Assainissement sous vide

L’assainissement sous vide

Licence Professionnelle :

Gestion de l’Assainissement en Milieu Urbain

Promotion : 2012/2013

Mémoire

Stage d’initiation en Entreprise (SE)

Titre du mémoire

L’Assainissement sous vide

Présenté par :

- Hassan EL MADI- Abdelali AMADAR

Encadrant : Pr. Imad fars ITTOUNI, Faculté des Sciences Semlalia, Marrakech

Soutenu le ...../04/2013, Devant les membres du jury

- Pr. Prénom + Nom, Faculté des Sciences Semlalia, Marrakech




Année universitaire 2012/2013

Mémoire bibliographique (LP-GAMU 2013) Page 1


REMERCIEMENTS

Avant tout développement sur cette expérience professionnelle ,il apparaît opportun

de commencer nos remerciements par ALLAH qui par sa grâce et son infinie bonté nous a

permis de réaliser ce présent travail. Ainsi il m’est particulièrement agréable d’exprimer

mes vifs remerciements et ma profonde gratitude à toute personne qui nous avons aidée,

de loin ou de prés, pour réaliser ce travail.

Mes remerciements sont également adressés à notre professeur Imad Fars ITOUNI,

pour sa compréhension, son engagements, ses conseils qui étaient d’une aide

inestimable, sa disponibilité et son soutien dans notre recherche d’informations lors de

l’élaboration du rapport.

Nos remerciements vont également à toute l’équipe pédagogique de la formation

LP-GAMU et en particulier, le responsable de la formation M. Boujamaa IMZILN pour ses

efforts considérables en matière de gestion et organisation des cours durant l’année de

formation.

Notre profonde gratitude et hommages les plus respectueux aux membres de jury

qui ont accepté de participer à l’évaluation de ce travail.

TABLE DES MATIERES



REMERCIEMENTS.......................................................................................................................................1

TABLE DES MATIERES...............................................................................................................................2

LISTE DES ABREVIATIONS ET DES SYMBOLES.................................................................................3

LISTE DES FIGURES...................................................................................................................................5

LISTE DES TABLEAUX................................................................................................................................5

INTRODUCTION...........................................................................................................................................6

I. HISTORIQUES :....................................................................................................................................8

II. LE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN RSV :.....................................................................10

III. SYSTEMES D’ASPIRATION :........................................................................................................13

III .1 Les vannes ou valves :........................................................................................................13

III .2 Les unités de contrôle ou activateurs :................................................................................14

III .3 Les bâches de transfert ou regard de collecte :..................................................................15

III .4 Les canalisations :...............................................................................................................16

III .5 La centrale de vide :............................................................................................................17

III .5.1 Les pompes à vide :...............................................................................................................18

III .5.2 Les pompes de refoulement :................................................................................................18

IV. LES CRITERES DE CHOIX D’UN RSV :.....................................................................................19

V. LES CARACTERISTIQUES D’UN RSV :.........................................................................................19

VI. LA CONCEPTION D’UN RSV :......................................................................................................21

VI.1 Dimensionnement du réseau :.............................................................................................21

VI.1.1 Disposition générale :.............................................................................................................21

VI.1.2 Débit à prendre en compte :..................................................................................................21

VI.1.3 Calcul des pertes de charges et dimensionnement des canalisations :..........................21

VI.1.4 Les paramètres de conception des conduites principales :...............................................23

VI.1.5 Limites du système :...............................................................................................................25

VI.2 Dimensionnement de la station de vide :.............................................................................25

VI.2.1 Pompes de refoulement :.......................................................................................................25

VI.2.2 Pompe à vide :.........................................................................................................................26

VI.2.3 Cuves de stockage et de réserve de vide :..........................................................................26

VII. EXPLOITATION ET MAINTENANCE :.......................................................................................29

VIII. LA COMPARAISON ENTRE LE RSV ET LES AUTRES RESEAUX :................................30

IX. LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS D’UN RSV :.....................................................31

X. LES PROJETS REALISES AU MAROC :....................................................................................32

X.1 Le projet « Marina Saidia » :.................................................................................................32

X.2 Le projet « Marina Bouregreg » :..........................................................................................33



CONCLUSION..................................................................................................................................................35

BIBLIOGRAPHIE...............................................................................................................................................36

ANNEXES.....................................................................................................................................................37

ANNEXE 1 : Principe de fonctionnement d’un réseau d’assainissement sous vide...........................38

ANNEXE 2 : Réseau d’assainissement sous vide..................................................................................39

ANNEXE 2 : ETUDE DE CAS....................................................................................................................40

LISTE DES ABREVIATIONS ET DES SYMBOLES



ABS : la fibre de verre revêtement époxy ;

D : Dénivellation (m) ;

H : Hauteur de relèvement (m) ;

HMT : Hauteur Manométrique totale (m) ;

Hs : Hauteur statique (m) ;

Hv : Hauteur due au vide (m) ;

i : Pente (m/m) ;

J : Perte de charge linéaire (m/m) ;

L : Longueur (m) ;

Lmax : Longueur maximal (m) ;

NGF : nivellement général de la France ;

P : Puissance (kW) ;

Pa : Pascal unité de mesure de pression ;

Pa : Pression atmosphérique (kPa) ;

PEHD : Polyéthylène haute densité ;

Pmax : Pression maximum (kPa) ;

Pmin : Pression minimum (kPa) ;

Pmoy : Pression moyenne (kPa) ;

PN : Pression nominal ;

Po : Pouce unité de mesure 1po= 25,4mm ;

PVC : Polychlorure de vinyle ;

Qamax : Débit de pointe de l’air dans la

canalisation (m3/h) ;

Qemax : Débit de point de l’effluent (m3/h) ;

Qs : Débit des pompes de refoulement

(m3/h) ;

Qv : Débit des pompes à vide (m3/h) ;

RGC: Réseau Gravitaire Conventionnel ;

RSP : Réseau Sous Pression ;

RSV : Réseau Sous Vide ;

V : Volume total de la cuve (m3) ;

Vo : Volume des canalisations contribuant à la

réserve de vide (m3) ;

Ve : Volume nécessaire au stockage des

effluents (m3) ;

Vr : Volume nécessaire à la réserve de vide

dans le système (m3) ;

VV : Volume nécessaire à la réserve de vide

dans la cuve (m3) ;

Zr : Nombre de démarrages admissibles par

heure des pompes de refoulement ;

Zv : Nombre de démarrage admissible par

heure d’une pompe à vide ;

ΔH : Hauteur de remontée (m) ;

ΔP: Pertes de charge (m) ;

: Diamètre (m).



LISTE DES FIGURES

Figure 1 : TYPES DES RÉSEAUX DE L’ASSAINISSEMENT..........................................................................5

Figure 2 : Les profils de réseaux sous vide.......................................................................................7

Figure 3: schéma général d’un réseau d’assainissement sous vide..................................................9

Figure 4 : Le modèle de poste de vanne d'interface résidentiel d’Airvac (modèle D)...................10

Figure 5: schéma de fonctionnement d’une valve............................................................................12

Figure 6: principe de fonctionnement d’une vanne et de son contrôleur.........................................13

Figure 7: Schéma d’une bâche de transfert.....................................................................................14

Figure 8: Conduite en dents de scie................................................................................................15

Figure 9: La station centrale de collecte sous vide d’Airvac..........................................................16

Figure 10: Le réseau d'égouts sous vide comparé au réseau de distribution d'eau potable...........18

Figure 11: Schéma d’une remontée. [3]...........................................................................................21

Figure 12 : le profile d’une conduite principale sous vide................................................................23

Figure 13: La mise en œuvre de RSV à « Marina Saidia »..............................................................31

Figure 14: Le plan de réseau de l’assainissement sous vide du port de plaisance Bouregreg.......32

Figure 15: deux pompes de refoulement de RSV « port de plaisance Bouregreg »........................33

Figure 16: Trois pompes à vide (central à vide du port de plaisance Bouregreg)...........................33

Figure 17: La mise en œuvre du RSV du port de plaisance Bouregreg..........................................33

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Le débit maximum selon le diamètre des conduites principales................................20

Tableau 2 : Pente des conduites entre deux relèvements...............................................................21

Tableau 3 : Hauteur de relèvement selon le diamètre de la conduite...........................................21

Tableau 4: la comparaison entre le RSV, RGC et RSP...................................................................27

Tableau 5: Les avantages et les inconvénients d’un réseau sous vide...........................................28



INTRODUCTION

L’assainissement vise différents objectifs :

Préserver la santé des citoyens ;

Protéger les ressources en eau, ses usagés et les milieux aquatiques

associés ;

Prévenir le risque d’inondation en ville.

Dans cette perspective, des niveaux de services du système d’assainissement ont

été définis, modulant les exigences de performances selon les critères économiques ainsi

les conditions météorologiques, démographique, topographiques, hydrogéologiques et

géologiques du site à desservir.

Au Maroc, la collecte des eaux usées est assurée souvent par le système gravitaire

malgré que ce dernier présente des inconvénients majeurs dans certains cas (la difficulté

d’implantation, l’exfiltration vers la nappe, coût de construction très élevé…etc.), d’où vient

la nécessité de faire appel à de nouvelles techniques alternatives telles que les réseaux

sous vide.

Figure 1 : TYPES DES RÉSEAUX DE L’ASSAINISSEMENT

Source :(guide technique de la société d'experts-conseils E.A.T. Environnement)


Les types des réseaux de l’assainissement

Gravitaire

RG conventionnel

RG à faible diamètre

Sous pression

Avec pompes sur effluents de fosses

septiques

Avec pompes broyeuses

Sous vide


Dans un souci de traiter un sujet pas encore très évoqué et étudié à l’échelle

nationale, on a choisi comme intitulé à notre mémoire bibliographique : L’Assainissement

sous vide. Le principe de fonctionnement, la conception, l’exploitation ainsi que les

avantages de ce système par rapport aux autres seront traités dans ce mémoire. Ce

dernier comprendra aussi à sa fin un exemple concret d’application de ce système au

Maroc.



I. HISTORIQUES :

C'est au milieu du dix-neuvième siècle que Charles Liernur a développé le concept

d'un système de collecte des eaux usées sous vide. Le profil des conduites était en

dents de scie (figure 1) et le système était opéré manuellement. Ce type de réseau

sous vide a été installé en Hollande, en France, en Russie et en Angleterre.

Plusieurs de ces systèmes desservaient de grands territoires et ont été utilisés

pendant plusieurs années. Par exemple, le réseau sous vide construit en 1892 à

Trouville sur Mer, en France, a fonctionné pendant 95 ans, jusqu'en 1987. Après

Liernur, Le Marquand, Gandilon, Chappee et Berlier ont conçu des réseaux de collecte

sous vide. Le premier système moderne a été mis au point par Joël Liljendahl

(Électrolux) qui a inventé une vanne d'interface automatique permettant d'aspirer les

eaux usées. En 1959, le premier réseau d'égouts résidentiel de ce type a été mis en

place, en Suède. Les réseaux de Liljendahl fonctionnaient avec des toilettes sous

vide. [1]

Le premier réseau sous vide français, dans la formule technique actuelle, date de

1971. La France coptait en 1992 une cinquantaine de réseaux d’assainissement sous

vide, dont 2 aménagements de pontons de bateaux, près de la moitié de ces réseaux se

trouve en Aquitaine, région où la topographie et la présence d’une nappe phréatique

élevée sont des conditions favorables au choix de ce système. [2]



Les étapes de développement des RSV :


Figure 2 : Les profils de réseaux sous vide


Source: Foreman, Bnan E. (1990). Flow Reghaes in Vacuum Sewerage System. East Midlands Branch Institution of Water and Environmental Management.

II. LE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN RSV :

Source : http://quavac.com/products/vacuum/sewerage/

Un réseau d'assainissement sous vide est un système de collecte d'eaux usées qui se compose de deux parties ayant des fonctions distinctes :

Le tronçon gravitaire traditionnel (1), depuis le domicile de l'usager jusqu'au

regard de transfert ou la vanne d’interface (2) où est située la valve de

transfert.


Figure 3 : schéma général d’un réseau d’assainissement sous vide

[3], [6], [7].

http://quavac.com/products/vacuum/sewerage/


Le réseau étanche en dépression ou "sous vide" (3), depuis le regard de

transfert(2) jusqu'à la centrale de vide(5) où sont situées les pompes à vide

et les pompes de refoulement

Le transport des eaux usées par un système sous vide se fait par 4 étapes

principales :

Première étape:

Les eaux usées d'au plus quatre résidences coulent dans le réservoir du poste

de vanne d'interface (fig.4) par des conduites gravitaires de 100 mm . Chaque

résidence possède sa propre conduite gravitaire.



Figure 4 : Le modèle de poste de vanne d'interface résidentiel d’Airvac (modèle D)

Source: Airvac (1989). Manuel de conception.

Deuxième étape:

Les eaux usées s'accumulent dans le réservoir jusqu'à un niveau précis

(généralement 12,5 cm) au-dessus de la base du conduit de détection. La pression, d’air

ainsi créée dans la conduite de détection se transmet dans un tube flexible à l’unité de

contrôle de la vanne d’interface (fig.4). la pression d'air admise à l'intérieur de l'unité

de contrôle provoque l'ouverture d'un conduit reliant la conduite sous vide à la

vanne; la succion exercée ouvre la vanne ;un différentiel de pression crée dans la



centrale de vide par des pompes à vide aspire le contenu dans une conduite principale

sous vide.

Troisième étape:

Les eaux usées sont transportées dans la conduite principale sous vide avec une

vitesse de 4,5 à 5,5 m/s, cette conduite est posée en dents de scie ((3) fig. 3) pour

assurer un vide (dépression) adéquat à la fin de chaque conduite. la vanne d'interface se

referme lorsque la pression diminue à l'entrée de l'unité de contrôle; la durée du

processus est ajustée par une petite vanne à pointeau.

Quatrième étape:

Les eaux usées transportées par le réseau sont collectées dans un réservoir de

stockage ((4) fig.3). Lorsque ce dernier est remplit, les eaux usées vont être évacué vers

une station d’épuration ou un réseau conventionnel par des pompes de refoulement ((6)

fig.3).

Il faut signaler que la seule source d’énergie utilisée pour l’ouverture est celle due à

la différence de pression entre le vide crée dans les canalisations et la pression

atmosphérique.il n’y a pas de branchement électrique au niveau des bâches de transfert

(les vannes d’interface).

III. SYSTEMES D’ASPIRATION :

III .1 Les vannes ou valves :


[3], [2], [8]


Figure 5 : schéma de fonctionnement d’une valve.

Source : BREMOND, B., GARNIER, .C, 1986, Assainissement sous vide, étude technico-

économique Division Hydraulique du groupement de Bordeaux.

Les valves notamment utilisés en France comportent deux parties (fig. 5) :

Un corps de valve, dans lequel se déplace un piston ;

Une tête de valve, séparée en deux chambres par une membrane. La chambre

supérieure est reliée soit à la canalisation sous vide, soit à la pression

atmosphérique par (1), tandis que la chambre inférieure est maintenue à la

pression atmosphérique par (2).

Il faut signaler que suivant le type de système commercialisé, la section de passage

des valves varie de 2,5 pouces (63 mm) à 3 pouces (76 mm). Certaines valves peuvent

être équipées de compteur.

III .2 Les unités de contrôle ou activateurs :



Source : BREMOND, B., GARNIER, .C, 1986, Assainissement sous vide, étude technico-économique Division

Hydraulique du groupement de Bordeaux.

Ils déclenchent l’ouverture et la fermeture de la vanne. La variation du niveau des effluents est mesurée dans un tuyau sondeur (fig. 6) en (3).

L’élévation du niveau provoque dans ce tube une augmentation de la pression qui

agit sur des jeux de membranes placées dans le contrôleur. Lorsque la poussée

correspondant au niveau maximum autorisé de l’effluent dans la bâche est atteinte, la tête

de la valve (1) est mise en communication avec le vide en (4) puis, après temporisation,

avec la pression atmosphérique en (5).

Cette temporisation réglable permet de fermer la valve après le passage complet des

effluents. Ainsi, une certaine quantité d’air, indispensable au transport de l’effluent, est

admise dans le système et le piston se referme sur de l’air ce qui minimise les risques de

blocage.

III .3 Les bâches de transfert ou regard de collecte :

Elles sont constituées d’un ou de deux regards (fig.7).


Figure 6 : principe de fonctionnement d’une vanne et de son contrôleur.


Source : BREMOND, B., GARNIER, .C, 1986, Assainissement sous vide, étude technico-économique Division

Hydraulique du groupement de Bordeaux.

L’intérêt de la configuration comportant deux regards, le puisard de stockage et la

chambre de la vanne, est que la valve et le contrôleur sont isolés de l’effluent, ce qui

facilite les opérations de maintenance. D’autre part, l’encombrement en largeur est réduit.

La prise d’air à la pression atmosphérique (5) se fait le plus souvent à l’extérieur

quoique la couverture du regard ne soit pas étanche. Si la tête de la valve en (2) est reliée

à cette prise, la vanne est submersible.

On peut prévoir une vanne à l’amont de la valve pour faciliter son démontage, ainsi

qu’une vidange manuelle. En l’absence de ce dispositif, on peut provoquer le

fonctionnement de la valve en aspirant dans le tuyau qui relie le contrôleur à la tête de la

valve en aspirant dans le tuyau qui relie le contrôleur à la tête de la valve en (1).

III .4 Les canalisations :

Puisque le vide est maintenu dans les canalisations, le réseau doit être parfaitement

hermétique et étanche à l’air. Les canalisations sont en général en PVC 10 bars à joints

collés. Certains fabricants proposent des joints spéciaux admettent la dépression dans les

canalisations. Quelques réseaux sont réalisés avec du polyéthylène haute densité(PEHD)

PN 10, comme celui du Tasta en Gironde, pour des raisons de forte instabilité du terrain.

Dans ce cas, les raccords entre les canalisations se font avec des manchons électro -

soudables. En général, le polyéthylène entraine un surcoût important, de l’ordre de 50%,

car le cout du matériau est plus cher que le PVC et un délai de 30 mn est nécessaire

après chaque soudure avant de continuer le chantier. Notons qu’en Allemagne, tous les

réseaux sont réalisés en PVC, tandis qu’en Suède, seul le polyéthylène est utilisé. Aux

USA, au Canada et Allemagne, le PVC à joints caoutchouc est mis en place et donne

entière satisfaction. Au Canada, d’autres matériaux sont parfois utilisés, comme l’ABS ou

la fibre de verre revêtement époxy.


Figure 7 : Schéma d’une bâche de transfert.


Figure 8 : Conduite en dents de scie

Source : http://www.airvac.com/how_works_vmain.htm

III .5 La centrale de vide :

La station centrale de collecte sous vide est le cœur d'un réseau d'égouts sous

vide. Elle maintient le vide dans les conduites, agit comme point central de collecte

des eaux usées et sert de poste de pompage de refoulement des eaux vers une

station d'épuration ou vers une conduite gravitaire conventionnelle.



Figure 9 : La station centrale de collecte sous vide d’Airvac.


Les principaux équipements d'une station centrale de collecte sous vide sont les

pompes à vide, les pompes de refoulement, une génératrice, un réservoir de collecte

et un réservoir sous vide, les contrôles, les alarmes et les jauges. La figure (9) illustre

une station centrale de collecte sous vide. Pour les petits systèmes, les différentes



composantes peuvent être montées en usine sur une structure et transportées sur le

site. Le tout est installé dans un bâtiment.

III .5.1 Les pompes à vide :

Les pompes à vide produisent la pression négative nécessaire au transport des

eaux usées dans les conduites sous vide. La plage optimale de pression négative pour

opérer un réseau sous vide se situe entre 40 et 50 centimètres (16 à 20 po) de

mercure. Les pompes doivent être capables de fournir une pression négative ultime

de 744 centimètres (29,3 po) de mercure au niveau de la mer et d'opérer de façon

continue; cette capacité supérieure devient utile lors des interventions sur le réseau.

Deux pompes sont nécessaires pour assurer un fonctionnement en alternance. Des

vannes d'arrêt permettent l'entretien de l'une ou l'autre des pompes.

III .5.2 Les pompes de refoulement :

Ces pompes sont nécessaires pour refouler, vers le site de traitement ou vers un

autre ouvrage de transfert, les eaux usées qui sont aspirées dans le réservoir de

collecte par les pompes à vide.

Deux pompes sont nécessaires pour assurer un fonctionnement en alternance.

Les pompes utilisées sont des pompes d'eaux usées horizontales capables de faire

passer des solides de 75 millimètres (3 po). Les pompes doivent être certifiées par

le manufacturier pour une utilisation en réseau sous vide. Un temps de marche

minimum de deux minutes est fixé de façon à minimiser le nombre de départs et ainsi

diminuer l'usure des pompes.

IV. LES CRITERES DE CHOIX D’UN RSV :


[5]


L'implantation d'un RSV comme réseau de collecte d'égout d’une municipalité

comporte au moins 50 résidences, doit être envisagée lorsque les contraintes suivantes

sont présentes :

Terrain plat et nappe souterraine élevée ;

Zones proche de lacs, de rivières, de la mer et dans des régions souvent inondées ;

En zones de captage d’eau potable ;

Pente du terrain trop forte et contre pente importante ;

En zones résidentielles où le débit des eaux usées est très variable;

Conditions géotechniques difficiles, par exemple sous-sol argileux, rocheux,

instable et faible portance du sol ;

Raccordement de zones avec des bâtiments récemment construits ;

Aires écologiquement sensibles.

V. LES CARACTERISTIQUES D’UN RSV :

Un réseau d’assainissement sous vide est ainsi caractérisé par :

Absence de prétraitement ;

Transport des effluents par dépression ;

Fonctionnement avec un faible diamètre (Le diamètre minimal est de 100 mm) ;

Fonctionnement avec une faible pente (La pente minimale en terrain plat est de

0,2 %) :

Dispositif limité en linéaire et en dénivelé (environ 3000 m et 5,5 m NGF) ;

La distance minimale entre les inversions de profil est de 6 m.


[3], [4].


Un réseau d'égouts sous vide ressemble beaucoup à un réseau de distribution d'eau

potable; seul l'écoulement est inversé (figure 10). L'analogie serait complète si les vannes

d'interface du réseau d'égouts sous vide étaient opérées manuellement par le propriétaire

tout comme le sont les robinets dans une résidence. Un réseau d'égouts sous vide peut

fonctionner aussi sûrement qu'un Réseau d'aqueduc; il suffit de s'assurer que la

conception, le choix d'équipement, l'installation, l'exploitation et l'entretien sont adéquats.

Figure 10 : Le réseau d'égouts sous vide comparé au réseau de distribution d'eau potable.




VI. LA CONCEPTION D’UN RSV :

VI.1 Dimensionnement du réseau :

Ce chapitre a pour objet de présenter des règles de dimensionnement des principaux

éléments d’un système d’assainissement sous vide : le réseau et la station de vide. La

valeur de vide est exprimée positivement, le zéro correspondant au vide absolu. On

parlera de vide maximum ou de pression minimum et inversement de vide minimum ou de

pression maximum.

VI.1.1 Disposition générale :

Dans la mesure du possible, la station de vide sera implantée dans une position

centrale. Cette disposition permet de minimiser les longueurs des lignes de vide et

d’équilibrer leurs débits. En cas d’incident sur une antenne, le nombre d’abonnés

concernés est moindre. Bien que la norme en préparation autorise des remontées de 1.5

m, celles-ci seront évitées. Il est préférable de créer une succession de remontées plus

faibles, par exemples de 50 cm, séparées d’au moins 6 m. on peut d’ailleurs remarquer

qu’une telle disposition permet de franchir localement des pentes de 5 %.

VI.1.2 Débit à prendre en compte :

Le débit de calcul dans une canalisation située à l’aval d’un système comportant une

ou plusieurs bâches de transfert est le débit de pointe engendré par les abonnés

raccordés ou susceptibles d’être raccordés sur ces bâches. Ce débit sera défini par le

maitre d’œuvre en fonction des données locales.

VI.1.3 Calcul des pertes de charges et dimensionnement des canalisations :

En principe, les pompes à vide fonctionnent entre 45 kPa et 30 kPa. Le vide

minimum de 45 kPa permet de disposer d’un minimum d’énergie de 55 kPa. Si comme le

prévoit la norme. Le vide minimum nécessaire à une valve doit être de 15 kPa, 40 kPa

restent théoriquement disponibles pour le transport. Par précaution nous retiendrons 30

kPa pour calculer les limites du système.


[2], [3], [8].


Cette énergie permet de vaincre les pertes de charges en partie courante et les pertes dues aux remontées. Les pertes de charge sont exprimées en mètre de colonne d’eau.

Cas des parties courantes :

La perte de pression ΔP est donnée par l’expression :

J : perte de charge linéaire en m/m ;

L : longueur de canalisation en m ;

i : pente de canalisation en m/m ;

K1 est croissant avec le rapport air/eau ;

K2 est décroissant avec le rapport air/eau.

Les facteurs multiplicatifs k1 et K2, respectivement de J et de i, s’expliquent par le

caractère diphasique de l’écoulement :

La formule suivante pourra être adoptée :

Cas des remontées :

Figure 11 : Schéma d’une remontée

Source : Manuel de conception Airvac ,1989.


{ΔP=(k 1 . J−k 2. i )LΔP ≥0

{ΔP=(3J−0.5 . i )LΔP≥0

[3]

[3]

1 : hauteur de remontée ΔH

[3]


Le caractère diphasique des écoulements conduit à ne pas prendre en compte

totalement la dénivelée 1 comme perte d’énergie à chaque remontée en deçà de 0,30 m.

Au-delà, et pour des raisons de sécurité, la perte de pression est supposée égale à la

hauteur de remontée.

La perte de pression, exprimée en mètre, consécutive à une remontée ΔH, est égale à :

Où ΔH est la dénivelée en mètre de la remontée,

On peut prendre k=0,5 si ΔH ≤ 0,3 m

Et par sécurité k=1 si ΔH > 0,3 m

Exemple :

Soit une canalisation de longueur 200 m, de diamètre intérieur Ø=100 mm, parcourue par un débit Qe= 2 l/s. les facteurs multiplicatifs k1 et k2, respectivement de J et de i sont 3 et 0,5.

J = 0,0009 m/m

3J = 3 x 0,0009 = 0.0027 m/m

1) la pente est de 0,2 %.3J - k2 i = 0,0027-0,5 x 0,002 = 0,0017 m/m

ΔP = 200 x 0,0017 = 0,34 m

2) la pente est de 1 %.3J - k2 i = 0,0027-0,5 x 0,01 = -0,0023, valeur négative,

Donc ΔP = 0 m/m

VI.1.4 Les paramètres de conception des conduites principales :

Tableau 1 : Le débit maximum selon le diamètre des conduites principales .

Diamètre nominal des conduites

Débit maximum (L/s) Nombre de résidences équivalentes

100 mm 2,39 70

150 mm 6,60 260

200 mm 13,21 570

250 mm 23,58 1050

Source : Manuel de conception Airvac, 1989.


ΔP= k ΔH [3]


Tableau 2 : Pente des conduites entre deux relèvements.

Diamètre des conduites

Distance entre les relèvements

Pente ou dénivellation

100 mm < 39,6 m 80% du diamètre intérieur,D=8,2 cm

100 mm > 39,6 m pente de 0,2%150 mm < 30,5 m 40% du diamètre intérieur,

D=6,1 cm150 mm > 30,5 m pente de 0,2%200 mm < 40,2 m 40% du diamètre intérieur,

D=7,9 cm200 mm > 40,2 m pente de 0,2%

250 mm < 48,8 m 40% du diamètre intérieur,D= 9,75 cm

250 mm > 48,8 m pente de 0,2%


Tableau 3 : Hauteur de relèvement selon le diamètre de la conduite.

Diamètre de conduite Hauteur de relèvement

100 mm (4 po) 0,30 m

150 mm (6 po) 0,46 m

200 mm (8 po) 0,46 m

250 mm (10 po) 0,70 m

Source: EPA (1991). Alternative Wastewater Collection Systems.

La dénivellation D et la hauteur de relèvement H sont bien apparus dans la figure ci-dessous

Figure 12 : le profile d’une conduite principale sous vide.




VI.1.5 Limites du système :

Si les canalisations sont dimensionnées de telle façon que les pertes de charge soient compensées par la pente de pose, les pertes de pression sont dues essentiellement aux remontées. En terrain plat, si celles-ci ne dépassent pas 0,30 m, alors :

Dans le cas où on admet un ΔP de 30 kPa (3,0 m) et si la pente de pose est i = 0,2 %, alors la longueur maximale d’une ligne est :

Cependant, certains constructeurs utilisent des entrées d’air intermédiaires entre la cuve de vide et le point le plus éloigné sur la ligne et dépassent cette limite.

VI.2 Dimensionnement de la station de vide :

VI.2.1 Pompes de refoulement :

Si Qemax est le débit de point de l’effluent arrivant dans la station, le débit total de pompage Qs, sans pompe de secours est :

Qs et Qemax sont exprimés dans les mêmes unités. sr est un coefficient de sécurité, pris généralement égal à 1,2

La hauteur manométrique de la pompe devra prendre en compte la dépression maximum pouvant exister dans la cuve de stockage.

Lors du choix des pompes de refoulement, il faudra prendre garde à ce qu’elles soient adaptées pour les eaux usées et que le HMT disponible soit calculé en tenant compte de la dépression dans la cuve.

HMT : Hauteur Manométrique totale (m) ;

Hs : Hauteur statique (m) ;

ΔH : Perte de charge due à la friction dans la conduite de refoulement(m) ;

Hv : Hauteur due au vide (m).


ΔP = i Lmax/2Lmax = 2 x ΔP / i = 3000 m.

Qs = sr Qemax

HMT = Hs + ΔH + Hv

[3]

[3]

[3]

[3]


VI.2.2 Pompe à vide :

Qamax est le débit de pointe de l’air dans la canalisation. Si A/E le rapport air/effluent à la pression atmosphérique, le débit de pointe d’air correspondant au débit de pointe Qemax de l’effluent est:

Le débit des pompes à vide à la pression atmosphérique est calculé par la formule :

Qv, Qemax et Qamax sont exprimés dans les mêmes unités.

Le coefficient sv est un coefficient de sécurité justifié par la difficulté d’apprécier A/E. Sur plusieurs réseaux observés ce rapport ne descend pas sous la valeur 10. On pourra prendre par exemple :

Qv = 12 Qemax à la pression atmosphérique.

VI.2.3 Cuves de stockage et de réserve de vide :

Sa capacité V se compose du volume Ve, nécessaire au stockage des effluents, augmenté de celui Vv nécessaire à la réserve de vide dans la cuve.

Vv se déduit du volume Vr nécessaire à la réserve de vide dans le système.

VI.2.3.1 Volume Ve nécessaire au stockage des effluents :

Il est donne par la formule :

Zr : nombre de démarrages admissibles par heure des pompes de refoulement ;

Nr=nombre total de pompesderefoulement

nombrede pompes en marche pour assurer Qs

Ve en m3 si Qs en m3/h.


Qamax= AEQemax

Qv=svQamax=svAEQemax

V = Ve + Vv

Ve= Qs4Nr Zr

[3]

[3]

[3]

[3]


VI.2.3.2 Volume Vr nécessaire à la réserve de vide dans le système :

Ce volume est fonction du temps minimum autorisé entre deux démarrages des pompes à vide, c’est-à-dire du temps t1 pour passer du vide maximum ou pression minimum Pmin (30 kPa) au vide minimum ou pression maximum Pmax (45 kPa) augmenté du temps t2 nécessaire pour rétablir le vide maximum dans la cuve.

On note Pa la pression atmosphérique et Pmoy la pression moyenne.

La fréquence maximum de démarrage des pompes à vide correspond au minimum

de la fonction t1+ t2. Le minimum de cette fonction est atteint pour Qe=β

2αQemax à

condition que Qe reste inférieur à Qemax ;

Dans le cas où β

2α est inferieur ou égale à 1 :

Dans le cas où β

2α est supérieur à 1 ;

Vr en m3, si Qemax en m3/h et (t1+t2) en heure

Zv : le nombre de démarrage admissible par heure d’une pompe à vide.

Nv= nombre total de pompes àvidenombrede pompes enmarche pour assurerQv


Pmoy=(Pmin+Pmax )

2

Vr= βQemax4

( t 1+ t 2 )min

Vr=αQemax [1−αβ ] (t 1+t 2 )min

α= PminPmax−Pmin (1+ A

EPa

Pmoy )

β=Pmin

Pmax−Pmin (sv ( AE PaPmoy )+sr )

[3]

[3]

[3]

[3]

[3]


( t 1+t 2 )min= 1Nv Zv

Si t en heure

VI.2.3.2 Volume VV nécessaire à la réserve de vide dans la cuve :

Les volumes précédents correspondent au volume d’air dans la cuve et dans le

système. Si V0 est le volume des canalisations contribuant à la réserve de vide, Vv se

déduit de Vr par la formule :

N : Nombre de canalisations contribuant à la réserve de vide ;

L : Longueur de chaque canalisation ;

vv+e : Fraction de vide (vide /vide+eau ), en général représente 2/3 ;

Ø: Diamètre de canalisation.

VI.2.3.4 Volume total de la cuve V

Le volume de la cuve est la somme des volumes Ve et Vv.


Vv = Vr – V0

V = Ve + Vv

Vo=N Lv

v+eπ∅ 2

4

[3]

[3]

[3]


VII. EXPLOITATION ET MAINTENANCE :

Les péchés de jeunesse constatés sur les premiers réseaux ont contribué à faire

évoluer le matériel vers une meilleure fiabilité. Les pannes des valves sont rares

actuellement. Il est très facile de poser un contrôleur de rechange afin de réparer en

atelier l’appareil défectueux. Il semble que le mécanisme le plus sensible soit la prise de

pression qui permet de mesurer le niveau de l’effluent dans la bâche de transfert (regard

d’interface) : la moindre fuite d’air compromet la qualité du signal de pression, entrainant

des débordements dans la bâche : aussi faut-il être exigeant sur la qualité de ce

composant et sur sa fixation.

Les réseaux ne semblent pas présenter de problèmes. Les cuves de stockage

peuvent être corrodées à l’intérieur après que la couche de peinture de protection ait été

endommagée lors d’opérations de nettoyage ou de maintenance. Certains constructeurs

proposent des cuves en acier inoxydable.

L’adjonction de système de téléalarme, comme « défaut de vide » ou « défaut sur

pompage vide prolongé » permet une détection rapide d’anomalie à distance. La

connaissance des ratios air/effluent, grâce au contrôle des temps via une télésurveillance,

peut mettre en évidence une consommation d’air anormale. Le personnel d’exploitation

devrait consulter périodiquement ces ratios chaque matin par exemple.

Après sa détection, l’anomalie doit être localisée. Dans le cas où une valve est

restée en position ouverte, il est nécessaire d’isoler successivement chaque antenne à

leur arrivée dans la cuve de la centrale de vide et contrôler le maintien ou la disparition du

défaut vide pour identifier l’antenne défectueuse. Un système de télécommande, associé à

une motorisation des vannes d’antenne, permet d’effectuer ces manœuvres à distance.

Grâce à la télécommande, il est possible également de remédier à certains petits

blocages épisodiques causés par des objets parasites en procédant à une

séquence « arrêt et redémarrage » des pompes à vide à distance : ces simples à-coups


[3]


de dépression dans le réseau permettent souvent d’éliminer l’objet responsable de

l’obstruction.

VIII. LA COMPARAISON ENTRE LE RSV ET LES AUTRES RESEAUX :

Réseau d'égoutsgravitaire

conventionnelRéseau d'égouts sous vide

Réseau d'égouts sous pression

Application généralepartout (le coût

augmente avec les difficultés)

topographie plane oulégèrement ondulée

topographie accidentée

ou terrain plat, peu dense

Force motrice gravité vide partiel pression

Prétraitement aucun aucun fosse septique

Équipement individuelpar résidence aucun poste de vanne d'interface poste de pompage

Électricité requise desbâtiments non non oui (220 volts)

Pente minimale0,40%(∅ 200) en dents de scie (0,2 %)

aucune restriction;conduites suivent la

topographie

Vitesse minimale 0,6m/s 3,5 0,6 m/s à 0,9 m/s

Diamètre minimum 200 mm

100 mm pour conduitesprincipales sous vide

conduite de service:32 mm (1,25.po)

conduite principale:50 mm (2 po)

Alignement horizontal rectiligne entre les regards

flexible flexible

Accessoires regards

évents sur entrées de service, postes de vanne d'interface, vannes d'isolement, station

de collecte sous vide

bouches de nettoyage,

vannes d'isolement,clapets et purgeurs

d'air

Entretiennettoyage

occasionnel des conduites

entretien des vannes d'interface et des stations de

collecte sous vide

entretien des unités de pompage et lessivage des

conduites

Constructionexcavations plus

profondes et obstacles plus difficiles à évite

alignements peuvent être modifiés pour éviter les

obstacles; excavations peu profondes.

alignements courbespermettent d'éviter les

obstacles; excavations peu

profondes.



Tableau 4 : la comparaison entre le RSV, RGC et RSP .

Source : Gidley, J.M. et D.D. Gray (1987). Final Report - A Comparison of Conventional Sewer Using Clay Pipe with Alternative Sewers. National Clay Pipe Institute.

IX. LES AVANTAGES ET LES INCONVENIENTS D’UN RSV :

Tableau 5 : Les avantages et les inconvénients d’un réseau sous vide.

Les avantages et les inconvénients d’un réseau sous vide

Avantages

d’assainissement

sous vide

Cout de construction plus faible : excavations moins profondes, absence de regard, conduites de faible diamètre, changement de direction ;Les eaux parasites éliminées sauf aux bâtiments deviennent négligeables si les précautions sont prises lors de la construction ;Les eaux usées bien aérées à la sortie du RSV ;Flexibilité accrue dans le choix du type de traitement ;Cout de traitement réduit en raison du faible débit véhiculé ;Pas d’exfiltration vers la nappe/moins d’infiltration (pas de contamination de la nappe) ;Vitesses d’écoulement très élevées réduisant les risques de blocage et la fréquence de nettoyage du réseau ;Personnel d’entretien non exposé directement aux eaux usées ;Délais de mise en œuvre considérablement plus courts ;Contournement facile d’obstacles ;Les canalisations sous vide et les conduites d’eau potable peuvent être posées dans la même tranchée ;Système fermé – pas de fuite et pas émanations d’odeurs ;Pas de dépôt grâce à la vitesse élevée dans les tuyaux => Le curage du réseau n'est plus nécessaire ;Seule la station de vide est à alimenter en énergie électrique ;Pas de regards de visite, pas de possibilité de jeter des ordures dans le réseau ;Pas de réservoir de chasse => Economie significative d’eau.

Les inconvénients

d’assainissement

Sous vide

La topographie limite son application (terrain accidenté) ;

La perte de charge totale est limitée à 4 mètres par conduite principale ;Non économique lorsqu’il ya moins de 50 résidences ;Personnel entrainé pour l’entretien des vannes d’interface et des pompes sous vide ;Surveillance en continu et intervention immédiate pour corriger les pertes de vide ;La consommation d’énergie au niveau de la centrale à vide ;non adapté pour les agglomérations denses.



Source : *Airvac (1989). Manuel de conception.

**La société ROEDIGER Vacuum Gmbh (http://www.roevac.com).

X. LES PROJETS REALISES AU MAROC :

X.1 Le projet « Marina Saidia » :

Un système d’assainissement sous vide a été installé récemment au port de

plaisance de la ville de SAIDIA, ce réseau est mis en service en 2008 pour évacuer les

eaux usées des bâtiments érigés sur les quais et vidange des eaux usées des bateaux.

Ce projet est réalisé par la société Allemande « ROEDIGER VIABITEC ».

Les équipements de ce réseau sont :

3 pompes à vide de puissance de 4 kW ;

2 pompes de refoulement d’une puissance de 3 kW ;

1 réservoir de vide d’un volume de 3 m3.

Source : http://www.roevac.com


Figure 13 : La mise en œuvre de RSV à « Marina Saidia »

[5

].

http://www.roevac.com/


X.2 Le projet « Marina Bouregreg » :

C’est la deuxième expérience de l’assainissement sous vide au Maroc, ce projet est

réalisé par la société Allemande « ROEDIGER VIABITEC » au port de plaisance

Bouregreg. Ce réseau est mis en service en 2010 pour évacuer un débit des eaux usées

de 7 l/s.

Les équipements de réseau :

20 Chambres de collecte dont 11 types posent en cave ;

2 Bornes d‘aspiration pour bateaux ;

1 Borne de vidange des eaux de fond de cale ;

3 Pompes à vide d’une puissance de 4 kW ;

2 pompes de refoulement d’une puissance de 4,7 kW ;

1 réservoir de vide d’un volume de 7 m³.

Figure 14 : Le plan de réseau de l’assainissement sous vide du port de plaisance Bouregreg. Source : [5]


[5

].


Figure 15 : deux pompes de refoulement de RSV « port de plaisance Bouregreg ». Source : [5].

Figure 16 : Trois pompes à vide (central à vide du port de plaisance Bouregreg). Source : [5].

Figure 17 : La mise en œuvre du RSV du port de plaisance Bouregreg. Source : [5].



CONCLUSION

L'implantation d'un RSV comme réseau de collecte d'égout doit être sérieusement

envisagée lorsque la topographie générale de la municipalité à desservir est

relativement plane et que le secteur ou la municipalité à desservir comporte au moins

50 résidences. Les avantages économiques du RSV sont encore plus marqués, par

rapport au réseau d'égouts conventionnel, lorsque les conditions de sol sont difficiles

(terrain rocheux, nappe phréatique élevée).

L’expérience marocaine au niveau d’installation des réseaux d’assainissement sous

vide est encore très timide, ceci est dû principalement d’une part à la complexité des

procédures lors du dimensionnement et l’exécution, et en d’autre part à l’inexistence de

sociétés marocaines spécialisées en construction des RSV, ainsi qu’à la rareté des

experts et agents de maîtrise compétents.

Le RSV ne présente pas toujours la solution idéale pour collecter les eaux usée d’un

secteur. Dans ce sens, le choix définitif d’un système ne devra intervenir qu’après

comparaison entre les différentes solutions possibles, car il faudra prendre en compte les

coûts de fonctionnement et de maintenance ainsi que les caractéristiques de la commune

à desservir (Démographie, topographie, niveau de la nappe, la géologie, etc.…), à fin

d’arriver à la solution la plus fiable et satisfaisante en matière de qualité d’une part, et

d’économie en d’autre part.



BIBLIOGRAPHIE

[1]: Airvac (1990). Operation, Installation and Maintenance Manual. Airvac Vacuum Sewerage

Systems, Rochester, Indiana.

[2] : BREMOND, GARNIER, 1986, Assainissement sous vide, étude technico-économique,

CEMAGREF, Groupement de Bordeaux, Division Hydraulique.

[3] : Airvac (1989). Manuel de conception.

[4] : M Guy POLVE. Les techniques particulières ou alternatives de collecte et de transfert des

eaux usées ;

[5] : La société ROEDIGER Vacuum Gmbh (http://www.roevac.com).

[6] : BREMOND, GARNIER, 1986, l‘assainissement sous vide, alternative au réseau gravitaire.

[7] : Gidley, J.M. et D.D. Gray (1987). Final Report - A Comparison of Conventional Sewer Using

Clay Pipe with Alternative Sewers. National Clay Pipe Institute.

[8]: EPA (1991). Alternative Wastewater Collection Systems.

[9]: http://www.airvac.com/vacuum_how.htm

[10]: http://quavac.com/products/vacuum/sewerage/

[11]: http://www.airvac.com/how_works_vmain.htm


http://www.airvac.com/how_works_vmain.htm

http://quavac.com/products/vacuum/sewerage/

http://www.airvac.com/vacuum_how.htm


ANNEXES



ANNEXE 1 : Principe de fonctionnement d’un réseau d’assainissement sous vide

Source : http://www.airvac.com/vacuum_how.htm

Le réseau gravitaire transporte les eaux usées depuis le consommateur vers un poste de vanne d’interface.

Lorsque 10 gallons (environ 38 litres) sont collectés dans le puits étanche, la vanne d’interface s’ouvre. Un différentiel de pression crée dans la centrale de vide par des pompes à vide aspire le contenu dans une conduite principale sous vide.

Les eaux usées sont transportées dans la conduite principale sous vide avec une vitesse de 4,5 m/s à 5,5 m/s, cette conduite est posée en dents de scie pour assurer un vide (dépression) adéquat a la fin de chaque conduite.

Les eaux usées transportées par le réseau sont collectées dans un réservoir de stockage.

Lorsque le réservoir est remplit, les eaux usées vont être évacué vers une station d’épuration par

des pompes de refoulement.


1

2

3

4

http://www.airvac.com/vacuum_how.htm


ANNEXE 2 : Réseau d’assainissement sous vide



ANNEXE 2 : ETUDE DE CAS

Source : Airvac (1989). Manuel de conception.

Données

1000 habitants sont raccordés au réseau sous vide. Le débit journalier de pointe est

de 200 l par habitant avec un coefficient de pointe de 3. On prendra Qemax= 0,025

m3/h/hab.

2 pompes de refoulement et 2 pompes à vide fonctionnent alternativement avec un

temps minimum entre deux démarrages de 5 minutes : Nr=Nv=2, Zr=Zv=12.

La cuve à vide travaille dans la fourchette de pression suivante :

Pmax = 45 kPa, Pmin = 30 kPa, Pmoy = 37,5 kPa

Les autres valeurs sont les suivantes : Pa = 100 kPa, A/E = 10, sr = sv=1,2

Le volume des canalisations pris en compte correspond au 2/3 des 200 premiers

mètres des trois antennes de diamètre 160 mm.

1- Débit d’une pompe de refoulement :

2- Débit d’une pompe à vide :

3- Cuve de stockage et de réserve de vide :

Volume Ve nécessaire au stockage des effluents :


Ve= Qs4Nr Zr

= 254 x 2x 12

=0,26m3

Qs = sr Qemax = 1.2 x 25 = 30 m3/h

Qv = 12 x 25 = 300 m3/h à la pression atmosphérique


Volume Vr nécessaire à la réserve de vide dans le système :

L’application des formules donne :

Volume Vv nécessaire à la réserve de vide dans la cuve :

Le volume V0 des canalisations contribuant à la réserve de vide est :

Volume total de la cuve V :


Vo=N Lv

v+eπ∅ 2

4=3×

23×200×

π ×0,162

4=8m3

V = Ve + Vv = 0,26 + 9,3 = 9,56≅ 10m3

Vv = Vr – V0 =17,8 - 8 = 9,3 m3

Vr= βQemax4

( t 1+ t 2 )min=66,4×254

×1

2×12=17,3m3

β2α

= 66,42×55,3

=0,60<1

β=Pmin

Pmax−Pmin (sv ( AE PaPmoy )+sr )=30

15 (1,2+10×10037,5

+1,2)=66,4

α= PminPmax−Pmin (1+ A

EPa

Pmoy )=3015 (1+10×

10037,5 )=55,3

(t 1+t 2 )min= 12×12

Engineering

Assainissement sous vide