Déversoir d’orage : Principe de Fonctionnement et de dimensionnement


Définition

Le déversoir d’orage est un ouvrage de dérivation conçu pour limiter le débit dirigé par temps de pluie vers l’aval du réseau et donc vers la station d’épuration des eaux usées. La deuxième fonction du déversoir est d’assurer un partage des flux polluants entre le milieu naturel et le collecteur aval. La figure ci-dessous illustre le principe du déversoir d’orage

Fonctionnement d’un déversoir d’orage

Le déversoir d’orage permet une régulation hydraulique des effluents en dérivant une partie de ces effluents lorsque le débit à l’amont dépasse une certaine valeur que l’on appelle “débit de référence”.

Types de déversoirs d’orage

Il existe une variété de types de déversoirs, qui sont différents de point de vue géométrie, position du seuil par rapport à l’écoulement et comportement hydraulique.

Parmi lesquels on trouve :

  • Déversoirs ne possédant pas de seuil ;
  • Déversoirs à crête :
  • A seuil unique / A seuil double ;
  • A seuil frontal / A seuil latéral / A seuil dit intermédiaire ;
  • A seuil bas / A seuil haut ; / A seuil identique.

Principe de dimensionnement du déversoir d’orage

Le dimensionnement d’un déversoir d’orage commence par le choix du débit de référence et du débit amont maximal en fonction des objectifs de protection (du milieu naturel, de la ville contre l’inondation…) qui doivent être assurés par le réseau d’assainissement.

Le dimensionnement de la géométrie de l’ouvrage se fait de telle sorte qu’il n’y ait pas de déversement. Ce calcul se fait en fonction des pentes et des formes de sections des canalisations en amont, en aval et au niveau du déversoir. Dans le cas des déversoirs à seuil, on dimensionne la hauteur de crête.

De plus, un dispositif limitant le débit passant vers le collecteur aval peut être mis en place. Dans ce cas, l’objectif est de pouvoir modifier facilement le débit de référence. Ce dispositif peut être fixe (section réduite, masque,…) ou mobile (vanne,…)

Etapes de dimensionnement du déversoir d’orage

1.Détermination du débit des eaux pluviales

Ils existent plusieurs formules de calcul du débit des eaux pluviales. Parmi lesquelles, la méthode rationnelle et la méthode superficielle qui sont les modèles les plus répandus actuellement.

En effet, la méthode la plus utilisée au Maroc pour le calcul du débit des eaux pluviales est la méthode superficielle de Caquot du fait qu’elle donne des résultats satisfaisants. Elle s’écrit comme suit  :

Q = K1/u * Iv/u * C1/u x Aw/u    

Avec :

Q : Débit (m3/s) ;

K : Coefficient d’expression; K = 0,5b x a /6,6 ;

a : Coefficient d’expression; a = 1 + 0,287 b ;

v : Coefficient d’expression; v = -0,41 b ;

w : Coefficient d’expression; w = 0,95 + 0,507 b ;

I : Pente hydraulique canalisée (m/m) ;

A : Surface du bassin (ha) ;

C : Coefficient de ruissellement du bassin.

2.Détermination du débit des eaux usées

L’estimation du débit des eaux usées se réfère à la consommation moyenne d’eau potable CEP par habitant et par jour, liée aux facteurs socio économiques de l’agglomération. La formule de calcul de CEP est la suivante

CEP = dot x Nbr hab x TBr     

Avec :

CEP : Consommation moyenne d’eau potable (l/j) ;

dot : Dotation en eau potable (l/hab/j) ;

Nbr hab :N des habitants (hab) ;

TBr : Taux de branchement (%).

L’évaluation du débit moyens journalier Qm doit prendre en considération  le taux de retour à l’égout Tre  et celui de raccordement Trac au réseau d’assainissement .

Qm = CEP x Tre x Trac / 86400    

Avec :

Qm : Débit moyen journalier  des eaux usées domestiques (l/s) ;

CEP: Consommation moyenne d’eau potable (l/j) ;

Tre: Taux de retour à l’égout (%) ;

Trac : Taux de raccordement (%).

3.Evaluation du débit amont du déversoir

Pour un système unitaire, le débit maximal d’entrée QAmont est

QAmont = Qts + Qp 

Avec :

Qts : Débit maximal à temps sec en m3/s ;

Qp : Débit de pointe des eaux pluviales en m3/s.

Evaluation du débit aval du déversoir

Le débit admis en aval du déversoir d’orage QAval (en l/s) devient :

QAval = Cd . Qts 

Avec :

Cd : Coefficient de dilution ;

Qts : Débit maximal à temps sec en m3/s.

En toute rigueur, le coefficient de dilution doit être en fonction des débits drainés en cours de crue et des objectifs de qualité fixés pour le milieu naturel de rejet.

Evaluation du débit déversé Qdév

C’est le débit déversé par le déversoir, il est en fonction de la dilution admise par le milieu récepteur. Le débit maximum déversé est exprimé comme suit :

Qdév = QAmont – QAval = QAmont – Cd . Qts 

Ce qui signifie que le déversoir d’orage, en fonctionnement normal, ne doit déverser aucune goutte d’eau dans la nature tant que QAmont est inférieur à (Cd . Qts).

Détermination des dimensions du seuil déversant

L’évaluation des débits déversés par l’intermédiaire des déversoirs dorage s’effectue par l’utilisation de relations empiriques. Ces équations sont toutes bâties à partir de résultats expérimentaux. On trouve par exemple la formule de Dominguez qui permet le calcul du débit déversé en fonction des valeurs de hauteur d’eau à l’amont et/ou à l’aval du déversoir.

Ces relations ne sont applicables que pour certains types d’écoulement (fluvial) et uniquement pour certaines géométries de déversoir .

Qdév = μ . L . H . (2gH)1/2 

Avec :

Qdév : Débit déversé en m3/s ;

g : Accélération de la pesanteur en m/s2 ;

L : Longueur du seuil ;

H : Hauteur de la ligne d’eau par rapport au seuil, appelée aussi lame déversant ou encore charge sur le seuil ;

μ : Coefficient qui dépend du type du déversoir.

Le tableau ci-dessous donne μ selon le type de déversoir :

On suppose donc implicitement que le régime d’écoulement est fluvial dans la partie amont. Si le régime est torrentiel dans la conduite amont, il y a création d’un ressaut et la mise en charge de la conduite amont générant une élévation importante de la ligne d’eau. Dans ce cas, il est recommandé de changer la pente de la conduite ou sa section sur un tronçon juste en amont de l’ouvrage pour retrouver le régime fluvial.