bassins de retenue

7/26/2019 Bassins de Retenue

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Les bassins de retenue deaux

pluviales

Ralis par : Professeur :

-ASSANFE Said -L.ASMLAL

-BARKOUKI Khalid

3ime IE


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Sommaire

1. Introduction........................................................................................................... 32. Bilan en eau ou "hydraulique" d'un bassin de retenue ou "retenued'talement" .............................................................................................................. 3

2.1 Arrives d'eau..............................................................................................................32.2 Evacuation d'eau......................................................................................................... 4

3. Modle de fonctionnement retenu pour le bassin d'alimentation ................... 54. Mthodes de calcul des retenues d'talement................................................... 7

4.1 Etablissement et utilisation de la mthode dite mthode des pluies ........... 74.2 Mthode des volumes ............................................................................................. 11

5. Dispositions constructives................................................................................ 135.1. Dispositions techniques ........................................................................................135.2. Ouvrages d'vacuation de scurit .................................................................... 175.3. Ouvrages de fond .................................................................................................... 17

6. Dispositions concernant l'exploitation............................................................. 17ANNEXE 1................................................................................................................ 21ANNEXE2...25


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1. Introduction

Les bassins de retenue sont des ouvrages destines rgulariser les dbits reus l'amont afin de restituer l'aval un dbit compatible avec la capacit de transfertde lexutoire.

La limitation du dbit maximum a la sortie de la retenue tant une pure questionde mcanique et d'hydraulique classique, le seul vrai problme qui se pose al'ingnieur est la dtermination du volume donner a la retenue. Le problme peutdans certains cas se poser de faon lgrement diffrente : la retenue existe djet l'on souhaite savoir quel parti on pourra en tirer.

Quel que soit le problme rsoudre la solution passe par l'tablissement d'unbilan en eau de la retenue.

La plupart des tudes hydrologiques ont t consacres, jusqu'a se jour, a descalculs de sections d'ouvrages (sections droites de conduites d'vacuation d'eaux

de pluie, arches de ponts, sections mouilles de canaux, etc. ... ). C'est pourquoion trouve beaucoup d'tudes sur les dbits maximaux observes a la suite de pluied'intensits mesures, mais peu de donnes sur les volumes d'eau ayant transitedans les ouvrages au cours des crues observes. Certes, on dispose de donnespour les bassins versants alimentant les grands barrages destines la productiond'nergie lectrique, mais les dimensions de ces bassins sont sans communemesure avec celles des bassins de retenue des rseaux d'assainissement. Lanotion de pluie ny a plus la mme signification tant donn son htrognitspatiale. Il en est de mme d'ailleurs de la notion d'impermabilit.

D'autre part, pour des raisons de cot d'exploitation, il existe trs peu de bassins

versants ruraux simultanment quipes d'enregistreurs de pluie et de dbits.

2. Bilan en eau ou "hydraulique" d'un bassin deretenue ou "retenue d'talement"

2.1 Arrives d'eau

On peut distinguer quatre modes d'arrive d'eau dans une retenued'talement

- l'eau qui tombe directement sur la retenue. Cette quantit d'eau est gnralementfaible car les lois de l'conomie forcent rduire autant que faire se peut la surfacedes plans d'eau en zone d'urbanisme diffus et plus encore en zone urbaine;

- l'eau qui ruisselle sur les surfaces impermabilises et qui gagne le rseaud'gouts. C'est la seule qui soit prise en compte dans la formule de Caquot. Ceciexplique que la formule de Caquot n'est pas adapte au calcul des bassins de rete-nue, d'autant qu'elle ne peut fournir que le dbit maximum attendre mais pas levolume de crue lui associer;

- l'eau qui provient d'un ruissellement plus ou moins long sur des surfaces nonimpermabilises;

- l'eau provenant du sous-sol et qui intervient la plupart du temps sous forme de


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sources.

On pourrait ajouter les eaux pompes dans les nappes et rejettes en surface, lavidange de certaines retenues.

Pour bien tenir compte de ces aspects particuliers de l'alimentation des retenuesd'talement il est ncessaire de faire des hypothses sur le mode defonctionnement des bassins hydrologiques alimentant ces retenues.

En l'absence de bassins exprimentaux en zone urbaine ou peri-urbaine.L'utilisateur ne doit donc pas s'illusionner sur la prcision des dterminations, nis'tonner de trouver des carts assez importants entre les rsultats donns parles deux mthodes proposes ci-aprs.

Il serait en effet inutile de rechercher une prcision a 10 % au niveau del'analyse des pluies quand on sait que la dtermination du volume initial V de laretenue et celle du coefficient dapport Ca du bassin versant d'alimentation,comporte des imprcisions bien suprieures.

Le but poursuivi est simplement de fournir un moyen rapide d'obtenir un ordrede grandeur de la retenue constituer et par la mme de son cot, tantentendu qu'au fur et mesure de l'amlioration des connaissances apportes,on pourra apporter aux formules les prcisions ncessaires.

Partout o il s'avre absolument ncessaire de dterminer avec prcision lesapports, il ne peut tre question d'utiliser les formules et les abaques del'instruction. Il faut alors procder a une tude hydrologique particulire et laconfier des spcialistes. On mettra alors en balance les cots et dlaisentrans par le recours une tude plus pousse, faisant intervenir desmodles de fonctionnement plus labores, avec les risques ou dpenses

encourus en cas de sous dimensionnement ou de surdimensionnement del'ouvrage.

2.2 Evacuation d'eau

La retenue est suppose se vidanger essentiellement par le dispositifd'vacuation normal. Il ne doit pas tre tenu compte des possibilitssupplmentaires offertes par les ouvrages de scurit et de fond dans le calculdu volume normal de la retenue.

L'vaporation peut dans certaines situations particulires contribuer

l'vacuation des eaux. Dans la plupart des cas, cependant, le temps de vidangeet de remplissage de la partie utile de la retenue est suffisamment faible pourque l'on puisse la ngliger.

Les pertes par permabilit de la cuvette deviennent en gnral rapidementngligeables, de tels bassins tant toujours le sige de phnomnes decolmatage.

Les solutions adoptes pour le dispositif d'vacuation normal varient avec lesdifficults d'vacuation l'aval. Si l'on a, l'aval, un rseau coteux a remanier(par exemple constitu essentiellement de conduites en site fortement urbanise)on a intrt utiliser ces conditions leur maximum de possibilit d'exploitation

en toute scurit. Dans ce cas, on place la sortie de la retenue un dispositif dbit aval constant, ce dispositif coteux devant tre toutefois vit pour les


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ouvrages non soumis ce genre de sujtions, notamment lorsqu' on ralise unrseau de bout en bout jusqu'a l'missaire ou un simple orifice est suffisant. Cedispositif simplifi complique cependant les calculs, car le dbit de sortie de laretenue ne peut plus alors, en principe, tre considr comme constant. Cecipeut constituer un handicap pour l'application de la methode dite des volumesexamine plus loin.

Dans l'instruction technique, on s'est place, pour les commodits de l'expos,dans l'hypothse d'un rseau aval a capacit limite dont il convient de profiterau mieux, cas le plus frquent dans la pratique.

3. Modle de fonctionnement retenu pour lebassin d'alimentation

En l'absence de donnes d'enregistrement suffisantes, le modle retenu est leplus simple.

On admet que le volume d'eau apporte la retenue par une pluie de hauteur hest une fraction Ca du volume d'eau tombe sur le bassin d'alimentation, ce quise traduit par la formule V = Ca.S.h

S tant la surface du bassin versant;

Ca tant un coefficient dit "coefficient d'apport". Le produit Sa = Ca.S est appellesurface active du bassin d'alimentation.

L'instruction technique donne peu de dtails sur le calcul du coefficient Ca. Ellesuggre essentiellement trois dmarches possibles par ordre dcroissant deprcision :

- enregistrement d'un certain nombre de pluies au moyen de pluviogrammesenregistreurs, judicieusement disposes et enregistrement des volumes vacuescorrespondants, ce qui, par corrlation permet de dterminer Ca. Par mesure descurit il est recommand de traiter le problme de manire statistique et des'intresser aux pisodes pluvieux de longue dure ou rpts, un bassinversant humide reagissant plus qu'un bassin versant initialement sec.

Remarquons que Ca est une valeur moyenne. Au dbut de l'apport, en effet, Caest trs faible, puis il croit jusqu'a atteindre sa valeur maximum. Cette valeurmaximale ne correspond pas au temps de monte de l'hydro gramme d'apportcar au fur et a mesure de l'humidification, le bassin versant s'impermabilise.

- utilisation d'enregistrements effectus sur des bassins versants voisinshydrologiquement comparables. L'imprcision de cette mthode vient du faitqu'il est rare de trouver dans la nature des bassins versants de caractristiquestrs voisines. Cette mthode doit tre applique avec beaucoup dediscernement et, de prfrence, par des spcialistes en raison de la multiplicitdes facteurs en cause (facteurs gologiques, orientation, altitude, couverturevgtale, pluviomtrie, pentes, nature des sols, densit de drainage, etc. ...).Elle ne peut prtendre a tre rigoureuse que si l'on pouvait tablir des modlesde bassins versants reprsentant exactement la ralit et les comparercaractristique par caractristique toutes choses tant gales par ailleurs. C'est

trs loin d'tre le cas. L'identification de deux bassins versants est doncforcement imprcis et approximatif.


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De plus si l'on dispose de mesures sur plusieurs bassins versants decaractristiques voisines du bassin tudie on utilise avec intrt toutes lessources d'information.

Dans tous les cas l'assimilation doit tre justifie par une tude hydrogologiqueet hydrologique particulire chaque fois que les risques encourus du fait des

sous dimensionnement ventuel des ouvrages raliser seront importants.

- on pourra utiliser une troisime mthode qui "consiste diviser le bassin enlments de surface homognes auxquels on affecte des coefficients d'apportlmentaires". Il nous soit permis d'insister sur le fait que cette mthode ne doittre utilis que lorsqu'il est vraiment impossible de faire autrement.

Si l'on dcompose le bassin versant en zones homognes de superficies Al, A2..., Ai ... An et de coefficients d'apport lmentaires correspondants Cl, C2, ... ,Ci, ... Cn le coefficient d'apport global a quelques chances de ne pas tre troploign de la valeur :

=

==

n

i

n

i

Ai

CiAi

Ca

1

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Pour le choix des coefficients d'apport lmentaires Ci, on pourra s'inspirer dutableau suivant :

Il convient de considrer que ces chiffres correspondent des moyennestablies sur des bassins versants relativement peu pentus et pour des pluiesdcennales. En cas de pluies trs fortes et de fortes pentes - ce qui est assezrare dans le cas des retenues d'talement -la contribution des surfaces pluttimpermables peut atteindre 80 % pour des boisements infrieurs a 20 % et nepas descendre en dessous de 40 % mme pour des boisements importants. Demme les surfaces plutt permables a pentes relativement fortes apportent,pour de trs fortes pluies, une contribution non ngligeable (jusqu'a 50 % pourdes boisements infrieurs a 20 % et au moins 20 % mme pour des boisementstrs suprieurs). Il convient de se mfier de certaines formes du relief

pressentant de trs fortes capacits de rtention d'eau en surface sous forme deflaques. Les sols correspondants se pressentent alors pour des pisodespluvieux n'apportant pas trop d'eau (donc de frquence assez grande) comme

Pourcentage de boisement0% 5% 50% 100%

surfaces impermables artificielles, voieries. 1

surfaces naturelle impermable (sols argileux,sols peuprofonds sur sous sol rocheux. 0,6 0,5 0,3 0,15

surfaces plutt impermables. 0,4 0,3 0,2 0,1

surfaces plutt permables. 0,2 0,15 0,1 0,05

surface permable (sols sableux,plaines alluviales avecalluvions paisses) 0,1 0,15 0 0,05


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des sols a coefficient Ca trs faible mais changent soudain de comportement au-del d'un certain volume d'apport pluviomtrique (donc en dessous d'unecertaine frquence) pour devenir alors, et ce, trs brutalement, quasiimpermables.

Le coefficient Ca est donc considrer avec certaines prcautions comme on

peut s'y attendre chaque fois qu'on cherche reprsenter un ensemble desituations complexes par une seule donne.

L'tat d'humidit initial du bassin versant est prendre en considration et peutintroduire des variations importantes de Ca.

A dfaut d'une analyse particulire des prcipitations, il convient de prendrepour Ca les valeurs correspondant a des bassins versants initialement quasisatures. Il convient galement de noter qu'une averse de trs forte intensittombant sur un bassin versant trs sec peut ruisseler pratiquement sanss'infiltrer si le relief s'y prte et si la vgtation n'est pas trs importante ; le solse comporte alors comme une ponge sche.

Pour la troisime mthode, plus encore que pour les deux autres, il y estncessaire de s'adresser des hydrogologues notamment pour la dlimitationdes "zones" et pour la dtermination des coefficients d'apport lmentaires. Deplus, ces spcialistes pourront comparer les rsultats de la mthode ceuxquaurait fourni d'autres mthodes notamment celle de l'hydro grammesynthtique, celle du Soil Conservation Service, celle de Turazza, celle desabaques de la S.O.G.R.E.A.H. etc. ... La multiplication des mthodes, dfautde donner une garantie totale d'exactitude, permet d'avoir une ide de l'ordre degrandeur de l'erreur probable et d'adopter le coefficient de scurit adquat.

Ca tant suppose connu, deux mthodes sont proposes dans l'instruction pourle calcul des retenues d'talement savoir la mthode des pluies et la mthodedes volumes.

4. Mthodes de calcul des retenues d'talement

4.1 Etablissement et utilisation de la mthode ditemthode des pluies

L'analyse statistique conduit dans la mthode des pluies une srie de courbes,chaque courbe tant relative un pas de temps donn et comportant, en

ordonnes, les hauteurs de pluies maximales sur le pas de temps considr, eten abscisses, les probabilits de dpassement correspondant ou, ce qui lesrend plus concrtes, les priodes de retour T (temps moyen ncessaire pourqu'apparaisse une pluie maximale suprieure ou gale a la pluie maximale porteen ordonne) .


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Pour l'tablissement de la courbe enveloppe on procde de la manire suivante: toutes les courbes sont reportes sur un mme graphique. La valeur depriode de retour de 10 ans tant retenue, on trace la verticale au point

d'abscisses T = 10 ans. Cette verticale coupe les courbes relatives auxdiffrents pas de temps en autant de points que de pas de temps choisis pourl'analyse. (Voir Fig. 2).


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On porte alors sur un autre graphique, en abscisses, les pas de temps par ordrecroissant de dure et, en ordonnes, les ordonnes des points d'intersectioncorrespondants ci-dessus. La courbe est appele courbe enveloppe desprcipitations dcennales pour la rgion. On peut bien sur, choisir une autre

priode de retour que celle de 10 ans. Comme pour les rseaux d'gouts lechoix d'une priode de retour rsulte toujours d'un calcul conomique mettanten balance le cot d'accroissement de capacit de la retenue avec les risquesencourus (patrimoine, voire vies humaines protger) .

Afin de dterminer le volume donner la retenue, on trace sur le mmegraphique la courbe reprsentant la hauteur totale de la lame d'eau quivalenteau volume vacue, en fonction du temps, par l'ouvrage de sortie normale de laretenue. Par lame d'eau quivalente, on entend la hauteur d'eau qu'onobtiendrait si l'on talait uniformment, sur toute la surface active du bassinversant d'alimentation de la retenue, le volume d'eau vacue ou vacuable par

le dispositif de sortie normale de la retenue depuis le dbut de l'pisodepluvieux. L'hypothse la plus souvent faite et choisie dans l'instruction est quel'ouvrage de sortie normale de la retenue d'talement fonctionne dbitconstant ds que l'on a dpass un certain temps to, temps ncessaire l'obtention du fonctionnement dbit constant (et maximal) de cet ouvrage desortie. Il en rsulte :

- que la courbe reprsentative du volume ou de la tranche d'eau quivalentevacu en fonction du temps est alors, partir temps t, une droite. En fait dansl'instruction on a considr que la proportionnalit partait du temps t = O. Aussiconvient-il, la fin du calcul, de majorer la capacit V de la retenue d'un volume

Vo;- qu'il s'emmagasine entre le dbut de lpisode pluvieux et le temps t = to uncertain volume Vo deau dans la retenue ;

- qu'il est possible de dterminer le volume V a donner a la retenue, en plus duvolume Vo, en soustrayant, a chaque instant, des apports les tranches d'eauquivalentes aux volumes vacues c'est--dire, finalement, en soustrayant desordonnes de la droite reprsentative des tranches d'eau quivalentes auxvolumes vacues. On obtient ainsi, chaque instant, la tranche d'eauquivalente stocke dans la retenue qui, multiplie par la surface active du bassinversant, donne le volume V stocker chaque instant. La valeur maximale de V

se repre sans difficult sur le graphique.


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Le volume donner la retenue d'talement sera :

V=V+V0

-Comment dterminer Vo ?

L'instruction est muette sur le calcul de Vo, mais quelques procdures peuventtre proposes :

- la mthode de M. Colin est trs simple : il suggre que l'on ne tienne compteque de la moiti du volume (de retenue) compris entre la cote de dbut defonctionnement de l'ouvrage de sortie et la cote partir de laquelle on peutconsidrer que l'ouvrage fonctionne plein dbit. A cette fin, le dbit soitconsidr comme constant s'il ne varie pas plus de 10 % en fonction de lahauteur;

-les mthodes labores par M. Dervil :

La premire (voir annexe 1) est drive d'une ide amricaine de MM. GlenYijanuinen et Alan W. Warren de la commission de drainage du districtd'Oakland a Pontiac (Michigan). Bien qu'elle soit plus satisfaisante pour l'esprit,son point faible est d'exagrer le dfaut de la mthode des pluies (encoreappele parfois mthode des courbes enveloppes) qui est de considrer lacourbe enveloppe comme reprsentative d'un pisode pluvieux de probabilitdonne (dcennale dans le cas considre dans l'instruction) ;

La seconde (voir annexe 2) ne prsente pas cet inconvnient mais elle estd'emploi plus difficile. La courbe enveloppe des prcipitations dcennales n'estpas, en effet, reprsentative d'un pisode pluvieux rel. Ainsi, la pluie qui adonn l'apport dcennal sur 24 heures peut trs bien correspondre un apport


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Les hauteurs d'eau quivalentes stocker ont t dtermines pour chaquepisode pluvieux en faisant la diffrence entre la hauteur d'eau moyenneapporte sur l'intervalle (ou pas) d'analyse par l'pisode pluvieux considr etles hauteurs d'eau quivalentes au volume coul l'exutoire pendant la durede l'pisode pluvieux (ou durant le pas de temps considr). Dans le cas del'instruction technique on a considr des exutoires (ou ouvrages de sortie

normale) de retenue dbit constant. Rien n'oblige cette simplification commeon pourra s'en rendre compte la fin de l'annexe 2 au prsent document.


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On procde ensuite l'analyse statistique des valeurs extrmes annuelles deshauteurs d'eau stocker. On obtient ainsi (pour chacun des dbits de vidangechoisis) une courbe donnant les hauteurs stocker en fonction de leursprobabilits d'apparition ou plut6t de leurs priodes de retour, courbe trs

analogue la courbe enveloppe de la mthode des pluies.

Partant alors de la famille de courbes ainsi obtenue, on construit, par unemthode graphique analogue celle dcrite pour la dernire phased'tablissement de la courbe enveloppe de la mthode des pluies, une autrefamille de courbes donnant pour une srie de priodes (ou dures) de retourdonnes (2, 4, 10 et 20 ans) la hauteur d'eau quivalente stocker en fonctionde la valeur du dbit de vidange (dbit de l'ouvrage de sortie normale) choisi.

Cette mthode conduit des rsultats plus levs que ceux fournis par lamthode des pluies.

5. Dispositions constructives

Lors de l'tude conceptuelle, il a t examine tous les lments susceptiblesd'influencer les choix et les calculs effectus ont permis la dtermination desvolumes stocker satisfaisant aux hypothses poses: c'est une premire partieindispensable pour la connaissance quantitative des lments fondamentaux.La seconde partie de l'tude intressera plus particulirement les dispositionsd'ordre constructif.

5.1. Dispositions techniquesDans tous les cas, un bassin, qu'il soit prvu sec (bassin qui se videtotalement aprs l'pisode pluvieux) ou en eau (bassin qui correspond unstockage par marnage au-dessus d'un plan d'eau permanent) est constitue parun corps de bassin et une digue dispose l'aval et amnage pourl'vacuation des flots retenus par les ouvrages de fonctionnement normal ou lesouvrages de scurit.

Cette configuration doit tre tudie selon certaines caractristiques quiapparaissent sur ces profils types (fig. 5) on l'on relve que:

- les fonds doivent tre profiles selon des pentes convergentes rgles versl'axe de symtrie de l'ouvrage pour favoriser les vidanges faible dbit etl'entretien; ces pentes doivent rester gales ou suprieures a 5 % pour viter lesstagnations ou dpts nfastes (bassins sec);

- les talus doivent tre profils, selon les cas d'utilisation, avec des pentesinfrieures ou gales 1/6 suivant que l'accs est susceptible d'tre autorise aupublic ou avec des pentes infrieures ou gales 1/2 dans le cas contraire; si lebassin doit tre rigoureusement interdit au public, il y aura intrt clore.

Concernant les bassins en eau, on doit s'attacher:

- respecter au minimum un tirant d'eau de 1,50 m, la diversification desprofondeurs tant ncessaire pour la conservation de la faune en particulier;


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Fig 5 : profils en travers types


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- obtenir au moins un marnage de 0,50 m dans l'hypothse de stockageminimal choisie;

- vrifier que le niveau des certes qui dlimitent le bassin resterasystmatiquement suprieur an niveau des plus hautes eaux (P.H.E.) pour seprotger par exemple de la crue centennale;

- protger les berges pour viter toutes les dgradations conscutives aubatillage et la formation de micro-flaques au sein desquelles pourraient prolifrerdes gnrations de moustiques;

- raliser une banquette de 2 4 m de largeur tout autour du bassin, des lorsque l'accs est susceptible d'tre autorise au public; cette banquette doit tremaintenue sous une hauteur d'eau d'au moins 0,25 m aussi bien pour protgerla vgtation aquatique que pour assurer la meilleure protection contre le risquede noyade pic.

En ce qui concerne l'endiguement, de nombreuses prcautions sont prendreau stade de l'tude; ces prcautions sont d'autant plus importantes quel'ouvrage sera consquent.

Parmi ces prcautions prendre, il y a lieu de s'attacher:

- a raliser d'abord une tude prliminaire pour cerner au maximum lesdiffrentes contraintes concernant :

- la gologie, moyennant l'examen mthodologique de la morphologie du site, ce

qui suppose d'engager une campagne de reconnaissance en profondeur etjusqu'au substratum avec recherche de remploi des matriaux extraits sous lesaspects techniques de stabilit et financiers;

- l'hydrologie, moyennant le recensement des nappes et leurs fluctuationssaisonnires aprs la mise en place de pizomtres;

- la gotechnique, pour dterminer la faisabilit; raliser en suite des tudesdtailles aux fins d'analyser au plus prs toutes les contraintes voques dansl'tude prliminaire;

- engager une tude de stabilit complte aux fins d'tudier le phnomne de

cisaillement des matriaux constituant la digue, ainsi que les pressions internesqui s'y dvelopperont en fonction des niveaux de remplissage atteints dans laretenue;

- tudier le problme fondamental de l'tanchit de la masse d'endiguementet de drainage interne.

D'autres prcautions seront prendre lors de la ralisation et lors de la mise


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en eau du bassin :

- lors de la ralisation, il faudra vrifier si la structure est totalement homogneavec les donnes antrieures prises en considration au cours de P tude; onvrifiera au besoin par des essais


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5.2. Ouvrages d'vacuation de scurit

La scurit est traiter dans tous les cas avec le plus grand soin possible. Denombreux systmes peuvent tre mis en uvre comme les revanches de

scurit, les vacuateurs et mme, dans certains cas, les digues fusibles.Les revanches de scurit sont tudier avec les digues; il en est de mme desdigues fusibles.

Parmi les vacuateurs de type courant, on peut citer les dversoirs dont lacapacit d'vacuation doit tre de l'ordre de deux fois le dbit de l'orage defrquence dcennale; ce serait soit des dversoirs paroi mince, soit desdversoirs paroi paisse.

Remarques: Les ouvrages de scurit sont destines avant tout protger ladigue et, en consquence, on ne peut garantir que les fonds aval ne seront

jamais submerges; de ce fait, on aura souvent intrt examiner le problmed'une revanche de scurit raisonnable tout au long de l'exutoire aval, sousrserve de calculer les risques courus la suite de dbordements limites enextension pour s'affranchir des consquences les plus lourdes. A dfaut demnager une revanche suffisante, on pourra, dans ce cas, envisager dedtourner les excdents vers d'autres bassins aprs tude conomique.

5.3. Ouvrages de fond

Tous les ouvrages de fond (vannes ou autres systmes) sont destins assurernormalement la vidange des bassins de retenue. Cependant dans certaines

circonstances - et condition de bien connatre la capacit des exutoires aval -ces ouvrages pourront contribuer une vacuation force sous haute chargepour soulager les vacuateurs fonctionnement normal momentanmentsature.

Toutes ces dispositions d'ordre technique supposent des tudes srieuses etglobales. Des lors qu'un certain nombre d'options techniques auront tarrtes, il conviendra de les tester sur le plan conomique en tant qu'ouvragesindpendants et en tant qu'ouvrages associes dans le concept du rseau, en nengligeant jamais les aspects de l'exploitation.

6. Dispositions concernant l'exploitation

Au cours des tudes, on aura pris soin d'tudier tous les aspects techniquesvisant :

- les emplacements compatibles avec l'urbanisme environnant;

- l'intgration dans le site;

- les options de choix (bassin sec, bassin en eau, bassins en chane,bassin unique, etc.); - les nuisances, etc.

D'autres aspects sont examiner au regard de l'entretien, de la lutte contre la

pollution, du maintien permanent de l'quilibre biologique du milieu vivant qui sedveloppe spontanment au sein de l'eau retenue.


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Un bassin de retenue constitue un milieu qui volue naturellement et quis'enrichit, tout au long de sa vie, en espces vgtales et animales. Un bassinest un milieu essentiellement vivant qu'il convient de maintenir en excellentesant si l'0n veut s'affranchir des moindres nuisances vis--vis de sonenvironnement. On s'attachera donc a faciliter le dveloppement harmonieuxdes diffrentes espces de faon hberger la totalit de la chane alimentaire

afin d'viter toutes causes susceptibles de rompre l'quilibre biologique atteint,d'ou l'intrt:

-de diversifier autant que possible les habitats;

- de favoriser la varit des niches cologiques ;

- de crer un milieu rcepteur apte a attnuer, par dilution, les effets de chocsbiologiques;

- de limiter la charge polluante des eaux qui viennent s'y rassembler;

- d'viter les chocs nfastes pour l'cosystme en limitant notamment les effetsd'eutrophisation des eaux.

L'alimentation des plans d'eau rgulateurs ne se conoit qu' partir des eauxpluviales. A cet gard, on ne saurait trop insister sur les pollutions transportespar ces eaux la suite des effets d'rosion sur les sols, du lessivage dessurfaces impermabilises.

Au cours du ruissellement, les eaux se chargent de matires minrales solidesdcantables (sables, silts argileux), de matires organiques galementdecantables qui influent sur la demande biochimique en oxygne (D.B.O. 5),des sels minraux dissous, des huiles, des graisses, des hydrocarbures, voire

des produits toxiques, des flottants plus ou moins volumineux. Par consquent,en amont des bassins de retenue, il ne faut jamais ngliger l'importance du rledes ouvrages annexes d'limination de ces divers produits.

A cet gard, on a intrt agir le plus en amont possible pour limiter lesconcentrations en charges polluantes moyennant :

- de s'appliquer a rechercher une sparation effective des eaux pluviales et deseaux uses;

- d'installer des bouches slectives panier ramasse-bones et a puisard dedcantation;

- d'imposer la mise en place de dshuileurs la sortie des aires ou parcs destationnement, des aires de lavage, des cours de garages, etc.

Dans d'autres circonstances, on se sera ingnie a rechercher des mthodesd'efficacit' en interposant, par exemple, des slecteurs d'engouffrement, dessparateurs statiques tourbillonnaires, des ouvrages de pre-traitement, desbassins ou canaux tampons dont le rle est de recueillir la fraction la pluspollue des eaux de ruissellement a purer ultrieurement sur la stationgnrale. Le systme composite evoqne dans l'instruction technique devrait,notamment pour les rseaux existants, s'avrer intressant du point de vue del'limination des pollutions transportes.

Pour lutter contre I'eutrophisation, on s'attachera a limiter les apports en


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nutrients" (ensemble des substances qui concourent l'eutrophisation) :

- la vgtation sur les berges sera choisie panni les espces les plus rustiquesne ncessitant pas ou le moins possible d'engrais;

- la population de la faune aquatique (poissons et oiseaux) ne devra pas sedvelopper outre mesure; on aura avantage introduire des prdateurs pour lemaintien de l'quilibre;

- le dversement des produits toxiques sera naturellement interdit; cetteinterdiction suppose par consquent l'institution d'une surveillance continue pourdceler les contrevenants et rprimer svrement les infractions;

- les curages trop frquents seront vites; a cet gard, lors du calcul de lacapacit de rtention, il convient d'valuer la garde volumtrique correspondant l' accumulation des lments dcantables non retenus dans les ouvragesannexes et de dterminer la priodicit d'opportunit des curages;

- les chocs thermiques dus des profondeurs insuffisantes seront viter ; ceschocs sont dcelables I'apparition des algues.

Si tous ces principes sont appliques, l'entretien des plans d'eau peut trerelativement limite. Au demeurant, le cot d'entretien est lie la conception durseau gnral (canalisations de transport, ouvrages annexes, branchementsparticuliers, bassin(s) de retenue, etc.).

Au stade de la conception, on doit prendre soin de prvoir certaines dispositionspour permettre aisment l'accs des engins de curage, l'accs des pcheurs(voire la cration de bermes pour les circulations proches des plans d'eaupermanents), la tenue des berges, etc. En ce qui concerne les flottants, on

admettra de construire des berges bien dresses des lors qu'il y a risqued'exposition aux vents dominants, de manire en faciliter l'extraction; aucontraire, dans les zones non soumises I'effet des vents, on cherchera planter des zones de vgtation, le risque de pigeage tant faible.

D'une manire gnrale, les oprations d'entretien sont assez souples; elles selimitent quelques interventions:

l'entretien proprement dit des ouvrages de traitement, des dispositifs depigeage des flottants, des huiles, etc. sera fait rgulirement et pratiquement la demande; si les rseaux amont sont correctement traites, la priodicitdsirable est de une a deux fois par an;

- le nettoiement des berges s'avre ncessaire pour viter toute prolifrationintempestive de la vgtation, les excs tant susceptibles de produire desquantits de matires organiques prjudiciables pour le milieu; le faucardageannuel devraient s'opposer, ainsi que l'enlvement des arbres abattus par levent;

- le curage s'effectuera selon les dispositions prvues, c'est--dire au momentou le seuil de saturation sera atteint, confirmant ainsi les hypothses desaturation tudies au stade de la conception;

- l'entretien courant des pelouses ou espaces d'agrment;

- la surveillance du rseau amont, qu'il s'agisse de l'enlvement des produits


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20

accumules dans les ouvrages annexes disposes cet effet ou qu'il s'agisse del'excution de nouveaux branchements;

- le contrle de la qualit des eaux par le moyen d'analyses, mais surtout enobservant la vie aquatique et particulirement celle des poissons; ceux-ci sonten effet trs sensibles aux polluants.

Au travers de ces quelques recommandations sur le plan de la techniquecomme sur le plan de l'exploitation, a t mis en valeur le rle important quepeuvent jouer les bassins de retenue dans le cours d'un rseau, mais galementdans l'activit urbaine, en y ajoutant de l'esthtique et de l'intrt pourl'environnement. Comme pour tout ouvrage, des contraintes sont respecter et,pour ce faire, le concepteur doit apprhender les problmes spcifiquement, enne laissant rien au hasard; s'il s'attache suivre mthodiquement cesrecommandations, ses chances de russite augmenteront sans nul doute. Maisla grande difficult qui subsiste est bien celle de l'valuation et de l'volution dufacteur d'activit d'un bassin urbanise ou non.

Afin de prvoir l'avenir - les difficults sur les rseaux anciens commenant apparatre- on ne saurait trop recommander d'envisager, le plus tt possible, unprogramme de mesure qui permettrait de tt en permanence l'tendue de lasurface active des bassins versants: ce serait un progrs considrable que denourrir cette connaissance actuellement trs incomplte. Pour prendre lesdcisions, les responsables ont besoin d'arguments: ce serait un moyen de lesleur fournir au moment ou s'laborent les structures d'avenir.


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ANNEXE 1RETENUES D'EAUX PLUVIALES

COEFFICIENT DE MAJORATION POUR NON CONSTANCE DUDEBIT D'EVACUATION

La plupart des dispositifs d'vacuation ont un dbit dpendant de la charge quileur est applique : H (hauteur de la tranche active de stockage). Leursquations de fonctionnement sont en effet gnralement de la forme :

qev=mH

(equa. 1)

qev dsignant le dbit vacu, m et tant des coefficients indpendants de lacharge H et du temps, mais caractristiques d'un type d'ouvrage.

Il en rsulte quils natteignent leur dbit t maximum Qf que lorsque la hauteurstocke dans la retenue est maximale.

Or nous avons jusqu'ici considr des dbits d'vacuation constants, maximauxds le dbut des pisodes pluvieux. On peut essayer de compenser cetinconvnient en ne prenant en compte qu'une fraction de la capacit

d'vacuation dispositif. Il est prfrable d'appliquer au volume de retenue trouv,avec vacuation dbit constant, un coefficient de majoration calcul partirdes considrations suivantes.

Dans les zones urbanises, on peut considrer que les rseaux aboutissantdans la retenue ont des temps de rponse presque ngligeables par rapport autemps de concentration de l'ensemble du bassin versant alimentant la retenue etque ces rseaux apportent l'essentiel du dbit. On peut donc considrer, en cequi concerne les apports, que l'on atteint trs rapidement un dbit d'alimentationde bassin gal a Qf ; tant voisin de l'unit et variant peu par la suite. Il y aen effet une compensation entre l'augmentation progressive de la surface

contributive du bassin versant et la rduction progressive de l'intensit de lapluie avec le temps.

Le dbit entrant dans la retenue peut donc tre mis sous la forme :

QE=.Ca.S.I (eqa.2)

Ca tant le coefficient d'apport, S la surface du bassin et I l'intensit maximummoyenne de la pluie pour l'intervalle de temps et la frquence d'occurrencechoisie pour l'pisode pluvieux servant dimensionner la retenue. Nous savons,

d'aprs les travaux de Monsieur Grisollet que I peut se mettre sous la forme :I = A(F).t B(F) (equa. 3)


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A (F) et B (F) dpendant de la frquence d'occurrence F de l'pisode pluvieux, ttant la dure de cet pisode.

Le dbit entrant par unit de surface active du bassin versant peut donc tre missous la forme :

qE=. A(F).t B(F) (equa. 4)

Le volume entr dans le bassin au bout du temps t sera donc :

VE=qE*t= . A(F).tB(F)+1 (equa. 5)

Evaluons main tenant le volume sorti du bassin pendant le mme temps.

Si le dbit de l'ouvrage d'vacuation est constamment gal son dbitmaximum QF' le volume vacu au bout du temps test videmment :

Vs=Qf.t (equa. 6)

Le volume stocker dans la retenue sera donc par unit de surface active du

bassin versant :

VR1=VE-VS= . A(F).tB(F)+1 - Qf.t (equa. 7)

L'intervalle de temps t correspondant au maximum de VR1 nous sera donn enannulant tout simplement la drive de VR1 par rapport a t soit :

. A(F).t B(F) - Qf.t =0 (equa. 8)

D'ou la valeur du temps tMC correspondant stockage maximum quand le dbitde sortie constant.

[ ]1)()()(

+=

FBFAQft FBMC (equa. 9)

Soit :

( )

)(

1

1)()(

FB

MCFBFA

Qft

+= (equa 10)

Si le dbit de l'ouvrage d'vacuation n'est pas constant il nous faut valuercomment varie la charge qui lui est applique en fonction du temps.

D'autre part, pour des raisons conomiques dans le cas des bassins exploits sec, pour des raisons cologiques dans le cas des bassins exploits en eau, lapente des rives de retenue est forte, voire verticale. Dans ce cas, la surface dela retenue varie peu avec le niveau mais avec une tendance l'augmentation.Dans ces conditions, il n'est pas draisonnable de considrer que, dans lapratique, la hauteur stocke dans la retenue est au maximum proportionnelle autemps. Comme cette hauteur constitue pratiquement la charge qui s'applique au

dispositif d'vacuation des eaux, on aura :

H=k.VR =K.t (equa. 11)


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Le dbit de l'ouvrage d'vacuation sera donc a chaque instant :

QEV=m.H=m.(K.t)=m.K.t (equa. 12)

Le volume vacu durant le temps t sera :

1

01

1.. + +==

tmKdttmKVs

t

(equa. 13)

Or, le dbit en fin d'pisode pluvieux est QF par dfinition. On a donc cemoment :

Qf=m.Hf=m.(K.t)=m.K.t (equa. 14)

Dans ces conditions le volume vacue au bout de chaque pisode pluvieuxprend la forme :

tQfVs .1

1

+= (equa. 15)

Comme le volume entre dans la retenue est toujours

VE= . A(F).tB(F)+1 (voir equa. 5)

Le volume stock par unit de surface active de bassin devient dans ce cas :

VR2=VE-VS= . A(F).tB(F)+1 -

1

1

+Qf.t (equa.16)

En procdant la drivation par rapport t et l'annulation de cette driv on

obtient le moment tMVo le stockage atteindra sa valeur maximale :

dt

dVR2 =. A(F).[B(F)+1].t B(F) -

1

1

+Qf (equa.17)

Do :

( )

+=

+1

)(

1)()( FBFA

Qft

FB

MV (equa. 18)

( )

)(

1

11)()(

FB

MVFBFA

Qft

+=

+ (equa. 19)

En reportant ces valeurs dans l'expression du volume stock par unit desurface active de bassin versant, nous trouvons l'expression des volumesmaximaux stockes VR1 et VR2 dans les deux cas (vacuation dbit constantet vacuation dbit croissant).

Les valeurs obtenues sont respectivement :


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24

+= 1

1)(

1..1

FBQftV MCR (equa. 20)

Et

++=

11)(

1

..1

1

.1 FBQftV MCR (equa. 21)

Sous cette forme il est ais d'obtenir le rapport du volume qu'il faut stockerquand on a un dispositif dbit variable au volume qu'il aurait suffi de stocker sil'on avait eu un dispositif vacuant de manire constante un dbit gal aumaximum atteint finalement par le dispositif dbit variable.

1

1.

1

2

+

==

MC

MV

R

R

t

t

V

V (equa. 22)

)(

1

)1

1( FB

MC

MV

t

t

+=

(equa. 23)

d'o l'expression de coefficient de majoration :

))(

11(

1

1 FB+

+=

(equa. 24)

+

+=)(

11

)1(FB (equa. 25)


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25

ANNEXE 2CAS OU LA RETENUE N'A PAS UNE SURFACECONSTANTE ET N'A PAS, NON PLUS, UN DEBIT DE

SORTIE CONSTANTDans le cas o la retenue d'eau pluviale, que l'on cherche calculer, n'est pasdestine travailler surface constante, l'intgration directe des quations deremplissage est trs difficile, voire impossible. Nous suggrons l'utilisation d'unemthode aux diffrences finies, aisment automatisable.

Soit QE (tF, F) le dbit entrant dans la retenue d'talement, dans le cas o lapluie aurait une dure tF(par exemple contre l'averse de frquence dcennale);l'quation hydraulique de l'organe d'vacuation est:

QEV=m.H (equa. 1)

D'autre part ce dbit est limit par une valeur QEVMAXqui ne peut tre dpasscompte tenu des possibilits d'vacuation de l'aval. On en dduitimmdiatement la hauteur maximale admissible dans la retenue pour desvaleurs de et de m donnes :

1

=

m

QH EVMAXEVMAX (equa. 2)

On commence donc par choisir HEVMAX, m,, et F. Puis on prend l'essai unevaleur tFet on fait choix d'un pas de temps t=ti+1-ti .

On examine ensuite les caractristiques topographiques de la cuvette que l'onva fabriquer ou utiliser pour stocker les eaux excdentaires. On tablit partirde cet examen la fonction S(H) qui n'est autre que la surface de la retenue enfonction de la hauteur d'eau stocke.

Dans les cas simples, cette fonction sera analytique. Dans les autres cas, ilfaudra interpoler partir des valeurs d'une table S(Hj) tablie au pralable pouravoir la valeur prendre en compte pour une hauteur donne Hi.

Au cours du premier intervalle le de temps t= t1 - to, le volume stock sera :

( )01.2

01)1( HH

HHStV

+= (equa. 3)

et ce volume sera strictement gal la diffrence des volumes entrs et sortisdurant cet intervalle de temps t soit :

[QE(tF, F)] (t1 - to) (equa. 4)

volume entr diminue de :

( )01.2

01 ttHHm

+

(equa. 5)


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26

volume sorti pendant le mme laps de temps.

On aura donc :

( ) )01(201)01)(,(01.

2011 ttHHmttFtQHHHHSV F

+=

+=

(equa. 6)

Cette relation demeure valable pour tout intervalle de temps ti+1 - ti = t et l'onaura de mme :

( ) )1(2

1)1)(,(1.

2

11 titi

HiHimtitiFtQHiHi

HiHiSVi F +

+++=+

++=+

(equa.7)

Chacune de ces relations permet de dterminer, au besoin par approximationssuccessives, la valeur de Hi+1 partir de la valeur de Hi.

A partir d'un certain temps Hi+1 - Hi s'annule; il y a alors lieu d'examiner lesvaleurs obtenues pour HiMAXet tiMAX

Si HiMAX< HEVMAXcela peut convenir condition galement que tiMAXsoit voisinde tF.

Si HiMAX < HEVMAX et siFMAX

tti le volume stocker est obtenu en faisant la

somme des volumes stockes (Vi) aux temps t1, t2 .... ti.

ViVVVVstock +++= ......321 (equa. 8)

Si HiMAX< HEVMAXet si tiMAX> tF, on refait les calculs en prenant une valeur de tplus petite. Si HiMAX < HEVMAX et si t1MAX < tF, on refait les calculs avec unevaleur de tFplus grande.

Enfin si H1MAX> HEVMAXil faut trouver un moyen de modifier la retenue et (ou)son dispositif d'vacuation. On peut agir sur la rapidit avec laquelle le dispositif

d'vacuation atteint son dbit maximal, ou bien on peut effectuer des ter-rassements ou d'autres travaux susceptibles soit d'accrotre la capacit stocke hauteur constante, soit d'accrotre le dbit autorise l'aval.

La mthode exige la connaissance des volumes apports sur chaque intervallede temps t. Elle ne ncessite pas expressment que QE (tF, F) soit constant.Elle peut toutefois se rvler instable si l'allure gnrale des hyetogrammes depluie utilises varie beaucoup avec les volumes apports.

En toute rigueur, la mthode est applicable aussi bien avec la premire qu'avecla seconde technique propose dans l'instruction. Il convient, toutefois, d'valuerles apports maximaux lis une certaine frquence et une certaine dure

sans faire aucune hypothse sur le dbit vacue.

La formule aux diffrences finies devient alors :


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27

( ) )1(2

1)1(1.

2

11 titi

HiHimtitiVHiHi

HiHiSVi +

+++=+

++=+

(equa.9)

V(ti+1 - ti) reprsentant le volume apport entre les instants ti et ti+1 par

l'vnement pluvieux conduisant au stockage maximum.

On se guidera en notant qu'a volume gal d'apport c'est la pluie qui, ayant sonmaximum le plus tardif, conduit au volume de stockage maximal.

On peut proposer une simplification dans le cas ou la retenue une formesimple du type de celle indique ci-contre, c'est--dire dans le cas ou elle a unfond presque plat de surface So et de primtre Po avec une berge droited'angle moyen S, la surface S(H) est donne approximativement (tant que Hn'est pas trop grand par rapport Po) par:

( )tg

HiHiPS 2

100

++

+

La formule de calcul aux diffrences finies devient alors :

( )( ) )1(

2

1)1(1

2

100 titi

HiHimtitiVHiHi

tg

HiHiPS +

+++=+

+++

(equa.10)

Du fait que le volume vacu varie avec la forme de l'hydrogramme d'entredans le bassin, les pluies a maximum tardif peuvent conduire a des

dbordements, mme pour des volumes globaux apportes infrieurs a celui des"pluies volumiques maximum" d'occurrence F (dcennale par exemple).

On ne peut considrer que les hydrogrammes les plus dfavorables relatifs auxdures et frquences d'occurrence retenues pour les calculs. Ces calculs ayantt faits, il conviendrait alors de s'assure que la capacit retenue permet bien destocker des pluies qui, tout en correspondant des volumes infrieurs d'apportsur les grands intervalles de temps considres pour les calculs de retenue (de 3heures a 168 heures), c'est--dire des occurrences F plus frquentes, ont deshydrogrammes d'apport de forme plus dfavorable encore que les pluieschoisies pour ce calcul.

On peut aussi considrer, pour le calcul des volumes vacus, deshydrogrammes d'entre trs dfavorables, c'est--dire des hydrogrammes qui,

tout en apportant le mme volume

t

HdtCaS0

.. d'eau que les hydrogrammes


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vritables ont la forme la plus dfavorable trouve dans l'analyse, c'est--dire lemaximum le plus important et le plus tardif.

On est ainsi sur de tenir compte des particularits du climat et du bassin versantconsidr. A dfaut de pouvoir obtenir cette forme la plus dfavorable, onprendra la forme type suivante dont les consquences sont rarement dpasses

dans la pratique.

Hmm en ordonnes reprsentant la hauteur de la lame d'eau quivalentearrivant a la retenue

O

Hmm

tem s


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Bibliographie Evacuation des eaux pluviales urbaines. Association amicale des ingnieurs

anciens lves de lENPC.

Guide de lassainissement en milieu urbain et rural, Christian COST etMaurice LOUDET.

Guide technique de lassainissement, Marc SATIN et Bchir SELONI.

Webliographie

www.eau-artois-picardie.fr/IMG/pdf/amenagement-urbainguide.pdf www.enpc.fr/cereve/HomePages/gaume/pluieproj.pdf

bassins de retenue

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