Chapitre III : Résultats et discussions
3.2. Les besoins en eau à l’horizon 2050
3.2.2. Projection de la demande journalière en eau
La demande spécifique
Pour l’estimation de la demande spécifique nous utilisons la courbe de la variation de la demande spécifique en fonction du temps.
x = 2050
0.4 2050 763
q
s
q
s57 / / L j hbt
D’une part vu qu’en 2050 il pourrait toujours avoir de gros villages dans la zone d’étude avec une consommation spécifique en deçà de celui des villes et d’autre part que celui des villes pourraient excéder la demande spécifique et d’autre part pour ne pas être trop optimiste, dans notre étude nous adoptons 50 litres / jour / habitant.
Les besoins domestiques
La recherche des besoins en eau à l’horizon 2050 a pour objectif d’évaluer la demande en eau. Elle est faite à partir des consommations spécifiques moyennes journalières. Ils sont déterminés selon la formule (4) pour les zones urbaines et (5) pour les zones rurales. Ainsi Le tableau7 donne la consommation jusqu’en 2050
Tableau 6 : Situation de la consommation à l'horizon 2050.
Communes Pop. Djougou 163917 8195,85 238192 11909,60 417755 20 887,75 592240 29612,00 Parakou 69622 3481,10 168594 8429,70 427568 21 378,40 699505 34975,25 Tchaourou 179165 8958,25 290644 14532,20 624253 31 212,65 1023003 51150,15 Total 510246 25512,30 857324 42866,20 1806055 90 302,75 2851419 142 570,95
La consommation domestique journalière moyenne à l’horizon 2050 au niveau des quatre (4) communes est égale à 142570,95 m3/j.
Nous convenons de retenir le chiffre de 10% pour les autres demandes pour tenir compte d’un éventuel développement imprévisible de l’industrie béninoise.
La demande totale de ces besoins est estimée à : 14257,10 m3/j
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3.2.3. Les besoins annuels en eau brute en 2050
Dans notre cas, sur la base des pertes enregistrées par la SONEB ces dernières années, nous prenons les pertes égales à 25% de la consommation journalière. Les Pertes journalières en eau ont été calculées avec la formule (6) et elles sont estimées à 35.643 m3/j.
La formule (7) permet de calculer La demande annuelle totale en eau brute. Elle est égale Dan = 70.251.860 m3/an.
3.2.4. Vérification du débit écologique du fleuve
Les résultats obtenus dans cette partie du travail permettent de vérifier si la capacité du barrage permet de turbiner les 99 m3/s, satisfaire les besoins en AEP et en irrigation sur un an à l’horizon 2050. A l’aide des résultats nous définirons l’option de captage de l’eau pour les différents besoins pour optimiser le rendement du barrage.
Selon une étude menée par le bureau d’étude SINOHYDRO, les pertes liées à l’évaporation et à l’infiltration sont évaluées à 2 mm/jour chacune et nous prenons 120 litres d’eau pour produire 93g de vivres. Les 120 litres sont pris en extrapolant la quantité de vivres produit dans la région en 2012, la population en cette même année et celle à l’horizon 2050.
Le tableau 7 suivant résume les résultats des différents besoins et la capacité du barrage.
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Tableau 7 : Besoins annuels en eau brute et mode de captage A partir de l'amont du barrage volume annuel
A partir de l'aval du barrage volume d'eau besoins et pertes estimés à 1386,93 Hm3. Nous trouvons qu’en captant l’eau pour les besoins en AEP et en irrigation en amont du barrage nous perdons 312,41 Hm3 pour le fonctionnement des turbines soit 22,82 GWh sur les 57 GWh prévus annuellement avec un débit écologique de 24,75 m3/s respectant les normes écologiques. Néanmoins, l’option de l’utilisation de l’eau turbinée satisfait les fonctions d’approvisionnement en eau potable et d’irrigation et donne un débit écologique de 13,02 m3/s à l’horizon 2050 pour un débit moyen écologique à garantir de 2,735 m3/s pour la pérennité des écosystèmes vitaux.
L’étude menée à la DG Eau trouve un débit écologique moyen de 39,60 m3/s en 2016.
Conclusion partielle : Au vu des avantages qu’offre le mode de captage en aval et dans le but d’optimiser le rendement du fonctionnement du barrage, nous optons pour un fonctionnement du barrage tel que l’eau utilisée pour les besoins d’AEP et l’irrigation soit captée après le turbinage.
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3.3. Les besoins de production à l’horizon du projet
L’évaluation de ces besoins tient compte de toutes les variations qui peuvent intervenir au cours du transit. Le Cph a été déterminé par la formule (10) et le débit maximal journalier l’application de la formule (11). Les besoins à produire s’estiment dans le tableau comme suit:
Tableau 8 : Evaluation du besoin de production à l’horizon 2050
Etapes Années
Besoin moyen Journalier Q jmoy (m3/j)
Besoin max
horaire (m3/h) Cpj Cph Rendement Q maxj
(m3/j)
1 2025 42 886,20 2 701,96 1,2 1,51 95% 81 912,03 2 2040 90 303,00 5 675,24 1,2 1,51 95% 172 049,38 3 2050 142 571,00 8 950,02 1,2 1,51 95% 271 326,90
Les consommations journalières maximales en 2025, 2040 et 2050, seront respectivement prises égales à 81 912,03 m3/j, 172 049,38 m3/j et 271326,90 m3/j pour l’ensemble des quatre communes.
Il ressort de ces résultats la prévision d’une augmentation rapide de la demande. Il convient alors de prendre des dispositions à long terme afin de lutter contre la pauvreté et les maladies hydriques. Ces résultats montrent également qu’en 2025 déjà la demande en eau augmenterait de 81912 m3/j ce qui maintiendrait la population dans des conditions très difficiles d’où la nécessité de venir à leurs secours par la réalisation d’infrastructures pour augmenter la production en eau.
Les données de la répartition horaire (source SONEB) nous ont servi à établir le régime de consommation de la population à l’horizon du projet.
La figure 9 donne la représentation graphique du régime de consommation.
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Figure 9 : Graphique de la fluctuation journalière consommation
Remarque : les heures de pointe se situent entre 6-9 heures, 13-16 heures et de
3.4. Dimensionnement des ouvrages et équipements
3.4.1. Les Ouvrages de captage d’eau brute
3.4.1.1. Groupe électropompeLe dimensionnement de la pompe est basé sur deux paramètres :
Le débit Q et la Hauteur Manométrique Totale (HMT). Par application des formules (12) et (13) nous avons trouvé respectivement :
- Le débit de pompage Q p est le rapport entre le besoin de pointe journalière
7h-8h 8h-9h 9h-10h 10h-11h 11h-12h 12h-13h 13h-14h 14h-15h 15h-16h 16h-17h 17h-18h 18h-19h 19h-20h 20h-21h 21h-22h 22h-23h 23h-24h 0h-1h 1h-2h 2h-3h 3h-4h 4h-5h 5h-6h 6h-7h
fluctuation journalière de la demande
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Tableau 9 : Les caractéristiques des pompes
Années 2050, pour une majoration et pour nous mettre du côté de la sécurité.
Dans notre étude, nous proposons l’utilisation de 12 pompes de débit 800m3/h pour l’horizon 2050.
3.4.1.2. Dimensionnement de la conduite d’adduction
Comme notre étude concerne un grand projet (grandes longueurs et diamètres Tableau 10 : Le diamètre optimal pour la conduite d’adduction
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900 5.740.504.078 108.221.761 5.848.725.839
1000 5.319.292.983 130.143.792 5.449.436.775
1100 3.928.584.312 153.527.292 4.082.111.604
1200 3.141.483.736 178.372.261 3.319.855.997
1400 2.373.554.017 204.678.698 2.578.232.715
1500 2.182.940.934 232.446.605 2.415.387.539
1600 2.030.121.824 393.208.167 2.423.329.991
1800 1.906.880.607 539.355.042 2.446.235.649
2000 1.831.840.399 685.501.917 2.517.342.316
La conduite la plus économique, est la conduite Ø 1500 avec un coût de 2.415.387.540 FCFA pour une longueur de 15750 m.
Avec une vitesse de 1,5 m/s le temps de séjour du chlore jusqu’à la station est de 2 h 55 minutes ce qui est supérieur à 2heures pour un temps de contacte optimale.
Figure 10 : Graphique de la détermination du diamètre économique
0
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3.4.1.3. Dimensionnement d’un ballon anti-bélier Le dimensionnement s’est fait comme défini dans la partie (5.2.2.) Le calcul se fait à l’aide des données suivantes
Données :
D = 1500 mm ; S = 1,767 m2 ; Q = 2,5 m3 /s ; L = 100 m ; Pression en régime permanent Zo = (2+16+ 260) m ; V= 1,41 m/s ; PMA (conduites et divers équipements) PFA= 240 m ET PMA = 300 m (donné par le constructeur PAM).
1000 1, 41
Puisse que 278+143,73 = 421,73 est supérieur à 300, raison pour laquelle dans notre la conception nous prévoyons un ballon anti-bélier.
La détermination du volume donne : 1, 412
On obtient sur l’échelle du milieu Uo 1, 5.10 1 L S m3. Nous proposons la pose de 10 ballons anti-bélier de capacité 0,75 m3 tout au long de la conduite et l’installation des ventouses à trois fonctions tous les 1,5 à 2 km pour
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gérer les problèmes de surpressions et dépression mais aussi éviter l’écoulement d’air pendant le refoulement de l’eau.
Nous avons utilisé le ballon anti-bélier à cause de son utilisation courante mais aussi pour ces deux fonctions que sont :
– limiter la surpression (perte de charge contrôlée par un clapet) – éviter la cavitation (vidange du ballon).
3.5. Traitement de l’eau brute
Au vu des caractéristiques physico-chimiques, notre eau ne présente pas les qualités physiques, chimiques et biologiques désirables pour la consommation. On procède au traitement de l'eau du barrage destinée à la consommation afin de la clarifier. On a jugé nécessaire l’installation des ouvrages suivants:
- Ouvrage de dessablage sur le site du barrage ;
- Ouvrage de coagulation-floculation sur la station de traitement;
- Ouvrage de décantation sur la station de traitement;
- Ouvrage de filtration sur la station de traitement.
Dans cette section il s’agit de déterminer les dimensions de chaque ouvrage de traitement et de faire la conception architecturale de la station de traitement. Le volet de l’injection de la quantité des réactifs à injecter n’est pas pris en compte.
3.5.1.1. Ouvrage de dessablage
L’eau qui sort de la conduite d’évacuation après turbinage, est une eau trouble, vu que d’une part l’eau est chargée de grosses particules de matière en suspension et d’autre part que le jar-test est plus efficace après la pré-chloration, nous prévoyons un prétraitement. Les formules utilisées pour le dimensionnement sont celle décrit en (2.4.7.2) et principalement les formules (22), (23) et (24).
Les hypothèses :
- Le temps de séjour de l’eau est de 2 heures
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- La vitesse de sédimentation de la plus petite particule est de 50m/h - La vitesse horizontale de l’eau est de 8m/h
- la profondeur h est prise égale à 5 mètres
Le tableau 11montre les résultats du dimensionnement Tableau 11 : Les dimensions de l’ouvrage de dessablage T horizontale
3.5.1.2. Ouvrage de coagulation - floculation
Hypothèse de dimensionnement - La vitesse d’écoulement est de 30 m/h
- la profondeur h est prise égale à 4,5 mètres
Pour des raisons d’esthétique et architecturaux nous fixons largeur égale à celle du décanteur.
Le tableau 12 suivant présente les résultats de l’étude des caractéristiques de l’ouvrage de coagulation-floculation.
Tableau 12 : Les dimensions de l’ouvrage de coagulation-floculation
Vitesse horizontale notre étude ’expérimentale de coagulation-floculation, et nous proposons un système en parallèle de 7,5 m de largeur de part et d’autre.
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3.5.1.3. Le décanteur
Nous proposons un décanteur statique. Ce type de décantation est caractérisé par l'agglomération des particules au cours de leur chute. Les dimensions, la forme et la densité sont modifiées au cours de la chute. Les vitesses de chute croissent au cours du processus.
Hypothèses de dimensionnement - Une vitesse ascensionnelle Va = 40m/h.
Pour des questions d’aération de l’ouvrage et d’esthétique, nous fixons la hauteur à 4,5m et L=4,45 H.
La surface horizontale est déterminée par la formule (26) et les autres termes par la formule(27).
Le tableau 13 suivant présente les résultats de l’étude des caractéristiques de l’ouvrage.
Tableau 13 : Les dimensions de l’ouvrage de décantation Qp séjour expérimental. Un système en parallèle de 7,5 m de largeur est proposé.
3.5.1.4. Ouvrage de Filtrage
Hypothèses de dimensionnement
Dans l’étude puisque le débit est élevé nous adoptons une filtration rapide - Filtration rapide par mécanisme de capture
- Vitesse de filtration : 100 m/h (Filtres automatiques par gravité) - la profondeur h est prise égale à 4,5 mètres ;
Le tableau 14 suivant présente les résultats de l’étude des caractéristiques de l’ouvrage
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Tableau 14 : Les dimensions de l’ouvrage de filtration Q p
L’ouvrage de filtrage sera divisé en quatre compartiments de dimensions 6,5 sur 4,5 m.
NB : la disposition de tous ces ouvrages est sur le plan architectural aux annexes 18 et 20.
3.5.1.5. La salle des vannes
A la sortie de l’ouvrage de filtre, l’eau est drainée à travers des conduites sur lesquelles seront positionnées des vannes. Cette salle permet la manœuvre des vannes et a les caractéristiques suivantes :
- La même largeur que l’ouvrage de filtrage ; - La même hauteur que l’ouvrage de filtrage ; - La largeur sera de 1,5 m;
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Tableau 15 : Capacité utile du réservoir
Heures
Donc la capacité utile Cu = 6286,73 + │- 11349,52│
Cu = 17 636,25 m3
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La capacité totale
Pour la réserve incendie, nous avons utilisé un volume de 120 m3 dans notre dimensionnement, Ce qui correspond à 16,67 l/s pendant 2 heures.
Donc la capacité totale est CT17636, 25 120 CT 17756, 25m3
Néanmoins dans cette quantité de stockage nous préconisons la répartition entre les bâches d’eau construites sur la station et sur le site du barrage et les châteaux d’eau.
Nous proposons la répartition suivante :
- 4 bâches à eau de capacité 1925 m3 chacune parmi lesquelles trois (3) sur le site du barrage et une bâche sur la station de traitement.
- 4 châteaux d’eau de capacité 2.515 m3 chacun Nous proposons des bâches cylindriques.
Le Tableau 16 donne les caractéristiques de la bâche.
Tableau 16 : Dimensions de la bâche Volume
(m3)
Hauteur (m)
Surface horizontale (m2)
Diamètre calculé (m)
diamètre choisi(m)
1925 10 192,5 15,66 15
La population de Parakou et de Tchaourou fait environ 1,5 fois celle de Bassila et Djougou ce qui nous amène à prévoir deux châteaux d’eau (2) à Parakou, un (1) à Djougou et un (1) à Bassila.
La hauteur du radier des châteaux a été déterminée à l’aide de la formule (30).
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Tableau 17 : La hauteur du radier des réservoirs (Château d'eau)
Château d'eau de Parakou
Tableau 18 : Calcul du temps de séjour et du temps de contacte
Capacité Utile (m3) Q moy (m3/h) Temps de Contacte (heure) Temps de Séjour (jours) 17 756,25 5 940,46 2,99 0,12
Le temps de contacte du chlore avec l’eau et son temps de séjour sont respectés.
Ils sont respectivement supérieurs à 2 heures et inférieur à 2 jours comme imposé par les principes de dimensionnement.
3.7. Dimensionnement du réseau de distribution
Les paramètres de dimensionnement
Quatre paramètres interviennent dans le dimensionnement : Le débit, la pression, la vitesse et les pertes de charges. Chacun des paramètres a été déterminé à partir des conditions précitées dans la partie méthodologique.
3.8. Le réseau de distribution
Le réseau de distribution est de type ramifié et comprend une conduite principale, des conduites secondaires, les points de desserte et des vannes de sectionnement.
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Les conduites d’adduction sont en fonte ductile. Les autres conduites seront en Pehd et en PVC de distribution seront en PVC 10 bars. Elles ont été dimensionnées en respectant les conditions de vitesse 0,2 < V < 1,5 m/s.
Les longueurs, les pressions, les débits, les diamètres, les vitesses les pertes de charges des différents tronçons sont données dans les annexes 11 et 12.
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Chapitre IV : Simulation du réseau avec le logiciel «EPANET» et bâtiments annexes de la station de traitement.
4.1. Les résultats de la simulation avec EPANET et les analyses 4.1.1. Les Résultats de la simulation avec EPANET
Les résultats de la simulation sont aux annexes 14 pour les pressions et 15 pour les vitesses. Les premiers résultats obtenus montrent qu’à certains nœuds (N8 ; N9 et N10), nous obtenons des pressions négatives et des vitesses inférieures à 0,2 m/s sur les tronçons P17-P18 ; K6-K7 ; T10-T11 ; T11-T12 ; B’4-B’5 ; B’5-B’6 ; B’6-B’7 ; M6-M7 et M7-M8. L’approche adoptée consiste à augmenter les diamètres sur ces tronçons en prenant le diamètre commercial immédiatement supérieur.Les résultats obtenus à la seconde simulation montrent que sur les tronçons qui précèdent les châteaux d’eau de Parakou les vitesses sont de 1,65 m/s cela peut être tolérer car selon le constructeur Pont-à-Mousson du groupe Saint-Gobain, les conduites peuvent supporter jusqu’à 3 m/s. Notons aussi quelques pressions situées entre 12 et 15 mCE il s’agit là des nœuds P’18 ; K7 ; T6 ; T7 ; T8 ; T9 et T12.
4.1.2. Analyse des résultats
Au vu des résultats de notre dimensionnement (annexe 12 et 13) et les résultats de la simulation du réseau dans le logiciel de simulation hydraulique EPANET (annexe 14 et 15), nous observons une certaine fiabilité des résultats du dimensionnement du système d’approvisionnement en potable par rapport aux exigences de fonctionnalité notamment vis-à-vis des pressions et des vitesses malgré les petites différences qui existent entre les valeurs trouvées. EPANET approuve néanmoins le bon fonctionnement hydraulique de notre réseau. Selon les deux études, puisque les résultats d’EPANET donnent les valeurs les plus défavorables, nous considérons ces résultats afin de nous mettre du côté de la sécurité du réseau qu’en à sa fonctionnalité hydraulique.
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4.2. Bâtiments annexes aux ouvrages de traitement 4.2.1. Le laboratoire d’analyse d’eau et bureau
Le laboratoire est implanté sur le terrain de la station de traitement. D’une superficie de 73,5 m² environ. Il est du type R+1 (annexe 18), Ce bâtiment sert de local d’analyse des échantillons de l’eau à l’entrée puis à la sortie de la station afin d’apprécier son rendement. Il abrite également un bureau est composé de :
- Un bureau pour le chef de la station - Un bureau pour le chargé des analyses - Un laboratoire d’analyse
- Un secrétariat
Ce bâtiment est couvert par un plancher haut en béton armé étanche débordant de 60 cm à chaque côté et est construit en agglos creux de 15 cm. Elle est située juste à côté de la salle de reprise de la station selon le plan de masse de la station (annexe 18)
4.2.2. Le bâtiment de stockage et de préparation des réactifs
Ce bâtiment est implanté sur le terrain de la station de traitement. D’une superficie de 240 m². La salle de stockage et de préparation des réactifs, comme son nom l’indique sert à abriter les bacs pour la préparation des réactifs, les commandes mais également pour le stockage des produits (annexe 16). Elle est composée de :
- La salle de préparation des réactifs 65 m2 - La salle de stockage des produits 140 m2 - La réserve commande 3,25 m2
- La réserve électricité 3,25 m2 - La salle pour les ouvriers 20 m2
La salle de stockage sert donc également comme bâtiment d’exploitation et il abrite les espaces et équipements nécessaires pour une bonne gestion de la station.
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Ce bâtiment est couvert par un toit en tôle avec un débordement de 60 cm de chaque côté et est construit en agglos creux de 15 cm. Dans le but d’optimisé les longueurs des conduites d’injection des produits, elle est positionné proche de la filière de traitement selon le plan de masse de la station (annexe 18). Sa cotation est à l’annexe 16.
4.2.3. Le logement du personnel de la station
Compte tenu de la distance de Bétérou au centre-ville de Tchaourou, nous avons jugé que la mise à disposition d’un logement pour le chef station et de certains agents est nécessaire. D’une superficie totale de 90 m² ce bâtiment comprend :
- Deux salles de bain - Quatre chambres - Un séjour
- Une terrasse - Une cuisine - Une toilette
Ce bâtiment est couvert par un toit en tôle avec un débordement de 60 cm de chaque côté et sera construit en agglos creux de 15 cm. La conception est faite selon le plan coté à l’annexe 17.
4.2.4. La salle de reprise
La salle de reprise est conçue pour l’installation des pompes qui permettront le pompage de l’eau traitée de la bâche à eau vers le château d’eau. Il est réalisé en béton armé et couvre une superficie de 84 m2. Elle comprend un escalier descendant, de largeur 1m et un plancher en porte-à-faux avec des garde-corps au niveau du terrain naturel permettant de voir l’intérieur depuis le TN (annexe 18).
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4.2.5. Les autres ouvrages de la station
La guérite et le local du Transformateur
Ces deux locaux d’une superficie de 5,75 m2 sont situés à l’entrée de la station. La guérite servira d’abri pour l’agent de sécurité qui surveille les entrées et les sorties des biens et des personnes dans la station et le local transformateur pour les installations de la SBEE. L’annexe 18 montre leur positionnement sur la station.
Les toilettes
Ces toilettes sont réservées aux ouvriers et aux personnes étrangères à la station.
Le bloc de toilette est divisé en deux : Homme et Femme. Les toilettes s’étendent sur une superficie de : 25,8 m2. Il est définir sur l’annexe 18.
Le parking
Cet espace est aménagé pour recevoir les automobiles du personnel et aussi des visiteurs. Il s’étend sur 75 m2. L’annexe 18 montre son positionnement sur la station.
Regard de vidange pour la bâche à eau
Il permet de faire la vidange de l’eau de la bâche de temps en temps, ses dimensions sont de 1,2 m sur 1,2m avec une profondeur de 8,5m.
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CHAPITRE V : Evaluation
5.1. Evaluation financière
Pour cette partie, nous essayerons de donner une estimation globale du coût du réseau, des quatre châteaux d'eau de 2515 m3, Les ouvrages de traitement, de stockage et des bâtiments annexes aux ouvrages.
L’évaluation des coûts présentée a été établie sur la base du cadre quantitatif estimatif des fournitures et travaux à réaliser et des prix unitaires estimés.
Concernant les ouvrages en génie civil, l’estimation des prix unitaires s’est faite en considérant les données de projets similaires réalisés ou en cours de réalisation au
Concernant les ouvrages en génie civil, l’estimation des prix unitaires s’est faite en considérant les données de projets similaires réalisés ou en cours de réalisation au