Cours : Les réservoirs

Introduction

Les réservoirs d’eau sont généralement nécessaires pour pouvoir alimenter, convenablement, une agglomération en eau potable. On peut regrouper les diverses fonctions des réservoirs sous quatre rubriques principales :

Un réservoir est un régulateur de débit 

Le réservoir permet de régler le débit suivant la distribution, c’est-à-dire même si le réservoir se remplie avec un débit d’adduction constant, il peut fournir l’importe quel débit, voir, le débit de pointe horaire pendant les heures de forte consommation. Donc le premier rôle du réservoir est la régularisation entre le débit de captage ou de refoulement d’eau (plutôt constant) et le débit d’eau consommé par l’agglomération (variable en fonction de l’heure de la journée). Le réservoir assure l’équilibre entre Le régime d’adduction (déterminé par le pompage et/ou le traitement) et le régime de distribution (déterminé parla courbe de consommation). Il permet alors de transformer, les pointes de consommation horaire en demande moyenne.

Un réservoir est un régulateur de pression

En tout point du réseau, le réservoir permet de fournir aux abonnés une pression suffisante et plus ou moins constante, indépendamment de la consommation. En effet, la pression fournie par les stations de pompage peut varier : au moment de la mise en marche et de l’arrêt, coupure ou disjonction du courant, modification du point de fonctionnement par suite de la variation du débit demandé.

Un réservoir est un élément de sécurité

Un réservoir est un élément de sécurité vis-à-vis des risques d’incendie, de demande en eau exceptionnelle ou de rupture momentanée de l’adduction (panne dans la station de pompage, rupture de la conduite d’adduction, arrêt de la station de traitement,…).

Un réservoir a une fonction économique

Un réservoir a une fonction économique puisqu’il permet une certaine adaptation du fonctionnement du pompage de telle façon à optimiser l’ensemble adduction +réservoirs (moins de consommation d’énergie électrique pendant les heures de pointe, pompes refoulant un débit constant correspondant au rendement maximum).

Emplacement géographique d’un réservoir

La perte de charge a un rôle essentiel dans le choix de l’emplacement géographique d’un réservoir. L’emplacement d’un réservoir loin de l’agglomération demande une conduite (conduite adduction) reliant le réservoir à la ville, au moment des heurs de pointe, la perte de charge augmente d’une façon considérable avec le débit de pointe, ce qui implique une chute importante de la pression dans le réseau de distribution. Ce type d’emplacement nécessite des grandes altitudes des réservoirs.

Dans le cas d’un réservoir au milieu de la ville, la perte de charge aux moments de pointe est due seulement aux conduites de distribution. La conduite d’adduction qui alimente le réservoir est responsable d’une perte de charge constante due au débit d’adduction constant.

La ligne verte est la ligne piézométrique lorsque le débit de consommation est nul, la ligne en rouge est la ligne piézométrique lorsque le débit de consommation est moyen, la ligne en bleu est la ligne piézométrique lorsque le débit de consommation maximal. La perte de charge est considérable au moment de pointe. Aux moments des heurs de pointe (coefficient de point égale à 3), le débit de distribution est trois fois plus grand que le débit d’adduction. L’emplacement d’un réservoir loin de l’agglomération demande une conduite (conduite adduction) reliant le réservoir à la ville, la perte de charge augmente d’une façon considérable avec le débit de pointe, ce qui impliquera une chute importante de la pression dans le réseau de distribution.

Dans le cas ou la topographie de l’agglomération le permet par exemple la présence d’un relief, les ingénieurs préfèrent construire des réservoirs enterrés ou semi-enterrés au lieu des réservoirs surélevé pour des raisons d’économie :

Dans quelques cas, on peut adopter, en même temps, les deux types de réservoirs : réservoir enterré et réservoir surélevé (ou château d’eau). Le réservoir semi-enterré est alimenté par la station de pompage, avec un débit constant. Le château d’eau, situé avant la distribution, est alimenté par une autre station de pompage qui fonctionne à débit variable (voir le schéma ci-dessous). L’adoption de ce type de schéma permet de limiter le volume nécessaire du réservoir surélevé.

Réservoirs d’équilibre 

Dans le cas où l’agglomération s’étend dans une direction donnée, un réservoir unique peut devenir insuffisant et fournir, en extrémité du réseau, des pressions trop faibles aux heures de pointe. On peut ajouter alors un ou plusieurs réservoirs d’équilibre, situés à l’autre extrémité de la ville, qui permettent d’avoir une pression acceptable dans leur zone d’action. Ces réservoirs d’équilibre sont en liaison avec le réservoir principal et se remplissent au moment des faibles consommations, la nuit principalement.

Dans le cas d`une agglomération présentant des différences de niveau importantes, la distribution assurée par un seul réservoir pose d’énormes problèmes d`exploitation, de très fortes pressions peuvent être enregistrées dans une partie supérieure du réseau :

Altitude des réservoirs

Un des principaux rôles du réservoir est de fournir, pendant l’heure de pointe, une pression au sol suffisante en tout point du réseau de distribution (voir plus loin les valeurs de cette pression), en particulier au point le plus défavorable du réseau (le point le plus loin et/ou le plus élevé). L’altitude du réservoir d’eau (précisément la cote de son radier) doit être calculée donc pour que, dans toute l’agglomération à alimenter à pression convenable. C’est la cote du radier du réservoir qui est prise en compte, ce qui correspondant au cas d’alimentation le plus défavorable (le réservoir est alors presque vide).

C’est le calcul du réseau de distribution, pendant l’heure de pointe, qui permet de déterminer les différentes pertes de charge et d’en déduire la cote de radier du réservoir.

La valeur de cette cote et la topographie des lieux détermineront le type de réservoir à adopter (enterré ou semi-enterré ou surélevé). On peut, si un relief est disponible, augmenter les diamètres des conduites de distribution pour diminuer les pertes de charge et éviter la surélévation du réservoir (solution à justifier par un calcul économique).

Volume des réservoirs

Différentes méthodes sont utilisées pour le calcul de la capacité utile des réservoirs.

Calcul forfaitaire:

100% de la consommation journalière maximale de l’agglomération dans le cas d’une commune rurale.

50% de la consommation journalière maximale de l’agglomération, dans le cas d’une commune urbaine.

25% de la consommation journalière maximale de l’agglomération, dans le cas d’une grande ville

Calcul à partir des courbes d’alimentation et de distribution :

La capacité des réservoirs est déterminée à partir des courbes de variation du volume d’eau d’alimentation et du volume d’eau de distribution, en fonction des heures de la journée de pointe :

Lorsque la fonction V_A -V_D est positive le réservoir s’alimente :

Le volume minimal du réservoir vide pour que l’eau ne se déverse pas est Max (V_A -V_D).

Lorsque la fonction V_A -V_D est négative le réservoir se vide

Le volume minimal du réservoir pour qu’il répond à l’importe quel la demande à l’importe quel instant est la valeur absolue de Min (V_A -V_D).

Donc le volume minimal du réservoir pour que l’eau ne se déverse pas lorsqu’il est remplit du volume nécessaire pour satisfaire l’importe quel demande est Max (V_A -V_D) + la valeur absolue de Min (V_A -V_D).

Formes et types de réservoirs

La forme des réservoirs est généralement circulaire et rarement carrée ou rectangulaire.

En ce qui concerne le château d’eau, la forme de la cuve est aussi généralement circulaire, son aspect extérieur doit s’adapter au paysage et demande une architecture appropriée au site pour ne pas détruire l’environnement.

La hauteur d’eau dans les réservoirs est comprise entre 3 et 6 m, et atteint, exceptionnellement, 10 m pourles grandes villes. Le diamètre du réservoir circulaire, imposé par le volume varie de 1,5 à 2 fois la hauteur de la cuve.

Pour des raisons économiques, les réservoirs sont construits en béton armé jusqu’à un volume de 2500 m³ en béton précontraint jusqu’à 20 000 m3.

Pour des faibles volumes, et rarement, ils peuvent être métalliques. Les réservoirs semi-enterré sont les plus utilisés, avec une couverture par de la terre ou du sable sur 0,2 à 0,3m pour des raisons d’isolation thermique d’eau.

Quelques équipements sont aussi à prévoir dans les réservoirs : une fenêtre d’aération (entrée et sortie de l’air lors du remplissage et de la vidange), un accès pour le nettoyage de la cuve, une chambre de vannes, un trop-plein (évacuation de l’excédent d’eau), une galerie de vidange (au fond), une fermeture par flotteur de l’alimentation, un enregistreur du niveau d’eau dans le réservoir et un by-pass entre adduction et distribution (utile en cas d’indisponibilité du réservoir: nettoyage, entretien, réparation,…).

Eventuellement, On peut prévoir aussi une bâche d’arrivée de l’eau équipée d’un déversoir permettant la mesure des débits d’adduction.

Autres dispositions à prendre : l’arrivée de l’eau se fait parle haut(en chute libre ou noyée), la sortie se fait par le bas du réservoir (à 0,2m au-dessus du radier), prévoir une charge minimale de 0,5m au-dessus de la conduite de sortie (pour éviter des entrées d’air dans la canalisation), garder la réserve d’incendie toujours disponible, assurer un renouvellement continu des eaux et contrôler périodiquement les réservoirs (qualité de l’eau, étanchéité de la cuve, nettoyage, dépôt de matières solides, fonctionnement des accessoires,…)

By passe

By-pass : Permet de transférer directement l’eau vers la conduite de distribution dans le cas ou le réservoir est indisponible.