Hydraulique appliquée
Milieux, écoulements, aménagements
Régis Bourrier
Editions Le Moniteur
Sommaire5
Avant propos7
Liste des abréviations9
Liste des symboles13
Chapitre 1 Définitions et terminologies17
1.1 Explicatives d'hydrostatique et d'hydrodynamique
17
1.2 Caractéristiques hydrauliques essentielles
19
1.2.1 Forces statiques, dynamiques et contraintes19
1.2.1.1 Hydrostatique des fluides (l'eau non compressible)
19
1.2.1.2 Dynamique des fluides (l'eau non compressible)
25
1.2.2 Charge hydraulique, spécifique et moyenne27
1.2.3 Forces de mouvement, d'inertie, de gravité28
1.2.4 Rapport entre les forces33
1.2.5 Ecoulements externes, couche limite, couche cisaillée39
1.2.6 Descriptions, variations et lignes d'émission40
1.2.7 Bilans de matière et d'énergie dans l'écoulement44
1.2.8 Ligne d'énergie, ligne piézométrique47
1.2.9 Equations et formulations générales49
1.2.10 Charge hydraulique et ligne d'énergie54
1.2.10.1 Théorème de Bernoulli
54
1.2.10.2 Liens entre perte de charge, profil de vitesse et débit
59
1.2.11 Energie hydraulique et cinétique d'une chute61
1.2.12 Moment cinétique d'un point « matériel » en rotation62
1.2.13 Effet ou forces centrifuge et centripète63
1.2.14 Ecoulement oscillatoire naturel64
Chapitre 2 Hydrosphère et hydraulicité67
2.1 Bilan hydrique du cycle de l'eau
67
2.2 Quantification des flux d'eau en France
70
2.3 Modélisation et typologie des modèles
72
2.3.1 Modèles de représentation géographique74
2.3.2 Modèles statistiques74
2.3.3 Modèles mécanistes74
2.3.4 Modèles conceptuels75
2.3.5 Modèles globaux ou stochastiques75
2.3.6 Modèles de propagation d'onde de crue75
2.3.7 Modèles d'écoulements transitoires75
2.3.8 Modèles de projets et de contrôles75
2.4 Caractérisation hydraulique des milieux et des écoulements
76
2.4.1 Topologie hydrologique et hydraulique76
2.4.1.1 Hydro-écorégions
77
2.4.1.2 Bassins versants
78
2.4.1.3 Zones hydrographiques
79
2.4.1.4 Caractéristiques des structures superficielles et des sols
79
2.4.1.5 Facteurs d'érosion des sols
81
2.4.2 Cartes topographiques hydrographiques et hydrologiques81
2.4.3 Système d'information géographique (SIG)82
2.4.4 Facteurs de prévention et de protection85
2.5 Typologie des usages de l'eau et configurations
86
2.5.1 Demande en eau86
2.5.2 Répartition des usages de l'eau88
2.5.2.1 Prélèvement global d'eau et consommation
88
2.5.2.2 Usages de loisirs et de tourisme
89
2.5.3 Interface d'hydrologie et d'hydraulique90
2.5.4 Interface d'hydraulique fluviale et maritime90
2.6 Hydraulicité et changement climatique
92
Chapitre 3 Écoulements naturels et superficiels93
3.1 Pluviométrie et précipitations
93
3.2 Données hydrologiques
94
3.2.1 Pluie efficace, infiltration et évaporation95
3.2.2 Évaporation et évapotranspiration97
3.2.2.1 Evapotranspiration potentielle (ETP)
97
3.2.2.2 Evaporation physique de référence (Et)
100
3.2.2.3 Evapotranspiration réelle (ETR)
100
3.2.2.4 Evaporation instantanée (Ej)
101
3.2.3 Capacité d'infiltration102
3.2.3.1 Loi d'infiltration de Holtan et Horton
103
3.2.3.2 Décalage de la courbe d'infiltration par rapport au hyétogramme
107
3.2.3.3 Stockage dépressionnaire
108
3.2.4 Pluie nette d'écoulement109
3.2.5 Intensité, durée, fréquence (IDF)110
3.2.5.1 Formules IDF
112
3.2.5.2 Formule exponentielle
112
3.2.5.3 Formule homographique
116
3.2.5.4 Formule homographique ajustée
117
3.2.6 Construction des hyétogrammes118
3.2.6.1 Modèle de pluie de projet de Desbordes
119
3.2.6.2 Modèle de pluie de projet de Chocat
119
3.2.6.3 Modèle de hyétogramme de Keiffer
120
3.2.6.4 Modèle d'hydrogramme de crue fluviale
122
3.3 Génération des débits maxima
122
3.3.1 Transformation pluie-débit122
3.3.1.1 Variabilité spatio-temporelle des composantes hydrologiques
122
3.3.1.2 Temps de concentration
124
3.3.1.3 Coefficient de ruissellement dans le temps
130
3.3.2 Méthode rationnelle d'écoulements superficiels132
3.3.2.1 Principes et formulations
132
3.3.2.2 Utilisation de la méthode rationnelle à la génération du débit de pointe
139
3.3.2.3 Utilisation de la méthode rationnelle à une pluie d'intensité variable
141
3.3.3 Méthode du curve number ou SCS-CN142
3.3.4 Méthode superficielle des écoulements149
3.3.4.1 Equation de base
149
3.3.4.2 Temps de concentration (t1 et t2)
149
3.3.4.3 Formule générale d'expression du débit maximal
151
3.3.4.4 Définition et influence des divers paramètres des formules superficielles
152
3.3.4.5 Exemple d'application (assemblage en parallèle)
155
3.3.4.6 Limites d'application
158
3.3.5 Résolution des grands bassins versants158
3.3.6 Méthode Socose162
3.3.6.1 Principe de la méthode Socose
162
3.3.6.2 Exemples d'applications comparées
165
3.3.7 Méthode mécaniste167
3.3.8 Méthode conceptuelle à réservoir168
3.3.8.1 Modèle de réservoir linéaire
169
3.3.8.2 Modèle à réservoirs linéaires en série
171
3.3.8.3 Modèle à réservoir non linéaire
174
3.3.9 Modèle de Muskingum176
3.3.10 Modèle de Barré de Saint-Venant179
3.3.1.1 Modèle distribué ou hortonien
180
3.4 Exemple réel et calculs comparatifs
182
Chapitre 4 Rétention et maîtrise des écoulements187
4.1 Méthodes de calcul des volumes à stocker
190
4.1.1 Méthode rationnelle de rétention191
4.1.2 Méthode « des pluies »193
4.1.3 Méthode des volumes196
4.1.3.1 Exemple (application et démonstration)
198
4.1.3.2 Exemple d'estimation d'un volume de stockage à l'échelle parcellaire
199
4.1.4 Méthode de l'hydrogramme de la formule rationnelle200
4.1.4.1 Première hypothèse : tr < tc (fig. 4.9a)
200
4.1.4.2 Deuxième hypothèse : tr = tc (fig. 4.9b)
200
4.1.4.3 Troisième hypothèse : tr> tc (fig. 4.9c)
203
4.1.5 Méthode des débits variables205
4.1.6 Limites d'application et comparaison des méthodes206
4.1.6.1 Cas d'utilisation de la formule exponentielle
207
4.1.6.2 Cas d'utilisation de la formule homographique
207
4.1.6.3 Cas particulier de plusieurs retenues en parallèle
207
4.2 Dispositions conceptuelles des systèmes de rétention
209
4.2.1 Rétentions diffuses210
4.2.2 Rétentions diffuses en domaine privé213
4.2.3 Rétentions diffuses généralisées214
4.2.4 Noues, fossés et jardins d'eau217
4.2.5 Toitures stockantes et toitures végétalisées219
4.2.6 Structures réservoirs sous voiries et aux abords220
4.2.6.1 Dispositif tampon de rétention au passage sous voirie
221
4.2.6.2 Constitution de la structure réservoir
222
4.2.6.3 Autres techniques adaptées aux espaces peu circulés
224
4.3 Dispositions constructives des bassins
225
4.4 Soutènement de retenue en palplanches ou quai béton
231
4.3 Calcul des forces de pression d'un réservoir
234
Chapitre 5 Écoulements en milieux poreux239
5.1 Nappes souterraines
239
5.1.1 Nappes libres240
5.1.2 Nappes littorales240
5.1.3 Nappes phréatiques240
5.1.4 Nappes perchées240
5.1.5 Nappes fermées240
5.1.6 Nappes captives241
5.1.7 Nappes artésiennes241
5.1.8 Nappes aquifères241
5.1.9 Nappes karstiques241
5.1.10 Nappes de craies242
5.1.11 Nappes alluviales242
5.1.12 Nappes profondes243
5.1.13 Nappes fossiles243
5.2 Sources d'eaux souterraines
243
5.3 Ressources en eau
244
5.3.1 Ressources disponibles244
5.3.2 Ressources potentielles244
5.3.3 Écogestion des ressources245
5.3.3.1 Renforcement de la ressource
247
5.3.3.2 Rechargement de nappe
247
5.3.3.3 Réalimentation artificielle des nappes (RAN)
248
5.3.3.4 Comportement des nappes
249
5.4 Porosité et perméabilité
250
5.4.1 Porosité250
5.4.1.1 Porosité efficace ou porosité effective ?
251
5.4.1.2 Porosité cinématique
252
5.4.1.3 Porosité totale P1
252
5.4.1.4 Porosité et granulométrie
253
5.4.1.5 Coefficient d'emmagasinement S
254
5.4.1.6 Transmissivité T
254
5.4.1.7 Diffusivité hydraulique (dh)
255
5.4.1.8 Charge hydraulique en aquifère
255
5.4.2 Perméabilité256
5.5 Expérience de Darcy
257
5.5.1 Loi d'écoulement souterrain257
5.5.2 Conductivité hydraulique260
5.5.3 Mesures de la perméabilité263
5.5.4 Écoulement à travers les terrains perméables267
5.5.5 Essais de perméabilité des sols271
5.5.5.1 Essai de type Porchet
273
5.5.5.2 Essai Matsuo
275
5.5.5.3 Essai Lefranc
276
5.3.3.4 Essai Nasberg
277
5.5.5.5 Essai « double anneau »
278
5.6 Condition d'écoulement des nappes en surface
279
5.7 Conditions de captage des eaux souterraines
282
5.7.1 Ouvrages sur champs captants282
5.7.2 Débitance d'une galerie drainante282
5.7.3 Débitance d'un puits captant285
5.7.4 Débitance comparée d'un puits et d'une galerie288
5.7.5 Débitance d'un puits artésien289
5.7.6 Débitance d'une ligne de puits290
5.7.7 Débitance d'une tranchée drainante292
5.7.8 Débitance d'un captage à tranchées rayonnantes292
5.7.9 Débitance d'un captage à drains rayonnants293
5.7.10 Débitance d'une nappe littorale295
5.7.11 Débitance dans les milieux fissurés297
5.8 Appréciation de la puissance d'une nappe
297
5.8.1 Effets d'un prélèvement sur un gisement aquifère297
5.8.2 Effets du tarissement de nappes302
5.8.3 Comportement dynamique304
5.8.4 Calcul du stock d'eau305
5.8.5 Actions sur les aquifères305
5.8.5.1 Construction de petits barrages
306
5.8.3.2 Création de canaux d'irrigation et dérivation de cours d'eau
306
5.8.3.3 Périmètres de protection
306
5.8.3.4 Dimensionnement des zones de protection des captages
308
5.8.5.3 Périmètres de protection des prélèvements en eau de surface
312
5.9 Ouvrages de captage
313
5.9.1 Puits de captage313
5.9.2 Puits à drains rayonnants313
5.9.3 Prises d'eau par captage de source316
5.9.4 Prises d'eau dans les nappes profondes318
5.9.5 Prises d'eau par forage individuel322
5.9.6 Prises d'eau dans les plaines alluviales et les rivières322
5.10 Modélisation hydrogéologique des systèmes aquifères
323
5.10.1 Principes et domaines d'application323
5.10.2 Méthode de transfert hydrogéologique323
5.10.3 Modèles d'écoulement hydrogéologique324
5.10.4 Modèles de distribution en milieu aquifère325
5.10.5 Modèles de discrétisation spatiale326
5.10.6 Modèles hydrophysiographiques327
5.10.6.1 Fonction de discrétisation spatiale
328
5.10.6.2 Fonction de production
328
5.10.6.3 Fonction de transfert
329
Chapitre 6 Écoulement à surface libre333
6.1 Écoulements superficiels
333
6.1.1 Ruisseaux, rivières et fleuves334
6.1.2 Plans d'eau, lacs, étangs, réservoirs334
6.2 Caractéristiques physiques spatiales
334
6.2.1 Caractéristiques physiques longitudinales335
6.2.2 Caractéristiques physiques transversales336
6.3 Caractéristiques hydriques d'un bassin hydrologique
340
6.3.1 Coefficient d'écoulement340
6.3.1.1 Coefficient d'écoulement apparent (Ce)
340
6.3.1.2 Coefficient d'écoulement réel (Cr)
341
6.3.1.3 Déficit d'écoulement (De)
341
6.3.2 Ecrêtement des crues342
6.3.3 Soutien d'étiage343
6.3.4 Caractéristiques hydrologiques et hydrographiques344
6.3.4.1 Estimation statique des débits
345
6.3.4.2 Courbe des débits caractéristiques
346
6.4 Caractéristiques hydrauliques des régimes d'écoulement
349
6.4.1 Définitions et principes hydrauliques349
6.4.2 Relations hydrauliques des écoulements à surface libre350
6.4.3 Régime uniforme et permanent357
6.4.3.1 Canal de section rectangulaire
358
6.4.3.2 Canaux de section trapézoïdale
360
6.4.3.3 Canal de section triangulaire
363
6.4.3.4 Canal à section circulaire
363
6.4.3.5 Canaux larges ou lames d'eau
364
6.4.3.6 Canaux naturels et rivières
365
6.4.4 Régime d'écoulement varié367
6.4.4.1 Variabilité dans le temps et dans l'espace
367
6.4.4.2 Célérité de l'onde de gravité
368
6.4.4.3 Célérité à l'embouchure des fleuves
371
6.4.4.4 Interprétation de la variation d'écoulement
373
6.4.4.5 Interprétation de la pente critique
373
6.4.4.6 Autre interprétation du régime critique
374
6.4.4.7 Influence de la pente sur le régime d'écoulement
377
6.4.4.8 Influence des singularités sur les lignes d'eau
379
6.4.4.9 Influence des vitesses et des pressions
381
6.4.4.10 Influence des frottements
383
6.4.5 Régime non uniforme et permanent385
6.4.6 Régime dynamique non uniforme393
6.4.7 Régime graduellement varié395
6.4.8 Régime brusquement varié401
6.4.8.1 Ressaut hydraulique
401
6.4.8.2 Classification des ressauts
405
6.4.8.3 Différentes courbes de remous
409
6.4.8.4 Conjugaison des courbes de remous
413
6.4.8.5 Changements de régime
419
6.4.9 Régime non uniforme et non permanent421
6.4.9.1 Variation de l'écoulement dans l'espace-temps
421
6.4.9.2 Régime d'écoulement transitoire
422
6.4.9.3 Propagation d'une onde de crue en rivière
428
6.4.9.4 Propagation simple de l'onde cinématique
431
6.4.9.5 Résolution du système : espace-temps de Muskingum
432
Chapitre 7 Écoulements libres sur obstacles ou aménagements439
7.1 Méandres de rivière
439
7.2 Écoulement à l'approche d'une chute
441
7.3 Passage d'un plan d'eau à un canal
442
7.4 Prises d'eau en rivière et plan d'eau
443
7.5 Écoulements d'étiage et de montée de crue sur lit de dunes
445
7.6 Écoulements avec frottements le long du lit
448
7.7 Écoulement à travers un rétrécissement
449
7.8 Écoulement de laves torrentielles
452
7.9 Écoulement au-dessus d'une marche-seuil
452
7.10 Écoulement au-dessus d'un obstacle bas
456
7.11 Seuil et déversoir
460
7.11.1 Détermination de la perte d'énergie461
7.11.2 Seuils et déversement461
7.12 Torrent en escalier hydraulique
464
7.13 Vannes de fond ou de demi-fond
465
7.14 Passage d'une transition réservoir-canal
469
Chapitre 8 Métrologie des écoulements à surface libre471
8.1 Mesures des vitesses d'écoulement
471
8.2 Mesures de niveau
474
8.2.1 Mesures de niveau par échelles limnimétriques474
8.2.2 Mesures de niveau par ultrasons474
8.2.3 Mesures de niveau par effet de la pression476
8.3 Mesures de débit
477
8.3.1 Mesures de débit par courbe d'étalonnage477
8.3.2 Mesures de débit sur section de contrôle479
8.3.3 Mesures de débit en sortie d'orifice483
8.3.4 Mesures de débit à l'aide d'un traceur484
8.3.5 Mesures du débit de débordement en rivière, estuaire et bathymétrie485
8.4 Critères d'ajustement entre valeurs mesurées et simulées
486
Chapitre 9 Ouvrages d'art et aménagements hydrauliques487
9.1 Canaux de navigation et ouvrages connexes
487
9.1.1 Écluse488
9.1.2 Ascenseurs à bateaux, escalier hydraulique et plans inclinés491
9.2 Canaux d'adduction et d'irrigation
492
9.3 Barrages et digues
494
9.3.1 Dispositions constructives494
9.3.2 Approche géotechnique de la tenue des berges498
9.4 Quais et appontements
502
9.3 Traversées et passages hydrauliques
503
9.5.1 Passages inférieurs en portique ouvert (PIPO)503
9.5.2 Passages en voûtes504
9.5.3 Ponceaux505
9.5.4 Autres ouvrages hydrauliques506
9.5.5 Dalots et conduits rectangulaires508
9.5.6 Conduit d'écoulement diphasique ou aéré511
Chapitre 10 Écoulements des débits solides et décantation513
10.1 Évolution des transports solides et des dépôts
513
10.1.1 Contexte données et résultats513
10.1.2 Loi hydrodynamique du transport517
10.1.3 Loi de transport solide518
10.1.4 Loi de conservation des sédiments520
10.1.5 Loi de chargement520
10.2 Conception des ouvrages de décantation
522
10.3 Principe de la décantation statique
525
10.3.1 Mécanisme de la décantation525
10.3.2 Décantation statique circulaire531
10.3.3 Décanteur longitudinal en sortie de milieu agraire533
10.3.4 Décantation lamellaire536
10.3.4.1 Calcul de la décantation lamellaire
536
10.3.4.2 Caractéristiques dimensionnelles - exemple d'un ouvrage en service
543
10.3.5 Séparation par centrifugation543
10.3.6 Décantation tourbillonnaire546
Chapitre 11 Amenées d'eaux gravitaires547
11.1 Amenée d'eau gravitaire
547
11.1.1 Perte de charge, débit, vitesse548
11.1.2 Conception d'un canal551
11.1.2.1 Forces tractrices critiques
552
11.1.2.2 Courants tractifs
556
11.1.2.3 Courants fortement chargés de solides
557
11.1.2.4 Loi de décantation ou de déplacement des particules
557
11.1.3 Contraintes d'amenée d'eau canalisée559
11.2 Adduction à variation d'écoulements
562
11.2.1 Application de la méthode de Muskingum562
11.2.2 Application en cas de section circulaire563
11.2.3 Application au cas d'une section rectangulaire564
Chapitre 12 Écoulements en canalisations567
12.1 Charge, ligne de charge et perte de charge
567
12.1.1 Principes et définitions567
12.1.2 Pertes de charge en conduites570
12.1.2.1 Pertes de charge linéaires
570
12.1.2.2 Pertes de charge singulières
575
12.2 Conduites en série et en parallèle
577
12.2.1 Éléments de conduites en série577
12.2.2 Eléments de conduites en parallèle578
12.3 Écoulements en réseau
580
12.3.1 Écoulement libre uniforme en canalisation580
12.3.2 Écoulement permanent non uniforme587
12.3.2.1 Écoulement libre ralenti par l'aval
588
12.3.2.2 Écoulement en charge
589
12.3.2.3 Application du diagramme de Moody
591
12.3.3 Écoulement semi-permanent et non uniforme592
12.3.3.1 Méthode heuristique de mise en charge aléatoire
592
12.3.4 Écoulement transitoire595
12.3.4.1 Méthode de Muskingum appliquée aux canalisations
595
12.3.4.2 Application des équations de Barré de Saint-Venant
597
12.3.5 Écoulement en conduites sous pression599
12.3.6 Écoulement sur des singularités599
12.3.7 Écoulement à travers un regard600
12.3.8 Écoulement dans les éléments de canalisation601
12.3.9 Écoulement sur les jonctions606
12.3.10 Écoulement sur les bifurcations et dérivations607
12.3.11 Écoulement en chutes sur seuil bas607
12.3.12 Écoulement dans les siphons608
12.3.12.1 Perte de charge dans deux passages inversés
608
12.3.12.2 Ecoulement à travers les grilles
612
12.3.12.3 Écoulement à travers les caniveaux à grilles et avaloirs
613
12.3.13 Écoulement à travers les orifices613
12.3.14 Écoulement sur les seuils déversoirs617
12.3.14.1 Déversoir frontal droit
617
12.3.14.2 Déversoir frontal à échancrure
620
12.3.14.3 Déversoir frontal trapézoïdal ou triangulaire
621
12.3.14.4 Déversoir frontal circulaire
622
12.3.14.5 Déversoir en puits à seuil circulaire
623
12.3.14.6 Déversoir à crête oblique
623
12.3.14.7 Déversoir frontal sur ouvrage d'assainissement pluvial ou unitaire
623
12.3.14.8 Déversement sur seuil latéral
624
12.3.14.9 Déversoir à double seuil latéral
630
12.3.14.10 Déversement en fond de radier
630
12.3.14.11 Déversement dans l'ouverture du radier
631
12.3.14.12 Déversoir à orifice parabolique dit « Leapring Weir »
632
12.3.14.13 Déversoir à effet vortex
634
12.3.14.14 Déversoir siphoïde
634
12.3.14.15 Déversoir à vannage
636
12.3.14.16 Déversoir à évacuation retardée et prolongée
637
12.3.14.17 Déversoir avec seuil à effacement
641
Chapitre 13 Éléments constitutifs des réseaux et des ouvrages643
13.1 Canalisations et accessoires
645
13.1.1 Types de canalisations645
13.1.1.1 Tuyaux et raccords en cuivre
645
13.1.1.2 Tuyaux en acier
646
13.1.1.3 Tuyaux en béton non armé à section circulaire
646
13.1.1.4 Tuyaux en béton armé à section circulaire
647
13.1.1.5 Tuyaux ovoïdes préfabriqués
649
13.1.1.6 Tuyaux en béton fibré
650
13.1.1.7 Tuyaux en grès
651
13.1.1.8 Tuyaux en matière plastique
652
13.1.1.9 Tuyaux et raccords en polychlorure de vinyle (PVC)
653
13.1.1.10 Tuyaux en PRV
654
13.1.1.11 Tuyaux et raccords en polypropylène
655
13.1.1.12 Tuyaux et raccords en polyéthylène
655
13.1.1.13 Tuyaux et raccords en fonte
656
13.1.2 Appareillages connexes659
13.1.2.1 Robinets et vannes de sectionnement
659
13.1.2.2 Appareils de comptage
662
13.1.2.3 Appareils de retenue : clapets
662
13.1.2.4 Appareils de prises d'eau : crépines
663
13.1.2.5 Appareils de lutte contre l'incendie et de lavage de crue
664
13.1.2.6 Appareils de régulation
664
13.1.2.7 Appareils de protection : purgeur et ventouse
665
13.1.2.8 Bornes d'irrigation
668
13.2 Ouvrages d'assainissement
668
13.2.1 Branchements au réseau668
13.2.1.1 Regards de façade et caniveaux
669
13.2.1.2 Canalisations de branchement
670
13.2.2 Ouvrages de collecte en surface671
13.2.2.1 Noues, fossés, gargouilles et caniveaux
671
13.2.2.2 Bouches d'engouffrement et caniveaux
671
13.2.3 Ouvrages d'accès au réseau672
13.2.3.1 Regards de visite
672
13.2.4 Ouvrages annexes et accessoires675
13.3 Rétention des flottants et protections
676
13.3.1 Grilles et dégrilleurs676
13.3.2 Débouchés de collecteurs678
13.4 Passages en siphon spécifiques
681
13.5 Réservoirs et châteaux d'eau
682
13.5.1 Retenues et stockages d'eau brute683
13.5.2 Réservoirs au sol685
13.5.3 Réservoirs surélevés et châteaux d'eau687
13.5.3.1 Description et choix
687
13.5.3.2 Eléments constitutifs et équipements
688
13.5.3.3 Capacité de stockage
690
13.3 Fontaines et bassins d'agrément
693
Chapitre 14 Conception des réseaux d'assainissement695
14.1 Réseaux d'eaux usées
695
14.1.1 Évaluation des débits EU696
14.1.2 Dimensionnement des tronçons de canalisations697
14.1.3 Conditions d'autocurage700
14.2 Réseaux d'eaux pluviales
702
14.2.1 Caractéristique physiques703
14.2.2 Données de base704
14.2.3 Calcul par la méthode rationnelle704
14.2.4 Calcul par la méthode superficielle705
14.2.5 Conclusion sur l'application des méthodes proposées706
14.3 Diagnostic de réseaux unitaires
715
14.4 Réseaux équipés d'aéro-éjecteurs
719
14.4.1 Schémas de distribution719
14.4.2 Hauteur manométrique totale (HMT)722
14.4.3 Réseau d'air comprimé722
14.3 Réseaux sous vide
723
14.5.1 Principe de fonctionnement723
14.5.2 Calcul de la perte de pression726
14.5.3 Calcul de la centrale727
14.5.3.1 Pompes de refoulement
727
14.5.3.2 Pompe à vide
728
14.5.3.3 Cuve de stockage
728
Chapitre 15 Distribution en réseaux sous pression731
15.1 Pressions admissives et de service
731
15.2 Configuration des réseaux, ouvrages et organes associés
732
15.2.1 Analyse de la structure732
15.2.1.1 Schéma structurel
732
15.2.1.2 Dimensionnement
734
15.2.1.3 Approche hiérarchisée
734
15.2.2 Prémodélisation et résolution du système736
15.2.2.1 Données topologiques
736
15.2.2.2 Inconnues et mises en équations
737
15.2.3 Rappel des équations fondamentales740
15.2.3.1 Equation du régime permanent et uniforme
740
15.2.3.2 Equation de la perte de charge totale entre deux points
741
15.2.3.3 Equation d'équilibre des débits
741
15.2.3.4 Equation d'une maille
742
15.3 Mode de calcul d'un réseau ramifié
742
15.3.1 Calcul d'un diamètre connaissant le débit Q742
15.3.2 Calcul d'une canalisation fournissant un débit en route743
15.4 Méthodes de calcul des réseaux maillés
746
15.4.1 Méthode « euristique » de calcul des réseaux maillés746
15.4.2 Méthode itérative de Newton de calcul des réseaux maillés748
15.4.3 Méthode de Hardy Cross du calcul des réseaux maillés750
15.4.3.1 Exemple sur un réseau de deux mailles
752
15.4.3.2 Exemple avec une maille considérée comme isolée
753
15.4.3.3 Exemple numérique sur une maille adjacente
756
15.4.3.4 Cas général de plusieurs mailles adjacentes
760
15.4.3.5 Exemple de plusieurs mailles adjacentes
761
15.4.4 Cas d'un service en route avec réservoirs765
15.4.4.1 Cas de liaisons entre deux réservoirs
770
15.4.4.2 Cas de configuration des trois réservoirs
770
15.5 Méthode itérative de Newton-Raphson
771
15.5.1 Ecoulement en charge771
15.5.2 Ecoulement libre773
15.6 Modèles de distribution des flux et pressions
773
15.7 Modèle de calcul des régimes transitoires
777
15.7.1 Système d'équations777
15.7.1.1 Équation de Newton
777
15.7.1.2 Équation de continuité
778
15.7.1.3 Forces de frottement
779
15.7.2 Méthode d'intégration du système d'équations779
15.7.2.1 Méthode des caractéristiques
780
15.7.2.2 Intégration numérique
781
15.7.2.3 Conditions aux limites
782
Chapitre 16 Métrologie des écoulements canalisés787
16.1 Mesures de pression
787
16.1.1 Pression absolue et pression relative787
16.1.2 Mesure par manomètre de pression788
16.1.3 Mesure de niveaux par limnimètre à sonde piézorésistive788
16.1.4 Mesure d'écoulement par limnimètre différentiel à couple de sonde789
16.1.5 Mesure de niveaux par capteur à ultrasons790
16.1.6 Mesure par un codeur limnimétrique à flotteur791
16.2 Mesure de la vitesse d'écoulement
791
16.2.1 Mesure par exploration du champ de vitesses791
16.2.2 Mesure de la vitesse par capteur à ultrasons792
16.2.3 Mesures sur cordes de vitesses par ultrasons793
16.2.4 Mesure de la vitesse par effet Doppler794
16.3 Mesures des débits
794
16.3.1 Débitmètre à ultrasons sur conduite en charge794
16.3.2 Débitmètre électromagnétique sur conduite en charge795
16.3.3 Débitmètre à ultrasons dans un écoulement libre796
16.3.4 Débitmètre à ultrasons au-dessus de l'écoulement796
16.3.5 Débitmètre à canaux et seuils jaugeurs797
16.3.6 Mesure du débit à l'aide d'un déversoir798
16.3.7 Mesures du débit par comptage799
16.3.8 Mesures par organe déprimogène800
16.3.8.1 Cas du Venturi
801
16.3.8.2 Cas du diaphragme
802
16.3.9 Mesures du débit par rotamètre803
16.3.10 Mesures par un réglet électronique immergé805
16.3.11 Mesure du débit au fil de l'eau805
16.3.12 Mesure du débit à l'aide d'un traceur807
16.3.13 Mesure dans une bâche de pompage808
16.3.14 Dispositifs débitmétriques amovibles808
16.3.15 Débitmétrie d'un jet808
16.4 L'adéquation de mesures à la simulation de débits
810
16.5 Comparaisons entre les résultats de calculs et les mesures
811
Chapitre 17 Stations de pompage et équipements associés813
17.1 Antécédents technologiques des machines hydrauliques
813
17.2 Constituants des stations de pompage
814
17.3 Typologie des pompes
817
17.3.1 Pompes centrifuges817
17.3.2 Pompes à hélices ou hélicoïdes818
17.3.3 Pompes hélico-centrifuges822
17.3.4 Pompes volumétriques822
17.3.5 Pompes doseuses, pompes de chloration823
17.3.6 Pompes mono et multicellulaires823
17.3.7 Pompes de surface à axe horizontal824
17.3.8 Motopompes immergées ou submersibles825
17.4 Méthodologie de conception ou de contrôle fonctionnel
826
17.4.1 Données sur les débits caractéristiques826
17.4.2 Hauteur géométrique827
17.4.3 Hauteur manométrique totale (HMT)828
17.4.4 Détermination des caractéristiques de fonctionnement829
17.4.4.1 Dimensionnement de la pompe
829
17.4.4.2 Lignes de charge et piézométrique
830
17.4.4.3 Volume de la bâche équipée d'une seule pompe
834
17.4.4.4 Volume de la bâche équipée de deux pompes
837
17.4.4.5 Volume de la bâche équipée de plusieurs pompes
842
17.4.5 Calcul des puissances et des rendements845
17.4.5.1 Préalables réglementaires sur les rendements
845
17.4.5.2 Puissances électriques
846
17.4.5.3 Puissance hydraulique Ph
850
17.4.5.4 Hauteur d'aspiration et cavitation
851
17.4.5.5 Pompe à vitesse variable spécifique
854
17.4.5.6 Exemple de calcul pour un groupe de pompage
855
17.4.5.7 Fonctionnement en cascade et simultané de plusieurs pompes
858
17.5 Stations de pompage particulières
861
17.5.1 Postes de crues861
17.5.2 Pompage en ligne862
17.5.3 Ensemble de pompage complexe863
17.5.4 Poste de pompage « standard »866
17.5.5 Relèvement à vis d'Archimède867
17.5.6 Station de surpression869
17.6 Pompages à énergie durable
870
17.6.1 Eolienne de pompage870
17.6.2 Aérogénérateur de pompage872
17.6.3 Pompage à énergie solaire873
17.6.4 Pompage par bélier hydraulique876
17.6.5 Disposition de pompage-turbinage877
17.7 Énergie hydroélectrique
878
17.8 Énergie hydrolienne
880
Chapitre 18 Coup de bélier dans les conduites881
18.1 Description du phénomène
881
18.2 Équations du phénomène de coup de bélier
882
18.3 Méthode des caractéristiques appliquée au coup de bélier
885
18.4 Calculs de la célérité
886
18.5 Calcul du coup de bélier en l'absence de pertes de charge
887
18.5.1 Cas d'un arrêt brusque des pompes887
18.5.2 Cas d'un arrêt progressif des pompes888
18.5.3 Valeur de la dépression le long de la conduite889
18.6 Prise en compte des pertes de charge
889
18.7 Protection contre le coup de bélier
890
18.7.1 Calcul avec cheminée ou réservoir d'air891
18.7.2 Estimations des surpressions, dépressions et contraintes896
Chapitre 19 Modèle physique de reproduction de phénomène903
19.1 Modèle de fonctionnement hydraulique
903
19.2 Modèle physique de la sédimentation
904
19.3 Lois de similitude
906
19.3.1 Modèle d'écoulement à surface libre907
19.4 Étalonnage du modèle
909
Chapitre 20 Exécution des travaux911
20.1 Maîtrise d'ouvrage et maîtrise d'oeuvre
911
20.1.1 Maître d'ouvrage911
20.1.2 Maître d'oeuvre912
20.1.3 Missions d'ingénierie913
20.2 Élément de missions d'ingénierie
916
20.2.1 Études préliminaires (EP)916
20.2.2 Esquisse d'investigations (ESQ)917
20.2.3 Enquêtes auprès des exploitants917
20.2.4 Analyses des besoins et des contraintes918
20.2.5 Étude des concepts d'avant-projet (AVP)918
20.2.6 Solutions techniques et enquêtes919
20.2.6.1 Solutions techniques standard (STS)
919
20.2.6.2 Enquêtes et investigations de définition des contraintes
919
20.2.6.3 Synthèse des données et cartographies
922
20.2.6.4 Plan de prévision des risques (PPR)
922
20.2.7 Études des solutions variantes924
20.2.8 Avant-projet définitif (APD) ou (AVP)924
20.2.9 Étude des ouvrages spéciaux et équipements particuliers925
20.2.10 Spécifications, plans d'exécution et de synthèse, visa925
20.2.11 Application de la charte qualité927
20.2.12 Élaboration des pièces écrites927
20.2.13 Coordination spatiale et ordonnancement928
20.2.14 Modes de dévolution des travaux928
20.2.14.1 Analyse des offres
928
20.2.14.2 Passation du marché de travaux
929
20.2.15 Direction de l'exécution des travaux930
20.2.16 Gestion financière des travaux931
20.2.17 Réception définitive des travaux932
20.3 Amélioration de la qualité des études et des travaux
934
20.3.1 Assistance à maîtrise d'ouvrage (AMO)934
20.3.2 Normes de qualité dans les études et conseils934
20.3.3 Charte qualité des chantiers935
20.3.3.1 Préceptes de qualité
935
20.3.3.2 Responsabilités des maîtres d'ouvrage et d'oeuvre
935
20.3.3.3 Responsabilités des entreprises
935
20.3.3.4 Plan d'assurance qualité (PAQ)
936
20.3.3.5 Responsabilités des fabricants et fournisseurs
936
20.3.3.6 Responsabilités des exploitants et gestionnaires
936
20.3.4 Mission de suivi et audit des chantiers937
20.3.5 Coordination sécurité et protection de la santé (CSPS)938
20.3.5.1 Mission du SPS
938
20.3.5.2 Sécurité, hygiène, environnement (SHE)
940
20.3.5.3 Modalités d'établissement du plan général de coordination (PGC)
941
20.3.5.4 Dossier d'intervention ultérieure sur l'ouvrage (DIUO)
941
20.3.6 Plan de contrôle général des travaux (PCGT)942
20.4 Logistique et organisation des chantiers
942
20.4.1 Préparation et démarrage du chantier942
20.4.1.1 interventions de l'organisme de contrôle
943
20.4.1.2 Préparation du chantier
943
20.4.1.3 Phase travaux
944
20.4.2 Logistique d'approvisionnement et de travaux944
20.4.2.1 Etude des flux d'activités
944
20.4.2.2 Démarches préalables d'ouverture de chantier
945
20.5 Installation de chantier et travaux préparatoires
946
20.5.1 Plan des installations947
20.5.2 Signalisation temporaire de chantier947
20.5.3 Catégories de signalisation948
20.5.3.1 Signalisation d'approche
948
20.5.3.2 Signalisation de position
948
20.5.3.3 Signalisation de prescription
948
20.5.4 Signalisation des chantiers mobiles948
20.5.5 Signalisation des personnes et des véhicules950
20.5.6 Distances de sécurité950
20.6 Conditions de réalisation des travaux
953
20.6.1 Modes d'approvisionnement et conditionnement953
20.6.2 Ajustement de la fréquence des livraisons953
20.6.3 Manutention manuelle des charges953
20.7 Démarrage et conduite des travaux
954
20.8 Modalités d'exécution des ouvrages
955
20.8.1 Conditions géotechniques955
20.8.1.1 Principaux désordres
955
20.8.1.2 Méthodologie de reconnaissance géotechnique
956
20.8.2 Caractéristiques des sols960
20.8.2.1 Masse volumique ou densité apparente
960
20.8.2.2 Action des forces et déformations
960
20.8.2.3 Contrainte et résistance au cisaillement
961
20.8.2.4 Compacité, porosité et teneur en eau
962
20.8.2.5 État des sols - Limites d'Atterberg
962
20.8.2.6 Indice de plasticité
963
20.8.2.7 Indice de consistance
964
20.8.2.8 Indice de liquidité
964
20.8.2.9 Estimation de la fraction argileuse
965
20.8.2.10 Classification LCPC et USCS
965
20.8.3 Protection et renaturation des cours d'eau966
20.8.4 Travaux de protection contre les inondations966
20.9 Terrassements, fondations et soutènements
967
20.9.1 Principes et règles de terrassement967
20.9.2 Mode d'exécution des fouilles969
20.9.2.1 Travaux préparatoires
969
20.9.2.2 Extraction des déblais et fouilles
970
20.9.2.3 Déblais en pleine masse ou excavation talutée
971
20.9.2.4 Calcul du volume des excavations
972
20.9.2.5 Cubature des mouvements longitudinaux
973
20.9.2.6 Cubature des fouilles en tranchées
975
20.9.2.7 Fouilles en milieu urbain
976
20.9.2.8 Fouilles blindées et étaiements
976
20.9.3 Stabilité des fouilles et soutènements980
20.9.3.1 Stabilité d'une pente
980
20.9.3.2 Mise en oeuvre d'un soutènement
981
20.9.3.3 Stabilité des murs de soutènement
982
20.9.3.4 Stabilité des fouilles non soutenues
987
20.9.4 Réutilisation des sols en remblai988
20.9.4.1 Cas de sols compressibles
988
20.9.5 Caractérisation des matériels de compactage988
20.9.6 Contrôle du compactage989
20.9.7 Comportement des canalisations en tranchée991
20.9.7.1 Méthode de calcul
991
20.9.7.2 Méthode de calcul du compactage
994
20.9.8 Dispositions relatives aux ouvrages hydrauliques995
20.10 Réunions de chantier et du CISSCT
997
20.10.1 Participants aux réunions997
20.10.2 Objectifs des réunions de chantier997
20.10.3 Diffusion des informations998
20.10.4 Réunions du collège interentreprises de sécurité, de santé et des conditions de travail (CISSCT)998
Chapitre 21 Gestion fonctionnelle et entretien999
21.1 Méthodologie générale
999
21.2 Constats de gestion et d'entretien
1001
21.2.1 Mise à jour régulière du système d'information1001
21.2.2 Outils d'exploitation1002
21.2.2.1 Nomenclature des ouvrages
1002
21.2.2.2 Fichier des matériels et technologies d'amélioration
1002
21.2.2.3 Catalogue des défauts apparents
1002
21.2.2.4 Registre d'inspection
1002
21.2.2.5 Tableau de bord
1002
21.2.2.6 Carnet de santé
1003
21.2.2.7 Fichier d'entreprises et de sous-traitants
1003
21.2.3 Pérennité des ouvrages1003
21.2.4 Pathologie des ouvrages1005
21.2.3 Opérations d'entretien1006
21.3 Exploitation et maintenance des ouvrages
1007
21.3.1 Interventions et niveaux d'entretien1007
21.3.2 Coûts d'investissement comparés1009
21.4 Hygiène et sécurité du personnel
1009
21.4.1 Les dangers et risques1009
21.4.2 Politique de prévention1009
21.5 Ressources humaines
1010
21.5.1 Astreintes et pénibilité1010
21.5.2 Formation des personnels1010
21.6 Supports cartographiques d'exploitation
1011
21.7 Démarche de qualité « exploitation »
1012
Annexes1013
Annexe A1 Unités de base appliquées à l'hydraulique1015
Annexe A2 Calculs de sections1025
A2.1 Sections trapézoïdales
1025
A2.2 Section de débit maximum
1026
A2.3 Section circulaire
1027
Annexe A3 Coefficients des formules pour les écoulements des canaux ouverts et canalisations1029
Annexe A4 Géométrie des sections1033
Annexe A5 Tables de pertes de charge dans les conduites d'eau1035
Références bibliographiques1057
Index1059