Études de cas pratique

EGC

Dimensionnement du Bassin de Rétention

Dimensionnement d’un Bassin de Rétention des Eaux Pluviales

Importance des Bassins de Rétention

Les bassins de rétention des eaux pluviales sont des ouvrages essentiels dans la gestion moderne des eaux urbaines. Avec l'augmentation de l'imperméabilisation des sols due à l'urbanisation, les eaux de pluie ruissellent plus rapidement et en plus grande quantité, augmentant les risques d'inondation et la pollution des milieux aquatiques. Les bassins de rétention permettent de stocker temporairement ces eaux de ruissellement lors d'événements pluvieux importants. Ils les restituent ensuite progressivement au milieu naturel ou au réseau d'assainissement à un débit contrôlé, limitant ainsi les pics de crue et favorisant parfois une certaine épuration. Le dimensionnement correct de ces bassins est crucial pour leur efficacité.

Données de l'étude

On souhaite dimensionner un bassin de rétention pour une nouvelle zone d'aménagement.

Caractéristiques du bassin versant et de la pluie de projet :

  • Surface totale du bassin versant (zone aménagée) (\(A_{\text{bv}}\)) : \(5 \, \text{hectares (ha)}\)
  • Coefficient de ruissellement moyen du bassin versant (\(C\)) : \(0.6\) (sans dimension)
  • Intensité de la pluie de projet (pour une durée de retour donnée) (\(i\)) : \(60 \, \text{mm/h}\)
  • Durée de la pluie de projet (\(t_p\)) : \(2 \, \text{heures}\)
  • Débit de fuite maximal autorisé à la sortie du bassin (\(Q_{\text{fuite_max}}\)) : \(10 \, \text{L/s}\)

Hypothèses : On utilisera la méthode rationnelle simplifiée pour estimer le volume de ruissellement. On néglige l'évaporation et l'infiltration dans le bassin lui-même pour ce calcul préliminaire.

Schéma : Bassin de Rétention des Eaux Pluviales
Bassin Versant (A_bv) Pluie (i) Ruissellement Bassin V_stocké Q_fuite Dimensionnement Bassin Rétention

Illustration d'un bassin versant générant du ruissellement lors d'une pluie, et d'un bassin de rétention stockant temporairement l'eau avant de la rejeter à débit contrôlé.

Questions à traiter

  1. Convertir la surface du bassin versant en mètres carrés (\(\text{m}^2\)).
  2. Calculer la hauteur totale de pluie pendant l'événement de projet (\(H_{\text{pluie}}\)) en millimètres (mm) puis en mètres (m).
  3. Calculer le volume total d'eau précipitée sur le bassin versant (\(V_{\text{précipité}}\)) en \(\text{m}^3\).
  4. Calculer le volume d'eau de ruissellement (\(V_{\text{ruissellement}}\)) généré par le bassin versant en \(\text{m}^3\).
  5. Calculer le volume d'eau évacué par le débit de fuite pendant la durée de la pluie (\(V_{\text{fuite_pendant_pluie}}\)) en \(\text{m}^3\).
  6. Estimer le volume de stockage requis pour le bassin de rétention (\(V_{\text{stockage}}\)) en \(\text{m}^3\).

Correction : Dimensionnement d’un Bassin de Rétention

Question 1 : Conversion de la surface du bassin versant

Principe :

Les calculs hydrologiques et hydrauliques utilisent généralement le mètre carré (\(\text{m}^2\)) comme unité de surface. Il est donc nécessaire de convertir la surface donnée en hectares (ha) en mètres carrés. On sait que 1 hectare équivaut à 10 000 mètres carrés.

Formule(s) utilisée(s) :
\[1 \, \text{ha} = 10000 \, \text{m}^2\]
\[A_{\text{bv}}(\text{m}^2) = A_{\text{bv}}(\text{ha}) \times 10000\]
Données spécifiques :
  • Surface du bassin versant (\(A_{\text{bv}}\)) : \(5 \, \text{ha}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} A_{\text{bv}} &= 5 \, \text{ha} \times 10000 \, \text{m}^2/\text{ha} \\ &= 50000 \, \text{m}^2 \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La surface du bassin versant est \(A_{\text{bv}} = 50000 \, \text{m}^2\).

Question 2 : Hauteur totale de pluie (\(H_{\text{pluie}}\))

Principe :

L'intensité de la pluie (\(i\)) est donnée en millimètres par heure (mm/h). Pour trouver la hauteur totale de pluie tombée pendant la durée de l'événement pluvieux (\(t_p\)), on multiplie l'intensité par la durée. Il faudra ensuite convertir cette hauteur en mètres pour la cohérence des unités dans les calculs de volume.

Formule(s) utilisée(s) :
\[H_{\text{pluie}}(\text{mm}) = i \times t_p\]
\[H_{\text{pluie}}(\text{m}) = \frac{H_{\text{pluie}}(\text{mm})}{1000}\]
Données spécifiques :
  • Intensité de la pluie (\(i\)) : \(60 \, \text{mm/h}\)
  • Durée de la pluie (\(t_p\)) : \(2 \, \text{heures}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} H_{\text{pluie}}(\text{mm}) &= 60 \, \text{mm/h} \times 2 \, \text{h} \\ &= 120 \, \text{mm} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} H_{\text{pluie}}(\text{m}) &= \frac{120 \, \text{mm}}{1000} \\ &= 0.12 \, \text{m} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La hauteur totale de pluie est \(H_{\text{pluie}} = 120 \, \text{mm}\) ou \(0.12 \, \text{m}\).

Question 3 : Volume total d'eau précipitée (\(V_{\text{précipité}}\))

Principe :

Le volume total d'eau qui tombe sur le bassin versant est le produit de la surface de ce bassin versant par la hauteur totale de pluie. C'est la quantité brute d'eau reçue par la zone avant de considérer ce qui va réellement ruisseler.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{précipité}} = A_{\text{bv}} \times H_{\text{pluie}}(\text{m})\]
Données spécifiques :
  • Surface du bassin versant (\(A_{\text{bv}}\)) : \(50000 \, \text{m}^2\)
  • Hauteur totale de pluie (\(H_{\text{pluie}}\)) : \(0.12 \, \text{m}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{précipité}} &= 50000 \, \text{m}^2 \times 0.12 \, \text{m} \\ &= 6000 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le volume total d'eau précipitée est \(V_{\text{précipité}} = 6000 \, \text{m}^3\).

Question 4 : Volume d'eau de ruissellement (\(V_{\text{ruissellement}}\))

Principe :

Tout l'eau qui tombe ne ruisselle pas directement vers le point bas ou le bassin. Une partie s'infiltre dans le sol, est interceptée par la végétation, ou s'évapore. Le coefficient de ruissellement (\(C\)) représente la fraction du volume total d'eau précipitée qui contribue effectivement au ruissellement de surface. Le volume de ruissellement est donc le volume précipité multiplié par ce coefficient.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{ruissellement}} = V_{\text{précipité}} \times C\]
Données spécifiques :
  • Volume précipité (\(V_{\text{précipité}}\)) : \(6000 \, \text{m}^3\)
  • Coefficient de ruissellement (\(C\)) : \(0.6\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{ruissellement}} &= 6000 \, \text{m}^3 \times 0.6 \\ &= 3600 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le volume d'eau de ruissellement généré est \(V_{\text{ruissellement}} = 3600 \, \text{m}^3\).

Quiz Intermédiaire 1 : Un coefficient de ruissellement de 0.8 signifie que :

Question 5 : Volume d'eau évacué par le débit de fuite pendant la pluie (\(V_{\text{fuite_pendant_pluie}}\))

Principe :

Pendant que la pluie tombe et que le bassin se remplit, une partie de l'eau peut déjà s'évacuer par l'ouvrage de sortie (le "débit de fuite"). Pour estimer ce volume, on multiplie le débit de fuite maximal autorisé par la durée de la pluie. Il faut s'assurer que les unités sont cohérentes (par exemple, convertir les L/s en m³/h si la durée est en heures).

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{fuite_pendant_pluie}} = Q_{\text{fuite_max}} \times t_p\]
Données spécifiques :
  • Débit de fuite maximal (\(Q_{\text{fuite_max}}\)) : \(10 \, \text{L/s}\)
  • Durée de la pluie (\(t_p\)) : \(2 \, \text{heures}\)
Calcul :

Conversion du débit de fuite en \(\text{m}^3/\text{h}\) :
\(10 \, \text{L/s} = 10 \times 10^{-3} \, \text{m}^3/\text{s}\)
\(10 \times 10^{-3} \, \text{m}^3/\text{s} \times 3600 \, \text{s/h} = 36 \, \text{m}^3/\text{h}\)

\[ \begin{aligned} Q_{\text{fuite_max}} &= 36 \, \text{m}^3/\text{h} \end{aligned} \]

Volume évacué pendant la pluie :

\[ \begin{aligned} V_{\text{fuite_pendant_pluie}} &= 36 \, \text{m}^3/\text{h} \times 2 \, \text{h} \\ &= 72 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Le volume d'eau évacué par le débit de fuite pendant la durée de la pluie est \(V_{\text{fuite_pendant_pluie}} = 72 \, \text{m}^3\).

Question 6 : Volume de stockage requis pour le bassin (\(V_{\text{stockage}}\))

Principe :

Le volume de stockage que le bassin doit pouvoir contenir est la différence entre le volume total d'eau qui y arrive (volume de ruissellement) et le volume qui a pu s'en échapper par le débit de fuite pendant que la pluie tombait. C'est le volume net qui doit être temporairement stocké pour éviter les inondations en aval.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{stockage}} = V_{\text{ruissellement}} - V_{\text{fuite_pendant_pluie}}\]
Données spécifiques (résultats des questions précédentes) :
  • Volume de ruissellement (\(V_{\text{ruissellement}}\)) : \(3600 \, \text{m}^3\)
  • Volume évacué pendant la pluie (\(V_{\text{fuite_pendant_pluie}}\)) : \(72 \, \text{m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{stockage}} &= 3600 \, \text{m}^3 - 72 \, \text{m}^3 \\ &= 3528 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : Le volume de stockage requis pour le bassin de rétention est \(V_{\text{stockage}} = 3528 \, \text{m}^3\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si le débit de fuite autorisé augmente, le volume de stockage nécessaire :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Le coefficient de ruissellement représente :

2. Un bassin de rétention est principalement conçu pour :

3. Si l'intensité de la pluie de projet augmente, le volume de stockage nécessaire pour un bassin de rétention (toutes choses égales par ailleurs) :

Glossaire

Bassin Versant (\(A_{\text{bv}}\))
Surface géographique qui collecte les eaux de pluie et les dirige vers un point commun (exutoire), comme un cours d'eau ou un bassin de rétention.
Coefficient de Ruissellement (\(C\))
Rapport entre la hauteur d'eau qui ruisselle et la hauteur d'eau précipitée. Il dépend de la nature du sol, de la pente, de la végétation, et du degré d'imperméabilisation.
Intensité Pluviométrique (\(i\))
Hauteur d'eau tombée par unité de temps. Généralement exprimée en millimètres par heure (\(\text{mm/h}\)) ou en litres par seconde par hectare (\(\text{L/(s}\cdot\text{ha)}\)).
Pluie de Projet
Événement pluvieux théorique (caractérisé par son intensité et sa durée) utilisé pour le dimensionnement des ouvrages hydrauliques, correspondant à une certaine période de retour (ex: pluie décennale, centennale).
Volume de Ruissellement (\(V_{\text{ruissellement}}\))
Quantité totale d'eau qui s'écoule en surface après une pluie, après déduction des pertes par infiltration, évaporation, etc.
Bassin de Rétention
Ouvrage conçu pour stocker temporairement les eaux de ruissellement afin de contrôler leur débit de rejet vers le milieu récepteur.
Débit de Fuite (\(Q_{\text{fuite}}\))
Débit d'eau maximal autorisé ou conçu à la sortie d'un bassin de rétention.
Volume de Stockage
Capacité d'un bassin de rétention à emmagasiner un certain volume d'eau.
Dimensionnement d’un Bassin de Rétention - Exercice d'Application

D’autres exercices d’assainissement:

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *