INTRODUCTION GENERALE
On défini l'adduction des eaux comme étant le
transport des eaux brutes des zones de captage aux zones d'utilisation. Les
réseaux d'adduction sont caractérisés par :
- Une étendu importante : les conditions climatiques
peuvent changer d'une zone à une autre du réseau.
- La diversité de ses composantes : réservoirs
volumineux, pompes immergées, pompes horizontales, brises charges,
vannes de régulations, stations de traitements,...
- Des diamètres relativement importants des conduites de
transfert.
L'un des indicateurs de la qualité d'eau dans ces
réseaux est le taux du désinfectant, principalement le chlore
libre. Il renseigne sur les risques de la contamination d'eau. Son absence est
la cause de l'accroissement de la densité bactérienne au niveau
du biofilms sur les parois internes des conduites, ce qui engendre la
diminution de la section de passage de l'eau et par la suite la
débitance des conduites.
Les gestionnaires des réseaux d'adduction d'eau potable
sont sensés assurer un service satisfaisant sur les plans
disponibilité et qualité d'eau. Ce n'est pas un objectif facile
en raison de la complexité de ces réseaux.
Ces difficultés éprouvées par les
responsables font de la modélisation un outil d'aide pour la bonne
gestion hydraulique et de qualité de tels réseaux. Cette
modélisation est rendue possible grâce aux progrès de
l'informatique traduit par le développement spectaculaire des moyens
informatiques.
Dans le cadre de ce travail de mémoire de
mastère, notre intérêt sera consacré à la
conception d'un modèle hydraulique et de qualité pour les
réseaux d'adduction d'eau potable, en focalisant sur la
dégradation du chlore dans l'eau transporté appelé aussi
"DECAY" et en se rapprochant au mieux de la réalité du
terrain.
Contrairement au réseau de distribution d'eau potable
et vu le caractère dynamique des mélanges des eaux, les
coefficients de la cinétique de la dégradation du chlore dans
l'eau, ne peuvent pas être considérés comme des valeurs
statiques. Pour cela, ce travail stipule que les coefficients de la
cinétique de la dégradation du chlore dans l'eau pourraient
être influencés par des paramètres à
déterminer et à étudier au cas par cas pour tenir compte
de la variabilité de ces coefficients.
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Dans le cadre de ce master nous proposons de
développer, de tester et de valider cette approche de
modélisation sur un cas réel qui est le réseau d'adduction
de la région de Bizerte par trois moyens :
- Moyen expérimental : prélèvement de 84
échantillons au niveau des sources d'eau soumis à des conditions
initiales prédéfinis et la réalisation de 831 mesures du
chlore dans l'eau par le moyen de l'appareil "Chloromètre". Ces mesures
sont la base de données de l'étude expérimentale.
- Moyen statistique : à partir des mesures
suscitées, on étudie la corrélation qui pourrai exister
entre d'une part les coefficients de la cinétique de la
dégradation du chlore et d'autre part l'origine d'eau, la
température et la concentration initiale du chlore.
- Moyen de modélisation : pour ce faire on a
opté pour le logiciel EPANET2 vu qu'il est largement utilisé dans
le monde et que ses algorithmes de calcul les plus avancés, et que son
interface graphique est conviviale et intuitive avec des possibilités de
couplage avec d'autres logiciels d'application (Rossman, 2000).
Après avoir élaborer le modèle
hydraulique du réseau d'étude, les résultats de la
simulation hydraulique en terme de débit moyens transité dans
chaque tronçon sont transmises à la feuille de calcul EXCEL
où sont introduits les équations de corrélations
suscitées pour chaque tronçon. Les coefficients de
dégradations du chlore sont alors générés
automatiquement et par la suite exportés vers le modèle
qualité d'EPANET2 pour simuler la distribution spatio-temporelle du
chlore résiduel dans l'eau.
Dans ce qui suit on présente un aperçu sur
l'organisation de ce mémoire et sur la contribution de chaque chapitre
aux objectifs recherchés. Ce mémoire est organisé en
Quatre chapitres :
Le premier chapitre est une introduction aux concepts de base
de la modélisation hydraulique. En effet, les processus de
réaction-transport à l'intérieur des conduites d'un
réseau sont gouvernés par les vitesses et les pressions. Ainsi,
la validité des résultats obtenus par le modèle de
qualité dépendra en grande partie de la fiabilité des
calculs hydrauliques. Trois sections forment ce chapitre. La première
s'intéresse à de la définition de la modélisation
en général et la modélisation hydraulique en particulier
en énumérant les phases de son déroulement. La
deuxième section s'intéresse à la formulation des
équations qui régissent les écoulements en charges et aux
équations d'équilibrage hydraulique. La dernière section
est consacrée à la méthode numérique pour la
résolution de ces équations utilisé par le logiciel
EPANET2, appelée la méthode du gradient.
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Le deuxième chapitre est consacré à
l'étude de la dégradation du chlore dans l'eau : ses processus
ainsi que des approches pour sa modélisation. Une synthèse des
aspects théorique et bibliographique de la modélisation du chlore
résiduel libre dans l'eau au niveau des réseaux sous pression est
exposée. Trois sections forment ce chapitre. La première
s'intéresse aux processus de réaction-transport
nécessaires pour la compréhension des phénomènes
liés à la modélisation de la qualité d'eau en
général. La deuxième section, s'intéresse à
une présentations bibliographique de deux approches pour la
modélisation de la dégradation du chlore libre. La
troisième section est un exposé de l'algorithme de simulation de
la qualité d'eau par l'outil informatique EPANET2.
Le troisième chapitre, est consacré à
l'attribution de ce travail dans le domaine de la modélisation
hydraulique et de la qualité d'eau pour les réseaux d'adduction
d'eau potable. Il commence par une présentation générale
de notre approche de modélisation hydraulique et de la
dégradation du chlore résiduel libre.
Parmi les données d'entrées nécessaires pour
cette approche :
- Pour le modèle hydraulique : les dimensions des
conduites et des réservoirs, les cotes NGT des extrémités
des conduites, les caractéristique techniques des groupes
électropompes ainsi que leurs modes d'asservissement, les niveaux
statiques des nappes et les modulations de la demande au noeuds.
- Pour le modèle qualité : les coefficients de
dégradation du chlore avec la masse d'eau et avec les parois des
conduite pour chaque tronçon. Ces coefficients sont
déterminés suite à l'étude expérimentale et
statistique menée dans le cadre de cette recherche.
Parmi les données de sortie des modèles
hydrauliques et de qualité developpés:
- Pour le modèle hydraulique : les débits dans
chaque tronçon ainsi que la vitesse des écoulements, la pression
aux noeuds et la variation des niveaux d'eau dans les réservoir.
- Pour le modèle de qualité : la concentration en
chlore à chaque endroit et à chaque pas de temps de l'eau
transité par le réseau de transport.
Ce chapitre s'achève par l'application de notre
approche sur un réseau existant qui est le réseau de transport
d'eau potable de la région de Bizerte
Le quatrième chapitre de ce rapport s'intéresse
à l'aspect exploitation des modèles construits. En effet ces
modèles permettent le suivi du comportement des réseaux envers
des situations prédéterminées (débits,
températures, concentrations...) par l'utilisateur, en se basant sur les
résultats des simulations.
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