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1
Jacques Rémy MINANE, PhDEnseignant Chercheur
remyminane@gmail.com
HYDRAULIQUE APPLIQUEE 2
Par:
2
Objectifs du cours
� Consolider les acquis de base en hydrologie
� Concevoir et dimensionner un réseau d’assainissement
Organisation du cours (42h)
� Cours +TD : 30 heures
� Projet: 12 heures
3
PLAN DU COURS
Chap. I – Introduction et définitions
Chap. II – Données hydrologiques
Chap. III – Etude des écoulements
Chap. IV – Gestion des eaux usées
Chap. V – Valorisation des boues de vidange
4
CHAPITRE IINTRODUCTION ET DEFINITIONS
I. Terminologie
II. Systèmes d’assainissement
III. Etudes préalables au dimensionnement d’un réseau
5
CHAPITRE IINTRODUCTION ET DEFINITIONS
Objectifs du chapitre
� Connaitre les différents systèmes d’assainissement
6
I -TERMINOLOGIE
� Assainissement: démarche visant à améliorer la situation
sanitaire globale de l'environnement et le cadre de vie des
populations
� Gestion des eaux usées
� Gestion des eaux pluviales
7
I -TERMINOLOGIE
� Hydrologie: Science qui étudie le cycle de l’eau dans
l’atmosphère
8
I -TERMINOLOGIE
� Bassin versant: portion de
territoire délimitée par des
lignes de crête (ou lignes de
partage des eaux) et
irriguée par un même
réseau hydrographique
(rivière, cours d’eau) Bassin Durance: Vallée de Ceillac, Hautes Alpes
Photo: Philippe Bois
9
II –SYSTEMES D’ASSAINISSEMENT
� Réseau d’assainissement est composé:
� Système de collecte
� Système de transport
� Système d’épuration
10
II –SYSTEMES D’ASSAINISSEMENT
� Différents types de systèmes d’assainissement
� Réseaux unitaires
� Réseaux séparatifs
� Réseaux pseudo-séparatifs
� Réseaux composites
� Réseaux spéciaux
11
II –SYSTEMES D’ASSAINISSEMENT
� Système unitaire
L’évacuation de l’ensemble des eaux usées et pluviales est
assurée par un seul réseau
12
II –SYSTEMES D’ASSAINISSEMENT
� Système séparatif
Le réseau d’évacuation des
eaux usées domestiques (eaux
ménagères et eaux vannes) est
différent du réseau
d’évacuation des eaux
pluviales
13
II –SYSTEMES D’ASSAINISSEMENT
� Système pseudo-séparatif
Le réseau d’évacuation des eaux
usées peut recevoir certaines eaux
pluviales provenant des propriétés
riveraines
14
II –SYSTEMES D’ASSAINISSEMENT
� Système composite
Variante du système séparatif qui prévoit grâce à divers
aménagements, une dérivation partielle des eaux plus polluées du
réseau pluvial vers le réseau d’eaux usées en vue de leur traitement
� Systèmes spéciaux
Réseaux sous pression sur toute la totalité du parcours
15
� Choix du type de réseau
� Localisation des points de rejets
� Type et implantation des ouvrages de stockage
� Implantation des ouvrages de traitement
� Tracé en plan du réseau
� Dimensionnement
Analyse de plusieurs variantes (Pas de solution unique)
III –CONCEPTION D’UN SYSTÈME ASSAINISSEMENT
16
III –CONCEPTION D’UN SYSTÈME ASSAINISSEMENT
� Données naturelles (Pluviométrie, topographie, géologie, etc.)
� Caractéristiques de l’agglomération (mode d’occupation)
� Contraintes liées à l’assainissement (transport des e.u., nuissance)
Facteurs importants sur la conception d’un projet
Critères de choix
� Proximité d’un exutoire naturel
� Existence d’un ancien réseau
� Pente du terrain naturel
17
CHAPITRE IIDONNEES HYDROLOGIQUES
I. Etude des précipitations
II. Méthodes de détermination des débits de pointe
18
CHAPITRE IIDONNEES HYDROLOGIQUES
Objectifs du chapitre
� Evaluer la pluviométrie moyenne
� Evaluer le débit de pointe de ruissellement
19
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Genèse
� Nuage est composé de gouttelettes d’eau (5 à 10 microns) oudes cristaux de glace en suspension dans l’air
� Pour avoir une pluie, il faut que les gouttes de pluies soientassez lourdes pour qu’elles puissent tomber (malgré lescourants ascendants) et assez grosses pour ne pas êtreévaporées avant d’arriver au sol
20
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Typologie des pluies
� Précipitations de convection
� Précipitations frontales ou cycloniques
� Précipitations orographiques
21
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Typologie des pluies
� Précipitations de convection
� Ascension d’air chaud, d’où la saturation
de l’air
� Intensité importante
EPFL
22
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Typologie des pluies
� Précipitations frontales ou cycloniques
� Formation au contact de deux massesd’air de caractéristiques différentes
• Front chaud: précipitations longuesétendues et peu intenses
• Front froid: précipitations brèves peuétendues et intenses
EPFL
23
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Typologie des pluies
� Précipitations orographiques
� Barrière montagneuse élève les
masses d’air.
� Le côté au vent reçoit plus d’eau
que le côté abrité
EPFL
24
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Classification en fonction du module pluviométrique annuel Pan
� Régime désertique : Pan ≤ 100 mm
� Régime subdésertique : 100 mm < Pan ≤ 300 mm
� Régime sahélien : 300 mm < Pan ≤ 750 mm
� Régime tropical sec ou soudanien : 750 mm < Pan ≤ 1200 mm
� Régime tropical humide : 1200 mm < Pan ≤ 2000 mm
� Régime équatorial pur : Pan ≥ 2000 mm
25
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Mesures de la pluie
� Méthodes qualitatives
� Existence d’une pluie : permet de connaitre le nombre de jours
de pluie
� Heure de début / heure de fin : permet de connaitre le nombre
de jours de pluie, la durée, et sa position dans la journée
26
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Mesures de la pluie
� Méthodes quantitatives
� Pluviomètre : hauteur de pluie (mm)
� Pluviographe : intensité de pluie (mm/h)
27
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Mesures de la pluie
� Méthodes quantitatives
Pluviomètre : Appareil équipé d’un
seau assez grand surmonté d’une
bague biseautée de surface connue
de 400 cm2
28
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Mesures de la pluie
� Méthodes quantitatives
Pluviographe: enregistre en continu de la
pluie qui tombe (intensité de pluie)
� Bague réceptrice (400 ou 2000 cm2)
� Mécanisme d’enregistrement
� Seau de contrôleSite de Tougou (BF)
29
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Implantation des postes de mesures
30
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Densité du réseau de mesure de pluie
Source : IRD
Surface (km2)
1 2 5 10 25 50 100 500
Nombre d’appareils
4 5 6 6-8 8-12 12-15 15-20 20-25
31
I-ETUDE DES PRECIPITATIONS
Autres méthodes de mesures de la pluie
Radar météorologique
32
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Caractéristiques d’un bassin versant
� Surface : A
� Coefficient de ruissellement :
� Longueur du chemin hydraulique :
� Pente moyenne : � = ∆Z/L
� Temps de concentration : Tc (KIRPICH, RICHARDS, TURAZZA)
33
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Evaluation de la pluie moyenne sur un bassin versant
� Méthode moyenne arithmétique
� Méthode du Polygone de THIESSENS
� Méthode des isohyètes
� Méthode d’abattement
34
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Evaluation de la pluie moyenne sur un bassin versant
� Méthode moyenne arithmétique
�� = 1���
�� Méthode simple
Source d’erreurs si mauvaise répartition des postes
35
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Evaluation de la pluie moyenne sur un bassin versant
� Méthode des Polygones de THIESSENS
�� =∑����∑ ��
Tracer les médiatrices entre stations;
Définir les surfaces d’influence (Si) des stations par la
surface géométriquement la plus proche d’une station
36
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Evaluation de la pluie moyenne sur un bassin versant
� Méthode des isohyètes
�� =∑��(�� + �� )/2∑��
Assez rigoureuse et considère toutes les données
disponibles
37
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Evaluation de la pluie moyenne sur un bassin versant
� Méthode coefficient d’abattement spatial
�� = � �
Formule de G. VUILLAUME
� = � − �. ��� × (� !"�� # − �. �$%�&' + �(%) × !"��)
Pan: Pluie moyenne (mm)
T: Période de retour (an)
S: Surface du bassin versant (km2)
38
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
� Méthodes statistiques
� Méthodes analytiques
� Méthodes déterministes
39
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes statistiques (Données d’au moins 20 années)
� Loi de GUMBEL
� Loi de FRECHET
� Loi de GOODRICH
� Loi de PEARSON III
� Loi de GIBRAT-GALTON
40
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes analytiques
Fonction de transfert des données de
l’averse à la crue
� Hypothèses simplificatrices
� Coefficients arbitraires
Méthode de l’hydrogramme unitaire (SHERMAN, 1932)
41
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes déterministes
� Formule de MYERS
* = +,',: ./012345416/7&..4'812.&'9
+19' ∶ 5!'.9&'91.Exemples de crue décennale (Niger)
Groupe Milo-Niandan * = �, %<(,�,��<Groupe Tinkisso * = �, %��,�,��<Bani jusqu’à Douna * = �, =%,�,<>�
42
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes déterministes
� Méthode rationnelle (, < $@A%)
* = �, %>BCDEC : Coefficient de ruissellement
I : Intensité de l’averse (mm/h)
A : Superficie du B.V. (km2)
Q : Débit (m3/s)
43
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes déterministes
� Méthode rationnelle (, < $@A%)
Calcul du temps de concentration (Tc)
• Formule empirique de KIRPICH
• Formule de RICHARDS
44
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes déterministes
• Formule empirique de KIRPICH
F5 = �(% �,�(G�,=B
Tc : temps de concentration (min)
L : distance en (m) entre l’exutoire
et le point le plus éloigné du B.V.
H : Dénivelée (m) entre l’exutoire
et le point le plus éloigné du B.V.
Tc peut se déterminer à l’aide d’un abaque
45
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes déterministes
• Formule de RICHARDS
F5=F5 + � = �, B +CH
%0
Tc : temps de concentration (heures)
K : coefficient fonction de CR
L : longueur du chemin hydraulique (km)
H: Hauteur d’eau tombée en mm pendant
Tc en heures
C : coefficient de ruissellement du B.V.
p : pente du B.V.H = G+ GF5
46
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes déterministes
� Méthode de type CAQUOT (petits bassins urbanisés)
* = +IAC'E0
C : Coefficient de ruissellement
K : Coefficient fonction de la crue
A : Superficie du B.V. (km2)
Q : Débit (m3/s)
J : Pente
K, m, n et p : constantes à déterminer
(à voir Coeff. Des débits décennaux CI)
* = CDE
47
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes déterministes
� Formule CRUETTE et LEMOINE
* = �<>. �%��7&. C. I7/% J7E�,�(
C : Coefficient de ruissellement
L : Longueur du chemin en mètre
A : Superficie du B.V. (ha)
Q : Débit (l/s)
J : Pente (m/m)
a et b pour différentes zones africaines et
pour des averses de diverses fréquences
* = CDE
48
II-METHODES DE DETERMINATION DES DEBITS DE POINTE
Approches de détermination des débits
Méthodes déterministes
� Méthode de ORSTOM ou RODIER-AUVRAY
� Méthode CIEH (Puech & Chabi Goni)
49
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
I. Classification des écoulements à surface libre
II. Régime d’écoulement
III. Eléments géométriques et hydrauliques d’un canal
IV. Ouvrages de franchissement (Buses et dalots)
50
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
Ouvrages de franchissement (Buses et dalots)
Objectifs du cours:
� Déterminer les dimensions des ouvrages hydrauliques
� Vérifier les conditions de fonctionnement des ouvrages
51
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
IV. Petits ouvrages de franchissement
Buses Dalot
52
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
1. BUSE:
� Buses en béton (D ≤ 1,20 m)
� Buses métalliques (D > 1,20 m)
Ouvrage sous chaussée de forme circulaire nécessitant un
minimum de remblai (au minimum 80 cm)
Types et choix de buses dans la mise en œuvre
N.B: Il existe aussi des buses arches beaucoup plus aplaties
53
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
2. DALOT (Q > 10 m3/s):
Ouvrage sous chaussée de forme rectangulaire qui ne nécessite
aucun remblai: une circulation à même la dalle est envisagée
Types de dalots
Dalot portique Dalot cadre
54
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
3. Conditionnement de fonctionnement des ouvrages
� Sortie noyée: Le niveau de l’eau à l’exutoire immédiat de
l’ouvrage dépassé le bord supérieur de l’ouvrage
L’écoulement des eaux dans l’ouvrage est dit en charge
55
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
3. Conditionnement de fonctionnement des ouvrages
� Sortie libre: Le niveau de l’eau à l’exutoire immédiat de
l’ouvrage est en dessous du bord supérieur de l’ouvrage
� Deux conditions d’écoulement en amont de l’ouvrage existent:
• Si le niveau H1 ≤ 1,25 D: l’écoulement est en surface libre
• Si le niveau H1 > 1,25 D: l’écoulement est en charge
56
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
3. Conditionnement de fonctionnement des ouvrages
� Sortie libre: Le niveau de l’eau à l’exutoire immédiat de
l’ouvrage est en dessous du bord supérieur de l’ouvrage
Ecoulement à surface libre Ecoulement en charge
57
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
4. Revanche
Elle est destinée à constituer une sécurité contre les
déversements de l’eau par-dessus les remblais
Un minimum de R = 80 cm est observé dans la pratique
H = K + L%%"
h: hauteur des vagues (m)
V: Vitesse des vagues (m/s)
R: Revanche (m)
58
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5. Sortie noyée
∆G = NEO − NEL = *%
%"E% (+1 +%"
+%HG$=+ �)
D’après le théorème de BERNOULLI:
Choix des coefficients K
� K = 67 pour les buses en béton
� K = 37 pour les buses métalliques
L: Longueur de l’ouvrage (m)
Ke: coefficient de perte de charge
RH: Rayon hydraulique (m)
A: Section de l’ouvrage
59
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5. Sortie noyée
Valeurs de Ke en fonction des conditions d’entrée de l’ouvrage
60
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.1. Buses circulaires (D = diamètre, g = 9,8 m/s2)
� Méthode numérique
∆G = �, �B=*%
P$ (+1 + �, �%B P$/= + �) Pour les buses en béton, K = 67
∆G = �, �B=*%
P$ (+1 + �, ��� P$/= + �) Pour les buses métalliques, K = 37
61
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.1. Buses circulaires (D = diamètre, g = 9,8 m/s2)
� Méthode graphique
La formule de base peut s’écrire sous la forme
∆G*%
%"E%Q= (+1+�) + $$/= %" /+
%
P$=
)(�)
62
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.1. Buses circulaires (D = diamètre, g = 9,8 m/s2)
� Méthode graphique
∆G∗ = ∆G*%
%"E%Q19+∗ = �%, >" /+%
P$/=
∆G∗ = +1 + � ++∗
En posant:
L’équation (1) devient:
63
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.1. Buses circulaires (D = diamètre, g = 9,8 m/s2)
� Méthode graphique (Détermination de ∆G)• Déterminer +∗à partir de l’abaque
+% STP
• Puis on détermine ∆G∗en fonction de +1• Déduire ∆G
64
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.2. Buses arches (section A, de périmètre P et de HG = E/�)
∆G = �, �(�*%
E% (+1 + �, ��$ HG$/= + �)
� Méthode numérique (" = �, BA/.%19+ = =>)
Les valeurs de Ke d’entrée sont les mêmes que pour les buses circulaires
65
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.2. Buses arches
Section A, Périmètre P et de HG = E/�(Voir caractéristiques géométriques buses arches)
� Méthode graphique
∆G∗ = ∆G*%
%"E%Q19+∗ = %" /+%
HG$/=
∆G∗ = +1 + � ++∗
66
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.2. Buses arches
(Section A, Périmètre P et de HG = E/�)� Méthode graphique (Détermination de ∆G)
• Déterminer D et RH sur l’abaque
• Déterminer +∗à partir de l’abaque +% STHG
• Puis on détermine ∆G∗en fonction de +1• Déduire ∆G
67
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.3. Dalots (Largeur B, hauteur D et longueur L)
∆G = *%
%"E% +1 +%"
+%HG$=+ � &815HG = UP
% (U + P)
∆G = *%
%"E% +1 +%" +%P$
=%$=. (� + P
U)$/= + �
68
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.3. Dalots (Largeur B, hauteur D et longueur L)
∆G = �, �(� *%
U%P% +1 + �, ��� P$/= . (� +
PU)
$/= + �
� Méthode numérique (" = �, B A.% 19+ = <>7é9!')
∆G = �, �(�*%
P$ +1 + �, �%B P$/= + � .4U = P
69
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.3. Dalots (Largeur B, hauteur D et longueur L)
� Méthode numérique (Valeurs de Ke pour les dalots)
70
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.3. Dalots (Largeur B, hauteur D et longueur L)
� Méthode graphique
∆G∗ = ∆G*%
%"E%Q19+∗ = %" /+%
P$/= %$/= = (, �$" /+%
P$/=
∆G∗ = +1 + � + (� + PU)
$/=+∗
PU = �, (; �, >(; �; �, (; %
71
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.3. Dalots (Largeur B, hauteur D et longueur L)
� Méthode graphique (Détermination de ∆G)• Fixer la hauteur D du dalot
• Déterminer +∗ = (, �$ " /+%P$/= , &815+ = <>
• Puis on détermine ∆G∗en fonction de +1• Déduire ∆G
72
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
5.3. Dalots (Largeur B, hauteur D et longueur L)
� Méthode graphique (Détermination de ∆G)
PU = �, (; �, >(; �; �, (; %
73
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6. Sortie libre
Les méthodes de calcul des ouvrages sont graphiques et
s’appuient sur les courbes expérimentales
• Si le niveau H1 ≤ 1,25 D: * = C, %"(G� − X)• Si le niveau H1 > 1,25 D: * = C′, %"(G� − X)
Q: débit de l’ouvrage
C, C’: Coefficient de la forme d’entrée
H1: hauteur d’eau en amont de l’ouvrage
Y: profondeur d’eau dans l’ouvrage
S: surface mouillée de l’ouvrage
74
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6. Sortie libre
Méthodologie de résolution en sortie libre
� Connaissant le débit Q à évacuer, on fixe une valeur du diamètre D
� Détermination de Q* et H1*
� Détermination de la pente critique correspondante Ic
� Détermination de la vitesse de l’eau dans l’ouvrage (V≤ 2-3 m/s)
� Si V > à la vitesse admissible, augmenter le diamètre D
75
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.1. Buses circulaires *∗ = *%"P( et G�∗ =G�
PVariables adimensionnelles
76
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.1. Buses circulaires
� Détermination de la pente critique Ic
Si R est le rayon de la buse, on a alors:
, = H%Z − �%H
%. .4'%Z� = %HZ
U = %H. .4'ZZ = %&25.4' X %H⁄
77
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.1. Buses circulaires
� Détermination de la pente critique Ic
Connaissant le débit Q et le diamètre D
*∗ = * "H(\ D5∗ = D5" +%H�/=⁄
• On détermine Ic* par l’abaque
• On déduit Ic
78
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.1. Buses circulaires
� Détermination de la vitesse dans l’ouvrage
Connaissant le débit Q et ayant Ic et R
*∗ = * +. D5�/%H%/=⁄L = L∗+. D5�/%H%/=
V* est obtenue par l’abaque
79
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.2. Buses arches
� Variables adimensionnelles
*∗ = *E %"P et G�∗ =G�
P
80
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.2. Buses arches
� Détermination de la pente critique Ic
*∗ = * "(P%)(\ D5∗ = D5
" +%(P%)�/=⁄
D étant la flèche de la buse arche
81
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.2. Buses arches
*∗ = <, =(*+D�/%PB/= L∗ = �, (�L
+D�/%P%/=
� Détermination de la vitesse dans l’ouvrage
D étant la flèche de la buse arche et K = 37
V* est obtenue par l’abaque
82
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.3. Dalots
*∗ = *E %"P = *
UP %"P 19G�∗ =G�P
� Variables adimensionnelles
Ces variables sont fonction des conditions en tête du dalot:
• Murs en aile, faisant 30°à 75° avec l’axe de l’ouvrage
• Murs de tête mais sans mur en aile
• Tête saillante ou coupée en sifflet suivant le talus
83
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.3. Dalots
� Variables adimensionnelles (Q* et H1* calculés par les abaques)
84
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.3. Dalots
� Détermination de la pente critique Ic
, = UX� = U + %X
HG = UX (U + %X)⁄
*∗ = * "U(\ D5∗ = D5" +%U�/=⁄
85
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.3. Dalots
� Détermination de la pente critique Ic
Connaissant le débit Q et la largeur B,
• On calcule Q*
• A l’aide de l’abaque ci-contre, on détermine Ic*
• On déduit Ic
86
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.3. Dalots
*∗ = *+D�/%UB/= L∗ = L
+D�/%U%/=
avecK=67
� Variables adimensionnelles
87
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
6.3. Dalots
� Détermination de la vitesse dans le dalot
Connaissant le débit Q et la largeur B du dalot
• On calcule d ’abord Q*
Connaissant Q, la pente I et la largeur B,
• On détermine V* par l’abaque ci-dessus
• On déduit la vitesse V dans l’ouvrage
88
CHAPITRE IIIETUDE DES ECOULEMENTS
89
CHAPITRE IVEAUX USEES
I. Généralités
II. Provenance et classification des eaux usées
III. Principe et processus de l’épuration
IV. Différents types de traitement des eaux usées
V. Systèmes fondamentaux d’évacuation et de traitement
90
CHAPITRE IVEAUX USEES
Objectifs du chapitre
� Catégoriser les eaux usées suivant leur potentiel polluant
� Se familiariser aux procédés de traitement des eaux usées
91
CHAPITRE IVEAUX USEES
I. Généralités
� Nature des eaux usées
• Eaux usées à faible charge organique (Effluents domestiques
de zones urbaines, d’hôtels, etc.)
• Eaux usées à forte charge organique (Effluents d’abattoirs,
d’hôpitaux, etc.)
92
CHAPITRE IVEAUX USEES
I. Généralités
� Caractéristiques des eaux usées
• Paramètres physiques: température, conductivité, pH, MES
• Paramètres chimiques organiques: DCO, DBO5
• Paramètres chimiques minéraux: métaux lourds, azote,
macromolécules, phosphore, etc.
• Paramètres biologiques: bactéries, virus, microfaunes
93
CHAPITRE IVEAUX USEES
I. Généralités
� Paramètres et types de pollution
• Pollution physico-chimique: Couleur, turbidité, pH,phosphore, azote, métaux lourds
• Pollution organique: BDO, DCO, COT
• Pollution bactérienne: coliformes fécaux, salmonelles, etc.
94
CHAPITRE IVEAUX USEES
I. Généralités� Degré de pollution
• Pollution primaire: paramètres physiques
• Pollution secondaire: paramètres chimiques (organique)
• Pollution tertiaire: paramètres chimiques (minéral)
• Pollution quaternaire: paramètres biologiques
95
CHAPITRE IVEAUX USEES
II. Provenance et classification des eaux usées urbaines
� Eaux usées domestiques
� Eaux usées industrielles
� Eaux usées agricoles
� Eaux usées de ruissellement
96
CHAPITRE IVEAUX USEES
� Extraire les éléments les plus grossiers
� Eliminer les matières en suspension
� Assurer l’élimination de la pollution carbonée
� Eliminer la pollution bactérienne
DANS LE RESPECT DES NORMES EN VIGUEUR
III.1. Principe de l’épuration des eaux usées
97
CHAPITRE IVEAUX USEES
III.2. Principales étapes de l’épuration des eaux usées
98
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV. Différents types de traitement des eaux usées
� Traitement physico-chimique
� Traitement biologique
� Traitement tertiaire
99
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.1. Traitement physico-chimique (1/3 étapes)
� Le pré-traitement: éliminer une grande partie des éléments
décantables (grosses particules, graisses, huile, etc.)
• Dégrillage
• Dessablage
• Déshuilage-dégraissage
100
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.1. Traitement physico-chimique (2/3 étapes)
� La décantation primaire: réduire 90% les matières décantables
contenues dans l’effluent primaire
Ses performances:
• Réduction de 25% à 35% de la DBO5
• Réduction de 50 à 65% de la MES
• Réduction faible de l’azote, du phosphore, des métaux
101
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.1. Traitement physico-chimique (3/3 étapes)
� La floculation: consiste à ajouter à l’effluent pré-traité une
substance chimique (polyélectrolytes, sels de fer et d’aluminium,
chaux) pour faire floculer les MES résiduelles; les flocs formés
vont décanter dans le fond du floculateur et être éliminés.
102
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.1. Traitement physico-chimique
Schéma d’une station d’épuration physico-chimique
103
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.2. Traitement biologique
� Procédé utilisé en aval d’un décanteur primaire. Il est composé:
• Lit bactérien
• Boue activée
• Lagunage
• L’infiltration percolation
• Méthanisation
104
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.2. Traitement biologique
� Lit bactérien
• Lits de cailloux 5 à 10 cm épais
• Ventilation naturelle à la base
• Existence d’un auto curage des boues
105
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.2. Traitement biologique
� Boue activée: système appliqué soit en traitement secondaire,
soit en traitement tertiaire (finition après le lit bactérien)
• Principe: l’eau décantée séjourne dans un bassin où existe
une concentration de biomasse (2-5mg/l) qui va consommer
la matière biodégradable; puis cette eau est séparée des
boues dans un décanteur secondaire.
106
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.2. Traitement biologique
Synoptique d’une station d’épuration de boues activées
� Boue activée:
107
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.2. Traitement biologique
� Lagunage: système utilisé en tant que traitement primaire,
secondaire ou traitement tertiaire.
• Principe: les temps de séjour des effluents à traiter oscillent
entre 5 et 60 jours (bonne épuration biologique)
• Lagunage aéré
• Lagunage naturel ou aérobie
108
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.2. Traitement biologique
Lagunage aéréLagunage naturel
� Lagunage
109
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.2. Traitement biologique
� L’infiltration percolation: procédé utilisé tant en traitement
secondaire qu’en traitement tertiaire.
• Principe: consiste à faire percoler les eaux usées issus d’un
traitement primaire soit dans les bassins de faible
profondeur remplis de sable, soit dans le sol directement.
110
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.2. Traitement biologique
� Synoptique d’une station d’épuration par infiltration percolation
111
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.2. Traitement biologique
� Méthanisation: Processus biologique dans lequel les
microorganismes épurateurs se développent en l’absence d’air
et produisent un gaz combustible (biogaz)
112
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.3. Traitement tertiaire
� Procédé encore appelé épuration complémentaire ou avancée
constitue un complément d’épuration des eaux usées
• L’irrigation
• L’épandage
• La désinfection
• L’infiltration percolation
113
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.3. Traitement tertiaire
� L’épandage: procédé qui consiste à recycler l’eau et les
éléments fertilisants dans le sol; les racines végétaux peuvent
ainsi absorber ces éléments minéraux, donc minéraliser la
matière organique
� Performances:
• Réduction des MES, MO, composés phosphorés à 100%
114
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.3. Traitement tertiaire
� L’irrigation: procédé qui consiste à réutiliser les eaux usées
dans l’agriculture et utiliser le sol comme support pour
l’épuration
� Quelques inquiétudes: Charge polluante peut engendrer
• problèmes sanitaires (éléments traces et toxiques)
• Problèmes agronomiques (fertilisants, azote, etc.)
115
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.3. Traitement tertiaire
� La désinfection des effluents secondaires: procédé qui consiste
en une élimination durable des agents pathogènes de l’eau
(chloration, ozonation, rayons ultraviolets, température)
� Inconvénients:
• Dépend de la nature des microorganismes à éliminer
• Production des dérivés halogénés cancérigènes
116
CHAPITRE IVEAUX USEES
IV.3. Récapitulatif des étapes et ouvrages nécessaires
117
CHAPITRE IVEAUX USEES
V. Systèmes fondamentaux d’évacuation et de traitement
� Systèmes collectifs: réseau d’égout avec STEP
� Systèmes individuels ou autonomes (fosses septiques)
118
CHAPITRE IVEAUX USEES
V. Systèmes fondamentaux d’évacuation et de traitement
� Systèmes individuels (Fosses septiques)
FS à doubles compartiments FS à triples compartiments
119
CHAPITRE IVEAUX USEES
V. Systèmes fondamentaux d’évacuation et de traitement
� Dispositions annexes des fosses septiques (FS)
• Séparateur de graisse: ouvrage facultatif situé en amont de FS
• Débourbeur: bac rectangulaire muni d’un panier pour le
rétention des déchets lourds et indésirables
• Filtre bactérien: 3ième compartiment de la FS qui permet
d’éliminer la MO en solution
120
CHAPITRE IVEAUX USEES
V. Systèmes fondamentaux d’évacuation et de traitement
� Critères d’aptitude du sol à l’assainissement autonome
• Perméabilité du sol évalué par le test de percolation
• Niveau de la nappe phréatique
• Profondeur du substratum (>1 m) pour les sols à
granulométrie fine
121
CHAPITRE IVEAUX USEES
V. Systèmes fondamentaux d’évacuation et de traitement
� Hypothèses de dimensionnement des fosses septiques
• Taux d’accumulation des boues: 0,18-0,5l/hab./j
• Fréquence de vidange de 2 à 5 ans
• Volume minimal de la fosse: de 1,5 à 2m3
• Volume additif pour chaque supplément de 2 personnes: de
0,4 à 0,5 m3
122
CHAPITRE IVEAUX USEES
V. Systèmes fondamentaux d’évacuation et de traitement
� Différentes méthodes de dimensionnement
• Méthode française
• Méthode belge
• Méthode canadienne
• Méthode anglaise
123
CHAPITRE IVEAUX USEES
V. Systèmes fondamentaux d’évacuation et de traitement
� Ouvrages autonomes à faible coût
• Latrines à fosses ventilées (VIP, VIDP)
• Latrines à siphon (latrines à chasse d’eau)
124
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
I. Concept de valorisation
II. Etat des lieux sur la gestion des boues de vidange
III. Notion de traitement des boues de vidange
125
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
Objectifs du chapitre
� Réduire le volume des boues
� Réduire leur pouvoir fermentescible
� Faciliter leur conditionnement et leur transport vers
les lieux de mise en décharge ou de valorisation
126
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
I. Concept de valorisation
Procédé qui consiste à recycler un matériau pour lui donner une
fonction autre que celle initiale
127
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
II. Etat des lieux sur la gestion des boues de vidange
Cheminement des excrétas en zone urbaine
128
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
II. Etat des lieux sur la gestion des boues de vidange
Fosses septiques, latrines àchasse d’eau, latrines simples
Ces équipements produisent des boues qu’il fautmanager de façon responsable et appropriée
129
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
II. Etat des lieux sur la gestion
des boues de vidange
Pratiques actuelles de gestiondes boues de vidange
130
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
II. Etat des lieux sur la gestion
des boues de vidange
Pratiques actuelles de gestiondes boues de vidange
131
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
II. Etat des lieux
sur la gestion
des boues de
vidange
Les défis à relever
132
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements
des boues de vidange
Protocole de gestiondes boues de vidange
133
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements des boues de vidange
134
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements des boues de vidange
Bassins de sédimentation/épaississement non mécanisés
135
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements des boues de vidange
Bassins de sédimentation/épaississement non mécanisés
136
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements des boues de vidange
Système de lagunage
Boues fraîches ouprédécantées
Boues flottantes +
décantées(Lit de séchage)
Boues décantées
• Grande surface requise
• Entretien minime
• Traitement des boues fraîches (de toilettes publiques) ⇒ concentration élevée de NH3
• ⇒ aucun développement d’algues (NH3-toxicité et opacité) aucun apport d’oxygène
137
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements des boues de vidange
Boues devidange
BA
Boues vers la digestion anaérobie et/ou déshydratation/séchage
FL Filière de lagunage
BA Boues activées
Boues devidange
FL
Eau
x
usées Co-traitement avec des eaux usées
138
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements des boues de vidange
Co-traitement avec des boues d’épuration
Boues deSTEP
Gaz
Boues devidange
vers la déshydratation-séchage
Surnageantvers la STEP
139
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements des boues de vidangeCross section A-A
Cross section B-B
Couche de boues 30 cm
Couche de sable 10 cm; d = 0,2 - 0,6 mm
Couche de gravier 10 cm; d = 7-15 mm
Couche de gravier 20 cm; d = 15-30 mm
Lits de déshydratation ou de séchage non plantés
140
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements des boues de vidange
Lits de déshydratation plantés
• Stabilisation et déshydratation des
biosolides en «une» étape de traitement
• Croissance des plantes requiert une
attention particulière (bilan hydrologique)
• Percolat: besoin de post-traitement
selon le cas
• Approprié en climat tropical humide; pas
encore testé en région aride
141
CHAPITRE VVALORISATION DES BOUES DE VIDANGE
III. Options de traitements des boues de vidange
Bassin de séchage
Lit de séchage
Boues de vidangefraîches
°C
Co-compostage avec des déchets organiques solides
142
MERCI POUR VOTRE ATTENTION
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