5 - Conception des réseaux de distribution d'eau potable

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5 - Conception des réseaux de distribution d'eau potable

Nota : les articles du site www.eauxpotables.com sont rattachés à la législation luxembourgeoise et tracent les grandes lignes de l'approche luxembourgeoise en matière d'alimentation en eau potable.

La présentation qui suit résume les exigences essentielles de la réglementation en vigueur en matière de distribution de l'eau potable. L'objectif principal de ces lignes directrices est de maintenir la qualité de l'eau distribuée, c. à d. de concevoir le réseau d'eau potable de façon à ce qu'aucune pollution ne puisse se produire. Ce document est complémentaire au guide de conception des réservoirs d'eau potable.

La présentation aborde les thèmes suivants : les facteurs de dégradations de la qualité de l'eau liés à la conception et à l'exploitation du réseau, la configuration du réseau, son dimensionnement pour le cas d'incendie, la protection sanitaire du réseau public, la distribution par surpression, les regards de vannes, les différents matériaux et les pressions de service, les normes et les directives se rapportant aux règles de l'art.

Guide de conception d'un réseau de distribution d'eau potable [version 06/11/07]

Réflexions complémentaires au guide de conception :

Contrairement à une opinion largement répandue dans les services techniques, la réalisation systématique de regards à chaque croisement de conduites est fortement déconseillée. En effet, l’état général des regards en service montre que ces ouvrages coûteux et difficiles à entretenir ne facilitent guère le travail du personnel exploitant et ne contribuent ni à la fiabilité du service de distribution ni au maintien de la qualité de l’eau distribuée. En l’occurrence, il est préférable de poser les vannes sous voirie tout en utilisant des robinets de haute qualité avec revêtement de protection en époxy ou en émail. Toutefois, si la construction d’un regard s’impose pour des raisons techniques, il est préconisé d’exécuter l’ouvrage tout entier en béton C30/35 hydrofuge selon le principe de la cuve étanche en béton (« weiße Wanne »), conformément aux recommandations de la fiche technique W355 du DVGW. En effet, un ouvrage composé de briques est par nature perméable aux eaux de ruissellement.

Cependant, la construction de regards de vannes est justifiée dans des cas spécifiques tels que :
- la désaération automatique d'un point haut du réseau de distribution,
   - la vidange du réseau au point bas,
    - le zonage du réseau avec comptage de la consommation,
- la convergence de plusieurs conduites maîtresses avec groupement de vannes,
   - l'installation d'un dispositif pour augmenter ou pour réduire la pression,
    - l'installation d'un dispositif permettant d’accéder aux conduites pour les opérations de nettoyage et de désinfection.

En ce qui concerne le matériau des adducteurs de grande section, il convient de préciser que son choix se fait en fonction du diamètre requis, du coût de revient de la canalisation (coûts de fourniture et de mise en œuvre), des contraintes de l’ouvrage (pression intérieure, charges extérieures, nature du sol, paramètres physico-chimiques de l’eau) et des obligations éventuelles de fourniture en vertu de dispositions conventionnelles.

Les tuyaux en acier ont la qualité de pouvoir absorber des efforts très importants sous faible épaisseur (donc faible poids). Ces tuyaux présentent en contrepartie le défaut d’être très sensibles à la corrosion externe et doivent donc être placés sous protection cathodique. De même, tout défaut qui survient lors de la pose de la ligne (l’absence de procédures de mise en œuvre ou l’application non-correcte de ces procédures) peut avoir des conséquences néfastes sur la longévité de l’ouvrage. C’est pourquoi, le choix de l’acier exige le recours à des entreprises spécialisées en la matière, élément fondamental de la réussite du chantier. Aussi cette exigence entraîne-t-elle un coût de construction élevé par rapport aux autres matériaux comme la fonte ductile.

D'autre part, la fonte ductile présente de par sa constitution et la vaste gamme de revêtements de protection de ses parois de grandes garanties contre la corrosion et sa longévité est bien connue. L’assemblage par emboîtement des tubes est une technique sûre et éprouvée et à la portée d’un cercle plus vaste d’entreprises (de terrassement), ce qui a une répercussion favorable sur son coût de revient. Pour les tuyaux de grande dimension, le poids constitue par contre indéniablement un facteur limitatif de leur emploi en faveur de l’acier.

C’est ainsi que l’acier est généralement employé pour les lignes de grande dimension (DN500 à 1200 mm), pour le passage en fortes pentes, des terrains très accidentés et des zones de haute pression où le choix de l’acier est incontestable, tant sur le plan technique que financier, et la technique du chantier de pose bien adapté. En outre, la soudabilité de l’acier permet la réparation de fuites sous pression de service sans devoir pratiquer un arrêt d’eau sur une conduite maîtresse ou une interruption de l’approvisionnement d’un abonné prioritaire. En revanche, les tuyaux en fonte ductile sont particulièrement intéressants pour les diamètres courants (DN100 à 300 mm), les tronçons moins accidentés et les lignes droites du tracé où la fonte ductile offre un coût de revient sensiblement inférieur à l’acier.

L'emploi du PVC et du PEHD se limite généralement aux réseaux de distribution locaux. Le guide ci-devant fournit de plus amples renseignements.

Signalons encore que les conduites d'eau horizontales sont exécutées avec une légère pente vers les ventouses et les robinets purgeurs. En effet, la pente minimale de 5 mm par mètre (0,5%) généralement préconisée par les directives permet la vidange complète du réseau et évite que des poches d’air réduisent la section libre et, donc, la capacité de transport des conduites.

La formation de dépôts préjudiciables à la qualité bactériologique de l’eau de même qu’à la longévité du réseau (phénomènes de corrosion et réduction de la capacité de transport) conduit à éviter les vitesses inférieures à 0,5 m/s à l'heure de pointe journalière. Se référer également à la formule de calcul ci-après pour les vitesses d'écoulement et les coefficients de rugosité recommandés :

Formule de calcul de la capacité de transport d'une conduite

D'après la formule de Strickler, la capacité de transport d'une conduite est fonction du diamètre nominal exposant huit tiers. Il en résulte, pour des pertes de charge identiques, les équivalences suivantes :
    - DN100 ≈ 2×DN80,
- DN150 ≈ 3×DN100,
   - DN200 ≈ 2×DN150,
- DN250 ≈ 2×DN200,
   - DN300 ≈ 3×DN200.

Finalement, la norme DIN EN 1717 et la directive DVGW W400 donnent les limitations suivantes en matière de la durée de séjour de l'eau dans les réseaux :
- critère de dimensionnement : temps d'écoulement limité à 7 jours entre la production (dernier traitement de désinfection) et le robinet du consommateur,
- après 1 mois de stagnation, il est recommandé de purger entièrement l'infrastructure dont question (en règle générale, il est recommandé de faire écouler 3 fois le volume contenu dans l'infrastructure dont question),
- après 6 mois de stagnation répétée, il est recommandé de fermer le tronçon dont question (vanne, robinet), puis de le vidanger et le maintenir hors service (rinçage et désinfection avant le remise en service),
- si au bout de 12 mois, l’infrastructure n’est pas remise en service, il est recommandé de couper tout simplement le système dont question, pour qu'une remise en service ne soit plus possible.

Se référer également à la note sur la maîtrise de la qualité de l'eau potable dans les conduites à faible vitesse d'écoulement.

Applications hydrauliques pour la calculatrice scientifique HP48GX

Applications hydrauliques destinées aux nostalgiques de la calculatrice scientifique HP48GX produite entre 1993 et 2003. La bibliothèque comprend un programme de calcul des pertes de charges dans une conduite d'eau sous pression et un programme de calcul de réseaux de distribution maillés alimentées par un réservoir unique ou par deux réservoirs en parallèle. Outre sur la calculatrice proprement dite, ces programmes tournent parfaitement sur les émulateurs pour les systèmes d'exploitation Linux, Windows, macOS, Android et iOS, notamment Emu48 pour PC et iPH48 pour iPad/iPhone, et ce avec des vitesses d'exécution nettement accrues, ce qui les rend particulièrement mobiles pour les usages professionnels.

Anwendungsprogramme für den wissenschaftlichen Taschenrechner HP 48GX (1993-2003), welche es ermöglichen, hydraulische Berechnungen von Druckleitungen und vermaschten Versorgungsnetzen (ein oder zwei Behälter) auf Rechnern für die Betriebssysteme Linux, Windows, macOS, Android und iOS, und insbesondere Emu48 für PC und iPH48 für iPad/iPhone durchzuführen. Diese Emulatoren rechnen erheblich schneller als der tatsächliche Rechner, so dass die Anwendungen bis zu einem gewissen Grad für den professionellen Einsatz geeignet sind.

Notice d'utilisation [version révisée 14/06/21] :

Fichier programme [version révisée 10/05/21] : Librairie HYDR

Application hydraulique pour la calculatrice scientifique HP15C

Programme de modélisation d’une conduite d’eau circulaire sous pression destiné aux nostalgiques de la calculatrice scientifique HP15C produite entre 1982 et 1989, rééditée en 2011 par Hewlett-Packard et proposée depuis 2015 en nouvelle version par SwissMicros. Outre sur la calculatrice proprement dite, ce programme tourne parfaitement sur les multiples émulateurs pour téléphones portables, ce qui le rend particulièrement mobile pour les usages professionnels.

Notice d'utilisation et séquence du programme [version 14/06/21] :