Ecoulement en charge (HU)

Traduction anglaise : Full pipe flow, Surcharged flow, Pressure or Pressurised flow

Dernière mise à jour : 18/11/2022

Écoulement qui se produit dans une conduite fermée lorsque celle-ci est pleine.

Caractéristiques des écoulements en charge

Dans une conduite en charge la section mouillée de l'écoulement est égale à la section totale de la conduite. Il existe alors une relation linéaire entre le débit et la vitesse moyenne. Les écoulements en charge sont donc beaucoup plus simples que les écoulements à surface libre. De plus si l'on néglige la compressibilité de l'eau et la déformabilité de la conduite, le débit est strictement égal à l'amont et à l'aval d'une conduite en charge. La vitesse de propagation des ondes est donc théoriquement infinie.

Les écoulements en charge dans les réseaux d'assainissement

Dans les systèmes d'assainissement, ce type d'écoulement se rencontre dans deux types de situations très différentes :

• Dans les conduites situées après les stations de refoulement. Il s'agit d'une situation normale et on parle d'écoulement sous pression ou de réseau en surpression.
• En cas de mise en charge accidentelle dans des systèmes fonctionnant normalement de façon gravitaire. Il s'agit alors d'une situation exceptionnelle qui peut poser de grosses difficultés.

Importance des mises en charge dans les réseaux gravitaires

Les écoulements en charge sont théoriquement exceptionnels dans les réseaux d'assainissement gravitaires. Ceux-ci doivent en effet être dimensionnés pour écouler à surface libre les débits correspondant à la période de retour choisie comme référence. La norme NF EN 752-2 distingue cependant les mises en charge sans débordement (lorsque la hauteur de charge est inférieure au niveau de la chaussée) et ceux provoquant des inondations (voir Figure 1). Ceci signifie en particulier qu'une collectivité ne peut pas être tenue pour responsable d'inondations de caves ou de garages dues à des refoulements par des branchements non équipés de clapets anti-retour s'il n'y a pas eu de débordement sur chaussée.

Figure 1 : Extrait de la norme NF EN 752-2.

Sur le plan pratique la situation est assez différente. D'une part les écoulements en charge peuvent apparaître relativement fréquemment du fait d'insuffisances même locale des réseaux existants. D'autre part la transition entre l'écoulement à surface libre et l'écoulement en charge est très brutale et provoque généralement de fortes surpressions, il est donc assez rare qu'une mise en charge ne s'accompagne pas d'un reflux d'eau sur la chaussée (voir Mise en charge (HU)).

Modélisation des écoulements en charge et de la transition charge-surface libre

Comme nous l'avons déjà indiqué, les écoulements en charge sont beaucoup plus simples à représenter que les écoulements à surface libre. Du fait que la section mouillée est fixée et égale à la section totale de la conduite, le débit est en effet strictement proportionnel à la vitesse et la propagation des ondes de crue est théoriquement instantanée (si on néglige la compressibilité de l'eau).

En pratique il est exceptionnel d’observer des situations stables d'écoulement en charge dans un réseau gravitaire. Les zones en charge du réseau fluctuent dans l'espace et dans le temps et c'est la représentation des transitions charge-surface libre qui pose de grandes difficultés. La plupart des modèles hydrauliques utilisent des artifices qui permettent de simplifier le problème en traitant de la même façon les écoulements en charge et les écoulements à surface libre (voir Fente de Preismann (HU)). Les modèles de ce type négligent l'influence prépondérante, au moment de la transition, de l'air piégé dans la partie supérieure de la conduite. Cet aspect est traité dans l'article Mise en charge (HU).