Des solutions techniques pour l'alimentation des réservoirs

Après quelques rappels généraux sur les réservoirs (fonctions, classifications) et sur les robinets de réservoirs, nous donnerons un exemple concret de réalisation.

Les réservoirs

Fonctions d’un réservoir

Outre leurs fonctions multiples d’ordre économique, les réservoirs assurent essentiellement des fonctions techniques, dont les principales sont les suivantes :

• • régulation du débit : le débit d’alimentation du réservoir devient plus uniforme, ce qui permet des économies d'installation et d'énergie sur les ouvrages amont ;
• • régulation de la pression : la hauteur d'eau dans le réservoir permet de maintenir le réseau aval plein et lui assure une pression ;
• • sécurité d'approvisionnement : le volume d'eau stocké permet des interventions sur le réseau amont, le maintien de la distribution d'eau en cas de panne électrique et une réserve d'eau pour l'incendie ;
• • simplification de l'exploitation : le réservoir facilite le contrôle et l’exploitation des réseaux, sans nécessiter d'appareillage sophistiqué.

Mode de régulation

Le réglage du débit d’alimentation du réservoir à partir d'un réseau d’adduction d'eau sera réalisé « en commande par l'aval » suivant le schéma de la figure 2, plutôt qu’en « commande par l’amont » pour des raisons de simplification d’exploitation. Ce mode de régulation évite la présence de poches d’air et réduit les risques de pollution.

Principales catégories de réservoirs

On peut distinguer quatre catégories de réservoirs ou bassins, qui diffèrent par leur mode d’exploitation et leurs possibilités de stockage (figure 3) :

• — Bassin brise-charge : cette installation permet de réduire la pression avec un volume de bassin minimum pour la dissipation de l’énergie et l'alimentation en débit lors des phases transitoires de mise en vitesse.
• — Bassin de mise à l'air libre : cette installation permet la collecte d'eau, le passage à la pression atmosphérique et, éventuellement, la répartition du débit vers différents utilisateurs par le jeu de déversoirs.

Ces deux types ont été très utilisés dans des réseaux dotés d'une régulation du débit en « commande par l'amont », mais aujourd'hui ces bassins, avec leurs

dispositifs d'alimentation, sont de plus en plus abandonnés, pour les raisons suivantes :

• * réglage du débit difficile, ce qui entraîne un passage au trop-plein fréquent avec pertes d'eau,
• * emplacement imposé (pour des raisons de pression) pouvant entraîner des problèmes d'accès,
• * risques de pollution.

Les concepteurs de réseaux préfèrent ainsi remplacer ces « réservoirs » par du matériel de régulation à fonctions simple ou multiple (par exemple : régulateur stabilisateur de pression aval et mainteneur de pression amont) associé à un appareil de protection du réseau aval contre les surpressions (par exemple soupape anti-bélier ou déchargeur) et/ou contre les dépressions (par exemple clapet d'entrée d'air ou vannair).

— Réservoir principal : installation généralement à grande capacité de stockage permettant un effet tampon entre le débit d'alimentation (constant ou discontinu) et un débit de sortie variable, suivant les besoins de consommation.

— Réservoir d'équilibre : installation permettant d'assurer une pression et des compléments de débit en heure de pointe. Ce type de réservoir est généralement installé sur tour (château d'eau) et proche des zones de consommation. Ces deux catégories de réservoirs sont très répandues et offrent les avantages suivants :

• * réduction des investissements sur les ouvrages de production,
• * réduction des investissements sur le réseau de distribution,
• * réduction des dépenses d'énergie.

L'utilisation optimale de ces types de réservoirs, tant dans leurs fonctions économiques que techniques, nécessite un ou des organes de liaison avec le réseau amont, dont le plus connu est le robinet de réservoir.

Les robinets de réservoir

Installation d'un robinet de réservoir

La figure 4 représente un exemple d'installation de robinetterie, où l'on trouve essentiellement, rassemblés dans une « chambre de vanne » :

• * le dispositif de régulation (du type robinet de réservoir) pour contrôler le niveau de remplissage du réservoir et éviter tout débordement (à noter que le robinet de réservoir peut alimenter directement le réseau aval dans certaines conditions à définir),
• * les robinets-vannes d'isolement, afin de faciliter toutes opérations de maintenance et d'entretien du réservoir,
• * l'appareil dit déchargeur de protection du réseau amont contre un excès de pression,
• * des boîtes à crépine, pour éviter l'arrivée de corps étrangers dans les appareils de régulation.

L'arrivée de l'alimentation sera de préférence réalisée au-dessus du plan d'eau (col de cygne) pour bien dissocier le fonctionnement de l'adduction de celui de la distribution et éviter une remontée de pollution vers le réseau amont.

Fonctions d'un robinet de réservoir

Le choix de la robinetterie destinée à régler l'alimentation du réservoir nécessite la définition d'un cahier des charges pour satisfaire au mieux les fonctions prévues pour le réservoir, mais aussi pour être commandé à distance (cas des réseaux télégérés), et permettre les opérations de nettoyage, entretien, maintenance sans arrêt d'eau.

Dans ces conditions, les principales fonctions que doit assurer un robinet de réservoir sont :

• * arrêter l'écoulement de l'eau, pour éviter le passage au trop-plein,
• * régler le débit d'alimentation du réservoir,
• * protéger le réseau amont contre un abaissement ou un relèvement exceptionnels de la ligne piézométrique et des risques de coup de bélier,
• * assurer une ouverture, lorsqu'un niveau minimum est atteint, et un renouvellement de l'eau du réservoir par variation du plan d'eau.

Principales catégories de robinets de réservoirs

On peut distinguer trois catégories d'appareils de base dont le choix dépend essentiellement du mode d'exploitation des réserves :

— fermeture et ouverture à un seul niveau : on peut souhaiter une fermeture complète à un niveau déterminé afin d'arrêter l'écoulement de l'eau et se protéger contre un risque de débordement. L'ouverture de l'appareil se produit très près du niveau de fermeture, de façon à garder autant que possible un maximum d'eau dans le réservoir. Il faut alors porter son choix sur un robinet de réservoir à niveau constant, de type altimétrique (figure 5) ;

— fermeture et ouverture à deux niveaux : on peut vouloir utiliser le réservoir comme une réserve efficace pour faire face aux pointes de consommation (jour-nuit par exemple). Dans ce cas, il est souhaitable que le robinet reste fermé jusqu'à ce que le volume que l'on s'est fixé soit consommé. L'ouverture ne sera donc déclenchée qu'au niveau bas correspondant, et elle sera totale ; de même au niveau haut, la fermeture sera totale mais progressive. On doit donc choisir un robinet à tranche d'eau de type « tout ou rien » ;

— ouverture proportionnelle au niveau : on peut souhaiter un ajustement progressif de l'alimentation à la consommation, le réservoir jouant alors un rôle de

« tampon » sur une tranche d’eau de plusieurs décimètres et choisir un robinet de réservoir de type proportionnel.

Fonctions additionnelles

Afin de satisfaire l’ensemble des fonctions prévues pour le réservoir et de faciliter l’exploitation du réseau, il devient de plus en plus nécessaire d’adjoindre à l’appareil de base des fonctions additionnelles de sectionnement et/ou de régulation, ce qui permet de l’adapter à chaque cas d’alimentation du réservoir.

Nous avons ainsi développé une famille de robinets automatiques de réservoir à servo-commande hydraulique qui ne nécessitent pas d’énergie extérieure et dont le principal intérêt réside dans leur possibilité de satisfaire des fonctions très précises par le moyen de dispositifs-pilotes extérieurs.

À chaque fonction additionnelle supplémentaire correspond généralement un pilote supplémentaire ; la liste ci-après donne un aperçu de la multiplicité des fonctions additionnelles possibles sur un même appareil de base du type robinet de réservoir à tranche d’eau ou altimétrique :

• — Limitation de débit :
  • * contrôle de la répartition du débit aux réservoirs,
  • * parade aux surdébits dans des phases transitoires,
  • * utilisation de l’effet tampon du réservoir.
• — Maintien de la pression amont : fonction permettant d’assurer une mise en pression minimum à l’amont, par exemple pour conserver une possibilité de distribution sur la conduite d’amenée, et d’obtenir une limitation du débit (dans certains cas).
• — Retard à l’ouverture du robinet : fonction facilitant le renouvellement d’eau dans le réservoir en retardant l’ouverture de l’appareil ; un battement journalier de 30 % est alors conseillé (cela ne concerne que les robinets altimétriques).
• — Commande électrique de fermeture :
  • * commande à distance de la fermeture de l’appareil,
  • * suppression de l’alimentation en heure de pointe.
• — Décharge : système permettant d’évacuer vers le réservoir une pression excédentaire pour protéger le réseau amont.
• — Retour : fonction autorisant un retour d’eau au travers de l’appareil (cas des installations d’alimentation-distribution).
• — Anti-retour : interdiction d’un retour d’eau du réservoir vers le réseau amont.

Un exemple de réalisation

L’association de plusieurs fonctions additionnelles sur un appareil permet de respecter de manière précise un cahier des charges. La figure 6 montre un exemple de réalisation qui répond à trois objectifs de régulation :

• * protection contre les débordements,
• * remplissage à débit constant,
• * pleine ouverture en dessous d’un niveau minimum.

La réalisation correspondante, représentée sur la figure 7, comporte un robinet de réservoir de type hydro-altimétrique, composé d’une vanne à servo-commande hydraulique commandée par deux pilotes à large membrane, sensibles au niveau d’eau du réservoir. Au-dessus du niveau haut de sécurité, le pilote (53a) se ferme et commande la fermeture complète de l’appareil ; en dessous de ce niveau, l’appareil fonctionne en limiteur de débit grâce à la présence d’une fonction de limitation de débit (pilote 58). Lorsque le niveau de la sécurité basse est atteint, le pilote (53b) monté en parallèle sur le circuit s’ouvre, annule de ce fait la fonction limitation de débit et commande la pleine ouverture de l’appareil.

Ce type de matériel supporte des équipements complémentaires (contacteurs de fin de course ou potentiomètre de recopie de position) permettant de connaître à distance la position de la vanne (cas des réseaux télégérés).

Conclusion

On voit que l’association, sur un même appareil, d’une ou plusieurs fonctions additionnelles complémentaires, permet d’optimiser le choix d’une solution technique pour l’alimentation d’un réservoir et présente l’avantage d’apporter une plus grande souplesse à son utilisation par l’exploitant des réseaux d’adduction et de distribution.