Méthodes de dimensionnement des collecteurs et canaux (HU) : Différence entre versions
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Méthode de calcul du débit à prendre en compte et des dimensions nécessaires pour les ouvrages hydrauliques d'écoulement (biefs aménagés, canaux et conduites). | Méthode de calcul du débit à prendre en compte et des dimensions nécessaires pour les ouvrages hydrauliques d'écoulement (biefs aménagés, canaux et conduites). |
Version du 1 décembre 2022 à 16:32
Traduction anglaise : Design méthods for pipes and channels
article en chantier
Dernière mise à jour : 01/12/2022
Méthode de calcul du débit à prendre en compte et des dimensions nécessaires pour les ouvrages hydrauliques d'écoulement (biefs aménagés, canaux et conduites).
Sommaire
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Principes de base
Le choix des dimensions à associer à un ouvrage constitue l'un des éléments du processus de conception des ouvrages. Souvent perçu par les ingénieurs comme le principal, il ne doit cependant pas être effectué indépendamment des autres choix : forme de la section, nature des matériaux, etc. Les différentes étapes présentées ci-dessous sont bien évidemment successives, mais le processus lui-même doit être considéré comme itératif, chaque étale pouvant remettre en cause les choix effectués aux étapes précédentes.
Choix du niveau de protection
Même si les observations mondiales montrent qu'il existe certainement pour une durée donnée une hauteur maximale de pluie possible (voir Pluie maximum probable (HU)), celle-ci est tellement supérieure à celles usuellement observées (même pour des périodes de retour rares), qu'il est impossible de dimensionner les ouvrages pour ces conditions. Il est donc nécessaire de rechercher, de façon plus ou moins explicite, un compromis technico-économique entre « l’aspiration à une protection absolue, pratiquement irréalisable, et le souci de limiter tant le coût d’investissement que les sujétions d’exploitation » (Ministères, 1977).
Nota : La notion de recherche de compromis, ne doit pas être confondue avec celle, plus technocratique et beaucoup plus irréaliste, de recherche d'un optimum économique, qui minimiserait un « coût global », évalué comme la somme des coûts objectifs (d'investissement et de maintenance) et de l'espérance mathématiques des coûts associés aux dysfonctionnements (voir Analyse coût bénéfice / ACB (HU)).
Le niveau de protection choisi est normalement du ressort de la collectivité maître d'ouvrage. Il devrait logiquement tenir compte des enjeux, c'est à dire des conséquences possibles d'un débordement, aspect qui doit d'ailleurs obligatoirement être traité (voir § "Fonctionnement en cas de sous-dimensionnement"). L'Instruction technique de 1977 préconisait par exemple d'augmenter la période de retour de protection au fur et à mesure que l'on allait vers l'aval (et donc que les débits, donc les risques en cas de débordement) augmentaient. De même, les fréquences maximales d’inondation prescrites par la norme NF EN 752-2 (aujourd'hui annulé) étaient différentes selon la situation des ouvrages (figure 1).
Calcul du débit nominal
Dans la plupart des cas, la période de retour choisie comme référence est transformée en débit nominal en utilisant l'une ou l'autre des méthodes présentées dans le paragraphe suivant. De façon pratique, dimensionner l'ouvrage uniquement en fonction d'un débit suppose de façon implicite qu'il existe une relation univoque entre le débit et la section de l'écoulement, c'est à dire, le plus souvent que les conditions hydrauliques sont celles d'un écoulement permanent uniforme, conditions que l'on n'observe que très rarement dans les réseaux ou dans les rivières pendant les périodes de crue.
Choix du type d'écoulement
c'est à dire, pour le débit nominal, envisage-t-on un ouvrage qui est, pour le débit nominal retenu, en charge ou à surface libre.
Choix du type de section, de la pente et des dimensions
circulaire, rectangulaire, ovoïde, trapézoïdale en cas d'écoulement à surface libre ; nature du matériau et rugosité ; lien avec le mode de fonctionnement (charge/surface libre)
contraintes à prendre en compte (vitesse min et max)
Analyse du fonctionnement pour des conditions hydrauliques différentes des conditions nominales
Fonctionnement pour des situations courantes
différentes situations pluvieuses à prendre en compte ; importance de prendre en compte le fonctionnement dans toutes les situations (autocurage, odeurs, ...)
Fonctionnement pour des situations extrêmes
obligation réglementaire ; devenir des eaux débordantes
Autres situations possibles
influences aval, mises en charge, variations brutales de débit
Méthodes utilisables
Choix des données de calcul
Choix des données pluviométriques
Notion de pluie dimensionnante liens avec temps de concentration et lag time ; ; où trouver les données ; insuffisances des données de l'IT77 ; adaptation des données à la surface ; prise en compte du changement climatique
Choix du coefficient de ruissellement
renvoi à l'article sur les méthodes de calcul ; évolution dans le temps ;
Choix du modèle hydrologique
Méthode rationnelle
rappel rapide et renvoi sur l'article : avantage et inconvénients
Méthode de Caquot
rappel rapide et renvoi sur l'article : avantage et inconvénients
Modèles de simulation hydrologique
projets amont : pluie de projet + modèle du réservoir linéaire
renforcement de réseau : outils de simulation réseau
Critères de choix
stade du projet (de l'étude préliminaire à l'APD) ; enjeux
Du débit aux dimensions
choix du couple pente/section
critères de choix
Choix du modèle hydraulique
écoulement permanent uniforme ; débit d'une conduite en fonction du remplissage ; choix de la rugosité