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RÉSUMÉ
La conception des réseaux d’alimentation et d’évacuation des eaux ne peut s’effectuer sans les connaissances de base en mécanique des fluides. Les équations déterminant les écoulements des liquides et les expressions de la vitesse sont nécessaires au calcul des canalisations et à leur dimensionnement. Cet article reprend les concepts généraux et les définitions permettant cette approche.
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Éditions Techniques de l’Ingénieur -
INTRODUCTION
Concevoir un réseau d’alimentation en eau (dont la fourniture d’eau destinée à la consommation humaine), et d’évacuation et traitement des eaux usées, impose de s’intéresser de très près aux lois fondamentales qui régissent la mécanique des fluides. L’expression de la vitesse, de l’énergie, les équations déterminant l’écoulement des liquides dans les tuyaux cylindriques, autant de concepts nécessaires aux calculs des canalisations. Pour aider à l’approche théorique, il est fait appel à des définitions ou des notions comme les coefficients pondérateurs de pointe, de simultanéité, les débits de base, probables, simultanés et instantanés. Sont déterminés, également, sur la base des besoins, les éléments de calcul spécifiques aux canalisations qu’elles soient d’adduction, d’alimentation, d’évacuation des eaux usées ou eaux-vannes. Les eaux pluviales possèdent des données de base autres, qui sont l’intensité moyenne de précipitation et le coefficient de ruissellement, caractérisant la capacité de rétention d’une surface.
Les conditions d’écoulement à l’intérieur des conduites sont impactées directement par le débit, la vitesse du fluide, le diamètre de la canalisation, et également par la résultant des pertes de charge. Ces aspects font l’objet de l’article [TBA2516].
Le dimensionnement des canalisations, fonction du matériau constituant la conduite, de sa nature (fonte, acier, ciment poli, béton, matière plastique) et de la qualité de sa paroi intérieure, est traité dans l’article [TBA2517].
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Écoulement dans les tuyaux cylindriques
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1. Écoulement en masse – Lois fondamentales
Les lois fondamentales en mécanique des fluides définissent les principes de calcul des vitesses et des pertes de charge dans le cas d’écoulement des liquides selon qu’ils sont considérés :
-
liquides parfaits ;
-
ou liquides dits réels ou naturels.
1.1 Expression de la vitesse (loi de Torricelli)
Dans le cas d’un écoulement libre par un orifice à paroi mince, la loi de Torricelli exprime que la vitesse du liquide est égale à celle d’un corps qui tomberait dans le vide, sans vitesse initiale, depuis la surface libre, soit :
avec :
- g :
- accélération de la pesanteur,
- h :
- hauteur de chute.
La vitesse est donc indépendante de la masse volumique du liquide considéré.
HAUT DE PAGE1.2 Expression de l’énergie (théorème de Bernoulli)
Le théorème de Bernoulli définit la perte de charge dans le cas d’un liquide parfait, c’est-à-dire incompressible et sans viscosité, s’écoulant par gravitation. Il exprime la loi de la conservation de l’énergie appliquée aux fluides. En pratique, on utilise des formules dérivées qui tiennent compte de la nature et de la qualité des conduites et dont les résultats sont présentés sous forme d’abaques.
HAUT DE PAGE1.2.1 Cas des liquides parfaits
-
Représentation graphique
Un liquide parfait est animé d’un mouvement permanent, avec conservation de la masse ; ce mouvement se fait par le filet A,B,C (figure 1),
-
Équations
On donne dans un espace orthonormé (0, xyz) :
-
Za...
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Écoulement en masse – Lois fondamentales
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Conception des réseaux et des installations
Loi 2006 – 1772 du 30 décembre 2006 portant sur l’eau et les milieux aquatiques
HAUT DE PAGEHAUT DE PAGE
Code de la santé publique Articles R1321-1 à R1321-66, D1321-67 et D1321-68
Code des collectivités locales – Articles R2224-6 à R2224-22-6
Code de la construction et de l’habitation – Articles L135-1 et R135-1 – Chapitre V : Économie des consommations d’eau dans les immeubles
Décret n° 2007-49 du 11 janvier 2007 relatif à la sécurité sanitaire des eaux destinées à la consommation humaine
Décret n° 2001-1220 du 20 décembre 2001 modifié relatif aux eaux destinées à la consommation humaine, à l’exclusion des eaux minérales naturelles
Arrêté du 17 décembre 2008 relatif au contrôle des installations privatives de distribution d’eau potable, des ouvrages de prélèvement, puits et forages et des ouvrages de récupération des eaux de pluie
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