Cours assainissement transition de surface libre à écoulement en charge

Extrait du cours assainissement transition de surface libre à écoulement en charge

1. QUELQUES NOTIONS SIMPLES
On distinguera l’écoulement à surface libre de l’écoulement en charge d’une adduction gravitaire.
Ecoulement à surface libre.
L’écoulement à surface libre sur un tronçon d’adduction est un cas fréquent, la conduite fonctionne comme un canal ouvert, l’eau n’atteint pas la partie supérieure des tuyaux (à l’intérieur). Le débit est fonction de la pente au point donné de la hauteur d’eau dans la tuyauterie et des frictions sur les parois.
Ecoulement en charge.
L’écoulement en charge correspond au fonctionnement d’une adduction dont les tuyaux sont pleins et où les tronçons en amont et en aval interviennent sur l’écoulement. Le débit est alors fonction de la pente générale et des frictions sur la tuyauterie. Le débit est en général plus grand dans une adduction en charge, c’est-à-dire dont la tuyauterie est pleine et où l’eau qui s’y écoule est poussée par la pression exercée par l’eau en amont.
Transition de surface libre à écoulement en charge.
Pour qu’une adduction fonctionne en permanence à surface libre, le bon sens permet de se rendre compte que le tracé de l’adduction est très contraignant, car il s’agit de réaliser un canal où en aucun cas l’eau ne remonte et donc sans grands changements de pente. Cette condition n’est que très rarement remplie dans le cas d’adduction d’eau potable, il y a donc une transition vers le fonctionnement en charge. On s’en rend compte lorsqu’un tuyau est à moitié rempli et que le relief remonte ou que l’on bouche la tuyauterie à son extrémité inférieure.
Profil d’une adduction.
Le profil de l’adduction est une donnée indispensable pour visualiser le fonctionnement de l’adduction. Il peut être établi à partir d’un relevé de terrain (niveau, clinomètre, carte et boussole) cf. Fiche E. & A-1.4.5 le relevé terrain, exemple de nivellement à l’aide d’un clinomètre portable. On y reporte en x les distances, en y les altitudes. Il est indispensable de choisir une échelle différente sur chacun des axes de façon à bien visualiser les reliefs le long du tracé.
La ligne piézométrique.
La ligne piézométrique permet de visualiser la pression exercée par l’eau en chaque point du tracé. Elle correspond au niveau qu’atteindrait l’eau dans un tuyau vertical connecté sur l’adduction. Pour une adduction gravitaire de section uniforme et alimentée à son maximum :
– Lorsque l’adduction débouche à gueule bée, ou dans un réservoir, la ligne piézométrique est une droite qui relie les points extrêmes de l’adduction. L’eau est à la pression atmosphérique au départ et en fin d’un parcours sans obstacle. La pression est maximum au point du profil le plus éloigné de la ligne piézométrique.
– Lorsque l’adduction est fermée à son extrémité en aval (cf. schéma), la ligne piézométrique est horizontale. La plus forte pression s’exerce au point de cote le plus bas.
– Lorsque l’adduction est à demi-fermée par une vanne en fin de parcours, suivant le débit transitant dans l’adduction, la ligne piézométrique prend une valeur située entre les deux extrêmes.
2. DE L’AIR DANS LES TUYAUX ou de l’eau dans le gaz…
De l’eau emprisonnée dans un tuyau, même en charge, produit de l’air. L’eau tout le long de son parcours passe par différents états de pression qui provoque un dégazage. Les bulles subissent une poussée de l’eau en mouvement, et la fameuse force d’Archimède vers le haut. Au remplissage ou à la mise en service d’une adduction, le phénomène est particulièrement sensible. Il est illustré par la figure ci-dessous, profil d’une adduction présentant plusieurs points hauts et points bas.

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