[Photo : Qo : Débit de temps sec – Qep : Pointe en l’absence de bassin – Qsp : Pointe avec bassin – Figure 1.]
1. – RÔLE DU BASSIN D’ORAGE
Le rôle essentiel est d’amortir la pointe de crue et de transformer, en un point donné du réseau de collecte d’eaux pluviales, l’hydrogramme Qe(t) en un hydrogramme Qs(t) tel que celui de la figure 1 (courbe pointillée).
Le rapport entre Qep et Qsp donne le coefficient d’amortissement de la pointe de crue du fait du fonctionnement du bassin.
Dans le cas d’un bassin situé en série sur le collecteur (figure 2) le coefficient d’amortissement pour un hydrogramme de crue Qe(t) donné dépend :
* de la surface du bassin,
* de la loi hauteur d’eau/débit de l’ouvrage de restitution B.
Des méthodes de calcul d’application simple permettent, en fonction de ces données, de trouver rapidement Qep/Qsp.
Dans ce cas simple on a généralement intérêt à placer en B un organe qui ne crée aucune perte de charge tant que le débit arrivant dans le bassin est inférieur à un certain débit limite Ql de saturation du collecteur aval. Dès que le débit arrivant dépasse Ql, la différence Qe – Ql est stockée dans le bassin.
[Photo : Figure 2.]
Dans d’autres cas le bassin d’amortissement est situé en dérivation sur un collecteur (figure 3) et des vannes permettent de dériver vers ce bassin les pointes de crue et de restituer l’eau au collecteur en fin de crue.
[Photo : Figure 3.]
[Photo : Figure 4]
Mais dans les réseaux importants on est souvent confronté avec des problèmes plus complexes dont la figure 4 donne un exemple :
Un collecteur comporte en C, une zone délicate (par exemple, égout peu enterré en cet endroit). Le seul emplacement possible pour un bassin d’amortissement se trouve en A sur une des 2 branches convergeant vers le collecteur principal. Il peut être utile de stocker de l’eau en A, même si le débit de la branche A n'est pas important lorsque la crue venant de B s’annonce grave.
La manœuvre des vannes en A peut être commandée par la montée du niveau en C, mais elle peut intervenir trop tard si le temps de propagation de l'onde de crue entre A et C est long. Aussi peut-il être préférable de commander cette manœuvre à partir de systèmes de régulation plus complexes, sur lesquels nous reviendrons plus loin, et qui tiennent compte :
* de l'état de saturation des différents égouts,
* des temps de propagation des ondes de crue entre les bassins et les zones critiques.
2.- EQUIPEMENT AVEC DES ORGANES DE REGLAGE SIMPLES
On peut classer ainsi les différentes possibilités.
2.1. Placer entre le bassin et le collecteur, en B, un organe de décharge latéral permettant d'évacuer vers le bassin les eaux du collecteur dès que le niveau de celui-ci dépasse une cote limite (figure 5) ; c'est ce que l'on appelle communément le déversoir d'orage : en fait, cet organe peut être :
* un vrai déversoir, mais son développement est alors très grand,
* un siphon partialisé,
* une vanne automatique à niveau amont constant.
L'équipement est complété, en C, par un clapet qui ramène vers l'égout les eaux stockées pendant la crue ; le clapet s'ouvre quand le niveau dans le collecteur passe au-dessous du niveau dans le bassin ou dès que cette différence dépasse une valeur fixée à l'avance.
[Photo : Figure 5]
2.2. Placer sur le collecteur, en A, un seuil à masque qui fonctionne en seuil à faible perte de charge tant que le niveau dans le collecteur ne dépasse pas la lèvre inférieure du masque et qui fonctionne en orifice à forte contraction dès que le niveau dépasse la cote pour laquelle la lèvre est noyée. Ces seuils à masque, connus en irrigation sous le nom de « module à masque », délivrent un débit sensiblement constant pour des variations de niveau amont de plusieurs décimètres et la forme de leur seuil est telle qu'ils tolèrent, à niveau amont minimum, une perte de charge très faible.
Sur la figure 6 on remarque :
1) la ligne d'eau « a » : écoulement à faible perte de charge sur le seuil ;
2) la ligne d'eau « b », écoulement à forte contraction : le débit aval Qs n’a pas changé malgré l'augmentation de hauteur d'eau ; la différence entre Qe et Qs passe dans le pertuis d'accès au bassin.
[Photo : Figure 6]
Dans cette disposition le clapet, en C, peut être évité si le pertuis B est assez profond par rapport au bassin pour permettre le retour d’eau vers le collecteur.
[Photo : Figure 7 a.]
2.3. Utilisation d'une vanne automatique à niveau aval constant.
Les organes statiques à débit constant réglable comme les modules à masque admettent des variations de plans d'eau à leur amont limitées à quelques décimètres (près d'un mètre pour les gros modules). Si le marnage dans le bassin dépasse ces valeurs on peut placer, à l’amont immédiat du module, une vanne automatique à niveau aval constant ne nécessitant pas d’énergie extérieure appelée vanne AVIO et utilisée depuis longtemps dans les prises d'eau d'irrigation. (Voir figure 7 a.)
Mais cette vanne réglant le niveau avec une grande précision on peut, si la perte de charge disponible entre bassin et collecteur le permet, remplacer le module par un orifice ou une vanne sur orifice. Si la vanne fonctionne aval dénoyé, son ouverture peut être directement graduée en débit. Selon les cas, et en particulier selon l’importance des variations du plan d'eau amont, la vanne automatique peut être du type secteur ou du type à chemise cylindrique pour remplir toujours la même fonction : maintien du niveau aval constant quel que soit le débit affiché aux modules et quel que soit le niveau amont. (Voir figure 7 b.)
La vanne cylindrique présente sur la vanne AVIO une plus grande facilité pour ajuster sur place le niveau aval réglé à des valeurs différentes (selon les étapes d’équipement par exemple).
[Photo : Figure 7 b.]
3. - EQUIPEMENT PAR REGULATEUR LOCAL
Il est possible d’adjoindre à une vanne un servomoteur et un système de mesure et de régulation appelé par son constructeur DEBIVAR. Grâce à un microprocesseur ce système peut remplir tout ou partie des fonctions suivantes :
a) Mesures du débit :
Des capteurs (à flotteur ou à bulles) amènent au DEBIVAR la valeur du niveau amont et du niveau aval ; un détecteur de position amène le degré d'ouverture de la vanne. Grâce à ces données, le DEBIVAR calcule le débit et l’affiche ; il compte également les volumes.
b) Réglage du niveau :
Grâce à un clavier placé sur le boîtier du DEBIVAR on peut introduire sur place les valeurs les plus convenables pour les constantes de proportionnalité, d’intégration ou de retard qui permettront au système de régler, avec un fonctionnement stable, le niveau amont ou le niveau aval ou la différence entre ces deux niveaux.
c) Limitation du débit :
On peut afficher sur le DEBIVAR un débit limite à ne pas dépasser et cette fonction limitation peut se superposer aux deux fonctions précédentes.
d) Télétransmission :
Grâce à des connexions prévues pour relier le DEBIVAR à une ligne téléphonique on peut, d'un central éloigné, envoyer des informations pour changer une consigne de niveau ou de débit. De même, il est possible d’envoyer à ce central l'information concernant la valeur du débit ou du niveau.
Une source d’énergie est nécessaire pour le fonctionnement du DEBIVAR (quelques dizaines de Watts). Il faut aussi de l’énergie pour manœuvrer la vanne ; celle-ci est très faible si la vanne est du type à manœuvre hydraulique comme les vannes dont nous avons parlé plus haut.
4. - EQUIPEMENT DANS LE CADRE D’UN SYSTEME DE REGULATION CENTRALISE
Dans les grands réseaux il peut se poser des problèmes du type de celui schématisé sur la figure 4. On peut aussi être amené à adopter un système de régulation comportant les différents échelons de la figure 8.
De plus en plus, cependant, on assiste à une évolution vers des systèmes comportant des traitements et des régulateurs locaux (« l'intelligence répartie ») qui assurent sur place des fonctions de mesure et certaines fonctions de régulations simples. La liaison avec le central peut ainsi être coupée : des fonctions élémentaires de sécurité seront cependant assurées.
[Photo : Figure 8]
Ces systèmes permettent une gestion optimale de plusieurs bassins d'orage ceux-ci étant utilisés au mieux quel que soit le type ou l'origine de la crue pour une meilleure sécurité du fonctionnement du réseau.
5. - ÉVOLUTIONS
- • Les vannes à flotteur, automatiques, à niveau amont ou aval constant et les modules à masque ont constitué une première évolution importante. Elles bénéficiaient de l'expérience des grands réseaux d'irrigation ou de drainage dans lesquels existent des conditions très dures de fonctionnement (eaux chargées, peu ou pas d’entretien, etc.), et elles ont pu, grâce à leur rusticité, être introduites dans les réseaux d'égouts avec des critères de fiabilité satisfaisants et une grande commodité d'exploitation (en particulier, peu d'énergie extérieure nécessaire pour leur fonctionnement).
- • Les systèmes de gestion centralisée des réseaux sont ensuite apparus avec des réalisations plus ou moins sophistiquées.
- • Quelle sera la prochaine étape ?
On peut faire sans risque les prévisions suivantes :
- 1 — Développement des régulateurs autonomes tels que ceux décrits en 2.
- 2 — Adaptation de ces régulateurs pour que leurs niveaux ou débits de consigne puissent être facilement modifiés sur place ou à distance. Ils pourront ainsi s'intégrer dans des systèmes de régulation centralisée.
- 3 — Développement des régulateurs locaux soit à automatisme hydraulique et à consigne ajustable comme ci-dessus, soit à microprocesseur comme décrit au chapitre 3. La sécurité et la facilité d’entretien pourront donner l'avantage aux régulateurs hydrauliques surtout s’ils savent s'intégrer dans les systèmes de régulation centralisée.
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