité des résultats obtenus et ont contribué à l'élaboration d'une étude solide et fiable. Ces connaissances et résultats pourront servir de base pour des projets futurs dans le domaine de l'hydrologie, de l'hydraulique et de l'aménagement routier.
  • 66. Carlier, M., 1972, Hydraulique générale et appliquée, Eyrolles, Paris, France ZOGANG Justin, 2019, Mémoire : ETUDES TECHNIQUES DETAILLEES RELATIVES AUX TRAVAUX DE REHABILITATION DE LA ROUTE NATIONALE N°2 (RN2) DU TRONÇON EBOLOWA-AMBAM AU CAMEROUN (LONGUEUR : 91.788 KM). A. DUPONT, HYDRAULIQUE URBAINE TOME 1 HYDROLOGIE. CAPTAGE ET TRAITEMENT DES EAUX, TOME 2 NO01/31683 -SPEPE B 166 Pierre Ribière, Dimensionnement des réseaux d'assainissement" Abdoul Aziz Vanediemo MEITE, 2019, Mémoire : ETUDE COMPARATIVE DES METHODES USUELLES DE CALCULS HYDROLOGIQUES ET HYDRAULIQUES : CAS D’UN OUVRAGE DE FRANCHISSEMENT A ANIASSUE SUR LE FLEUVE COMOE(BURKINA FASO) Donald KAMENI TCHETCHOUM, SEPTEMBRE 2020, Mémoire : ETUDE HYDROLOGIQUE DE LA CONSTRUCTION DE LA ROUTE BANDJA-FOTOUNI- BALESSING, REGION DE L’OUEST CAMEROUN SOURCES https://www.pseau.org/outils/ouvrages/lux_dev_l_assainissement_des_eaux_pluvia les_en_milieu_urbain_tropical_subsaharien_1996.pdf
  • 67. MERCI DE VOTRE AIMABLE ATTENTION !!!

Notes de l'éditeur

  1. 1.7.2013
  2. 1.7.2013
  3. 1.7.2013