Études de cas pratique

EGC

Gestion des Eaux Pluviales hydraulique

Gestion des Eaux Pluviales

Gestion des Eaux Pluviales

Comprendre le Dimensionnement des Ouvrages de Rétention

La gestion des eaux pluviales est un enjeu majeur en aménagement urbain pour prévenir les inondations et protéger la qualité des milieux aquatiques. Les bassins de rétention sont des ouvrages conçus pour stocker temporairement les eaux de ruissellement issues d'un bassin versant lors d'un événement pluvieux, puis les restituer au milieu naturel ou au réseau avec un débit contrôlé. Cet exercice se concentre sur le calcul du débit de pointe par la méthode rationnelle et l'estimation du volume de stockage d'un tel bassin.

Données de l'étude

On étudie un petit bassin versant urbain dont les eaux de ruissellement sont dirigées vers un bassin de rétention.

Caractéristiques du bassin versant et de la pluie de projet :

Paramètre Valeur Symbole
Surface totale du bassin versant 2.5 \(\text{hectares (ha)}\) \(A\)
Coefficient de ruissellement moyen 0.6 \(C\)
Intensité pluviométrique de projet (pour le temps de concentration) 60 \(\text{mm/h}\) \(i\)
Temps de concentration du bassin versant 15 \(\text{minutes}\) \(t_c\)
Débit de fuite admissible du bassin de rétention 30 \(\text{L/s}\) \(Q_{\text{fuite}}\)

Hypothèses : On utilisera la méthode rationnelle pour le calcul du débit de pointe. La durée de la pluie de projet critique est égale au temps de concentration.

Schéma : Bassin versant et bassin de rétention
Bassin Versant (A, C, tc) Pluie (i) Qp Bassin de Rétention (V_stockage) Q_fuite

Schéma simplifié d'un bassin versant alimentant un bassin de rétention des eaux pluviales.

Questions à traiter

  1. Convertir la surface du bassin versant \(A\) en mètres carrés (\(\text{m}^2\)).
  2. Convertir l'intensité pluviométrique de projet \(i\) en mètres par seconde (\(\text{m/s}\)).
  3. Calculer le débit de pointe (\(Q_p\)) à l'entrée du bassin de rétention en utilisant la méthode rationnelle, en \(\text{m}^3\text{/s}\).
  4. Convertir le temps de concentration \(t_c\) en secondes.
  5. Calculer le volume d'eau entrant dans le bassin (\(V_{\text{entrant}}\)) pendant la durée de la pluie de projet (égale à \(t_c\)) en \(\text{m}^3\).
  6. Convertir le débit de fuite admissible \(Q_{\text{fuite}}\) en \(\text{m}^3\text{/s}\).
  7. Calculer le volume d'eau évacué par le débit de fuite (\(V_{\text{sortant}}\)) pendant la durée de la pluie de projet en \(\text{m}^3\).
  8. Estimer le volume de stockage requis (\(V_{\text{stockage}}\)) pour le bassin de rétention en \(\text{m}^3\).

Correction : Gestion des Eaux Pluviales

Question 1 : Conversion de la surface du bassin versant (\(A\))

Principe :

Un hectare (ha) équivaut à 10 000 mètres carrés (\(\text{m}^2\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[1 \, \text{ha} = 10000 \, \text{m}^2\]
Données spécifiques :
  • Surface du bassin versant (\(A\)) : \(2.5 \, \text{ha}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} A &= 2.5 \, \text{ha} \times 10000 \, \text{m}^2\text{/ha} \\ &= 25000 \, \text{m}^2 \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La surface du bassin versant est \(A = 25000 \, \text{m}^2\).

Question 2 : Conversion de l'intensité pluviométrique (\(i\))

Principe :

L'intensité pluviométrique est donnée en mm/h. Pour l'utiliser dans la méthode rationnelle avec des unités SI cohérentes, il faut la convertir en m/s.

\(1 \, \text{mm} = 10^{-3} \, \text{m}\) et \(1 \, \text{heure} = 3600 \, \text{secondes}\).

Formule(s) utilisée(s) :
\[i \, (\text{m/s}) = i \, (\text{mm/h}) \times \frac{10^{-3} \, \text{m/mm}}{3600 \, \text{s/h}}\]
Données spécifiques :
  • Intensité pluviométrique (\(i\)) : \(60 \, \text{mm/h}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} i &= 60 \, \frac{\text{mm}}{\text{h}} \times \frac{10^{-3} \, \text{m}}{1 \, \text{mm}} \times \frac{1 \, \text{h}}{3600 \, \text{s}} \\ &= \frac{60 \times 10^{-3}}{3600} \, \text{m/s} \\ &= \frac{0.06}{3600} \, \text{m/s} \\ &\approx 0.000016667 \, \text{m/s} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : L'intensité pluviométrique est \(i \approx 1.667 \times 10^{-5} \, \text{m/s}\).

Question 3 : Calcul du débit de pointe (\(Q_p\))

Principe :

La méthode rationnelle estime le débit de pointe par la formule \(Q_p = C \cdot i \cdot A\), où \(C\) est le coefficient de ruissellement, \(i\) l'intensité pluviométrique et \(A\) la surface du bassin versant.

Formule(s) utilisée(s) :
\[Q_p = C \cdot i \cdot A\]
Données spécifiques :
  • Coefficient de ruissellement (\(C\)) : \(0.6\) (adimensionnel)
  • Intensité pluviométrique (\(i\)) : \(\approx 0.000016667 \, \text{m/s}\)
  • Surface du bassin versant (\(A\)) : \(25000 \, \text{m}^2\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} Q_p &= 0.6 \times 0.000016667 \, \text{m/s} \times 25000 \, \text{m}^2 \\ &\approx 0.0000100002 \, \text{1/s} \times 25000 \, \text{m}^3 \\ &\approx 0.250005 \, \text{m}^3\text{/s} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le débit de pointe est \(Q_p \approx 0.250 \, \text{m}^3\text{/s}\) (soit \(250 \, \text{L/s}\)).

Question 4 : Conversion du temps de concentration (\(t_c\))

Principe :

Le temps de concentration est donné en minutes et doit être converti en secondes pour être cohérent avec les autres unités.

Formule(s) utilisée(s) :
\[1 \, \text{minute} = 60 \, \text{secondes}\]
Données spécifiques :
  • Temps de concentration (\(t_c\)) : \(15 \, \text{minutes}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} t_c &= 15 \, \text{minutes} \times 60 \, \text{s/minute} \\ &= 900 \, \text{s} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le temps de concentration est \(t_c = 900 \, \text{s}\).

Question 5 : Volume d'eau entrant dans le bassin (\(V_{\text{entrant}}\))

Principe :

Le volume d'eau entrant dans le bassin pendant la durée de la pluie critique (supposée égale au temps de concentration) est le produit du débit de pointe par cette durée.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{entrant}} = Q_p \times t_c\]
Données spécifiques :
  • Débit de pointe (\(Q_p\)) : \(\approx 0.250 \, \text{m}^3\text{/s}\)
  • Temps de concentration (\(t_c\)) : \(900 \, \text{s}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{entrant}} &= 0.250 \, \text{m}^3\text{/s} \times 900 \, \text{s} \\ &= 225 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Le volume d'eau entrant dans le bassin est \(V_{\text{entrant}} = 225 \, \text{m}^3\).

Question 6 : Conversion du débit de fuite (\(Q_{\text{fuite}}\))

Principe :

Le débit de fuite est donné en Litres par seconde (L/s) et doit être converti en mètres cubes par seconde (\(\text{m}^3\text{/s}\)).

\(1 \, \text{m}^3 = 1000 \, \text{L}\), donc \(1 \, \text{L} = 10^{-3} \, \text{m}^3\).

Formule(s) utilisée(s) :
\[Q_{\text{fuite}} \, (\text{m}^3\text{/s}) = Q_{\text{fuite}} \, (\text{L/s}) \times 10^{-3}\]
Données spécifiques :
  • Débit de fuite (\(Q_{\text{fuite}}\)) : \(30 \, \text{L/s}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} Q_{\text{fuite}} &= 30 \, \text{L/s} \times 10^{-3} \, \text{m}^3\text{/L} \\ &= 0.030 \, \text{m}^3\text{/s} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : Le débit de fuite admissible est \(Q_{\text{fuite}} = 0.030 \, \text{m}^3\text{/s}\).

Question 7 : Volume d'eau évacué par le débit de fuite (\(V_{\text{sortant}}\))

Principe :

Le volume d'eau évacué par le débit de fuite régulé pendant la durée de la pluie critique est le produit de ce débit de fuite par la durée.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{sortant}} = Q_{\text{fuite}} \times t_c\]
Données spécifiques :
  • Débit de fuite (\(Q_{\text{fuite}}\)) : \(0.030 \, \text{m}^3\text{/s}\)
  • Temps de concentration (\(t_c\)) : \(900 \, \text{s}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{sortant}} &= 0.030 \, \text{m}^3\text{/s} \times 900 \, \text{s} \\ &= 27 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 7 : Le volume d'eau évacué par le débit de fuite est \(V_{\text{sortant}} = 27 \, \text{m}^3\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si le coefficient de ruissellement \(C\) augmente, le débit de pointe \(Q_p\) :

Question 8 : Volume de stockage requis (\(V_{\text{stockage}}\))

Principe :

Le volume de stockage requis pour le bassin de rétention est la différence entre le volume d'eau qui entre dans le bassin et le volume d'eau qui en sort par le dispositif de fuite pendant la durée de l'événement pluvieux considéré.

Formule(s) utilisée(s) :
\[V_{\text{stockage}} = V_{\text{entrant}} - V_{\text{sortant}}\]
Données spécifiques :
  • Volume entrant (\(V_{\text{entrant}}\)) : \(225 \, \text{m}^3\)
  • Volume sortant (\(V_{\text{sortant}}\)) : \(27 \, \text{m}^3\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{stockage}} &= 225 \, \text{m}^3 - 27 \, \text{m}^3 \\ &= 198 \, \text{m}^3 \end{aligned} \]
Résultat Question 8 : Le volume de stockage requis pour le bassin de rétention est \(V_{\text{stockage}} = 198 \, \text{m}^3\).

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La méthode rationnelle est principalement utilisée pour estimer :

2. Un coefficient de ruissellement (\(C\)) élevé indique que :

3. L'objectif principal d'un bassin de rétention des eaux pluviales est de :

Glossaire

Bassin Versant
Territoire géographique qui collecte toutes les eaux de pluie et les dirige vers un exutoire commun (cours d'eau, lac, réseau d'assainissement).
Coefficient de Ruissellement (\(C\))
Rapport adimensionnel entre la hauteur d'eau qui ruisselle et la hauteur d'eau précipitée. Il dépend de la nature et de la pente des surfaces du bassin versant.
Intensité Pluviométrique (\(i\))
Hauteur d'eau de pluie tombée par unité de temps (ex: mm/h, L/s/ha, m/s). L'intensité de projet est choisie en fonction d'une période de retour donnée.
Temps de Concentration (\(t_c\))
Temps nécessaire pour que l'eau provenant du point le plus éloigné hydrauliquement d'un bassin versant atteigne l'exutoire. C'est la durée de pluie pour laquelle tout le bassin versant contribue au débit à l'exutoire.
Débit de Pointe (\(Q_p\))
Débit maximal instantané du ruissellement à l'exutoire d'un bassin versant lors d'un événement pluvieux.
Méthode Rationnelle
Méthode empirique simple et couramment utilisée pour estimer le débit de pointe du ruissellement pour les petits bassins versants (généralement moins de 80 ha). Formule : \(Q_p = C \cdot i \cdot A\).
Bassin de Rétention
Ouvrage conçu pour stocker temporairement les eaux de ruissellement afin de contrôler le débit rejeté à l'aval, réduisant ainsi les risques d'inondation.
Débit de Fuite (\(Q_{\text{fuite}}\))
Débit maximal contrôlé auquel l'eau est évacuée d'un bassin de rétention vers le milieu récepteur ou le réseau.
Gestion des Eaux Pluviales - Application

D’autres exercices d’hydraulique :

0 commentaires
Soumettre un commentaire

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