Déversoir d’orage frontal à seuil haut (HU)

Traduction anglaise : High weir overflow

Déversoir d'orage dans lequel on limite le débit envoyé vers la station d'épuration par une conduite de petit diamètre ou plus généralement par un tronçon d'étranglement.

Exemple de déversoir frontal à seuil haut.

Le collecteur de départ peut partir latéralement ou se situer dans l'axe du collecteur d'arrivée, c'est à dire sous le seuil. Ces déversoirs peuvent être précédés d'une chambre tranquillisante (voir Déversoir d’orage à chambre tranquillisante (HU)). Les ouvrages de ce type présentent des avantages d'un point de vue hydraulique (régularisation des écoulements) et d'un point de vue dépollution : piégeage des matériaux transportés par charriage et éventuellement piégeage des flottants si on installe une cloison siphoïde à l'amont du seuil.

Ils peuvent par contre poser des problèmes d'entretien et de curage.

Fonctionnement hydraulique

Les déversoirs à seuil haut sont régulés par la capacité d'écoulement de la conduite aval principale (du moins tant que la capacité globale d'évacuation de l'ensemble des ouvrages n'est pas atteinte). Il n'y a donc aucune difficulté à calculer la façon dont le débit se répartit entre les deux branches aval :

• tant que le débit incident est inférieur à la capacité d'écoulement à surface libre du tronçon d'étranglement (et en l'absence d'influence aval), aucun débit n'est déversé ;
• lorsque le débit incident dépasse cette valeur, le tronçon d'étranglement se met en charge. Les pertes de charge dans ce tronçon peuvent s'exprimer par la formule universelle des pertes de charge, sous la forme :

$ ΔH=\frac{λ.V^2.L_e}{8.g.R_h} $

avec :

• $ λ $ : coefficient de pertes de charge linéaires (sans dimension) ;
• $ V $ : vitesse moyenne de l'écoulement ($ m/s $) ;
• $ L_e $ : longueur de l'étranglement ($ m $) ;
• $ g $ : accélération de la pesanteur ($ m/s^2 $) ;
• $ R_h $ : rayon hydraulique de l'étranglement ($ m $).

Si la longueur de l'étranglement est faible, il peut être nécessaire de rajouter des pertes de charge singulières dues à l'engouffrement et au divergent aval (lorsque, à la fin de l'étranglement, le tronçon aval reprend une dimension normale). En pratique, ces pertes de charge singulières sont généralement exprimées en rallongeant artificiellement $ L_e $.

En faisant l'hypothèse que l'on retrouve un écoulement à surface libre immédiatement à la sortie de l'étranglement, on peut ainsi démontrer que le déversement commencera dès que les pertes de charge deviendront supérieures à la différence entre la cote de départ de la conduite déversante et celle de l'extrados de la conduite à la sortie de l'étranglement.

Allure de la ligne d'eau et de la ligne d'énergie. Le déversement commence si $ ΔH = Z_1 - Z_2 ≥ ΔZ_0 $.

Si $ A $ est la section du tronçon d'étranglement, on peut ainsi calculer le débit incident minimum provoquant un déversement :

$ Q_{min}=V_{min}.A $ et $ V_{min}=2.\sqrt{\frac{2.g.ΔZ_0.R_h}{L_e}} $

Pour calculer la façon dont un débit supérieur à $ Q_{min} $ se partage entre les deux branches, il est généralement nécessaire de faire un calcul itératif :

• On calcule le débit dans la branche principale :

$ Q_{min}=2.A.\sqrt{\frac{2.g.ΔZ_0.R_h}{L_e}} $

• On en déduit le débit dans la branche déversante :

$ Q_{dev} = Q_{amont} - Q_{prin} $

• Connaissant $ Q_{dev} $, on calcule la hauteur d'eau dans la branche déversante au niveau du déversoir : $ Z $

• On recommence les itérations avec $ Z_{amont} = Z $ jusqu'à ce que $ Z $ et $ Z_{amont} $ soient suffisamment voisins.

Traduction anglaise : Stilling pond overflow

Cas des déversoirs à chambre tranquilisante

Sur ce type de déversoir, il est possible d'installer une chambre tranquillisante à l'amont du seuil.

Avantages des déversoirs à chambre tranquilisante

Ce type de déversoir présente plusieurs avantages :

• la présence d'une chambre d'assez grande dimension permet la décantation des matières en suspension les plus lourdes ;
• le seuil haut retient les flottants ;
• l'étranglement sur la conduite principale permet un très bon contrôle du débit amené à la station d'épuration, quel que soit le débit incident.

Règles de dimensionnement des déversoirs à seuil haut et à chambre tranquillisante d'après Balmforth & Henderson (1988).

Ces éléments justifient le fait que les déversoirs de ce type soient conseillés dans beaucoup de pays.

Condition pour éviter l'envasement

Pour éviter l'envasement, il est conseillé de vérifier les conditions suivantes

Condition 1

$ D_{min}=0{,}815.Q_p^{0{,}4} $

avec :

• $ Q_p $ : débit de pointe de période de retour 2 à 5 ans (en m3/s) ;
• $ D_{min} $ : diamètre minimum (en mètres).

Condition 2

Pente minimum de 4/1000 à l'amont du déversoir sur une longueur au moins égale à 25 fois le diamètre amont.

Bibliographie :

• Balmforth D.-J. et Henderson R.-J. (1988) : A guide for the design of storm overflow structures ; report n°ER 304E ; WRC Engineering ; Swindon ; England.