Hydrologie et hydraulique urbaine en réseau d'assainissement 2013

54,818 views

Published on

Published in: Environment
5 Comments
31 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
54,818
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
111
Actions
Shares
0
Downloads
11,521
Comments
5
Likes
31
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Hydrologie et hydraulique urbaine en réseau d'assainissement 2013

  1. 1. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 1 2013 José VAZQUEZ ENGEES/IMFS Hydrologie et hydraulique urbaine en réseau d’assainissement Formation d’ingénieur
  2. 2. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 2 Cet ouvrage est une compilation de différents documents dont les plus représentatifs sont : GUIDE DE L'ASTEE/SHF, Guide technique pour la conception et le dimensionnement des réseaux et ouvrages d'assainissement, Commission Assainissement, Groupe de travail révision Instruction technique 77/284, à paraître. T. BAUER, Pratique de l'assainissement urbain, polycopié de cours, Version 2007. CERTU, "LA VILLE ET SON ASSAINISSEMENT, Principes Méthodes et Outils pour une meilleure intégration dans le cycle de l’eau", 2003, Ed. CERTU. L'Encyclopédie des Techniques de l'Ingénieur : J. VAZQUEZ, C. JOANNIS, M. ZUG, (2009) W6902 Modélisation et métrologie des déversoirs d'orage. Publication dans « L’encyclopédie des Techniques de l’Ingénieur » (ETI Sciences et Techniques). 2009, vol. W3, W6902. C. JOANNIS, J. VAZQUEZ, M. ZUG, (2009) W6901 Fonctions et typologie des déversoirs d'orage. Publication dans « L’encyclopédie des Techniques de l’Ingénieur » (ETI Sciences et Techniques). 2009, vol. W3, W6901. P. BLAZY, E.A. JDID, J.L. BERSILLON, Décantation : Aspects théoriques, Publication dans « L’encyclopédie des Techniques de l’Ingénieur ». J 3 450. J. VAZQUEZ, M. ZUG, L. PHAN, C. ZOBRIST, (2006) Guide technique sur le fonctionnement hydraulique des déversoirs d’orage, Guide FNDAE (184p.+ 94p. annexes), http://www-engees.u- strasbg.fr/site/fileadmin/user_upload/pdf/shu/Guide_technique.pdf. A.G. SADOWSKI, Synthèse sur l’hydrogène sulfuré et son traitement, Cours ENGEES, 2006. HAGER W. H., Wastewater hydraulics theory and practice, Springer, ed. 1999. B. CHOCAT, J.P. BARDIN, Développement d'outils d'aide à la conception des systèmes d'assainissement pluviaux, Rapport ANVAR 2004, BQT.
  3. 3. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 3 SOMMAIRE 1  PRINCIPES GENERAUX D’UN PROJET D’ASSAINISSEMENT ...................................................................... 5  1.1  LES NIVEAUX DE SERVICE ET PERIODES DE RETOUR ................................................................................................. 5  1.2  DUREE D’UTILISATION DES OUVRAGES ................................................................................................................ 7  2  CONCEPTION DES RESEAUX D’ASSAINISSEMENT ................................................................................... 8  2.1  A L’AMONT DES BRANCHEMENTS ...................................................................................................................... 8  2.1.1  Broyeurs d'évier ............................................................................................................................... 8  2.1.2  Boîtes à graisses, déshuileurs .......................................................................................................... 8  2.1.3  Protection contre les refoulements ................................................................................................. 8  2.2  LES BRANCHEMENTS ...................................................................................................................................... 9  2.2.1  Raccordement de la canalisation de branchement ....................................................................... 10  2.3  LES BOUCHES D'EGOUTS ................................................................................................................................ 20  2.4  DISPOSITIFS D’ENGOUFFREMENT (AVALOIRS) ..................................................................................................... 22  2.5  ACCES AUX CANALISATIONS : LES REGARDS ET BOITES .......................................................................................... 24  2.5.1  Types d’ouvrages et conditions d’accès aux canalisations ............................................................ 24  2.5.2  Fonctions des ouvrages ................................................................................................................. 26  2.5.3  Constitution des ouvrages d’accès ................................................................................................ 26  2.5.4  Implantation des ouvrages d’accès ............................................................................................... 28  2.5.5  Accès aux collecteurs visitables ..................................................................................................... 28  2.6  LES COLLECTEURS ........................................................................................................................................ 30  2.7  LES DEVERSOIRS ........................................................................................................................................... 34  2.7.1  Définitions et objectifs ................................................................................................................... 34  2.7.2  Configurations et typologies ......................................................................................................... 38  2.7.3  Conclusion ..................................................................................................................................... 49  2.8  LES OUVRAGES DE STOCKAGES ........................................................................................................................ 50  2.8.1  Cas des bassins de retenue d'eau pluviale : protection contre l'inondation .................................. 50  2.8.2  Cas des bassins de dépollution : protection du milieu naturel ...................................................... 50  2.8.3  Fonctionnement mixte .................................................................................................................. 51  2.8.4  Combinaisons entre déversoirs d'orage et ouvrage de stockage .................................................. 52  2.8.5  Les dispositifs de curage ................................................................................................................ 54  2.9  LES STATIONS DE POMPAGES .......................................................................................................................... 57  2.9.1  Définition des besoins .................................................................................................................... 57  2.9.2  Conception ..................................................................................................................................... 59  2.9.3  Prise en compte des phénomènes en régime transitoire (les coups de bélier) .............................. 70  2.10  LIMITEUR, REGULATEUR DE DEBIT ............................................................................................................... 73  2.10.1  Objectifs .................................................................................................................................... 73  2.10.2  conception ................................................................................................................................ 73  2.10.3  Principe des dispositifs couramment utilisés ............................................................................ 74  2.11  RESERVOIRS DE CHASSE ............................................................................................................................ 81  2.12  REGARDS DE CHUTE ................................................................................................................................. 83  2.13  LES DECANTEURS ..................................................................................................................................... 83  2.14  LES TECHNIQUES ALTERNATIVES .................................................................................................................. 85  2.14.1  Toiture réservoir ....................................................................................................................... 86  2.14.2  bassins de rétention .................................................................................................................. 87  2.14.3  Chaussée réservoir .................................................................................................................... 87  2.14.4  Puits d'infiltration ..................................................................................................................... 88  2.14.5  Tranchée drainante .................................................................................................................. 88  2.14.6  Noues ........................................................................................................................................ 89   
  4. 4. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 4 3  DIMENSIONNEMENT DES RESEAUX ..................................................................................................... 90  3.1  CALCUL DES DEBITS ...................................................................................................................................... 90  3.1.1  Les débits de temps sec ................................................................................................................. 90  3.1.2  Les débits de temps de pluie .......................................................................................................... 98  3.2  LES COLLECTEURS ....................................................................................................................................... 118  3.2.1  Dimensionnement des canalisations à pleine section ................................................................. 119  3.2.2  Evaluation de la hauteur normale ............................................................................................... 123  3.2.3  Prise en compte de l’air piégé dans les réseaux enterrés : modèle de Lautrich .......................... 129  3.2.4  prise en compte des conditions d’écoulement ............................................................................ 131  3.2.5  Les écoulements aérés ................................................................................................................. 134  3.2.6  L’autocurage ............................................................................................................................... 137  3.2.7  Proposition d’une Méthode de dimensionnement globale ......................................................... 145  3.2.8  Annexes ....................................................................................................................................... 147  3.3  LES DEVERSOIRS D'ORAGES .......................................................................................................................... 153  3.3.1  Conception – dimensionnement .................................................................................................. 155  3.3.2  Dimensionnement des déversoirs ................................................................................................ 157  3.3.3  Formule d’orifices ........................................................................................................................ 157  3.3.4  Formules de leaping weir ............................................................................................................ 159  3.3.5  Formules de déversoir à crête ..................................................................................................... 162  3.4  LES OUVRAGES DE STOCKAGE : LES BASSINS ..................................................................................................... 170  3.4.1  Méthode des pluies ..................................................................................................................... 170  3.4.2  Méthode des volumes ................................................................................................................. 172  3.4.3  Méthode de la pluie critique ........................................................................................................ 175  3.4.4  méthode IT 77 ............................................................................................................................. 177  3.4.5  méthode Agence de l’Eau Rhin‐Meuse ........................................................................................ 179  3.4.6  Dispositions constructives ........................................................................................................... 185  3.5  LES STATIONS DE POMPAGES ........................................................................................................................ 186  3.5.1  Volume utile de la bâche de reprise ............................................................................................ 186  3.5.2  Prévision qualitative de la production H2S .................................................................................. 187  3.6  LES DECANTEURS ....................................................................................................................................... 188  3.6.1  Dimensionnement ....................................................................................................................... 188  3.6.2  Vitesse de chute des particules en suspension ............................................................................ 188  4  LA MODELISATION ............................................................................................................................ 190  4.1  MODELISATION : CONCEPTS, APPROCHES, ET ETAPES ........................................................................................ 190  4.1.1  Les modèles ................................................................................................................................. 190  4.1.2  Les différents types de modèles .................................................................................................. 190  4.1.3  Les problèmes à résoudre ............................................................................................................ 191  4.1.4  Etapes méthodologiques ............................................................................................................. 192  4.2  PRISE EN COMPTE DES DONNEES ................................................................................................................... 194  4.2.1  Origine et types de données du site ............................................................................................ 195  4.2.2  Les données « mesurées » événementielles ................................................................................ 196  4.3  LES PRINCIPAUX PHENOMENES ..................................................................................................................... 203  4.3.1  La modélisation hydrologique ..................................................................................................... 205  4.3.2  La modélisation hydraulique ....................................................................................................... 208  4.4  SCHEMATISATION, CALAGE, VALIDATION ET EXPLOITATION ................................................................................. 213  4.4.1  Schématisation préalable ............................................................................................................ 213  4.4.2  Critères de comparaison .............................................................................................................. 214  4.4.3  Le calage ...................................................................................................................................... 216  4.4.4  La validation ................................................................................................................................ 221  5  SOMMAIRE DETAILLE ........................................................................................................................ 222 
  5. 5. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 5 1 PRINCIPES GENERAUX D’UN PROJET D’ASSAINISSEMENT 1.1 LES NIVEAUX DE SERVICE ET PERIODES DE RETOUR (Guide ASTEE) Depuis la décentralisation de 1982, le choix d’un niveau de protection relève de la responsabilité des collectivités, donc des maires ou présidents d'EPCI (Etablissement Public de Coopération Intercommunale). Il s’agit pour les élus de trouver un optimum technico-politico-financier qui concilie un coût des ouvrages supportable et un niveau de protection techniquement et politiquement suffisant. L’habitude a été prise dans le passé, et notamment par les services de l’Administration, de dimensionner les ouvrages pluviaux pour une période de retour de 10 ans, même si l’instruction technique de 1977 suggérait de se limiter à 2 ou 5 ans pour les zones amont et d’aller jusqu’à 20 ou 50 ans pour les quartiers aval très urbanisés et sans relief. La norme européenne NF EN 752 propose de dimensionner les ouvrages pour limiter les fréquences d’inondation de la manière suivante :  Zones rurales : 1 tous les 10 ans  Zones résidentielles : 1 tous les 20 ans  Centres villes, Zones industrielles ou commerciales : 1 tous les 30 ans  Passages souterrains routiers ou ferrés : 1 tous les 50 ans Elles sont données à titre indicatif pour orienter les maîtres d'ouvrages les plus démunis. Cependant, le maître d’ouvrage, éventuellement à la demande du service instructeur, a toute latitude pour édicter ses propres règles, adaptées au contexte, aux enjeux et aux moyens de la collectivité. L'approche actuellement préconisée pour la conception et la gestion des systèmes d'assainissement, repose notamment sur les principes suivants :  envisager le fonctionnement des ouvrages pour tous les types d'évènements pluvieux : faibles, moyens, forts, très forts.  utiliser les techniques d’évacuation, mais également de rétention, ralentissement et infiltration (dites « alternatives ») de façon à disposer d'un système modulaire présentant plusieurs modes de fonctionnement adaptés à ces différents évènements,  aménager l’espace urbain pour supporter à moindre mal les défaillances des ouvrages. C’est une démarche beaucoup plus élaborée que la simple prise en compte de la période de retour de débordement d’un tuyau, mais qui permet de définir des stratégies de gestion du système pour différentes situations météorologiques. Pour faciliter cette approche il est proposé de s’appuyer sur une notion de niveaux de service, qui correspondent à des états différents de fonctionnement du système :
  6. 6. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 6  Niveau 0 : Temps sec : pas de rejet vers le milieu naturel.  Niveau 1 : Capacité maximale des ouvrages avant rejet sans traitement au milieu naturel. En réseau unitaire et pseudo séparatif, il n’y a pas de déversement non traité. L’objectif est la protection du milieu naturel. Ce niveau correspond à des pluies faibles sans impact sur le milieu récepteur. (Période de retour de 15 jours à 1 an au maximum)  Niveau 2 : Capacité maximale des ouvrages sans mise en charge et remplissage total des ouvrages de stockage. Il correspond à des pluies moyennes qui définissent généralement le dimensionnement des ouvrages. Le réseau fonctionne à pleine capacité avec déversements au milieu naturel acceptés. (Période de retour jusqu’à 2 ans)  Niveau 3 : Capacité en charge des tuyaux jusqu’au débordement en surface, utilisation des déversoirs de sécurité des ouvrages de stockage. Il correspond aux pluies fortes avec les premiers débordements. Priorité est donnée à la lutte contre les inondations avec acceptation d’impacts significatifs sur le milieu récepteur. (Période de retour jusqu’à 20 ans)  Niveau 4 : Capacité des ouvrages et des voiries jusqu’à l’atteinte d’écoulements dangereux en surface (plus de 50 cm d’eau = voitures soulevées et piétons en stress). Il correspond aux pluies très fortes pour lesquelles la priorité est donnée à la sécurité publique. (Période de retour de 50 à 100 ans). La définition des seuils séparant ces niveaux, que l’on a exprimés en période de retour de défaillance des ouvrages (au-delà des capacités maximales), relève d’une décision politique, puisqu’elle engage à la fois le financement nécessaire, le niveau accepté de détérioration de la qualité écologique du milieu récepteur, mais aussi le niveau de risques et de dégradation des conditions de vie en ville.
  7. 7. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 7 1.2 DUREE D’UTILISATION DES OUVRAGES (Guide ASTEE) La conception et le dimensionnement d’un projet s’appuient sur une période donnée. Cette période d’utilisation du projet intègre les données existantes lors de la conception et leur évolution prévisible à moyen terme (par exemple 10 à 15 ans pour l'évolution de l'urbanisation). Un système d'assainissement représentera toujours, quelles que soient les solutions adoptées, un investissement très lourd pour la collectivité, qu'il conviendra de rentabiliser au maximum ; on peut évoquer plusieurs échelles de temps à son sujet :  La période d'amortissement financier, correspondant à la durée de remboursement des emprunts contractés au moment de l'investissement (soit une durée de 20 à 30 ans, voire plus, selon les conditions du marché),  La période d'amortissement comptable, correspondant à la durée qui sépare deux remplacements d'un ouvrage ou d'un composant ; pendant cette durée, il convient donc de « provisionner » des ressources en vue du renouvellement de cet ouvrage ou de ce composant ; cette période est fonction de la nature des investissements, et les nouvelles dispositions préconisent de distinguer les différents composants du système d'assainissement.  A titre indicatif, les durées d'amortissement prévues par l'instruction comptable M49 ou préconisées dans certaines applications sont les suivantes : o Réseau enterré : 60 ans o Cuvelages station d'épuration, déversoirs, bâtiments : 60 ans o Branchements et regards : 50 ans o Autre génie civil, postes de relèvement : 40 ans o Voirie, clôture : 30 ans o Electromécanique : 5 ans  La durée réelle d'utilisation, appelée parfois durée fonctionnelle du système, qui sera aussi longue que possible, tant que ses capacités (de transit, de stockage ou de traitement) ne seront pas dépassées et qu'il sera conforme à la règlementation en vigueur. La durée réelle d'utilisation du système peut largement dépasser les durées d'amortissements comptable et financier et atteindre, voire dépasser le siècle. Il convient d'ailleurs de souligner que les dernières réformes de l'instruction comptable envisagent de faire correspondre durée d'amortissement et durée réelle d'utilisation. Pour permettre cela, la conception, la réalisation (choix des matériaux et mise en œuvre) comme la gestion doivent être conduits avec un niveau élevé de qualité.
  8. 8. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 8 2 CONCEPTION DES RESEAUX D’ASSAINISSEMENT 2.1 A L’AMONT DES BRANCHEMENTS (Guide ASTEE) Il s’agit d’équipements destinés à protéger le système d’assainissement de l'introduction de substances ou de matières indésirables, tant dans les parties constitutives des réseaux que dans les branchements qui y aboutissent. Certains équipements sont destinés à protéger les installations amont d’un dysfonctionnement du réseau. L’installation de ces équipements est régie par les prescriptions du règlement du service de l’assainissement de l’autorité organisatrice. Ces équipements sont rappelés dans ce document qui n’aborde pas leur dimensionnement. 2.1.1 BROYEURS D'EVIER Il convient de proscrire, sauf justifications spéciales, la mise en service de broyeurs d'éviers qui, outre la surcharge qu'ils apportent aux stations d'épuration, aggravent les risques de dépôts dans les égouts. 2.1.2 BOITES A GRAISSES, DESHUILEURS La mise en service de boites à graisses et de bacs déshuileurs s'impose pour les branchements d'immeubles où sont exercées certaines activités (restaurants, industries alimentaires, garages, ateliers de mécanique, etc..). Ces appareils n'assureront toutefois un service satisfaisant que dans la mesure où ils seront bien conçus et correctement exploités. Compte tenu de l'importance que présente leur bon fonctionnement pour l'exploitation des réseaux et des stations d'épuration, la collectivité devra porter une attention toute particulière à leur établissement et à leur contrôle. Notons toutefois que les bacs déshuileurs ne peuvent assurer une sécurité totale en ce qui concerne les risques de pénétration des hydrocarbures et autres matières inflammables dans les réseaux. 2.1.3 PROTECTION CONTRE LES REFOULEMENTS Le règlement sanitaire départemental type prescrit dans son article 44 les dispositions à prendre pour éviter le reflux des eaux des réseaux d’assainissement lors de leur exceptionnelle mise en charge dans les parties des immeubles situées en dessous du niveau de la voie publique :  Etanchéité des canalisations, joints et regards en domaine privé avec résistance à une pression correspondant à une élévation des eaux jusqu’au niveau de la chaussée ;  Mise en place de clapets anti-retour entre les parties inférieures de l’immeuble et la voie publique ;  Déconnection totale avec évacuation des effluents par station de pompage.
  9. 9. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 9 2.2 LES BRANCHEMENTS (Guide ASTEE) Le branchement particulier sous domaine public permet l’acheminement des eaux usées domestiques, des eaux pluviales ou des eaux industrielles provenant d’une source privée vers un collecteur public. Les branchements doivent assurer les meilleures conditions d'hygiène pour l'habitation tout en sauvegardant le bon fonctionnement du réseau de collecte en respectant les règles du règlement sanitaire départemental et du règlement du service de l’assainissement de la collectivité. C’est le service de l’assainissement qui fixe : - le nombre de branchements à installer par immeuble à raccorder, - le tracé, le diamètre, la pente de la canalisation ainsi que l’emplacement de la boîte de branchement ou d’autres dispositifs notamment de pré-traitement des rejets. Lorsque le réseau est unitaire, les eaux usées et eaux pluviales peuvent être déversées dans l’égout public par un seul branchement. La partie privée du branchement des nouvelles constructions doit être établie en fonction des options de la collectivité, généralement en système séparatif. Un branchement en domaine public comporte obligatoirement trois parties distinctes : - le dispositif de raccordement sur le collecteur principal (ou un regard) qui doit être pourvu d’au moins un joint souple et étanche. - la canalisation de branchement qui doit être rectiligne (sauf impossibilité). - la boîte de branchement qui se situe à l’alignement, de préférence, en domaine public et sur laquelle la canalisation de branchement se raccorde à l’aide d’un joint souple et étanche. Cette boîte de branchement sépare la partie publique de la partie privée du branchement. Figure 1 : Constitution d’un branchement en domaine public
  10. 10. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 10 On distingue deux types de raccordement des canalisations de branchement sur la canalisation principale : - les raccordements qui n’affaiblissent pas la résistance mécanique du collecteur ; - les raccordements qui affaiblissent la résistance mécanique du collecteur et qui ne doivent donc être utilisés que si les premiers ne peuvent être mis en œuvre. Tous les branchements et parties de branchements devront être rigoureusement étanches de façon à éviter toute intrusion d'eau de nappe dans l'égout et inversement toute infiltration d'eaux usées dans le terrain. 2.2.1 RACCORDEMENT DE LA CANALISATION DE BRANCHEMENT Géométrie des raccordements sur un collecteur non visitable Dans un collecteur de diamètre ≤ à 1000 ou un regard, le raccordement s’effectue avec un angle ≤ à 67°30 (en « Y ») orienté dans le sens de l’écoulement. L’angle de raccordement peut être de 90° quand le diamètre de la canalisation principale est au moins supérieur à deux fois le diamètre de la canalisation de branchement. Cet angle de raccordement permet d’éviter des dysfonctionnements hydrauliques au droit du raccordement. Figure 2 : Angles de raccordement avec le collecteur L’axe de raccordement du branchement est orienté vers le centre du collecteur pour permettre, notamment, le traitement du raccordement en cas de réhabilitation. Le raccordement se fait de préférence sur la moitié supérieure du tuyau, entre 45° et le plan médian de la canalisation principale afin de faciliter le compactage de la zone d’enrobage.
  11. 11. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 11 Figure 3 :Position des raccordements sur le collecteur Quand le diamètre du branchement est relativement important par rapport au diamètre du collecteur et que le diamètre du collecteur est supérieur à 500 mm, le niveau du radier du raccordement ne devra pas être inférieur à 0,20 mètre du niveau du radier du collecteur. Cette condition est destinée à assurer le bon fonctionnement hydraulique du branchement. Dispositifs de raccordement Trois types de dispositifs sont utilisés :  les culottes sont généralement mises en place lors de la pose d’un collecteur de diamètre ≤ à 400 mm. Elles sont généralement constituées du même matériau que le collecteur. Figure 4 : Exemple de culotte en « Y » mâle /femelle/femelle à 67°30  les selles sont généralement mises en place sur un collecteur déjà existant. Elles viennent se poser « à cheval » sur le collecteur dans un trou carotté ou découpé par sciage. L’étanchéité d’une selle se fait entre la surface extérieure du tuyau et la surface interne de la plaque de la selle. Les selles s’utilisent essentiellement sur les collecteurs d’un diamètre ≤ à 400 mm.
  12. 12. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 12 Figure 5 : Exemple de selle collée Les culottes et les selles de raccordement permettent de maintenir la résistance structurelle du collecteur.  les raccords de piquage réduisent généralement la résistance mécanique du collecteur au droit du percement. Ils s’utilisent sur des collecteurs d’un diamètre ≥ à 500mm et ce, à condition que le diamètre de la canalisation principale soit supérieur à 2 fois le diamètre de la canalisation de branchement (de préférence 3 fois). Lorsque des percements du collecteur doivent être réalisés, le découpage est réalisé avec une carotteuse (avec denture au carbure de tungstène ou au diamant) ou une scie cloche, en fonction du matériau, pour obtenir un trou circulaire, en prenant soin qu’il n’entre aucun matériau indésirable dans le tuyau. Trois types de raccords de piquage efficaces existent :  Les tulipes scellées.  Les joints en élastomère.  Les clips : moins efficaces, ils peuvent parfois être utilisés dans certaines conditions particulières. - les tulipes (et raccords à taquets) qui viennent se sceller à l’extérieur de la canalisation principale. Figure 6 : Exemples de raccordement par tulipe et raccord à taquets scellés
  13. 13. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 13 -les joints en élastomère (avec possibilité d’association de tulipe) qui s’utilisent essentiellement avec des collecteurs en béton et viennent s’insérer dans un trou carotté, dont l’étanchéité avec le collecteur est assurée par la compression de la canalisation de branchement sur les lèvres du joint. Avec ce dispositif le diamètre du carottage doit être parfaitement adapté aux tolérances prescrites par le fabricant du joint et l’épaisseur du tuyau doit être d’au moins 50mm (soit pour les tuyaux en béton un diamètre ≥ à 500mm). Figure 7 : Exemples de raccordement par joint en élastomère avec et sans tulipe -les « clips », qui viennent s’accrocher à l’intérieur du collecteur (sur les bords du carottage), et dont le joint est comprimé à l’extérieur (sur l’extrados) du collecteur par un système de serrage mécanique. Ils sont plutôt adaptés à des collecteurs d’un diamètre supérieur à 500 mm à paroi mince. Avec une canalisation de petit diamètre (< 500 mm) ils constituent une solution de secours ultime à réserver au raccordement sur une canalisation existante lorsque la présence d’eau rend un scellement ou un collage difficile. Avec les « clips », les éléments permettant l’accrochage du système pénètrent presque toujours dans le collecteur et peuvent provoquer une gêne à l’écoulement, à l’exploitation ou à une future réhabilitation. Lors du choix d’un « clips » il y aura toujours lieu de vérifier si la longueur de pénétration dans le collecteur est tolérable.
  14. 14. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 14 Figure 8 : Exemple de raccordement par clips Type de dispositif de raccordement Diamètre du collecteur Utilisation préférentielle en travaux neufs (N) ou sur collecteur existant (E) Relation Diamètre branchement Diamètre collecteur Maintien de la résistance structurelle Culotte ≤ 400mm N Immédiatement inférieur Oui Selle ≤ 400mm E Immédiatement inférieur Oui Regard ou boîte Tous diamètres N et E Inférieur ou égal Oui Raccords de piquage Tulipe scellée Joint élastomère Clips ≥ 500mm N et E inférieur à 1/2 Oui ≥ 500mm N et E inférieur à 1/2 Non ≥ 500mm E inférieur à 1/2 Non Recommandations d’utilisation des différents dispositifs de raccordement sur un collecteur non visitable Raccordement dans un collecteur visitable Dans un collecteur visitable, comme dans un regard ou dans une boîte, le raccordement s’effectuera à l’aide d’un raccord de piquage comportant un dispositif d’étanchéité souple installé dans un percement carotté. Dans les collecteurs d’une hauteur > 1000, le raccordement s’effectue généralement de manière orthogonale par rapport à l’axe longitudinal de la canalisation. On s’efforcera de limiter la hauteur de chute à 0.30m par rapport au radier chaque fois que possible et en cas d’impossibilité en se raccordant, par exemple, juste au dessus du niveau maximum de temps sec dans un collecteur unitaire.
  15. 15. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 15 Figure 9 : Hauteurs de raccordement dans un collecteur visitable Dans les collecteurs à banquettes, les branchements sont raccordés dans la cunette. Lorsque la canalisation doit être encastrée, la continuité de la banquette sera assurée par une grille ou par une dalle. Si le raccordement s’effectue dans le pied droit au-dessus de la banquette il sera canalisé par une chute accompagnée de manière à être encastré dans cette banquette ou cette banquette sera aménagée de manière à permettre son utilisation sans risques. Figure 10 : Raccordement dans un collecteur à banquettes Raccordement dans un regard ou une boîte d’inspection Le raccordement dans un regard ou une boîte facilite les opérations de maintenance (accès direct au branchement), de diagnostic (mesures de débit, prélèvements, inspection visuelle, …) et de réhabilitation.
  16. 16. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 16 Il ne doit pas s’effectuer dans la cheminée du regard en raison des contraintes d’exploitation posées par les raccordements mal réalisés, en chute, dans les échelons... Les dispositions suivantes doivent être respectées : - en cas de raccordement dans les banquettes, les cunettes seront modelées en pointe de cœur avec arêtes arrondies. - le niveau de la génératrice inférieure du branchement sera supérieur de 0,10 m au moins à celui de la génératrice inférieure de la canalisation principale. - lorsque le raccordement comporte une chute de plus de 0,30 m, il sera équipé d’une canalisation verticale ou d'un dispositif de chute accompagnée équivalent pourvu d'une ouverture permettant l’accès. - La chute accompagnée verticale interne est le dispositif à privilégier sous réserve de ne pas encombrer exagérément le regard par des chutes multiples. Dans ce cas, la chute verticale externe constitue une solution à condition de soigner le compactage du sol environnant. - La chute accompagnée inclinée externe présente des atouts au plan hydraulique mais davantage de difficultés de réalisation lors du compactage. Figure 11 : Types de raccordement dans un regard ou une boîte Canalisation de branchement La canalisation de branchement en domaine public va de la boîte de branchement au dispositif de raccordement. Le diamètre de la canalisation de branchement, d’une dimension minimum de 150 mm (300mm en pluvial), doit toujours être inférieur à celui du collecteur. Dans le cas exceptionnel où le diamètre du collecteur est de 150 mm, le diamètre du branchement sera de 125 mm.
  17. 17. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 17 La pente de la canalisation de branchement sera au minimum de 3 cm par mètre (30/1000) pour assurer les conditions d’auto curage même dans des conditions de débit faible et intermittent. Des dérogations sont cependant possibles après étude. La canalisation de branchement sera rectiligne sauf à créer des regards ou boîtes intermédiaires aux changements de direction. L’utilisation de coude pour régler l’orientation de la canalisation de branchement est interdite sauf prescriptions particulières du C.C.T.P. ou quand la présence d’obstacles entraîne l’impossibilité de garder la ligne droite. Dans ce cas, les coudes à utiliser seront à 22°30 (coude au 1/16ième ) ou à 11°15 (coude au 1/32ième ), de préférence, à grand rayon. Si une canalisation de branchement est d’une longueur supérieure à 35 mètres, il y a lieu de créer des regards (ou boîtes d’inspection) intermédiaires. Boîte de branchement La boîte de branchement peut avoir plusieurs fonctions :  matérialiser la limite entre réseau public et réseau privatif, ce qui présente un intérêt pour la répartition financière des charges d’entretien ;  localiser l’implantation des canalisations de branchement, ce qui facilite des interventions ultérieures ;  ménager un accès aux canalisations de branchement, en particulier celles qui sont situées sous domaine collectif, qui permet de curer, inspecter, voire réhabiliter ces canalisations et facilite en outre les contrôles de qualité et de quantité des effluents raccordés ;  assurer la protection du réseau public des obstructions en retenant les gros objets qui auraient pu être introduits dans les canalisations du domaine privatif. Les dimensions des boîtes de branchement doivent toujours être supérieures au diamètre des canalisations de branchement et dépendent de la profondeur et de la fonction attribuée à ces ouvrages : 1. repérage de l’emplacement du branchement 2. contrôle visuel de l’écoulement dans la boîte 3. contrôle visuel des canalisations de branchement 4. obturation des canalisations de branchement 5. nettoyage des canalisations de branchement 6. réhabilitation des canalisations de branchement
  18. 18. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 18 Le tableau ci-après résume les fonctions applicables suivant les différentes configurations : Dimensions de la cheminée Profondeur de la cheminée 250 mm 300mm 400 mm ≥ 600 mm P < 0,5 m 1 – 2 – 3 – 4 - 5 1 – 2 – 3 – 4 - 5 1– 2 – 3– 4– 5 - 6 1– 2 – 3– 4– 5 - 6 0,5 m < P < 1.5 m 1 – 2 – 3 - 5 1 – 2 – 3 – 4 - 5 1– 2 – 3– 4– 5 - 6 1– 2 – 3– 4– 5 - 6 P > 1.5 m 1 – 2 - 5 1 – 2 – 3 – 5 1 – 2 – 3 – 4 - 5 1– 2 – 3– 4– 5 - 6 P = distance entre le fil d'eau et la surface du sol. Un diamètre (ou un côté) de 300 à 400 mm suffit pour la plupart des fonctions retenues pour les profondeurs comprises entre 0.5 m et 1.5 m. A partir d’une dimension de 600 mm, l’ouvrage permet d’assurer toutes les fonctions dans toutes les configurations. On réservera la dimension minimale de 250mm aux cas où l’encombrement du sous- sol ne permet pas la mise en place de cheminées plus importantes. La collectivité peut cependant choisir d’imposer un siphon disconnecteur ou une boîte siphoïde destinés à arrêter les gros objets avant qu’ils n’atteignent le réseau public. Cette disposition reporte la responsabilité des engorgements sur l’usager. Ces ouvrages doivent assurer la ventilation et n’assurent donc aucune protection contre les remontées d’odeurs. Néanmoins la mise en place de siphon non ventilé en pied de descente d’eaux pluviales se justifie dans certains cas pour empêcher les remontées d’odeurs par les raccordements sur réseau unitaire. Les dispositifs de fermeture des boîtes de branchement doivent rester accessibles et dégagés en permanence. En domaine public, les ouvrages seront recouverts de tampons métalliques, hydrauliques (étanches aux odeurs) pour les réseaux unitaires et eaux usées ou à batée simple pour les réseaux pluviaux. En espace public les tampons hydrauliques seront conformes à la norme EN 124. Sur trottoirs, les dispositifs de fermeture de regards seront de classe de résistance B 125 ou C 250 kN suivant implantation. Conditions d’établissement des branchements Les conditions d’établissement des branchements d’assainissement sont décrites généralement dans les règlements du service de l’assainissement, dans le règlement sanitaire départemental, dans le code de la santé publique,... Dès qu’il existe un réseau de collecte l'établissement des branchements est obligatoire et son financement incombe aux propriétaires desservis.
  19. 19. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 19 Lorsqu'on procède à la construction d'un réseau de collecte, il est fortement recommandé de réaliser les branchements au cours de la même entreprise, y compris la boîte de branchement. Les établissements rejetant des eaux non domestiques doivent, à la demande du service de l’assainissement, être pourvus d’au moins deux branchements distincts pour les eaux usées : - un branchement pour les eaux usées domestiques, - un branchement pour les eaux usées non domestiques. Le branchement destiné à recevoir les eaux usées domestiques correspond aux critères généraux de réalisation des branchements particuliers dans la collectivité. Le branchement destiné à recevoir les eaux usées non domestiques doit être pourvu d’un regard permettant d’effectuer tout prélèvement ou mesure. Cet ouvrage est placé en limite de propriété, de préférence sous domaine public, afin d’être aisément accessible à tout moment. Un dispositif d’obturation permettant de séparer l’établissement industriel du réseau public doit pouvoir être mis en place sur les différents branchements, pour permettre la protection du réseau public contre des rejets non conformes à la convention de déversement ou en cas d’incendie (rétention des eaux d’extinction). Son curage devra être exécuté régulièrement à la diligence de l'établissement industriel. A la sortie de ce regard l'effluent industriel pourra rejoindre le réseau public dans les conditions prescrites par la convention de déversement. L'autorisation de raccordement pourra imposer tout dispositif de prétraitement qui sera nécessaire (dégrillage, neutralisation, déshuilage, etc...). Les installations de prétraitement nécessaires seront dimensionnées sur la base des résultats d’une étude préalable pour rendre le rejet conforme aux exigences de la convention avec la collectivité gestionnaire du réseau public et selon les normes en vigueur. Même en cas d’absence de convention de déversement, les stations-service, parcs de stationnement, teintureries,…seront équipés d’installations de prétraitement telles que dégrilleurs, décanteurs ou débourbeurs, séparateurs de graisses ou d’hydrocarbures, de même, les restaurants, cantines, boucheries, charcuteries, blanchisseries,…seront équipés de séparateurs de graisses et fécules.
  20. 20. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 20 2.3 LES BOUCHES D'EGOUTS (Guide ASTEE) Les bouches d’égout sont des ouvrages destinés à collecter en surface les eaux de ruissellement. Elles permettent, par l'intermédiaire d'une canalisation de branchement, d'acheminer ces eaux jusqu'au collecteur pluvial ou unitaire. Une bouche d’égout comporte une cheminée de dimensions variables, dans laquelle l'eau collectée sur les chaussées et trottoirs pénètre par l’intermédiaire du dispositif d’engouffrement (avaloir). En plus de la cheminée, une bouche d’égout comporte dans la plupart des cas un dispositif sélectif qui permet d'assurer une séparation grossière entre les éléments les plus lourds et les eaux de ruissellement proprement dites, et, dans certains cas, un dispositif de rétention des éléments flottants.  Avec les bouches d’égout sélectives le dispositif de sélection des déchets entraînés par le ruissellement (sables, graviers, feuilles,..) est un élément très utile à la protection du réseau qui permet de réduire la fréquence des curages de collecteur qui sont l’élément d’exploitation le plus coûteux dans la vie d’un réseau. La retenue des déchets peut se faire de 2 manières en fonction de la méthode d’entretien des ouvrages : 1. Avec décantation si les bouches d’égout sont entretenues à l’aide d’un camion aspirateur vidangeur ; dans ce cas la décantation doit être d’un volume suffisant pour assurer une véritable sélectivité (240 litres de décantation est le minimum recommandé). Dans certains cas, notamment si la bouche d’égout se raccorde sur un réseau unitaire, la décantation est équipée d’une cloison siphoïde qui permet de piéger les flottants et évite les remontées d’odeurs, cependant la capacité d’absorption pourra être limitée par le siphon si celui-ci n’est pas entretenu. Par ailleurs, la bouche d’égout siphonnée isole l’atmosphère du réseau : elle ne permet plus la ventilation du réseau. Si la bouche d’égout est siphoïde il est recommandé de maintenir la ventilation qui, dans le cas de raccordement sur un réseau unitaire, débouchera en hauteur (par exemple par un poteau d’éclairage public). 2. Sans décantation (à passage direct) mais comportant un panier amovible, pour le cas où la bouche d’égout est entretenue manuellement. Le volume de rétention des paniers est faible (environ 10 litres) pour permettre leur relevage manuel. Vu leur faible capacité, les paniers doivent être relevés régulièrement pour éviter leur colmatage, ils ne peuvent résister de manière durable aux chocs produits par le nettoyage à l’aide d’un aspirateur vidangeur.
  21. 21. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 21 Figure 12 : Exemples de bouches d’égout sélectives  Les bouches d’égout non sélectives à passage direct accordent la priorité à l’absorption des eaux pluviales, mais permettent aussi l’entrée dans le réseau de sables et de déchets divers qui nécessiteront un entretien régulier et coûteux des ouvrages. Par ailleurs, les dispositifs à entrée libre, en permettant la ventilation des réseaux, laissent exhaler vers la rue les odeurs parfois nauséabondes. à moins d’être équipées d’un clapet anti-odeurs. Note : On trouve sur le marché des clapets anti odeurs. Pour le bon fonctionnement de ce dispositif, il est impératif que l’avaloir soit grillé ou barreaudé afin que le clapet ne soit pas encombré par les déchets. Le clapet ne permet plus la ventilation du réseau. Il limite également la capacité d’absorption de part sa présence ainsi que celle de la grille ou des barreaux nécessaires pour le protéger. Ces dispositifs à clapet s’avèrent souvent peu efficaces contre les odeurs car lorsqu’ils sont légèrement ensablés ils restent entrouverts. Figure 13 : Bouche d’égout non sélective à passage direct Il est indispensable que l’absorption des eaux de ruissellement se fasse dans un ouvrage séparé du réseau en vue d’assurer une bonne sélection des déchets, ceci exclut les « regards bouche » (regards sur collecteur recouverts d’un dispositif d’absorption). Ce type d’ouvrage, plus encore que les bouches d’égout à passage direct, favorise l’engorgement rapide du réseau et, surtout sur un réseau unitaire, est à l’origine de dégagements d’odeurs que les dispositifs palliatifs ne peuvent supprimer. A décantation et cloison siphoïde A simple décantation A passage direct et panier
  22. 22. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 22 2.4 DISPOSITIFS D’ENGOUFFREMENT (AVALOIRS) (Guide ASTEE) Les avaloirs peuvent être classés selon 3 types :  Les avaloirs avec entrée latérale, Entrée libre Barreaudage vertical  Les grilles de caniveau, Figure 14 : Grilles en fonte montées sur le pilote de (Robert & Tossou, 2006): (a) petite grille standard 0.61x0.36 m², (b) grande grille standard 0.91x0.46 m², (c) grille aux barreaux inclinés 0.61x0.36 m²  Les dispositifs mixtes comprenant une entrée latérale grillée ou non, et une grille de caniveau, de conception séparée ou monobloc. Que la bouche d’égout soit sélective ou à passage direct, l’avaloir peut être barreaudé ou grillé. Dans ce cas, les déchets entraînés par le ruissellement ne
  23. 23. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 23 rentrent plus, ce qui réduit l’entretien à un nettoyage de voirie en surface ; en contrepartie, les performances d’absorption sont réduites, surtout en cas de colmatage. Les avaloirs barreaudés ou grillés laissent cependant passer les sables, ce qui ne permet pas de se dispenser des curages périodiques. Différentes études hydrauliques ont permis de montrer que la pente longitudinale de la rue est négligeable dans la capacité d’absorption de la grille. Par contre, la pente transversale joue un rôle non négligeable. (Wertel J., Vazquez J., Boca J., Cuny A., Morcel Y., Improved models of hydraulic gully grids and study of sensitivity to hydraulic parameters, Novatech 2010). Le long d’une voirie équipée de bordures et de caniveaux, la cheminée de bouche d’égout peut se trouver sous trottoir, et, en cas d’encombrement du sous-sol, sous l’ensemble bordure/caniveau ou sous chaussée. Dans ce cas, les eaux sont recueillies soit :  par un avaloir avec entrée latérale inséré dans la bordure (profil A ou T) comportant un tampon amovible ;  par un avaloir avec entrée sur le dessus (grille de caniveau amovible) inséré dans le caniveau ;  par un avaloir mixte qui permet un engouffrement par une entrée latérale complétée par une entrée sur le dessus. Sous un double caniveau (profil CC), dans des parcs de stationnement, des zones piétonnières,…les eaux sont recueillies par le dessus de la cheminée à l’aide de grilles amovibles plates ou concaves suivant le cas. D’autres configurations peuvent exister en fonction des particularités des sites desservis, comme par exemple : des caniveaux à grille longeant ou traversant la voirie à desservir, des caniveaux à fente,… Les dispositifs d’engouffrement situés en bord de voirie seront de la classe 250 kN. Objectifs en fonction des niveaux : Niveau 3 et 4 Absorption du débit maximal correspondant à une forte période de retour (10, 20 ans,…)
  24. 24. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 24 2.5 ACCES AUX CANALISATIONS : LES REGARDS ET BOITES (Guide ASTEE) Ces ouvrages sont destinés à permettre l'accès aux canalisations d’eaux usées d’eaux pluviales ou unitaires afin d'assurer :  les essais préalables à leur réception ;  leur surveillance ;  leur maintenance ;  leur entretien (dont le curage) ;  leur réhabilitation éventuelle. L’ensemble de ces opérations doit pouvoir être mené en toute sécurité pour le personnel d’exploitation. Les ouvrages d’accès peuvent être utilisés pour le raccordement des branchements particuliers ou des branchements de bouches d’égout. Dans ce cas ils facilitent les opérations de maintenance (accès direct), de diagnostic (mesures de débit, prélèvements, inspection visuelle, …) et de réhabilitation du branchement. Les dimensions, la forme et l’équipement des ouvrages d’accès, (échelles, échelons, etc,..) doivent être adaptés aux nécessités de la maintenance et de l’accès aux différents types de réseaux. Dans la mesure du possible la forme et la dimension des ouvrages correspondant à une même fonction seront identiques dans une même agglomération. Les ouvrages d’accès doivent résister aux charges qui les sollicitent et doivent être étanches à une pression correspondant à une mise en charge jusqu’au niveau de la chaussée et ce, jusqu'à l’assemblage supérieur du dispositif de réduction. Pour les ouvrages profonds cette étanchéité doit être garantie jusqu'à une mise en charge correspondant à 5m de hauteur d’eau comptés à partir de la génératrice intérieure supérieure de la canalisation sortante. 2.5.1 TYPES D’OUVRAGES ET CONDITIONS D’ACCES AUX CANALISATIONS On rencontre 2 familles d’ouvrages d’accès :  Les regards qui permettent l’accès du personnel à la canalisation d’assainissement.  Les boîtes qui sont destinées à assurer la maintenance, la réhabilitation et le contrôle de la canalisation d’assainissement mais dans lesquelles le personnel d’exploitation ne peut pénétrer. Chacune de ces deux familles d’ouvrages d’accès peut comporter plusieurs types d’ouvrages : 1. Les boîtes sont des ouvrages dont la cheminée est d’une dimension inférieure à 0.80m, on distingue :  Les boîtes d’inspections sont situées sur un collecteur et qui permettent l’accès à ce collecteur pour curage, inspection et dans certains cas réhabilitation. Elles sont implantées dans les parties droites des réseaux (à l’exclusion des changements de direction ou de pente, d’altitude localisés
  25. 25. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 25 (chutes) ou de sections du collecteur, de confluences de collecteurs, qui nécessitent l’emploi de regards).  Les boîtes de branchement permettent l’accès aux branchements particuliers et sont généralement situées le plus près possible de l’alignement, de préférence en domaine public. Elles délimitent la partie privée et la partie publique du branchement et permettent un accès pour entretien, inspection et éventuellement réhabilitation, à la partie publique comme à la partie privée du branchement. 2. Les regards sont destinés à la descente du personnel. On y accède par un trou d’homme dont la dimension minimum est de 0.60m. Le collecteur devra être équipé d’un regard à chaque confluence de collecteurs, changement de direction, changement de pente, changement d’altitude localisé (chute) ou changement de section de la canalisation. On distingue :  Les regards occasionnellement visitables : dont la cheminée est d’une dimension supérieure à 0.80m et inférieure à 1m. Ils ne sont généralement pas équipés d’un système de descente, de ce fait le personnel d’exploitation devant accéder au collecteur par ce type d’ouvrage devra être équipé d’un harnais sous ventral. Ce type d’ouvrage s’installe préférentiellement sur un collecteur desservi par des boîtes d’inspection dans ses parties rectilignes ou dans les parties rectilignes d’un collecteur équipé par ailleurs de regards de visite.  Les regards de visite : dont la cheminée est d’une dimension supérieure ou égale à 1m. Ces ouvrages sont équipés d’un système de descente et d’un dispositif de réduction de dimension entre la cheminée et le trou d’homme permettant l’accès à la cheminée. Dimension intérieure de cheminée Ouvrage Introduction de matériel Accès du personnel Profondeur maximale Dimension maximum du collecteur D  1000 Regards de visite (visitables) Oui Oui 800  D < 1000 Regards occasionnelleme nt visitables Oui Oui occasionnellement si le personnel est équipé d’un harnais 3,00 m 600 mm D< 800 Boîte d’inspection ou boîte de branchement Oui Non 2,50 m 500 mm Types d’ouvrages d’accès
  26. 26. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 26 2.5.2 FONCTIONS DES OUVRAGES Le choix des ouvrages d’accès dépend des fonctions qu’ils sont destinés à remplir :  Les boites ne peuvent en aucun cas être utilisées pour l’accès, même occasionnel du personnel. Leur hauteur maximale ne doit pas excéder 2.50m. Au-delà de cette hauteur, on doit recourir à des regards visitables,  Les ouvrages d’accès destinés à la descente du personnel sont pourvus d’un dispositif de descente constitué par des échelons ou une échelle (amovible ou non) scellés dans la cheminée. Ce dispositif de descente ne doit pas entraver le bon écoulement des effluents y compris quand le collecteur fonctionne à pleine charge ; il doit permettre au personnel d’exploitation de descendre en toute sécurité jusqu’au fond de la cheminée ou de la chambre. Un dispositif de descente est à installer dès que la profondeur de la cheminée est supérieure à 1.50m. La partie supérieure, du dispositif de descente comporte une crosse ou une barre d’appui mobile facilitant l’engagement du personnel d’exploitation dans la cheminée en toute sécurité. Quand la profondeur de la cheminée est supérieure à 5m il y a lieu d’installer un palier pour limiter la hauteur de chute du personnel. Le raccordement des branchements particuliers ou des branchements de bouches d'égout avaloirs, pourra être autorisé dans les regards, mais les eaux devront être amenées à une hauteur variant entre 0.10m et 0.30m par rapport au radier de la cunette. 2.5.3 CONSTITUTION DES OUVRAGES D’ACCES Les ouvrages d’accès sont généralement préfabriqués. Les regards en maçonnerie de blocs sont interdits et les regards coulés en place ne doivent être utilisés que lorsqu’il n’y a pas d’autre alternative car leur qualité n’atteint jamais celles des ouvrages préfabriqués. Les ouvrages d’accès comportent, de haut en bas :  Un dispositif de recouvrement généralement constitué par un cadre métallique pourvu d’un tampon amovible devant résister aux charges le sollicitant, il sera de la classe 400 kN sous chaussée circulée, 125 kN sous trottoir et 250 kN sous voiries à circulation réduite. La dimension minimum de son ouverture est de 600 mm pour les regards. Note : les tampons ventilés favorisent le bon fonctionnement hydraulique en régime transitoire et limitent l’accumulation d’H2S, leur utilisation nécessite néanmoins la prise en compte des risques d’inondation, d’intrusion d’objets,…  Une rehausse sous cadre (ou dalle sous tampon) sur laquelle le dispositif de recouvrement est scellé.  Un dispositif de réglage éventuel qui permettra la mise à l’altitude exacte de la dalle sous tampon et du tampon. La dimension intérieure de cette partie correspond généralement à la dimension du tampon d’accès. o Le dispositif de réglage devra permettre la mise en place d’un obturateur de regard pour réaliser les essais d’étanchéité de réception d’ouvrages neufs à l’air ou à l’eau.
  27. 27. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 27 o Quand le sol est faiblement porteur où en cas d’utilisation d’ouvrages préfabriqués ne pouvant supporter les charges roulantes (regards ou boîtes en matière plastique par exemple) le dispositif de réglage devra reposer sur une dalle de répartition noyée dans la structure de voirie et ne reposant pas sur la structure du regard ou de la boîte.  Un dispositif de réduction de section (pour les regards) constitué par un élément tronconique (généralement décentré pour permettre l’alignement des échelons) ou une dalle réductrice de couronnement sur lesquels, dans la plupart des cas, le dispositif de réglage est scellé de manière étanche (hormis en présence d’une dalle de répartition).  Des éléments droits assemblés ensemble et sur le dispositif de réduction de manière étanche.  Un élément de fond (ou, le cas échéant, une dalle réductrice intermédiaire d’accès à la chambre) raccordé de manière étanche sur l’élément droit inférieur. Cet élément permet le raccordement des canalisations entrantes ou sortantes qui se fait à l’aide d’un joint souple et étanche. L’élément de fond comporte : o Une cunette dont la largeur ne peut excéder la largeur de la canalisation sortante et doit être adaptée aux diamètres des canalisations entrantes et sortantes. Sa hauteur est au moins égale au diamètre de la canalisation raccordée ci celle-ci est de diamètre inférieur ou égal à 400mm et au moins égale à 400mm si le diamètre de la canalisation raccordée est supérieur à 400mm. Note : les regards à fond plats et à décantation sont à éviter car ils génèrent des pertes de charge ponctuelles. Pour retenir les dépôts il est préférable d’utiliser les décantations des bouches d’égout complétées éventuellement par des pièges à charriage. o Une ou des banquettes dont la pente est de 13% +/- 5%. o Un raccordement des canalisations entrantes ou sortantes qui se fait à l’aide d’un joint souple et étanche. Quand la partie basse du regard est coulée en place il y a lieu d’insérer des manchons de scellement pourvus de joints souples lors de la coulée de l’ouvrage.  Quand la cheminée donne accès à une chambre, cette dernière doit être d’une hauteur suffisante pour ménager un espace de travail accessible au personnel d’exploitation (au moins 1.8m). Cette chambre comportera également une cunette, des banquettes et des dispositifs de raccordement des canalisations, souples et étanches.
  28. 28. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 28 Légende A Rehausse sous cadre B Elément de fond C Dalle réductrice de couronnement D Eléments droits (bas) E Banquette F Cunette G Cheminée H Chambre R Dalle réductrice intermédiaire S Eléments droits (haut) T Tête tronconique Figure 15 : Constitution des regard 2.5.4 IMPLANTATION DES OUVRAGES D’ACCES Le collecteur doit être équipé d’un regard à chaque changement de direction, changement de pente, changement d’altitude localisé (chute) ou changement de section de la canalisation. La distance maximale entre deux regards visitables consécutifs ne doit pas dépasser 80 mètres. Si nécessaire, des ouvrages intermédiaires complémentaires seront placés sur le collecteur pour assurer sa ventilation. Sur les canalisations de diamètre nominal supérieur ou égal à 800, les regards doivent être visitables. Pour les canalisations de diamètre >400 mm, il y a lieu de réduire la distance entre les ouvrages d’accès pour faciliter le curage du réseau avec les équipements d’hydro curage courants, par exemple : -60 mètres pour les diamètres 500 et 600mm, -50 mètres pour les diamètres 800 et 1000mm. Ces distances doivent également être réduites lorsque l’aval d’un tronçon est inaccessible aux engins de curage et qu’il est nécessaire de procéder au nettoyage du collecteur à partir de son amont. 2.5.5 ACCES AUX COLLECTEURS VISITABLES L'accès est visitables pour une hauteur supérieure à 1.6m ou occasionnellement visitables pour une hauteur comprise entre 1m et 1.6m. Dans ce cas, les cheminées de descente peuvent aboutir dans une chambre à banquette sur la partie latérale du collecteur ou dans une galerie d'accès sensiblement horizontale de dimensions suffisantes pour permettre, outre l'accès du personnel, l'introduction du matériel d’exploitation et conduisant à une chambre borgne à banquette. Le radier de la galerie doit être surélevé par rapport au radier du collecteur de façon que, par temps sec ou au moins aux faibles débits de temps de pluie, le radier ne soit pas recouvert par les eaux usées. Il doit être légèrement incliné (environ 1 p. 100) en direction du collecteur afin que les eaux, qui
  29. 29. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 29 occasionnellement le submergeraient, puissent s'écouler lorsque le niveau aura baissé. En collecteurs visitables, pour des raisons de sécurité, l'espacement entre deux ouvrages d'accès ne dépassera pas 80 mètres. Si nécessaire, les ouvrages intermédiaires (cheminées de visite par exemple) assureront la ventilation du collecteur. Une distance supérieure pourra être admise entre les regards dans le cas où le collecteur serait construit en souterrain ou par tubes poussés. Dans ce cas, une étude spéciale sera nécessaire pour assurer la sécurité de l'exploitation (ventilation forcée, refuge à la partie supérieure des ouvrages, etc...). Aucun branchement d'eaux pluviales ou d'eaux usées ne sera toléré dans une cheminée d'accès ou la galerie qui lui fait suite. Regard avec accès latéral au collecteur Regard avec accès au collecteur par galerie Figure 16 : Ouvrages d’accès sur réseaux visitables
  30. 30. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 30 2.6 LES COLLECTEURS (Guide ASTEE) Le dimensionnement hydraulique des ouvrages est effectué en fonction des débits pluviaux pour la période de retour retenue. Dans la majorité des cas les débits d'eaux usées (niveau 0), négligeables par rapport aux débits pluviaux, ne sont pas pris en compte dans le dimensionnement de la canalisation mais plutôt dans le choix de sa forme. Néanmoins, avec la multiplication des rétentions d’eaux pluviales à la parcelle, il convient de s’assurer que le débit d’eaux usées ne devient pas significatif. En règle générale, le dimensionnement sera tel que les écoulements se feront à surface libre, sans mise en charge. Ceci sera obtenu en choisissant des canalisations admettant un débit maximum admissible immédiatement supérieur au débit de projet (niveau 2 et 3). Une optimisation peut être obtenue en acceptant une mise en charge maîtrisée vis-à-vis des contraintes de branchements (cf. norme NF EN 752). Cette optimisation peut être nécessaire lorsque le débit maximum admissible est largement supérieur au débit de projet. Dans ce cas, il peut être utile de vérifier par simulation numérique que cette mise en charge, qui doit rester ponctuelle dans le temps comme dans l'espace, n'induit pas de perturbations du service, par exemple :  débordement sur chaussée ;  dysfonctionnements et de désordres chez les raccordés. Dans le cas d'une augmentation de la pente de l'amont vers l'aval, d'un point de vue strictement hydraulique, il pourrait y avoir lieu de réduire le diamètre nécessaire au transit du débit de projet. On ne retiendra pas une telle réduction afin de prendre en compte :  un accroissement éventuel des débits à l'avenir, sous réserve du respect des conditions d'autocurage;  le risque d'embâcle. En outre, il convient de prendre en compte que les acteurs de l'assainissement n'ont pas tous une compétence en hydraulique, si bien qu'une réduction du diamètre pourrait être mal comprise, voire mal acceptée. Le tracé du réseau de collecte empruntera le plus possible les voiries du domaine public, afin de permettre un accès aisé lors des opérations d'entretien qui nécessitent souvent des engins lourds. Il conviendra de prendre en compte les autres réseaux présents ou prévus (eau potable, gaz, téléphone, câbles, électricité, chauffage urbain, …). La profondeur des ouvrages doit répondre à plusieurs critères :  La prise en compte du résultat des études géotechniques préalables.  Les ouvrages d'assainissement doivent être en dessous des autres réseaux évoqués ci-dessus ; l'encombrement de ces ouvrages, important en unitaire ou séparatif pluvial, nécessite une prise en compte détaillée du positionnement de tous les réseaux sur l'ensemble du linéaire, notamment au moyen du tracé d'un profil en long.  Le raccordement des immeubles riverains doit être gravitaire chaque fois que possible, et sera réalisé au moyen de branchements pourvus de pente
  31. 31. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 31 satisfaisante ; on peut exclure le raccordement gravitaire des caves et sous- sols s'il entraîne un approfondissement excessif du réseau.  La sauvegarde mécanique des collecteurs doit être assurée et exige un recouvrement suffisant de 0.80 m dans les cas usuels (cf. Fasc. 70 du C.C.T.G. Titre I). A défaut, en présence de charges roulantes une mise en œuvre particulière peut s’avérer nécessaire : enrobage en béton, dalle en béton armée,….. En vue de la réalisation de réseaux « auto cureurs » satisfaisant aux préoccupations hygiéniques qui impliquent l'évacuation rapide et continue de tous les déchets fermentescibles, la pente des ouvrages devrait permettre pour des débits pluviaux atteints assez fréquemment, l'entraînement des sables, et pour le débit moyen des eaux usées, celui des vases organiques fermentescibles. Il convient, pour le raccordement des ouvrages secondaires sur les ouvrages plus importants, de ménager une dénivellation des radiers telle que, par temps sec, le fonctionnement de l’aval ne ralentisse pas l’écoulement de l’amont. A cet effet il convient de déterminer les hauteurs de lignes d’eau dans les canalisations par temps sec. En dehors de ces cas de jonction, en séparatif eaux usées, les changements de diamètre de l'amont vers l'aval se feront en assurant la continuité des radiers, afin d'éviter des turbulences dommageables au transport de matières lors de faibles débits. Afin d'assurer des conditions de sécurité satisfaisantes pour le personnel appelé à pénétrer dans les ouvrages visitables et de prévenir la dégradation des canalisations, il est parfois nécessaire de limiter les pentes admissibles et donc les vitesses. En outre de fortes vitesses (au-delà de 4 mètres par seconde) peuvent induire des perturbations hydrauliques, pas forcément prises en compte par le modèle, telles que reflux ou débordements au niveau des singularités du réseau (changement de direction ou de pente,…). Figure 17 : Limites de déplacement des personnes dans l'eau.
  32. 32. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 32 Si le relief du terrain est très accentué, il convient de ménager des décrochements dans les profils en long des ouvrages, par l'introduction de regards de chute. L'attention des concepteurs est attirée sur le fait que les conditions d'auto curage et de vitesse limite sont des règles générales et qu'en pratique les conditions locales influent fortement, sur le comportement effectif des réseaux. La présence de sable ou l'apport d'eaux usées à tendance agressive peuvent, par exemple, accélérer le phénomène d'érosion ; par contre, une pose particulièrement soignée des tuyaux, excluant toute irrégularité et tout décrochement, alliée à un entretien fréquent et efficace, permettent d'éviter les dépôts intempestifs, même avec de faibles pentes. Note : La pente motrice (ou pente piézométrique, ou perte de charge par unité de longueur) est la pente de la ligne piézométrique qui doit rester en tous points au- dessous du niveau du sol pour éviter que l'égout ne déborde. La figure suivante représente les sections : circulaire, ovoïde et fer à cheval. Figure 18 : Formes des conduites les plus classiques La figure suivante représente les formes de conduite les plus utilisées en assainissement. Les dimensions sont adimentionalisées par rapport à la largeur. 0.75 Figure 19 : Formes usuelles
  33. 33. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 33 Figure 20 : Formes des sections utilisées dans le réseau d’assainissement de Paris (Dupuit 1854) Objectifs en fonction des niveaux : Niveau 1 Garantir l’autocurage Niveau 2 Vérifier les mises en charge Niveau 3 Dimensionner la canalisation
  34. 34. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 34 2.7 LES DEVERSOIRS J. VAZQUEZ, C. JOANNIS, M. ZUG, (2009) W6902 Modélisation et métrologie des déversoirs d'orage. Publication dans « L’encyclopédie des Techniques de l’Ingénieur » (ETI Sciences et Techniques). 2009, vol. W3, W6902. C. JOANNIS, J. VAZQUEZ, M. ZUG, (2009) W6901 Fonctions et typologie des déversoirs d'orage. Publication dans « L’encyclopédie des Techniques de l’Ingénieur » (ETI Sciences et Techniques). 2009, vol. W3, W6901. Les déversoirs d'orage constituent une classe d'ouvrages très répandue sur les réseaux d'assainissement conçus sur le mode unitaire, c'est-à-dire avec un système unique de collecte des eaux usées et des eaux pluviales. Pour rendre compatible ce type de système de collecte avec des exigences de protection des milieux récepteurs et de protection de la ville contre les inondations, les déversoirs d'orage sont conçus et exploités avec des formes et selon des modalités très diverses, que l'on cherchera à préciser dans cette, en proposant notamment une terminologie. 2.7.1 DEFINITIONS ET OBJECTIFS 2.7.1.1 Définition – terminologie 2.7.1.1.1 Définition Selon l'encyclopédie de l'assainissement, un Déversoir d'Orage (DO) est un "ouvrage permettant le rejet direct d'une partie des effluents au milieu naturel, lorsque le débit amont dépasse une certaine valeur. Les déversoirs d'orage sont généralement installés sur les réseaux unitaires, dans le but de limiter les apports au réseau aval, et en particulier les stations d'épuration, en cas de pluie". Cette définition met l'accent sur les deux fonctions principales de l'ouvrage sur le plan hydraulique : réguler les débits conservés vers l'aval pour les maintenir en deçà d'une valeur de consigne (ou valeur seuil), et évacuer l'excédent, en général vers le milieu récepteur. Ces fonctions peuvent être réalisées par divers types d'aménagements, intégrant ou non des seuils déversants. Ainsi le terme "déversoir d'orage" pourra s'appliquer à des ouvrages de dérivation par orifice ou ajutage. Quant aux applications, elles vont de la situation la plus classique comme, par exemple, la protection d'une STation d’EPuration (STEP) à l'aval d'un réseau unitaire contre les surcharges occasionnées par des événements pluvieux, à des configurations aussi diverses que les trop-pleins de postes de pompage sur réseau séparatif d'eaux usées, ou l'alimentation de bassin de stockage-dépollution. D'autres fonctions doivent également être assurées, en particulier la protection du réseau contre les intrusions d'eau depuis le milieu récepteur ou l'exutoire. Celles-ci peuvent se produire lorsque l'exutoire est le siège de variations de niveaux (ou marnages) très marquées, en relation par exemple avec les crues ou les marées. En outre, certains ouvrages peuvent combiner leurs fonctions principales de régulation avec des fonctions de stockage voire de dépollution, mais ils seront peu abordés dans ce dossier. Un déversoir d’orage doit donc assurer trois fonctions principales :  laisser transiter les eaux usées et celles de petites pluies (niveau 1 au sens Certu) sans surverse jusqu’au débit maximal admis à l’aval en limitant la décantation des matières en suspension présentes dans l’effluent,
  35. 35. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 35  déverser le débit excédentaire de pluie sans mise en charge et décantation dans la conduite amont et sans surcharge excessive de débit dans le réseau à l’aval, (niveau 2 au sens Certu, extension au niveau 3 si on admet la possibilité de mise en charge),  empêcher l’entrée d’eau en provenance du milieu récepteur. 2.7.1.1.2 Terminologie Un déversoir d’orage est centré sur l’organe de dérivation recevant le flux entrant d’une conduite amont, le renvoyant au collecteur aval et dirigeant le "trop plein" vers un collecteur de décharge. Les déversements peuvent se faire vers des bassins d’orage ou de dépollution, mais ils se font le plus souvent directement ou indirectement vers le milieu naturel. Le déversoir d'orage est donc entouré par divers ouvrages, qu'il est nécessaire d'identifier sans ambigüité. Pour ce faire, la figure suivante propose une terminologie qui sera utilisée tout au long de ce dossier. Flux conservé Conduite aval Conduite de dérivation ou de décharge Conduite principale Conduite amont Exutoire Organe de dérivation Flux dérivé Flux entrant Milieu récepteur Figure 21 : Représentation schématique d'un déversoir d'orage Le terme "exutoire" désigne l'aval de la conduite de décharge, et peut être constitué par une canalisation généralement pluviale ou unitaire , ou par le milieu récepteur lui‐ même. 2.7.1.2 Environnement L'organe de dérivation peut être directement aménagé dans une canalisation. Mais le plus souvent il est inclus dans un ouvrage spécifique (par exemple une chambre) où il peut être complété par d'autres équipements. Cet ouvrage peut lui-même être associé à d'autres ouvrages, en particulier des ouvrages et stockage et/ou de dépollution, pour former un système. Le fonctionnement hydraulique peut être complexe et relativement autonome par rapport à l'ensemble du système de collecte. Dans de nombreux cas, les niveaux d'eau dans l'exutoire et le milieu récepteur contraignent fortement ce fonctionnement hydraulique. 2.7.1.2.1 Environnement hydraulique Un déversoir d'orage établit une communication entre le système de collecte et un milieu récepteur, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un exutoire, tel qu'un
  36. 36. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 36 collecteur pluvial ou un émissaire reprenant les rejets de plusieurs déversoirs. Les niveaux d'eau de ces exutoires peuvent varier considérablement, soit sous l'influence directe des pluies, soit selon une dynamique propre aux milieux récepteurs (crues, marées, régulation de plans d'eau…). Le déversoir peut également être soumis à l'influence aval du réseau ou des ouvrages associés. Tous ces niveaux d'eau constituent des conditions aux limites qu'il convient de bien caractériser pour exploiter un modèle et pour choisir une méthode de mesure. Enfin ils ont des répercussions sur la conception même du déversoir et conduisent à mettre en place des équipements tels que des vannes, des clapets ou des seuils mobiles, notamment pour éviter un fonctionnement "inversé", correspondant à l'entrée d'eau depuis l'exutoire ou le milieu récepteur vers le réseau. 2.7.1.2.2 Ouvrages annexes et équipements La figure suivante schématise l’ensemble des ouvrages annexes et équipements qui peuvent être intégrés dans l'environnement d'un déversoir d'orage, dont il faut tenir compte aussi bien pour bâtir un modèle que pour concevoir un système de suivi métrologique. OUVRAGE DE DERIVATION Collecteur AMONT Collecteur AVAL Collecteur de DECHARGE Débit conservé Débit amont Débit déversé Apport latéral Chambre de tranquillisation Piège à sable Grilles ou tamis Vannes Paroi siphoïde Clapet Conduite aval étranglée Figure 22 : Conception détaillée d’un déversoir d’orage Les grilles ont pour but de piéger les gros solides (Ø > 6 mm) pour éviter leur envoi dans le milieu naturel. Ces grilles peuvent être dotées de moyens de dégrillage automatique alimentant un stockage des produits dont l’enlèvement doit être prévu et aisé et ne provoquant pas de nuisances olfactives. Les grilles peuvent aussi être inclinées de façon que les solides piégés lors du fonctionnement de l’ouvrage retombent dans l’écoulement conservé dans le réseau. On peut trouver ces grilles également en amont du déversoir, à l’entrée des collecteurs. Cette localisation est peu conseillée compte tenu des difficultés d’exploitation qu’elles engendrent. Les barreaux de ces grilles, de 10 à 12 mm d'épaisseur, sont généralement espacés de 15 mm ; le râteau mécanique qui s’insère dans cet espace a besoin d’un jeu de 3 à 4 mm, ce qui implique des dents de 6-7mm minimum, dimensions en deçà desquelles
  37. 37. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 37 il perdrait la rigidité nécessaire à son bon fonctionnement. D’un point de vue hydraulique, elles introduisent une perte de charge qui se traduit par une élévation de la ligne d’eau en amont. La paroi siphoïde permet d’éviter d’envoyer les flottants vers le collecteur de décharge. Ils sont ainsi acheminés vers la station de traitement des eaux usées. D’un point de vue hydraulique, cette paroi joue un rôle de tranquillisation de l’écoulement. Il est difficile de prendre en compte dans les modèles cet ouvrage annexe. Des constructeurs proposent également des équipements plus ou moins sophistiqués pour piéger les solides : filtres rotatifs, tamis autonettoyants, … Tous ces organes ont pour but de limiter les rejets de déchets au milieu récepteur, ou de protéger les organes mobiles. Ils posent souvent des problèmes pour la modélisation ou la mesure en entrainant des pertes de charge singulières ou des élévations de la ligne d’eau, variables en fonction de leur degré de colmatage. On s'interrogera donc systématiquement sur leur efficacité réelle, qui est en général subordonnée à la présence de systèmes de nettoyage automatiques fiables, et dans le cas contraire, on étudiera sérieusement les possibilités de suppression de ces ouvrages. Lorsqu'ils sont efficaces, ils peuvent constituer un atout appréciable pour améliorer la fiabilité des capteurs, en particulier les capteurs de mesure de concentration de polluants. La chambre de tranquillisation et/ou de dessablement, située à l’amont du déversoir, a pour but, en réduisant la vitesse du flux, d’assurer une décantation des sables (matières minérales denses) et de faire remonter en surface les flottants. D’un point de vue hydraulique, elle permet de garantir un écoulement fluvial à l’aval de l’ouvrage et, dans certains cas, de localiser un ressaut hydraulique à l’amont du déversoir. Ces ouvrages contribuent en général à améliorer la représentativité (tranquillisation) ou la fiabilité (dessablement) des capteurs implantés à proximité. Ils facilitent également le travail de modélisation. Au niveau de la modélisation, cet ouvrage est souvent représenté par une canalisation de grande largeur. Toutefois, les effets bidimensionnels sont rarement pris en compte dans les modèles. Les vannes de régulation permettent, dans certaines configurations, de mieux garantir le fonctionnement hydraulique du déversoir. Dans la conduite conservée, le rôle de la vanne est de limiter le débit à l’aval. Pour la conduite déversée, la vanne empêche une remontée des eaux provenant du milieu naturel dans le réseau d’assainissement neutralisant alors l’ouvrage. Dans certains cas, on remplace la vanne par un clapet anti-retour. Il faut impérativement prendre en compte ces organes, et leurs algorithmes de commande, dans tout projet de modélisation ou de métrologie. Ces algorithmes constituent sans doute la partie la plus difficile à appréhender, car ils sont facilement modifiables, sans que la traçabilité des évolutions soit toujours garantie. La conduite aval étranglée joue le rôle hydraulique de perte de charge. Elle permet à l’eau d’augmenter à l’amont, au droit du seuil, afin de favoriser le déversement. Cette conduite ne pose pas de problème particulier à prendre en compte dans les modèles. Les formules classiques de perte de charge linéaire sont suffisantes.
  38. 38. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 38 2.7.2 CONFIGURATIONS ET TYPOLOGIES 2.7.2.1 Typologie générale La multitude des formes de déversoirs d'orage résulte de la combinaison d'options- types portant d'abord sur le type de prise de dérivation, et le type de régulation, puis sur des variantes concernant l'ouvrage de dérivation. 2.7.2.1.1 Types de prise de dérivation Concernant la forme de l’ouvrage de déversement, on distingue essentiellement les déversoirs avec ou sans seuil. Parmi les déversoirs sans seuil (moins de 15 % des DO), l’organe de dérivation peut être : un orifice, un leaping weir (ouverture dans le radier) ou un ouvrage à vortex. Concernant les déversoirs à seuil, on les classe en fonction de la position, de l’angle, du nombre et de la forme du seuil. Types d’organes de dérivation DO sans seuil DO avec seuil Orifice Leaping weir Vortex Crête haute Crête basse Frontal Latéral Crête simple Crête double Crête mince Crête épaisse Curviligne Hauteur du seuil Angle du seuil Nombre de seuils Epaisseur du seuil Longueur du seuil Seuil court Seuil long Complexe Figure 23 : Types d’organes de dérivation 2.7.2.1.2 Types de régulation Dans le cas des déversoirs ayant un organe de dérivation statique, la courbe de fonctionnement a souvent la forme représentée à la figure suivante. La courbe de fonctionnement en « dynamique » est caractéristique des déversoirs ayant un organe de dérivation contrôlé par exemple par une vanne autorégulée ou par une pompe. L’objectif de la régulation est de rendre mobile l’organe de dérivation afin de mieux
  39. 39. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 39 satisfaire, par rapport à un fonctionnement statique, les trois fonctions principales d’un déversoir. Débit aval conservé Débit amontDébit seuil Débit seuil Courbe de fonctionnement en «statique » Courbe de fonctionnement « en dynamique » Figure 24 : Principe de fonctionnement hydraulique du déversoir d’orage Parmi les déversoirs semi-automatiques, on peut citer : les déversoirs à vannes classiques droites, les vannes cylindriques et les vannes à clapet. Cet équipement en vannes s’est d’abord développé pour remplacer le réglage manuel de la hauteur des seuils par des poutrelles. Cette transformation suppose un réglage rigoureux pour éviter qu’un calage trop haut ne surcharge l’aval ou encore qu’un calage trop bas ne provoque des déversements trop fréquents. L’équipement de seuils semi-automatiques implique souvent une vanne dite "secteur" déversant par le haut. Elle est mue par une centrale hydraulique commandée par un automate qui obéit à deux informations : le niveau d’eau dans le collecteur et celui dans le milieu récepteur. La sécurité en cas de crue peut être complétée par une vanne clapet. Les consignes données à l’automate peuvent être modifiées à distance, la position de la vanne clapet et des niveaux étant connue, on peut donc calculer les débits hydrauliques évacués. Un tel dispositif permet d’introduire la donnée de qualité de l’effluent, ce qui permettra éventuellement de privilégier les surverses pour les eaux les moins chargées. Les ouvrages automatiques sont les vannes motorisées et les barrages gonflables. Ils sont manœuvrés soit à distance dans le cadre d’une gestion automatisée du réseau, soit sur le site à l’aide de capteurs et d’une unité de calculs pour l’asservissement. Ces déversoirs demandent un entretien régulier et les risques de détérioration sont supérieurs à cause des pièces mécaniques mobiles. Malgré un génie civil important nécessaire à leur mise en place, les barrages gonflables n’imposent pas de reconstruire la forme du collecteur pour y installer une vanne.
  40. 40. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 40 La vanne secteur (ou vanne seuil, ou vanne déversoir d’orage), en rotation autour de son articulation, est actionnée par un vérin. Elle est essentiellement utilisée pour réguler un débit ou un plan d’eau, ou pour disposer d’un déversoir facilement réglable à des positions prédéterminées. Figure 25 : Vanne secteur Figure 26 : Exemple de vanne secteur La vanne clapet à articulation haute est actionnée par un vérin autour de son articulation et est utilisée pour isoler ou pour contrôler un débit maximum. Elle est préconisée lorsqu’il n’y a pas assez de profondeur pour une vanne verticale. Figure 27 : Vanne clapet à articulation haute
  41. 41. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 41 2.7.2.2 Organe de dérivation sans seuil 2.7.2.2.1 L’orifice Le principe hydraulique de cet ouvrage est de permettre l’évacuation des eaux déversées par un orifice. Ce sont les plus anciens ouvrages, aujourd’hui abandonnés pour deux raisons : La première est due à une capacité d’évacuation très faible au niveau de la conduite de déversement. En effet, pour évacuer le débit rejeté, l’ouvrage fonctionne comme un réservoir avec vidange par le fond. Il faut donc une charge importante d’eau dans le déversoir pour permettre l’évacuation par le trop plein. Le niveau de l’eau risque donc d’atteindre le terrain naturel avant d’atteindre le débit de décharge maximal. La deuxième raison est due à une mise en charge du réseau pour que le déversement ait lieu. Arrivée Vers la STEP Rejet ou déversement Figure 28 : Exemple d’un ouvrage type "trou dans le mur" Figure 29 : Exemple de déversoir à trou
  42. 42. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 42 2.7.2.2.2 L’ouverture de radier : leaping weir Les eaux usées de temps sec chutent dans une ouverture pratiquée dans le radier de la canalisation. La forme de l’ouverture peut être rectangulaire ou elliptique. Les débits excédentaires de temps de pluie sont évacués en franchissant l’ouverture pour continuer dans l’alignement de la conduite amont. L’ouverture dans le radier est réglable à l’aide d’une plaque métallique cintrée, rectangulaire ou avec une découpe parabolique que l’on place dans la conduite déversée (accessibilité en temps sec). L’objectif de cette plaque mobile est de permettre un réglage de l’ouverture et donc une modification du débit de consigne. Ce déversoir devient donc ajustable facilement dans le cas où une modification des caractéristiques hydrauliques est nécessaire. Ce type d’ouvrage est installé lorsque l’écoulement est torrentiel et donc par forte pente (quelques %). Vue de dessus Débit Aval Débit Déversé Vue de face Débit Amont Figure 30 : Déversoir leaping weir Plaque cintrée amovible Figure 31 : Exemple de déversoir leaping weir à ouverture parabolique et rectangulaire 2.7.2.2.3 Ouvrages à vortex Le principe de ces ouvrages est de réduire l’énergie cinétique de l’écoulement pour aider au dépôt des particules en suspension grâce à l’allongement du trajet, grossièrement hélicoïdal. De plus, ce mouvement tourbillonnaire produit des courants secondaires centripètes près du fond et y rassemble les particules décantées.
  43. 43. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 43 2.7.2.3 Organe de dérivation avec seuil La grande majorité des déversoirs d’orage (environ 85%) dispose d’un organe de déversement de type seuil. L’organigramme suivant représente une classification en fonction de leur géométrie sachant qu’elle influe sur leur comportement hydraulique. 2.7.2.3.1 Nombre de seuils 2.7.2.3.1.1Crête simple Le seuil est placé d’un seul côté de l’ouvrage. Ce type de déversoirs représente environ 85% des déversoirs à seuil. Collecteur amont Collecteur de décharge Vue de dessus Collecteur aval Figure 32 : Déversoir à seuil simple 2.7.2.3.1.2Crête double Dans ce cas, on place un seuil de chaque côté de l’ouvrage. Ce type de déversoirs représente environ 15% des déversoirs à seuil. Afin de ne pas créer deux collecteurs de décharge, la conduite principale est suspendue pour permettre au déversement de passer par-dessous et de rejoindre la canalisation de délestage. Ces déversoirs demandent un génie civil plus conséquent que les crêtes simples. Au niveau de leur fonctionnement hydraulique, l’objectif est d’augmenter la longueur de déversement afin de favoriser le délestage. Vue de dessus Collecteur amont Collecteur aval Collecteur de décharge Figure 33 : Déversoir à seuil double D’un point de vue hydraulique, les déversoirs à crête double ne sont pas plus performants que les seuils simples. Le fait de doubler la crête ne double pas automatiquement le débit déversé. On constate plutôt un accroissement que de 20% du débit déversé. Compte tenu de leur difficulté au niveau de la réalisation (déversoir suspendu), il est conseillé de choisir un déversoir à crête simple.
  44. 44. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 44 2.7.2.3.2 Hauteur du seuil 2.7.2.3.2.1Crête basse Les déversoirs d’orage sont dits à seuil bas lorsque le niveau du seuil déversant se situe sous le niveau de la génératrice supérieure de la conduite aval conservée. Ils sont particulièrement nombreux parmi les déversoirs à crête (plus de 50%). L’objectif hydraulique est d’avoir un ouvrage fonctionnant à surface libre dans la canalisation aval pour l’ensemble des débits amont envisagés. Crête du déversoir Ligne d’eau Génératrice supérieure de la conduite aval Figure 34 : Déversoir à seuil bas, vue en coupe Généralement la faible hauteur du seuil oblige un positionnement du collecteur de décharge plus bas que le radier du déversoir afin d’éviter que celui-ci soit noyé. Toutefois la hauteur de crête à imposer lors d’un dimensionnement doit être supérieure à 25 cm indépendamment du débit afin d’éviter un déversement en temps sec dû aux dépôts possibles au droit de la crête. 2.7.2.3.2.2Crête haute Les déversoirs sont dits à seuil haut lorsque le niveau du seuil déversant se situe au- dessus du niveau de la génératrice supérieure de la conduite aval (niveau à partir duquel il y a mise en charge de la conduite). Crête du déversoir Ligne d’eau Conduite aval étranglée Conduite aval conservée Déversement Figure 35 : Déversoir à seuil haut Ce déversoir est utilisé de préférence lorsque le régime amont est fluvial. Son comportement hydraulique est connu et le dimensionnement est accessible avec une bonne marge de sécurité. Dans la plupart des cas, le seuil élevé évite le retour des eaux de l’émissaire dans le réseau. Ces déversoirs présentent un comportement hydraulique performant dû à la mise en charge de la conduite aval. En effet, le fait d’avoir une conduite aval forcée (en charge) permet de développer une perte de charge importante dans cette canalisation, ce qui contribue à élever rapidement le niveau d’eau à l’amont et donc à
  45. 45. Hydrologie et hydraulique Urbaine en réseau d’assainissement ‐ J. VAZQUEZ Page 45 favoriser le déversement. Afin de ne pas avoir une mise en charge de la canalisation aval sur de trop longues distances, on met en place une conduite aval étranglée (réduction du diamètre) qui permet d’absorber cette perte de charge. On rencontre, dans certains cas, le niveau du seuil déversant au même niveau que la génératrice supérieure de la conduite aval. Ces déversoirs ont un comportement hydraulique à surface libre lorsqu’ils ne déversent pas et en charge dans le cas contraire. Il est connu qu’un passage d’un écoulement à surface libre vers un écoulement en charge peut être brutal et donc fortement perturber le fonctionnement de l’ouvrage. 2.7.2.3.3 Angle L’angle de la crête correspond à l’inclinaison du seuil déversant par rapport à la canalisation amont. Cet angle se mesure sur un plan horizontal. 2.7.2.3.3.1Seuil latéral Dans le cas du déversoir à seuil latéral sans entonnement, le seuil est rectiligne et strictement parallèle à l’écoulement. Seuil déversant pour une crête haute ou basse Vers l’émissaire Départ vers STEP Arrivée d’eau Figure 36 : Déversoir à seuil latéral sans entonnement, vue de dessus Le déversoir avec entonnement permet de diminuer la largeur de la canalisation principale et oblige ainsi le tirant d’eau à augmenter et donc à favoriser le déversement. Globalement, un déversoir à crête basse sans entonnement, indépendamment du régime d’écoulement (fluvial / torrentiel) est peu performant en termes d’hydraulique dès que l’on atteint des débits importants à l’amont. Seuil déversant pour une crête haute ou basse Vers l’émissaire Départ vers STEP Arrivée d’eau Figure 37 : Déversoir à seuil latéral avec entonnement, vue de dessus

×