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Nicolas Dupuy
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Nicolas Dupuy. Schéma directeur de l’alimentation en eau potable de la ville de Tissemsilt (Algérie).
Sciences de l’ingénieur [physics]. 2016. �dumas-03640581�
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
Schéma directeur de l’alimentation en eau potable de la ville de Tissemsilt (Algérie)
Professeur référent ENGEES : Jean-Bernard BARDIAUX Maître de stage : Milad DANESHVARI
Présenté par Nicolas DUPUY
Mastère Eau Potable Assainissement 2015-2016
SGI INGENIERIE S.A.S.
Savoie Technolac BP 223 48 av. du Lac du Bourget 73374 Le Bourget du Lac Cedex Tél. : +33 (0)4 79 26 52 00 www.sgigroupe.com
ECOLE NATIONALE DU GENIE DE L'EAU ET DE L'ENVIRONNEMENT DE STRASBOURG
1 quai Koch - BP 61039 67070 Strasbourg
Tél. : +33 (0)3 88 24 82 82 www.engees.unistra.fr
REMERCIEMENTS
Je tiens à remercier particulièrement,
Monsieur Milad DANESHVARI, Responsable de Projets, tuteur de stage, pour son accompagnement et son soutien tout au long de ces 6 mois de travail,
Monsieur Claude TOUILLOUX, Directeur de Projet International, pour la confiance qu’il m’a accordée, pour ses conseils avisés et le partage de son expérience à l’international,
Monsieur Guillaume SOUCHON, Responsable de Projets, pour ses encouragements et son appui technique, notamment sur le cas de la ville de Tissemsilt,
Monsieur Michaël DALIN, Responsable de Projets, pour ses encouragements et son appui technique, notamment sur l’étude des régimes transitoires,
Messieurs Francis MYOTTE et Michel PERRIN, Ingénieurs de Projets, pour le partage de leurs compétences techniques et leur disponibilité.
Je remercie également toute l’équipe de SGI, et plus particulièrement son Directeur Monsieur Cédric DUBOIS, pour leur accueil bienveillant et pour avoir favorisé mon intégration dans le bureau d’études.
Je remercie Monsieur Jean-Bernard BARDIAUX, enseignant à l’ENGEES, référent-école de ce stage, pour s’être rendu disponible et avoir répondu à mes interrogations.
Je remercie également Monsieur Senouci BOKHARI, Chef de Projet, pour son aide et ses astuces sur le terrain en Algérie.
Je remercie l’équipe de l’Algérienne Des Eaux pour les informations qu’ils m’ont communiquées, pour leur disponibilité sur le terrain et leur accueil en Algérie.
RESUME
La ville de Tissemsilt en Algérie dispose aujourd’hui d’un réseau d’eau potable non conforme aux critères définis par les autorités algériennes. En groupement avec Aquatech et Infrabel, le bureau d’études SGI Consulting a été mandaté pour effectuer le diagnostic de la situation existante et élaborer le Plan Directeur du réseau à l’horizon 2040.
Le recueil de données et l’analyse des composantes du système d’eau potable ont permis de porter un premier diagnostic du réseau existant et de construire un modèle mathématique. L’impossibilité de réaliser dans les délais de la présente prestation de campagne de mesure justifie l’étude de sensibilité du modèle sur différents paramètres estimés afin d’en appréhender sa représentativité.
L’étude socio-économique amène à la projection de la situation à l’horizon 2040 en termes de répartition de la population, de quantification de la demande future et de rendement. La modélisation de la situation existante et l’analyse des difficultés actuelles guident l’étude vers la configuration du réseau à l’horizon 2040. La modélisation permet de tester différentes possibilités pour en vérifier le bon fonctionnement et apporter des solutions techniques.
La compilation de l’ensemble de ces résultats permet de définir et de chiffrer les principaux aménagements, et de planifier les travaux projetés en retenant la tranche d’urgence.
Mots clés : eau potable, schéma directeur, modélisation, EPANET, hydraulique en charge, régime permanent, régime transitoire, coup de bélier, Cebelmail
ABSTRACT
The drinking water network of the city of Tissemsilt (Algeria) does not match with the requirements defined by Algerian authorities. In consortium with Aquatech and Infrabel, the engineering consultants firm SGI Consulting has been charged of studying the current situation and building the master plan of the system to the year 2040.
Collecting data and analysing the system components allows a first diagnostic and to build a numerical model. In lack of ground measures at the time of this redaction, a sensibility analyse is needed to value the influence of different estimated parameters, and therefore, the numerical model’s representativity.
A socio-economic study enables to forecast Tissemsilt’s network at the year 2040 in terms of population and its spatial distribution, water needs quantifying and network efficiency.
Numerical modelling of the current situation and the diagnostic of current weaknesses leads to a new network frame for the year 2040. Modelling allows testing several cases, checking the network pattern and to figuring out technical solutions.
The compilation of those entire results makes possible to define the main hydraulic installations and its costs, to plan facilities building into different steps, especially emergency actions needed.
Key words : drinking water, master plan, numerical modelling, EPANET, hydraulic, steady state, transitional system, water hammer, Cebelmail
TABLE DES MATIERES
RESUME ... 3
ABSTRACT ... 3
PREAMBULE ... 9
1 CONTEXTE DE L’ETUDE ... 11
1.1 LE BUREAU D’ETUDES SGI ... 11
1.1.1 Structure ... 11
1.1.2 Domaines de compétence et références ... 11
1.2 OBJECTIFS DE L’ETUDE ... 12
1.2.1 Contexte de l’étude pour le Bureau d’étude SGI ... 12
1.2.2 Spécificités des projets à l’export ... 12
1.2.3 Inscription du travail au sein de 5 projets AEP en Algérie ... 13
1.3 L’EAU POTABLE EN ALGERIE ... 14
1.3.1 Politique de l’eau ... 14
1.3.2 Les acteurs de l’eau potable ... 14
1.4 LA VILLE DE TISSEMSILT ... 14
1.4.1 Situation géographique ... 14
1.4.2 Topographie ... 15
1.4.3 Population ... 15
2 LE SYSTEME D’EAU POTABLE DE LA VILLE DE TISSEMSILT ... 16
2.1 SYSTEME DE PRODUCTION D’EAU POTABLE ... 16
2.1.1 Alimentation en eau superficielle ... 16
2.1.2 Alimentation en eau souterraine... 17
2.1.3 Les réservoirs de tête / distribution ... 17
2.2 RESEAU DE DISTRIBUTION ... 18
2.2.1 Réservoirs de distribution ... 18
2.2.2 Réservoirs en construction ... 18
2.2.3 Station de reprise ... 19
2.2.4 Les conduites ... 20
2.2.5 La sectorisation actuelle du réseau ... 20
2.3 BILAN BESOIN RESSOURCE ACTUEL ... 21
2.3.1 Besoin ... 21
2.3.2 Ressource ... 21
2.3.3 Bilan ... 21
3 MODELISATION DU RESEAU EN SITUATION ACTUELLE ... 23
3.1 L’OUTIL DE MODELISATION EPANET... 23
3.1.1 Généralités sur le logiciel EPANET ... 23
3.1.2 Paramètres du logiciel ... 23
3.2 CONSTRUCTION DU MODELE ... 24
3.2.1 Conduites ... 24
3.2.2 Limites adduction/distribution ... 25
3.2.3 Nœuds ... 25
3.2.4 Réservoirs ... 25
3.2.5 Stations de pompage ... 26
3.2.6 Modulation de la demande en eau ... 26
3.2.7 Attribution de la demande aux nœuds ... 28
3.2.8 Sectorisation ... 28
4 SCHEMA DIRECTEUR DE TISSEMSILT A L’HORIZON 2040 ... 36
4.1 ETUDE SOCIO-ECONOMIQUE POUR L’ESTIMATION DE LA DEMANDE EN EAU 2040 ... 36
4.1.1 Projection de la population ... 36
4.1.2 La demande en eau ... 39
4.1.3 Bilan besoin – ressource à l’horizon 2040 ... 41
4.2 ELABORATION DE LA NOUVELLE STRUCTURATION DU RESEAU ... 43
4.2.1 Critères de conception et de dimensionnement... 43
4.2.2 Analyse de deux variantes ... 45
4.3 APPROFONDISSEMENT DE LA VARIANTE RETENUE ... 49
4.3.1 Proposition de restructuration de l’alimentation des secteurs ... 49
5 MODELISATION 2040 ... 53
5.1 CONSTRUCTION DU MODELE ... 53
5.1.1 Réaffectation des conduites sur plan ... 53
5.1.2 Aspects techniques et manipulation du modèle sous EPANET ... 53
5.2 VERIFICATION DE LA CONFORMITE DU RESEAU ET SOLUTIONS PROPOSEES ... 55
5.2.1 Analyse des pressions ... 55
5.2.2 Modélisation et dimensionnement de stabilisateurs de pression ... 56
5.2.3 Analyse des vitesses et pertes de charge ... 57
6 AMENAGEMENTS A L’HORIZON 2040 ... 58
6.1 TRAVAUX A REALISER ... 58
6.2 ESTIMATION DES INVESTISSEMENTS ... 60
6.3 PHASAGE DES TRAVAUX ... 62
6.3.1 Phase 1 : horizon 2020 ... 62
6.3.2 Phase 2 : horizon 2030 ... 63
6.3.3 Phase 3 : horizon 2040 ... 63
CONCLUSION ... 64
7 ETUDE COMPLEMENTAIRE : REGIME TRANSITOIRE ... 65
7.1 ETUDE DES REGIMES TRANSITOIRES : DIMENSIONNEMENT DE PROTECTION ANTI-BELIER ... 65
7.1.1 Introduction ... 65
7.1.2 Méthode de calcul ... 66
7.1.3 Modélisation du coup de bélier ... 68
7.1.4 Tronçon SP1 – Réservoir Matmora ... 69
7.1.5 Tronçon SP6 – réservoir RDK ... 76
7.1.6 Conclusion sur les régimes transitoires des deux conduites d’adduction ... 80
ANNEXES ... 81
BIBLIOGRAPHIE ... 102
LISTE DES FIGURES
Figure 1. Carte des activités du bureau d'études SGI ... 11
Figure 2. Carte des projets AEP de SGI en cours en Algérie et travail réalisé ... 13
Figure 3. Aperçu de la ville de Tissemsilt : réseau routier et topographie (source : SIG) ... 15
Figure 4. Vues extérieures de la station de reprise ... 19
Figure 5. Vue intérieure de la station de reprise ... 19
Figure 6. Linéaire (en mètres et %) par matériau et par diamètre du réseau de Tissemsilt (source SIG) ... 20
Figure 7. Schéma de principe de fonctionnement du réseau de distribution ... 22
Figure 8. Courbe de modulation de la consommation domestique ... 27
Figure 9. Courbe de modulation des fuites ... 27
Figure 10. Pressions maximales à l'heure creuse (2h du matin) ... 29
Figure 11. Pressions minimales sur le réseau à l'heure pointe (9h du matin) ... 30
Figure 12. Pertes de charge linéaires à l'heure de pointe (9h du matin)... 31
Figure 13. Vitesses à l'heure de pointe (9h du matin) ... 32
Figure 14. Graphique de l'évolution globale de la population selon les hypothèses ... 38
Figure 15. Récapitulatif de la projection de la demande jusqu'à l'année 2040 (16) ... 41
Figure 16. Evolution de l’adéquation besoin ressource à horizon 2040 ... 42
Figure 17. Variante 1 : système de distribution ... 45
Figure 18. Variante 2 : système de distribution ... 46
Figure 19. Système d'adduction de la variante retenue ... 49
Figure 20. Schéma altimétrique de la variante retenue ... 52
Figure 21. Modélisation 2040 : schéma des pressions à l’heure de pointe ... 55
Figure 22. Modélisation 2040 : schéma des pressions à l'heure creuse (2h du matin) ... 56
Figure 23. Modélisation 2040 : schéma des vitesses à l'heure de pointe ... 57
Figure 24. Modélisation 2040 : pertes de charges linéaires à l'heure de pointe ... 57
Figure 25. Carte de l’ensemble des travaux prévus dans le cadre du schéma directeur de Tissemsilt ... 59
Figure 26. Plan de situation du système d’adduction depuis le barrage de Tilesdit... 68
Figure 27. Profil de la conduite de refoulement SP1 ... 70
Figure 28. Lignes piézométriques en régime permanent ... 71
Figure 29. Lignes piézométriques lors de la disjonction sans protection anti-bélier (simulation 1) ... 73
Figure 30. Lignes piézométriques avec 1 ballon anti-bélierde 30m3 prégonflage = 10 bars (simulation 2) ... 74
Figure 31. Lignes piézométriques avec 2 ballons anti-bélier de 30m3 prégonflage = 10 bars (simulation 3) ... 74
Figure 32. Variation du volume d’air dans les ballons anti-bélier de 30m3prégonflés à 10 bars (simulation 3)... 75
Figure 33. Profil en long de la conduite de refoulement de SP6 ... 77
Figure 34. Lignes piézométriques avec disjonction à t=1s sans protection anti-bélier (simulation 1) ... 78
Figure 35. Evolution du volume d’air dans le ballon anti-bélier avec 1 m3 à 2.5 bars ... 79
Figure 36. Carte de l'adduction de Koudiet Rosfa, source : rapport de mission A (14)... 83
Figure 37. Carte de l'adduction de Rechaiga, source : rapport de mission A (14) ... 84
Figure 38. Adduction et conduites inter-réservoirs. Source : rapport de mission A (14) ... 85
Figure 39. Schéma altimétrique du réseau de distribution de la ville de Tissemsilt ... 87
Figure 40. Simulation 1 : pressions minimales à l'heure de pointe (9h du matin) ... 88
Figure 41. Simulation 1 : pertes de charges linéaires à l'heure de pointe (9h du matin) ... 88
Figure 42. Simulation 2 : pressions minimales à l'heure de pointe (9h du matin) ... 89
Figure 43. Simulation 2 : pertes de charges linéaires à l'heure de pointe (9h du matin) ... 89
Figure 44. Simulation 3 : pressions minimales à l'heure de pointe (9h du matin) ... 90
Figure 45. Simulation 3 : pressions maximales à l'heure creuse (2h du matin) ... 90
Figure 46. Simulation 3 : pertes de charges unitaires à l'heure de pointe (9h du matin) ... 91
Figure 47. Simulation 3 : vitesses à l'heure de pointe (9h du matin) ... 91
Figure 48. Simulation 4 : pressions à l'heure de pointe (9h du matin) ... 92
Figure 49. Simulation 4 : pertes de charge linéaires à l'heure de pointe ... 92
Figure 50. Simulation 4 : vitesses à l'heure de pointe... 93
Figure 51. Simulation 5 : pressions minimales à l'heure de pointe ... 93
Figure 52. Simulation 5 : pertes de charge linéaires à l'heure de pointe ... 94
Figure 53. Simulation 5 : vitesses à l'heure de pointe... 94
Figure 54. Simulation 6 : pressions minimales à l'heure de pointe ... 95
Figure 55. Simulation 6 : pertes de charge linéaires à l'heure de pointe ... 95
Figure 56. Pertes de charge linéaires selon la rugosité d'une conduite de diamètre intérieur 80 mm ... 96
Figure 57. Pertes de charge linéaires selon la rugosité d'une conduite de diamètre intérieur 200 mm ... 97
Figure 58. Carte de la population projetée en 2040 et zones de développement ... 98
Figure 59. Répartition de la demande par zone urbaine à l’horizon 2040 ... 99
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1. Caractéristiques des pompes de la station de reprise ... 19
Tableau 5. Volumes facturés en 2014, source : ADE Tissemsilt ... 21
Tableau 6. Dotation unitaire actuelle ... 21
Tableau 2. Coefficients de rugosité de Hazen-Williams selon différentes sources ... 24
Tableau 3. Réservoirs représentés dans le modèle ... 25
Tableau 4. Caractéristiques des stations de pompage représentées dans le modèle ... 26
Tableau 12. Hypothèses de rugosité des conduites en l’état actuel ... 33
Tableau 13. Hypothèses de la dotation domestique nette actuelle ... 34
Tableau 14. Hypothèses de rendement pour la situation actuelle ... 34
Tableau 15. Combinaison des hypothèses de la situation actuelle ... 35
Tableau 16. Population de Tissemsilt d'après le RGPH(6) ... 36
Tableau 17. Occupation et usage des logements (6) ... 37
Tableau 18. Projection de la population globale de l'agglomération de Tissemsilt ... 38
Tableau 19. Dotation unitaire actuelle ... 39
Tableau 20. Evolution de la dotation unitaire jusqu'en 2040 (PNE et valeur retenue) ... 39
Tableau 21. Evolution du rendement global jusqu'à 2040 ... 40
Tableau 22. Evolution de la demande domestique ... 40
Tableau 23. Besoins projetés par horizon (y compris gros consommateurs) ... 41
Tableau 24. Ressources disponibles pour la zone d’étude ... 41
Tableau 7. Pression à respecter sur le réseau de distribution ... 43
Tableau 8. Critères de dimensionnement des pertes de charge linéaires ... 43
Tableau 9. Critères de vitesse pour le dimensionnement ... 43
Tableau 10 : Coefficients de pointe ... 44
Tableau 11 : Capacité de stockage ... 44
Tableau 25. Comparaison technico-économique des deux variantes ... 47
Tableau 26. Besoins journaliers par secteur hydraulique ... 50
Tableau 27. Volumes actuels et futurs des réservoirs ... 50
Tableau 28. Chiffrage des travaux du schéma directeur de Tissemsilt ... 61
Tableau 29. Données de linéaires et des équipements du tronçon SP1-RMM... 69
Tableau 30. Données ballons anti Bélier – SP1 ... 69
Tableau 31. Caractéristiques pompes – SP1 ... 69
Tableau 32. Caractéristiques du réservoir de Matmora ... 70
Tableau 33. Pression min et max calculées pour 4 scénarios modélisés ... 72
Tableau 34. Données de linéaires et des équipements du tronçon SP6-RDK ... 76
Tableau 35. Données ballon anti Bélier – SP6 ... 76
Tableau 36. Pressions min et max calculées pour 4 scénarios modélisés ... 78
Tableau 37. Mètres linéaires de conduites par matériau et par diamètre (source SIG) ... 86
LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS
ACL : Agglomération Chef-Lieu ADE : Algérienne Des Eaux AS : Agglomération secondaire
CPT : Cahier des Prescriptions Techniques DN : Diamètre Nominal
DRE : Direction des Ressources en Eau ENF : Eau Non Facturée
FD : Fonte ductile
HMT : Hauteur Manométrique Totale MNT : Modèle Numérique de Terrain MRE : Ministère des Ressources en Eau ONS : Office National des Statistiques (Algérie) PDAU : Plan Directeur d’Aménagement et d’Urbanisme RGPH : Recensement Général de la Population et de l’Habitat SGI : Société Générale pour l’Industrie
SIG : Système d’Information Géographique TAAM : Taux d’Accroissement Annuel Moyen TDR : Termes de Référence
TOL : Taux d’Occupation des Logements
PREAMBULE
La ville de Tissemsilt en Algérie dispose aujourd’hui d’un réseau d’eau potable non conforme aux critères définis par les autorités algériennes. En groupement avec Aquatech et Infrabel, le bureau d’études SGI Consulting est mandaté pour effectuer le diagnostic de la situation existante et projeter le fonctionnement du réseau à l’horizon 2040.
Les Termes de Référence de ces études comportent 6 phases (ou missions) :
Mission A : Mise en place d’un système géographique
Mission B : Diagnostic du réseau de distribution et travaux d’urgence
Mission C : Diagnostic du réseau d’adduction et travaux d’urgence
Mission D : Etude socio – économique et Plan Directeur
Mission E : Mise en place du système d’exploitation
Le groupement mène en parallèle 4 études semblables pour les villes de Mostaganem, Relizane, Bouira et Tlemcen. Le présent mémoire traite du diagnostic du réseau de distribution d’eau potable et du schéma directeur de la ville de Tissemsilt. Une étude complémentaire est annexée à ce travail sur les régimes transitoires des lignes d’adduction de la ville de Bouira, pour son intérêt méthodologique dans l’approche globale du projet.
Au sein du bureau d’études SGI, mon rôle a été de travailler aux côtés des ingénieurs d’études, dans une logique d’intervention transversale, pour réaliser les rapports successifs qui constituent les rendus de ces projets. Supervisé par les responsables de projets, j’ai été amené à travailler sur différents cas, selon l‘état d’avancement de chaque projet et les priorités de rendus aux clients. Compte tenu de ce contexte, ma contribution la plus importante en termes de travail personnel s’est portée sur la ville de Tissemsilt, objet du présent mémoire.
La problématique dont j’ai eu la charge consiste à la formulation du schéma directeur du système d’eau potable à l’horizon 2040, avec l’appui des ingénieurs et responsables de projet. Parmi les étapes qui mènent à cet objectif, certaines étaient déjà réalisées par le groupement. Celles-ci sont rapidement reprises et mentionnées en bibliographie. D’autres étapes restaient à réaliser, notamment le diagnostic du réseau à partir du modèle existant, la modélisation du réseau futur, le choix et le dimensionnement des aménagements à réaliser, l’estimation financière et la planification de ces travaux.
Le mémoire restitue les principales tâches réalisées selon la méthode décrite ci-après.
Cette étude débute par le diagnostic du réseau existant. Le recueil de données et la compréhension du système d’eau potable permettent de porter une première analyse. Les calculs préliminaires et notamment la construction d’un modèle mathématique amènent à préciser les problématiques actuelles et à en rechercher les causes.
L’absence de campagne de mesure au moment de la rédaction de ce rapport implique de nuancer les premières conclusions. Cette lacune de données est la raison d’une étude de sensibilité du modèle sur différents paramètres estimés afin d’appréhender la qualité de la représentativité du modèle.
L’étude socio-économique réalisée par le groupement de la ville complète cette approche et permet de projeter le réseau à l’horizon 2040, en termes de répartition de la population, de quantification de la demande future et de rendement.
Le diagnostic technique de la situation actuelle, couplé à la projection socio-économique, guide l’étude vers la configuration du réseau à adopter en 2040. La nouvelle structure du réseau, en particulier la nouvelle sectorisation, est modélisée et testée sous différentes contraintes pour en vérifier le bon fonctionnement, pour définir et chiffrer les principaux aménagements à effectuer.
L’ultime étape de l’étude consiste à planifier les travaux selon différentes phases qui permettent d’aboutir progressivement à la configuration souhaitée, tout en maintenant le réseau en service selon les critères établis par l’Algérienne Des Eaux et les préconisations techniques du groupement. Ceci intègre l’identification de la tranche urgente des travaux à réaliser.
Enfin, pour étendre la démarche vers la globalité du projet, et pour son intérêt technique reproductible dans le cas de Tissemsilt, l’étude des régimes transitoires sur les systèmes d’adduction de la ville de Bouira est présentée en annexe.
1 CONTEXTE DE L’ETUDE
1.1 Le bureau d’études SGI 1.1.1 Structure
« SGI Consulting est un groupe européen de bureaux d'ingénieurs-conseils qui a son siège au Luxembourg et possède des filiales en France, en Belgique, au Luxembourg, en Suisse, au Nigéria, au Maroc, en Algérie et au Sénégal. SGI a pu également développer une activité importante à l’exportation, principalement sur le continent africain. Début 2014, le groupe compte plus de 180 collaborateurs en Europe. En Afrique, plus de trente ingénieurs et techniciens sont au service du groupe. » (1)
L’entreprise a été fondée à Genève en 1898 sous le nom de Société Franco-Suisse pour l’industrie électrique, puis a changé de nom pour devenir SGI, la Société Générale pour l’Industrie.
La structure dans laquelle a été réalisé ce stage est SGI Ingénierie SA à Genève, Plan les Ouates.
1.1.2 Domaines de compétence et références
L’unité d’affaire de Genève, basée à Plan-les-Ouates, compte deux pôles : hydraulique et infrastructure. Les principales activités du pôle hydraulique de Genève sont des études pour des projets en Suisse et dans de nombreux pays d’Afrique et du Moyen-Orient.
En Afrique, plus de trente ingénieurs et techniciens sont au service du groupe. La carte ci- dessous présente les pays dans lesquels SGI Consulting a mené des projets récemment. (1)
Figure 1. Carte des activités du bureau d'études SGI
Parmi les références du bureau d’études en Suisse, nous pouvons remarquer les réalisations suivantes dans le domaine de l’hydraulique (2) :
Plan général d’évacuation des eaux de la ville de Genève (2004 à ce jour),
Barrage du Seujet (2007-2009),
Projet GeniLac ® (2005 à ce jour), projet innovant dans le domaine énergétique.
Parmi les principales références à l’international, nous pouvons notamment citer les projets suivants(1) :
Assainissement liquide de la ville de Marrakech, y compris la station d’épuration (1998-2009),
La station d’épuration de la ville d’Oran, la plus grande station d’épuration en Afrique (2006-2010),
En référence historique, notons le jet d’eau de la ville de Djeddah, Arabie1.2 Objectifs de l’étude
1.2.1 Contexte de l’étude pour le Bureau d’étude SGI
Le Bureau d’étude SGI, en groupement avec AQUATECH International et Infrabel, est chargé par l'Algérienne des Eaux (ADE) de réaliser l’Etude de Diagnostic et de Réhabilitation des Systèmes d’Alimentation en Eau Potable de 5 villes algériennes : Bouira, Mostaganem, Relizane, Tissemsilt et Tlemcen.
La présence de SGI en Algérie se traduit également par l’étude du Schéma Directeur pour l’Assainissement de la Wilaya de Tipaza ainsi que la supervision des stations d’épuration des eaux usées d’Aïn El Turck (Wilaya d’Oran) et d’Aïn Témouchent.
L’Algérie est un marché sur lequel le Bureau d’études SGI est présent depuis plus de 20 ans, ce qui lui confère une connaissance des particularités du terrain, de l’organisation des acteurs de l’eau et de l’environnement mais aussi des attentes spécifiques des clients dans ce pays.
Selon les termes de références des marchés d’Etude de Diagnostic et de Réhabilitation des Systèmes d’Alimentation en Eau Potable, les prestations à réaliser comprennent les missions suivantes :
Mission A : Saisie des plans et données du système existant – Cartographie,
Mission B : Diagnostic du réseau de distribution existant et élaboration du dossier d’appel d’offres des travaux,
Mission C : Diagnostic du système de production en eau potable existant et élaboration des dossiers d’appel d’offres des travaux,
Mission D : Préparation d’un schéma directeur pour la réhabilitation et le recalibrage du réseau d’AEP,
Mission E : Appui à la Gestion Technique et Commerciale (audit et recommandations) – Directives d’exploitation.
Suite à la répartition des tâches entre les membres du groupement, SGI se charge des missions qui concernent la partie hydraulique (mission B, C et D).
1.2.2 Spécificités des projets à l’export
Travailler à l’export implique de s’adapter à un contexte particulier à chaque pays. Le fonctionnement administratif des institutions, le contexte législatif, notamment en termes de marché public, diffèrent des règles françaises.
Les réseaux d’eau potable en Algérie sont généralement en moins bon état que ce que nous pouvons connaître selon les normes européennes. Les ouvrages, les équipements annexes et les réseaux ne bénéficient pas d’un entretien suffisant pour en maintenir le bon fonctionnement. Les casses et les situations de fonctionnement en mode dégradé sont fréquentes, ce qui a pour conséquence des rendements faibles et des perturbations régulières sur les réseaux.
A cela s’ajoutent un manque de fiabilité et des lacunes de données sur la situation existante : cartographie des réseaux, comptage, caractéristiques des ouvrages et pièces spéciales.
De plus, des contraintes logistiques pèsent sur le projet comme les déplacements, l’acheminement de matériel, le dédouanement et les démarches administratives supplémentaires.
L’ensemble de ces contraintes accentue les difficultés inhérentes à la réalisation de ce type d’étude. La connaissance du fonctionnement réel du réseau exige de lourdes investigations.
1.2.3 Inscription du travail au sein de 5 projets AEP en Algérie
Les 5 projets AEP en Algérie sont menés simultanément et connaissent des avancements différents selon les villes. C’est pourquoi les travaux exécutés lors du stage ont été orientés sur plusieurs projets similaires : Bouira, Tissemsilt, Mostaganem et Relizane.
Pour cause de difficultés logistiques, notamment l’acheminement du matériel, les campagnes de mesure des villes de Mostaganem et Relizane initialement prévues en juillet et août 2016 ont dû être reportées au mois d’octobre.
Figure 2. Carte des projets AEP de SGI en cours en Algérie et travail réalisé
Bien que portant sur différentes villes, le travail réalisé traite les différentes étapes de l’étude de diagnostic et de réhabilitation des systèmes d’alimentation en eau potable :
Bouira : étude et analyse des régimes transitoires de deux conduites d’adduction : modélisation Cebelmail pour le dimensionnement de protection antibélier,
Mostaganem et Relizane : étude du fonctionnement des systèmes d’adduction d’eau potable et campagnes de mesure sur le terrain,
Mostaganem : réalisation des dossiers d’appel d’offres pour les travaux urgents sur le réseau d’eau potable, mission de terrain,
Tissemsilt : schéma directeur à l’horizon 2040 : modélisation de la situation future, test de variantes, définition des aménagements du réseau, dimensionnement de conduites, estimation des coûts et planification des travaux 2040
La réalisation tardive des campagnes de mesure dans les villes de Mostaganem et Relizane (fin octobre 2016) ne permet pas d’intégrer les données recueillies dans le mémoire.
Compte tenu de la diversité des cas étudiés et des contraintes précédemment citées, le présent mémoire est focalisé sur l’étude du réseau d’eau potable de Tissemsilt. C’est aussi le cas qui a mobilisé le plus de travail personnel sur des étapes successives du projet.
L’étude des régimes transitoires sur les systèmes d’adduction de la ville de Bouira est
1.3 L’eau potable en Algérie 1.3.1 Politique de l’eau
L’Algérie a été marquée par des périodes de sécheresse et de rabattement de nappes qui avaient causé des pénuries d’eau potable, particulièrement dans les années 1980. Depuis les années 2000, l’Algérie a investi d’importants moyens financiers pour la construction de barrages et d’usines de dessalement d’eau de mer. A cela s’ajoute la mise en œuvre de projets de sécurisation de la ressource en eau. Le pays s’est doté de systèmes de transfert qui permettent de transporter d’importants volumes d’eau entre plusieurs villes depuis différentes ressources comme l’eau de dessalement, de forage et de barrage. Ces connexions assurent la possibilité d’un relais en cas de besoin. Aujourd’hui, les ressources mobilisées sont nettement supérieures aux besoins dans les principaux centres urbains.
1.3.2 Les acteurs de l’eau potable
Le Ministère des Ressources en Eau est le principal responsable de la politique de l’eau dont il assure l’élaboration et la mise en œuvre. Sa compétence s’étend à l’ensemble des activités relatives à la recherche, l’exploitation, le stockage, la distribution de l’eau pour tous les usages, à l’assainissement. Le MRE s’appuie sur différents établissements publics à compétence nationale dans différents domaines de l’eau. Parmi ces établissements, l’Algérienne Des eaux (ADE) est chargée de l’alimentation en eau potable urbaine. (3)
Par ailleurs, le territoire algérien est composé de 48 Wilayas (collectivité locale algérienne) (4). Dans chaque Wilaya, les attributions du MRE sont exercées par la direction de l‘hydraulique, sous l’autorité administrative du Wali.
Par conséquent les acteurs de l’eau potable qui peuvent intervenir sur le projet sont :
Le Ministère des Ressources en Eau (MRE) la DRE,
La Direction des Ressources en Eau (DRE) représentation locale du MRE,
L’Algérienne Des Eaux (ADE), Direction Générale,
L’Algérienne Des Eaux de Tissemsilt,
Le wali à l’échelle de la Wilaya.
Bien que l’ADE soit l’interlocuteur principal du projet, la pluralité des intervenants dans le secteur de l’eau ajoute des risques de difficultés de coordination des décisions.
1.4 La ville de Tissemsilt 1.4.1 Situation géographique
La ville de Tissemsilt est située à 170 km au sud-ouest d’Alger, la capitale, et à 215 km à l’est de la ville d’Oran.
Tissemsilt est le chef-lieu de la Wilaya. « Tissemsilt est une Wilaya à vocation exclusivement agropastorale, nichée en pleins Hauts-plateaux dans leur partie occidentale. » (5)
« La région de Tissemsilt fait partie de l'étage bioclimatique du semi-aride, particularité du climat méditerranéen, [caractérisé] par un hiver froid et humide et un été chaud et sec, la température moyenne hivernale est comprise entre 0 est 6° C et celle estivale oscille entre 32 et 40° C. Quant à la pluviosité moyenne annuelle, elle oscille entre 300 et 600mm de pluies, avec cependant un pic de 800mm enregistrée aux monts de l'Ouarsenis ou on note également la chute de neige dont la hauteur moyenne se situe dans une fourchette comprise entre 0.5 et 50cm d'épaisseur, accompagnée parfois de verglas. » (5)
La commune comprend le chef-lieu de la commune et de la wilaya – Tissemsilt – et les
1.4.2 Topographie
La carte en page suivante (Figure 3) présente la situation topographique de Tissemsilt.
La ville est positionnée sur le flan nord d’un plateau dont la pente moyenne est d’environ 4%
du point le plus élevé au point le plus bas de la commune, selon un axe nord-nord-est / sud- sud-ouest (voir profil en long en Annexe 1). Les altitudes varient de 830 à de 960 mètres, soit une dénivelée de 130 m.
La majeure partie de la ville s’étend sur la partie basse de la commune, à des altitudes proches de 850m.
Figure 3. Aperçu de la ville de Tissemsilt : réseau routier et topographie (source : SIG)
1.4.3 Population
La population de Tissemsilt est répartie dans 3 principales zones :
l’agglomération Chef-Lieu de Tissemsilt,
les agglomérations secondaires : Beni Meida et Ain El Karma,
la zone éparse.
L’agglomération chef-lieu de Tissemsilt (hors agglomérations secondaires et zones éparses associées à la commune) compte 66’084 habitants en 2008 selon le 5ème Recensement Général de la Population et de l’Habitat de 2008 – Armature Urbaine (6).
L’agglomération de Beni Meida est située en bordure de plateau au sud de la ville et compte une population estimée à 2’503 habitants en 2005.
L’agglomération d’Ain El Karma est située à l’est de la ville. Sa population est estimée à 2’254 habitants en 2005.
Globalement, la population de Tissemsilt, zone éparse et agglomérations secondaires comprises, atteint environ 70'000 habitants en 2008.
2 LE SYSTEME D’EAU POTABLE DE LA VILLE DE TISSEMSILT
2.1 Système de production d’eau potable
L'alimentation en eau potable de Tissemsilt est actuellement assurée à partir de deux ressources :
une ressource en eau superficielle, mobilisée à partir du barrage de Koudiat Rosfa, situé dans la commune de Beni Chaib,
une ressource en eau souterraine, la nappe de Rechaiga, constituée de 14 forages.
2.1.1 Alimentation en eau superficielle 2.1.1.1 Le barrage
Réalisé en 2004, le barrage de Koudiat Rosfa (73 hm3) est situé au nord-ouest du chef-lieu de la Wilaya de Tissemsilt, il assure l’alimentation en eau potable de 200’000 habitants répartis sur 14 communes : Tissemsilt, Bordj Bounaama, Lardjem, Ammari, Lazharia, Beni Chaib, Sidi Slimane, Beni Lahcen, Boukaid, Larbaa, Tamlaht, Maacem, Sidi Lantri et Sidi Abed.
Le volume journalier alloué à la ville de Tissemsilt est de 22'000 m3.
La mobilisation des eaux à partir du barrage de Koudiat Rosfa s’effectue à partir de la station de traitement (46'000 m3/j) située à l’aval immédiat du barrage. L’eau est acheminée par refoulement à travers plusieurs stations de pompage vers le réservoir « 2 x 3’800 m3 » de la ville de Tissemsilt via une conduite DN 700 et DN 800 en fonte ductile.
2.1.1.2 La station de pompage Ammari SP11
La station de pompage Ammari SP11 est la dernière station de pompage de la ligne d’adduction des eaux superficielles pour la ville de Tissemsilt.
La station est composée d’un groupe de 5 pompes aux caractéristiques identiques :
débit : 443 m3/h
HMT : 180 m
En fonctionnement normal, deux pompes fonctionnent en permanence (3 pompes en stand- by).
La mise en route et l’arrêt des pompes sont réalisés par un opérateur qui est en contact avec l’opérateur réservoir « 2 x 3’800 m3 ».
si un manque d’eau se fait ressentir, une troisième pompe de secours est démarrée,
si le niveau haut est atteint, une seule pompe restera en fonctionnement.
La carte de l’adduction d’eau en provenance du barrage Koudiat Rosfa est présentée en Annexe 2.
2.1.2 Alimentation en eau souterraine 2.1.2.1 Les forages de la nappe de Rechaiga
L’eau provenant du champ de captage de Rechaiga est acheminée dans un premier temps vers la station de pompage de Bougara via une conduite FD 500. Le volume d’eau maximum journalier extrait de la nappe de Rechaiga est de 4’500 m3.
La carte du système d’adduction de Rechaiga est présentée en Annexe 3.
2.1.2.2 La station de refoulement de Bougara
La station refoule l’eau de la nappe Rechaiga vers 3 réservoirs :
le réservoir « 2 x 3’800 m3 »,
le réservoir Sidi Houari,
les réservoirs du village Bougara.
L’adduction de cette ressource se fait via une conduite FD 500. Une conduite FD 250 fonte ductile raccordée sur la conduite principale alimente le réservoir de Sidi Houari (1’000 m3).
Un piquage en PEHD 160 sur la conduite FD 500 fonte ductile à la sortie de la station permet d’alimenter les deux réservoirs du village de Bougara.
Le volume journalier qui alimente les réservoirs de Bougara est estimé à environ 500 m3. La station de Bougara est composée :
d’un stockage d’eau de 850 m3,
de 3 pompes dont une hors service.
Le fonctionnement des pompes est tributaire du niveau d’eau dans la bâche de 850 m3. En principe une pompe fonctionne 24h/24h. Les 3 pompes ont les mêmes caractéristiques :
débit : 216 m3/h,
HMT : 160 m.
2.1.3 Les réservoirs de tête / distribution
Les deux ressources de la ville sont acheminées dans deux réservoirs qui sont à la fois des points de livraison et des réservoirs de distribution (voir carte en Annexe 4).
2.1.3.1 Le réservoir « 2 x 3’800 m3 »,
Ce réservoir est composé de 2 volumes identiques de 3'800 m3. Ce double réservoir est alimenté par :
l’adduction de Koudiat Rosfa (depuis le barrage) via une conduite en FD 800,
l’adduction de Rechaiga (depuis la nappe) via une conduite en FD 500.
Ce double réservoir alimente :
les secteurs 1 et 4,
le château d’eau 1’000m3 via la station de reprise,
le réservoir (150m3) de la cité Ain Karma viaune conduite AG 100,
la cité Beni Meida via une conduite PVC 160 piquée sur la conduite AC 300.
2.1.3.2 Le réservoir Sidi Houari 1’000m3
Ce réservoir est alimenté par une conduite FD 250 raccordée à l’adduction principale de Rechaiga. Ce réservoir alimente le secteur 3.
Ce réservoir peut alimenter le réservoir Derb via une conduite inter-réservoir qui est fermée en fonctionnement normal.
2.2 Réseau de distribution
Comme vu précédemment, les deux réservoirs Sidi Houari et « 2 x 3’800 m3 » sont à la fois des réservoirs d’adduction et de distribution. A ces deux réservoirs de tête s’ajoutent Château d’eau et Derb qui jouent exclusivement le rôle de distribution.
Le schéma de principe du fonctionnement du réseau de distribution en Figure 7 permet de visualiser d’ensemble du réseau et notamment l’emplacement des réservoirs.
2.2.1 Réservoirs de distribution
2.2.1.1 Le réservoir château d’eau 1'000 m3
Le château d’eau est alimenté via la station de reprise qui refoule l’eau du secteur 1 via une conduite FD 200. Le Château d’eau dessert le secteur 2 et alimente gravitairement le réservoir Derb via une conduite FD 200.
2.2.1.2 Le réservoir Derb 850 m3
En fonctionnement normal, Derb est alimenté par le château d’eau mais peut être alimenté par trois réservoirs :
Château d’eau,
Sidi Houari,
« 2 x 3’800 m3 ».
Derb alimente le secteur 5, à proximité directe.
2.2.2 Réservoirs en construction
La DRE a programmé la construction de deux réservoirs de 5'000 m3 dans la commune de Tissemsilt.
2.2.2.1 Le réservoir 5'000 m3
Il s’agit d’un réservoir circulaire positionné à proximité directe « 2 x 3’800 m3 »,, donc à la même altitude. Cette construction porte la capacité de l’ensemble des 3 bassins à 12'600 m3. Il est actuellement en cours de construction.
2.2.2.2 Le réservoir Bentamra 5'000 m3
Ce réservoir en construction est situé au sud-ouest de la ville sur un point haut. Il sera alimenté via un piquage FD 800 sur la conduite d’adduction existante FD 800.
Le rôle du réservoir est :
d’alimenter la nouvelle cité Halilou,
de permettre le transfert d’eau vers le réservoir Sidi Houari afin d’alimenter ce dernier en eau superficielle,
d’alimenter les réservoirs « 2 x 3’800 m3 + 5'000 m3 » dans le futur (souhait de l’ADE).
D’après la DRE, ces deux réservoirs seront alimentés alternativement via la station Ammari SP11 à l’aide de vannes automatisées installées sur les conduites au niveau du piquage DN 800.
2.2.3 Station de reprise
Une station de reprise située en aval du réservoir « 2 x 3’800 m3 » contient deux groupes de pompes pour 2 conduites de refoulement :
deux pompes vers la cité 500 logements
deux pompes vers le château d’eau 1'000 m3
Une vanne est partiellement fermée à l’entrée de la bâche d’aspiration pour limiter le débit entrant qui arrive gravitairement du réservoir « 2 x 3’800 m3 ».
Lorsque la pompe des 500 logements fonctionne, un opérateur ferme la conduite qui relie le secteur 1 au secteur 4.
Les caractéristiques de pompes sont présentées dans le tableau suivant :
Pompes Q HMT Fonctionnement
Vers 500 logements 14 m3/h 140 suivant le niveau du réservoir
« 2 x 3’800 m3 »
Vers Château d’eau 45 m3/h 140 une pompe 24h/24h
Tableau 1. Caractéristiques des pompes de la station de reprise
Figure 4. Vues extérieures de la station de reprise
Figure 5. Vue intérieure de la station de reprise
2.2.4 Les conduites
Le réseau compte un total de 143 km de conduites (source SIG), incluant les conduites d’adduction situées à l’intérieur de la commune.
Figure 6. Linéaire (en mètres et %) par matériau et par diamètre du réseau de Tissemsilt (source SIG)
Les conduites en PVC, amiante ciment, acier galvanisé, fonte grise sont considérées comme des conduites non conformes dans les termes de référence de l’étude confiés à SGI. En mètres linéaires, ces conduites représentent près de la moitié du réseau.
Concernant le classement par diamètre, nous pouvons regrouper les conduites en 3 ensembles :
le réseau principal composé de conduites maîtresses : DN 150 et supérieures,
le réseau secondaire : DN 75 à 125,
le réseau tertiaire : DN 20 à 63.
2.2.5 La sectorisation actuelle du réseau
La sectorisation consiste à subdiviser un réseau de distribution en secteurs de comportement homogène, généralement alimenté par le même réservoir, ce qui facilite l’analyse du fonctionnement du réseau par l’identification d’anomalies locales.
Dans le fonctionnement actuel, la ville est divisée en 5 secteurs (tels que présentés en Figure 7 page suivante).
Le secteur 1 est particulièrement étendu. Ce dernier englobe toute la partie basse de la ville.
Les secteurs 2, 3 et 4 sont de tailles comparables, dans la partie haute, étagés de 890 à 950 m d’altitude. Le secteur 5 est de taille très réduite, positionné à l’aval du secteur 3.
La structuration actuelle du réseau présente un important déséquilibre de superficie.
Les secteurs 4 et 5 sont indépendants. Ils ne sont connectés à aucun autre secteur. En revanche, les secteurs 1 et 2 d’une part, et 1 et 3 d’autre part sont interconnectés, la réalisation effective de la séparation entre les secteurs étant assurée par des vannes- frontières.
L’altimétrie du réseau est représentée par un schéma synoptique en Annexe 6, Figure 39.
AC 9'195
6% AG
13'152 9%
FG 1'205
1%
FD 32'291
23%
PEHD 41'156 29%
PVC 46'483
32%
DN 20 à 63 59'860
42%
DN 75 à 125 40'028
28%
DN 150 à 250 30'029
21%
DN >= 300 13'564
9%
2.3 Bilan besoin ressource actuel 2.3.1 Besoin
Les données des plans de tournées fournies par l’ADE sont retenues pour le calcul de la consommation actuelle. Les chiffres communiqués sont les suivants :
Désignation Nombre
d’abonnés % Volume annuel
facturé en m3 %
Total 15'293 100 2'691'868 100
Catégorie 1 : ménages 14'507 94,9 1'974'657 73,4
Catégorie 2 : administration 331 2,2 531'949 19,8
Catégorie 3 : commerces / artisanat 421 2,8 66'415 2,5
Catégorie 4 : industrie / commerce 34 0,2 118'847 4,4
Tableau 2. Volumes facturés en 2014, source : ADE Tissemsilt
Le total des volumes annuels facturés s’élève à 2'691'868 m3, soit 7'375 m3/jour.
Considérant le rendement du réseau de distribution de 33% (source : ADE), nous obtenons un besoin total de 22'350 m3/jour. Cette valeur de rendement est extrêmement faible, ce qui implique la mobilisation de ressources disproportionnées par rapport à la consommation.
La dotation actuelle en eau moyenne est calculée à partir des volumes facturés en 2014 (données fournies par l’ADE de Tissemsilt) et de la population estimée pour 2015 (voir le développement complet de la projection de la population au chapitre 4.1.1).
Volume facturé
Population desservie : 97% de la pop. 2015
Dotation domestique (en l/hab/j)
Catégorie 1 : ménages 1’974’657 86’366 63
Tableau 3. Dotation unitaire actuelle
2.3.2 Ressource
Comme vu précédemment, la ressource est composée de l’eau de barrage et l’eau de forage selon les volumes suivants :
Eau de barrage : 22'000 m3/jour
Eau de forage : 4'500 m3/jour
Le total de la ressource est donc de 26'500 m3/jour.
2.3.3 Bilan
Aujourd’hui, les ressources en eau sont donc suffisantes pour subvenir aux besoins de la ville de Tissemsilt. L’eau de barrage seule pourrait assurer l’approvisionnement en cas de besoin, dans l’hypothèse d’un incident sur la ressource ou l’adduction des eaux de forage.
La ressource est aujourd’hui suffisante pour couvrir un besoin pénalisé par un rendement très faible. Par conséquent, la réduction des pertes apparaît comme le principal levier de sécurisation du bilan du système. Nous verrons plus loin comment la dotation et le rendement peuvent évoluer dans le futur, voire se compenser, pour déterminer si la hausse du rendement peut équilibrer une hausse de la consommation.
3 MODELISATION DU RESEAU EN SITUATION ACTUELLE
Dans un premier temps, il s’est avéré nécessaire de s’approprier l’outil de modélisation et le modèle déjà construit par le groupement pour la ville de Tissemsilt, c’est-à-dire comprendre la méthode de construction du modèle, l’origine des données et les hypothèses retenues.
Dans un deuxième temps, en l’absence de mesures sur le réseau de Tissemsilt au moment de la rédaction du mémoire, une étude de sensibilité permet d’affiner la modélisation vers une simulation plus réaliste et de connaître les paramètres les plus déterminants dans le fonctionnement du réseau. Cette analyse est réalisée sur les 3 paramètres qui demeurent des valeurs estimées : la rugosité des conduites, la consommation et le rendement.
En troisième lieu, il s’agit d’exploiter les possibilités d’analyse du logiciel pour diagnostiquer l’état actuel du réseau d’après les critères définis dans les termes de référence et ceux ajoutés et/ou précisés par le groupement.
3.1 L’outil de modélisation EPANET 3.1.1 Généralités sur le logiciel EPANET
La modélisation du réseau AEP de Tissemsilt a été réalisée sous le logiciel EPANET.
Développé par l’US Environmental Protection Agency, EPANET est un des logiciels leader dans le domaine de simulation des réseaux d’eau potable.
« EPANET est un logiciel de simulation du comportement hydraulique et qualitatif de l’eau sur de longues durées dans les réseaux sous pression. Un réseau est un ensemble de tuyaux, nœuds (jonctions de tuyau), pompes, vannes, bâches et réservoirs. EPANET calcule le débit dans chaque tuyau, la pression à chaque nœud, le niveau de l’eau dans les réservoirs, et la concentration en substances chimiques dans les différentes parties du réseau, au cours d’une durée de simulation divisée en plusieurs étapes. Le logiciel est également capable de calculer les temps de séjour et de suivre l’origine de l’eau.
EPANET a pour objectif une meilleure compréhension de l’écoulement et de l’usage de l’eau dans les systèmes de distribution. » (7)
Le logiciel calcule en tous points du réseau le débit Q et la charge H en résolvant un système d’équations [qui relient] ces deux variables par la loi des nœuds et la loi des mailles employées en électricité. Ces lois sont une formulation spécifique des équations de mouvement (conservation de la masse et de la quantité de mouvement). (8)
Les principes du calcul des écoulements des fluides dans des réseaux ramifiés et maillés peuvent être consultés dans l’article Ecoulement des fluides – écoulements en conduites.
Réseaux de la revue en ligne Techniques de l’Ingénieur (pages 17 à 19). (9) 3.1.2 Paramètres du logiciel
Le logiciel est paramétré en unités internationales avec les paramètres suivants :
débit en l/s,
altitude en mètres,
charge et pression en mCE,
diamètre des conduites en mètres,
diamètre des réservoirs circulaires en mètres,
pas de temps : 1h00.
La formule utilisée pour le calcul des pertes de charge est celle de Hazen-Williams selon la forme suivante :
C = Coefficient de rugosité de Hazen-Williams D = diamètre de la conduite (m)
L = longueur de la conduite (m) Q = débit (m3/s)
Conformément aux termes de référence de l’étude, la simulation est effectuée sur une durée de 24 heures.
3.2 Construction du modèle
Les informations relatives à la construction du modèle décrites ci-dessous sont issues du rapport de modélisation préliminaire réalisé par le groupement en avril 2016 (10).
Le modèle EPANET a été développé à partir de :
la base de données SIG du réseau de distribution pour la structure du réseau,
le Modèle Numérique de Terrain (SRTM) pour la définition des altitudes des nœuds, et des données issues de levés topographiques pour les côtes des réservoirs,
le plan des tournées de relève et le fichier abonnés pour la répartition des consommations aux nœuds.
3.2.1 Conduites
Les conduites de diamètre supérieur ou égal à 90 mm ont été représentées dans le modèle hydraulique. Des tronçons de diamètre inférieur mais considérés comme structurants ou ayant un rôle sensible dans la logique de distribution ont été ajoutés.
Les caractéristiques (longueur et matériau) des conduites du modèle hydraulique proviennent du SIG. Le modèle ne porte pas l’information sur les matériaux en tant que telle, mais un coefficient de Hazen-Williams a été appliqué selon le type de matériau.
A titre de comparaison, différents coefficients de rugosité de Hazen-Williams sont présentés dans le tableau ci-dessous :
Valeurs retenues pour la modélisation
Manuel EPANET (7)
Fabricant IPEX Inc. (conduites
neuves) (11)
Engineers Edge (conduites neuves) (12)
PEHD 130 140 – 150 150 140
PVC 130 140 – 150 150 140
Fonte ductile 125 130 – 140 130 140
Amiante ciment 125 120 – 140 130 120
« Ces valeurs correspondent à des conduites non neuves mais correctement posées. La valeur pour l'acier a été volontairement dégradée (la valeur standard est normalement du même ordre de grandeur que celle de la fonte ductile) pour tenir compte d'une possible présence de corrosion ayant provoqué une augmentation de la rugosité due au décollement de parties du revêtement intérieur ou à l'apparition d'une surface rouillée avec des aspérités, voire des nodules. » (13)
Ces valeurs sont effectivement inférieures à la fourchette basse des références consultées, cela pour tenir compte du mauvais état présumé des conduites, d’après les informations de l’exploitant. Nous ne disposons pas de données fiables sur l’âge des conduites.
3.2.2 Limites adduction/distribution
L’objet de l’étude est limité au réseau de distribution de la ville de Tissemsilt. Néanmoins, dans le but d’approcher le réseau dans sa globalité, les conduites inter-réservoirs ainsi que l’adduction principale qui contourne la ville par le nord sont représentés dans le modèle.
La ressource en eau est représentée par des nœuds « bâche » (appellation du logiciel EPANET), qui fonctionnent comme des ressources infinies dont il faut définir la charge.
Nous verrons dans la suite de l’étude que la modélisation des conduites d’adduction (dans la limite de l’agglomération) est utile à la construction du schéma directeur à l’horizon 2040.
3.2.3 Nœuds
Les nœuds sont des éléments théoriques liés à la conception du modèle. Ils sont placés à chaque extrémité de conduite (aux intersections ou changements de propriétés), si aucun autre élément ponctuel n’est déjà présent (réservoir, pompe, etc.). Les altitudes des nœuds du modèle ont été renseignées d’après un modèle numérique de terrain (MNT) du SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). (14)
3.2.4 Réservoirs
Tous les réservoirs en service sont représentés dans le modèle avec leurs caractéristiques géométriques pour modéliser le volume d’eau :
altitude du radier,
hauteur maximale et minimale,
diamètre du réservoir.
Par défaut, le logiciel EPANET modélise les réservoirs comme des objets cylindriques, ce qui est le cas des réservoirs de la ville de Tissemsilt. Il est possible de modéliser d’autres formes en ajoutant une courbe de volume, ce qui n’est pas nécessaire dans le cas présent.
Réservoirs en service Cote du radier Cote du trop plein Volume (m3)
Réservoir « 2 x 3’800 m3 » 954 960 7600
Château d'eau 960 965 1000
Réservoir Sidi Houari 952 956 1000
Réservoir Derb 899 904 850
Tableau 5. Réservoirs représentés dans le modèle
3.2.5 Stations de pompage
Les stations de pompage directement liées au réseau de Tissemsilt ont été simulées :
Adduction / ressources : les stations de pompage SP Ammari et SP Bougara,
Distribution / refoulement : la station de reprise « bâche » (deux groupes de pompe).
Les caractéristiques des pompes et leur traduction en objet dans la modélisation sont détaillées ci-dessous :
Pompes Q (en
m3/h)
Q (en
l/s) HMT Fonctionnement Objet dans la
modélisation
SP Ammari 443 123 180
En fonctionnement normal deux pompes
24h/24h
Nœud ressource en amont avec limiteur de
débit fixé à 246l/s
SP Bougara 216 60 155
Suivant les forages opérationnels et le niveau de la bâche
Nœud ressource en amont avec limiteur de
débit fixé à 60l/s Vers 500
logements 14 3.9 140 Suivant le niveau du
réservoir 2 x 3800m3
Pompe avec courbe de modulation Vers Château
d’eau 45 12.5 140 Une pompe 24h/24h Pompe avec courbe de
modulation Vers Lycée Sidi
Houari 18 5 30 Une pompe 24h/24h Pompe avec courbe de
modulation Tableau 6. Caractéristiques des stations de pompage représentées dans le modèle
3.2.6 Modulation de la demande en eau
Les variations de la demande en eau au cours de la journée sont prises en compte par EPANET sous la forme de courbes de modulation, qui affichent pour chaque intervalle de temps (généralement un intervalle d'une heure) un pourcentage de réduction (< 100 %) ou d'augmentation (> 100%) du débit moyen journalier.
Le modèle a été paramétré pour tenir compte de plusieurs courbes de modulation distinctes :
une pour chaque secteur de distribution,
une spécifique pour les gros consommateurs,
une pour les fuites.
Ces courbes devront être finalisées ultérieurement en dépouillant les résultats de la campagne de mesures. En l‘absence de données de mesure, le Groupement a affecté des courbes de modulation identiques pour toutes les zones.
Pour les consommations domestiques : les phénomènes de pointe horaire peuvent être très marqués. Le rythme de vie conduit à une utilisation de l’eau élevée et concomitante en milieu de matinée et en fin d’après midi. La courbe de modulation horaire ci-dessous a été intégrée dans EPANET :
Figure 8. Courbe de modulation de la consommation domestique
Dans ce modèle, la pointe horaire se situe donc entre 9h et 10h du matin.
Figure 9. Courbe de modulation des fuites
Dans ce modèle, les fuites sont modélisées par une courbe de modulation constante, intégrée à chaque nœud et proportionnelle à la consommation du même nœud. Les fuites sont donc représentées comme une valeur constante tout au long de la journée.
Or, à l’heure de pointe, c’est le moment où les pressions sont les plus faibles sur le réseau, ce qui induirait théoriquement une baisse des volumes perdus. Réciproquement, les pressions sont les plus fortes aux heures creuses, de minuit à 5h du matin, quand la consommation est faible.
Les fuites pourraient donc être représentées par une courbe de modulation inversement proportionnelle à celle de la consommation. Cette modulation aurait pour conséquence un lissage de la courbe globale de la demande (consommation + fuites), ce qui réduirait la pointe horaire.
