Études de cas pratique

EGC

Calcul de débit parasite en assainissement

Calcul de Débit Parasite en Assainissement

Calcul de Débit Parasite en Assainissement

Comprendre le Calcul de Débit Parasite en Assainissement

Les débits parasites, également appelés eaux claires parasites (ECP), sont des eaux non usées qui s'introduisent dans les réseaux d'assainissement. Ces eaux peuvent provenir de diverses sources telles que l'infiltration d'eaux de nappe à travers des joints défectueux, le captage de sources, les mauvais branchements d'eaux pluviales sur le réseau d'eaux usées, ou encore des fuites sur le réseau d'eau potable qui s'infiltrent ensuite dans le réseau d'assainissement. La quantification et la réduction de ces débits parasites sont des enjeux majeurs en assainissement car ils augmentent inutilement les volumes à collecter et à traiter, entraînant des surcoûts d'exploitation, une dilution de la pollution (ce qui peut affecter l'efficacité des traitements biologiques) et une saturation prématurée des capacités des ouvrages.

Données de l'étude

Une commune dispose d'un réseau d'assainissement séparatif pour les eaux usées. Des mesures de débit ont été effectuées en période de temps sec et de nuit à l'exutoire du réseau principal pour estimer les débits parasites.

Caractéristiques et Données de Mesure :

  • Population desservie par le réseau (\(P\)) : \(7500 \, \text{habitants}\)
  • Dotation moyenne en eau potable par habitant (\(Dot_{\text{eau}}\)) : \(150 \, \text{L/habitant/jour}\)
  • Pourcentage de retour à l'égout estimé (\(p_{\text{retour}}\)) : \(80\%\)
  • Débit minimal de nuit mesuré à l'exutoire en temps sec (\(Q_{\text{nuit}}\)) : \(15 \, \text{L/s}\)
  • Consommation nocturne spécifique (fuites et usages minimes chez l'abonné) estimée à : \(q_{\text{fuite,nuit}} = 0.10 \, \text{L/s pour 1000 habitants}\)
  • Longueur totale du réseau d'eaux usées (\(L_{\text{reseau}}\)) : \(50 \, \text{km}\)
Schéma d'Infiltration dans un Réseau d'Assainissement
Nappe phréatique Canalisation EU Infiltrations (ECP) Sources d'eaux claires parasites.

Illustration de l'infiltration d'eaux claires parasites dans une section de canalisation d'assainissement.

Questions à Traiter

  1. Calculer le débit moyen de temps sec théorique (\(Q_{\text{moy,ts,th}}\)) basé sur la population et la dotation en eau, en \(\text{L/s}\).
  2. Estimer la part du débit de nuit due à la consommation nocturne spécifique et aux fuites chez les abonnés (\(Q_{\text{conso,nuit}}\)) en \(\text{L/s}\).
  3. Calculer le débit d'eaux claires parasites (\(Q_{\text{ecp}}\)) à partir du débit de nuit mesuré et de la consommation nocturne estimée, en \(\text{L/s}\).
  4. Exprimer le débit d'eaux claires parasites en pourcentage du débit moyen de temps sec théorique (\(\%_{\text{ecp}}\)).
  5. Calculer le ratio d'eaux claires parasites par kilomètre de réseau (\(Ratio_{\text{ecp/km}}\)) en \(\text{L/s/km}\). Commenter ce ratio (est-il faible, modéré, élevé ?).
  6. Quelles sont les principales origines des eaux claires parasites dans un réseau d'assainissement ?
  7. Citer au moins trois méthodes ou techniques qui peuvent être mises en œuvre pour réduire les débits d'eaux claires parasites.

Correction : Calcul de Débit Parasite en Assainissement

Question 1 : Débit moyen de temps sec théorique (\(Q_{\text{moy,ts,th}}\))

Principe / Rappel Théorique :

Le débit moyen de temps sec théorique est le débit d'eaux usées attendu en fonction de la consommation d'eau de la population desservie et du taux de retour à l'égout.

Formule(s) Clé(s) :
\[Q_{\text{moy,ts,th}} = P \times Dot_{\text{eau}} \times \frac{p_{\text{retour}}}{100}\]
Données Spécifiques pour cette Question :
  • Population (\(P\)): \(7500 \, \text{habitants}\)
  • Dotation en eau (\(Dot_{\text{eau}}\)): \(150 \, \text{L/habitant/jour}\)
  • Pourcentage de retour à l'égout (\(p_{\text{retour}}\)): \(80\%\)
Calcul et Développement :
\[ \begin{aligned} Q_{\text{moy,ts,th}} &= 7500 \, \text{hab} \times 150 \, \text{L/hab/jour} \times \frac{80}{100} \\ &= 7500 \times 150 \times 0.80 \, \text{L/jour} \\ &= 1125000 \times 0.80 \, \text{L/jour} \\ &= 900000 \, \text{L/jour} \end{aligned} \]

Conversion en \(\text{L/s}\) (sachant que \(1 \, \text{jour} = 86400 \, \text{s}\)) :

\[ \begin{aligned} Q_{\text{moy,ts,th}} &= \frac{900000 \, \text{L}}{86400 \, \text{s}} \\ &\approx 10.417 \, \text{L/s} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Le débit moyen de temps sec théorique est \(Q_{\text{moy,ts,th}} \approx 10.42 \, \text{L/s}\).

Question 2 : Estimation de la consommation nocturne spécifique (\(Q_{\text{conso,nuit}}\))

Principe / Rappel Théorique :

La consommation nocturne spécifique correspond aux usages minimaux d'eau et aux petites fuites chez les abonnés durant la nuit. Elle est souvent estimée sur la base d'un ratio par millier d'habitants.

Formule(s) Clé(s) :
\[Q_{\text{conso,nuit}} = q_{\text{fuite,nuit}} \times \frac{P}{1000}\]
Données Spécifiques pour cette Question :
  • Consommation nocturne spécifique (\(q_{\text{fuite,nuit}}\)): \(0.10 \, \text{L/s pour 1000 habitants}\)
  • Population (\(P\)): \(7500 \, \text{habitants}\)
Calcul et Développement :
\[ \begin{aligned} Q_{\text{conso,nuit}} &= 0.10 \, \text{L/s/1000 hab} \times \frac{7500 \, \text{hab}}{1000} \\ &= 0.10 \, \text{L/s/1000 hab} \times 7.5 \times \text{1000 hab} \\ &= 0.75 \, \text{L/s} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La part du débit de nuit due à la consommation nocturne spécifique est \(Q_{\text{conso,nuit}} = 0.75 \, \text{L/s}\).

Question 3 : Calcul du débit d'eaux claires parasites (\(Q_{\text{ecp}}\))

Principe / Rappel Théorique :

Le débit de nuit mesuré à l'exutoire est composé du débit d'eaux claires parasites (supposé constant sur 24h) et de la consommation nocturne minimale des abonnés. En soustrayant cette consommation nocturne du débit de nuit mesuré, on obtient une estimation du débit d'ECP.

Formule(s) Clé(s) :
\[Q_{\text{ecp}} = Q_{\text{nuit}} - Q_{\text{conso,nuit}}\]
Données Spécifiques pour cette Question :
  • Débit minimal de nuit mesuré (\(Q_{\text{nuit}}\)): \(15 \, \text{L/s}\)
  • Consommation nocturne spécifique (\(Q_{\text{conso,nuit}}\)): \(0.75 \, \text{L/s}\)
Calcul et Développement :
\[ \begin{aligned} Q_{\text{ecp}} &= 15 \, \text{L/s} - 0.75 \, \text{L/s} \\ &= 14.25 \, \text{L/s} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le débit d'eaux claires parasites est \(Q_{\text{ecp}} = 14.25 \, \text{L/s}\).

Question 4 : Pourcentage d'eaux claires parasites (\(\%_{\text{ecp}}\))

Principe / Rappel Théorique :

Ce pourcentage exprime la part des eaux claires parasites par rapport au débit moyen de temps sec théorique, ce qui donne une indication de l'importance relative des ECP.

Formule(s) Clé(s) :
\[\%_{\text{ecp}} = \frac{Q_{\text{ecp}}}{Q_{\text{moy,ts,th}}} \times 100\]
Données Spécifiques pour cette Question :
  • Débit d'eaux claires parasites (\(Q_{\text{ecp}}\)): \(14.25 \, \text{L/s}\)
  • Débit moyen de temps sec théorique (\(Q_{\text{moy,ts,th}}\)): \(10.417 \, \text{L/s}\)
Calcul et Développement :
\[ \begin{aligned} \%_{\text{ecp}} &= \frac{14.25 \, \text{L/s}}{10.417 \, \text{L/s}} \times 100 \\ &\approx 1.3679 \times 100 \\ &\approx 136.79 \% \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le débit d'eaux claires parasites représente environ \(136.8\%\) du débit moyen de temps sec théorique.

Commentaire : Un pourcentage supérieur à 100% indique que le volume d'eaux claires parasites est plus important que le volume d'eaux usées sanitaires attendu. C'est une situation problématique qui signale des infiltrations massives ou des apports parasites importants.

Question 5 : Ratio d'eaux claires parasites par kilomètre de réseau (\(Ratio_{\text{ecp/km}}\))

Principe / Rappel Théorique :

Ce ratio permet de normaliser le débit d'ECP par rapport à la longueur du réseau, offrant un indicateur de l'état général d'étanchéité du réseau. Il peut être comparé à des valeurs de référence.

Formule(s) Clé(s) :
\[Ratio_{\text{ecp/km}} = \frac{Q_{\text{ecp}}}{L_{\text{reseau}}}\]
Données Spécifiques pour cette Question :
  • Débit d'eaux claires parasites (\(Q_{\text{ecp}}\)): \(14.25 \, \text{L/s}\)
  • Longueur totale du réseau (\(L_{\text{reseau}}\)): \(50 \, \text{km}\)
Calcul et Développement :
\[ \begin{aligned} Ratio_{\text{ecp/km}} &= \frac{14.25 \, \text{L/s}}{50 \, \text{km}} \\ &= 0.285 \, \text{L/s/km} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Le ratio d'eaux claires parasites est de \(0.285 \, \text{L/s/km}\).

Commentaire : Un ratio de \(0.285 \, \text{L/s/km}\) (soit \(285 \, \text{m}^3\text{/jour/km}\) en considérant \(1 \text{L/s} \approx 86.4 \text{m}^3\text{/jour}\), donc \(0.285 \times 86.4 \approx 24.6 \text{m}^3\text{/jour/km}\)) est généralement considéré comme modéré à élevé, selon les référentiels. Des valeurs cibles pour des réseaux en bon état sont souvent inférieures à \(0.1 \, \text{L/s/km}\) ou \(5-10 \, \text{m}^3\text{/jour/km}\). Cela suggère que le réseau présente des défauts d'étanchéité significatifs nécessitant des investigations et des travaux de réhabilitation.

Question 6 : Principales origines des eaux claires parasites

Explication :

Les eaux claires parasites (ECP) peuvent avoir plusieurs origines :

  • Infiltrations d'eaux de nappe : Lorsque le niveau de la nappe phréatique est supérieur à celui des canalisations, l'eau s'infiltre dans le réseau par des défauts d'étanchéité (joints défectueux, fissures dans les tuyaux, regards non étanches, branchements défectueux). C'est souvent la source principale d'ECP permanentes.
  • Captages de sources ou drains : Des sources naturelles ou des systèmes de drainage agricole ou routier peuvent être connectés, intentionnellement ou non, au réseau d'eaux usées.
  • Mauvais branchements d'eaux pluviales : Dans les systèmes séparatifs, les gouttières, les descentes de toiture, les drains de cours ou les avaloirs de voirie peuvent être raccordés par erreur au réseau d'eaux usées au lieu du réseau d'eaux pluviales. Ces apports sont intermittents et liés aux événements pluvieux.
  • Fuites sur le réseau d'eau potable : L'eau issue de fuites sur les conduites d'eau potable peut s'infiltrer dans le sol et ensuite dans le réseau d'assainissement si celui-ci présente des défauts à proximité.
  • Eaux de surface : Inondations ou ruissellements de surface peuvent s'introduire dans le réseau par des regards ou des bouches d'égout mal protégés ou endommagés, surtout en période de fortes pluies.

Question 7 : Méthodes de réduction des débits d'eaux claires parasites

Explication :

La réduction des ECP est un objectif important pour optimiser le fonctionnement des systèmes d'assainissement. Plusieurs méthodes peuvent être employées :

  1. Diagnostic et Inspection du Réseau :
    • Techniques : Inspections télévisées (passage de caméras dans les canalisations), tests à la fumée (injection de fumée dans le réseau pour repérer les sorties indiquant des défauts ou mauvais branchements), tests à la couleur (injection de colorant), mesures de débit nocturne par tronçons.
    • Objectif : Localiser précisément les sources d'infiltration et les mauvais branchements.
  2. Réhabilitation des Réseaux :
    • Techniques :
      • **Réparation ponctuelle :** Colmatage de fissures, réparation de joints, remplacement de sections de tuyaux endommagées.
      • **Réhabilitation sans tranchée :** Chemisage (introduction d'une gaine souple imprégnée de résine qui durcit et forme une nouvelle canalisation étanche à l'intérieur de l'ancienne), tubage (introduction de tuyaux neufs de diamètre légèrement inférieur).
      • **Remplacement complet :** Excavation et pose de nouvelles canalisations (plus coûteux et perturbant).
    • Objectif : Rétablir l'étanchéité des canalisations et des regards.
  3. Mise en Conformité des Branchements :
    • Action : Identifier et corriger les mauvais branchements d'eaux pluviales sur le réseau d'eaux usées (et inversement). Cela peut nécessiter des travaux chez les particuliers ou sur le domaine public.
    • Objectif : Assurer la séparation correcte des flux dans les systèmes séparatifs.
  4. Gestion des Nappes Phréatiques :
    • Action : Dans certains cas, des actions de drainage autour des canalisations peuvent être envisagées pour abaisser localement le niveau de la nappe et réduire la pression hydrostatique sur les conduites. Cependant, cette approche est plus complexe et moins courante que la réhabilitation du réseau lui-même.
    • Objectif : Réduire la charge hydraulique externe sur le réseau.

Quiz Récapitulatif

1. Le débit de nuit mesuré en temps sec est principalement utilisé pour estimer :

2. Un pourcentage élevé d'eaux claires parasites par rapport au débit moyen de temps sec théorique indique généralement :

3. Laquelle de ces techniques n'est PAS une méthode directe de réduction des ECP ?

Glossaire des Termes Clés

Débit Parasite (ou Eaux Claires Parasites - ECP)
Ensemble des eaux non usées (eaux de nappe, eaux de source, eaux pluviales mal raccordées, fuites du réseau d'eau potable) qui s'introduisent dans un réseau d'assainissement et augmentent les volumes à collecter et à traiter.
Débit de Nuit (en temps sec)
Débit minimal mesuré dans un réseau d'assainissement pendant la nuit (généralement entre 2h et 5h du matin) en période sèche. Il est principalement composé des ECP et d'une faible consommation résiduelle des abonnés.
Consommation Nocturne Spécifique
Part du débit de nuit attribuable aux usages minimaux d'eau (chasses d'eau, etc.) et aux fuites mineures à l'intérieur des propriétés privées pendant la nuit.
Infiltration
Pénétration d'eau souterraine (nappe phréatique) dans un réseau d'assainissement à travers des défauts d'étanchéité (joints, fissures, regards).
Mauvais Branchement
Raccordement incorrect d'une évacuation au mauvais réseau (par exemple, eaux pluviales raccordées au réseau d'eaux usées dans un système séparatif, ou inversement).
Ratio d'ECP par Linéaire
Indicateur de l'importance des eaux claires parasites rapporté à la longueur du réseau (exprimé en L/s/km ou m³/jour/km), permettant d'évaluer l'état d'étanchéité global du système.
Chemisage
Technique de réhabilitation sans tranchée d'une canalisation consistant à introduire une gaine imprégnée de résine qui, après polymérisation, forme une nouvelle conduite étanche à l'intérieur de l'ancienne.
Exercice : Calcul de Débit Parasite en Assainissement

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