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Nouveau traité de fontainerie
Le transport et la distribution de l’eau
L’exemple de Paris
Cédric Denis
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© Groupe Eyrolles, 2011, ISBN : 978-2-212-13260-1
Préface ...................................................................................... 1
Remerciements ......................................................................... 3
Avant-propos............................................................................ 5
Chapitre 1. L’alimentation en eau .......................................... 7
Historique de l’eau à Paris ............................................................................7
L’eau souterraine ........................................................................................14
Présentation ...........................................................................................14
Fonctionnement général des nappes ...................................................16Apports d’eau par précipitations ...................................................................................... 16Écoulements souterrains....................................................................................................... 16Les sources .................................................................................................................................. 16
Types de nappes et gîtes aquifères .......................................................17Les nappes phréatiques ......................................................................................................... 17Les nappes alluviales .............................................................................................................. 17Les nappes profondes ............................................................................................................ 17Les circulations karstiques ................................................................................................... 18
Les ouvrages de captage .......................................................................18Le captage par puits ou forage .......................................................................................... 18Le captage des sources émergentes ............................................................................... 19Le captage des sources d’affleurement ......................................................................... 19
Le transport ............................................................................................20Les aqueducs .............................................................................................................................20Les conduites forcées ............................................................................................................. 21Le transport par refoulement ............................................................................................. 21
L’eau superficielle .......................................................................................21
Exemple des différentes étapes de traitement de l’eau de surface ....22L’élimination des éléments flottants .............................................................................. 22
Table des matières
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Nouveau traité de fontainerie
IV
La clarification ...........................................................................................................................23L’ozonation ..................................................................................................................................23La filtration sur charbon actif en grain ............................................................................23La chloration ..............................................................................................................................23
Les dernières technologies ....................................................................24La membrane minérale ......................................................................................................... 24La membrane organique ....................................................................................................... 24L’acide phosphorique ............................................................................................................ 24
Le stockage ..................................................................................................25
Chapitre 2. Hydraulique, rappel des notions ...................... 27
L’hydrostatique ...........................................................................................27
Définition de la pression en un point d’un liquide ..............................27
Direction des forces pressantes .............................................................27
Relation fondamentale de l’hydrostatique ..........................................28
Le principe de Pascal ..............................................................................28
Le théorème d’Archimède .....................................................................29
L’hydrodynamique ......................................................................................30
Les écoulements .....................................................................................30
Les débits ................................................................................................30
Les vitesses ..............................................................................................30
La côte piézométrique ...........................................................................31
Ligne piézométrique et de charge ........................................................31
Les pertes de charges .............................................................................32Les pertes de charges linéaires (ΔL) .................................................................................32Les pertes de charges singulières (ΔS) .............................................................................33
Le coup de bélier .........................................................................................36
Le débit des robinets ..................................................................................37
Chapitre 3. Les branchements et comptages ...................... 39
Historique des branchements d’abonnés parisiens ..................................39
Définition .....................................................................................................40
Le compteur .................................................................................................41
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V
Table des matières
Dimensionnement d’un branchement d’abonné ......................................42
Le débit maximal d’eau d’un immeuble ...............................................42
Le coefficient de simultanéité ...............................................................43
Dimensionnement du branchement ....................................................43
Vérification de la charge disponible ....................................................43La perte de charge linéaire ................................................................................................. 44La perte de charge singulière ............................................................................................. 44Exemple ....................................................................................................................................... 44
Autres formules empiriques ..................................................................45
Les chambres de comptages parisiennes ..................................................45
La pose d’un branchement d’eau en égout ..............................................47
Protection sanitaire du réseau de distribution ....................................48
Branchement jusqu’au diamètre 50 mm ..............................................49
Branchement supérieur au diamètre 50 mm .......................................50
La pose d’un branchement en terre ..........................................................50
Le réseau intérieur ......................................................................................51
Les débitmètres électromagnétiques ........................................................51
Cas n° 1 ...................................................................................................53
Cas n° 2 ...................................................................................................53
Cas n° 3 ...................................................................................................53
Cas n° 4 ...................................................................................................53
Les débitmètres à ultrasons .......................................................................53
Les débitmètres à diaphragme ..................................................................54
Les débitmètres venturi ..............................................................................54
Chapitre 4. Les conduites, joints et pièces spéciales .......... 57
Introduction .................................................................................................57
Historique parisien ......................................................................................57
Les tuyaux en bois ..................................................................................58
Les tuyaux en poterie ............................................................................59
Les tuyaux en pierre naturelle ..............................................................59
Les tuyaux en plomb ..............................................................................60
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Nouveau traité de fontainerie
VI
Les tuyaux en fonte grise ......................................................................61
Les tuyaux Petit et Lavril ........................................................................68
Le joint Somzée ......................................................................................69
Les tuyaux ciment ..................................................................................69
Les tuyaux ciment à armature métallique ou en béton armé ..................................................................................70
Les tuyaux en tôle et bitume .................................................................71
L’assemblage par rivets ..........................................................................72
Les brides Ville de Paris ..........................................................................73
Les diamètres normalisés à Paris ...........................................................74
Les matériaux actuels .................................................................................74
La fonte ductile ......................................................................................74Les tuyaux ...................................................................................................................................74Les joints ......................................................................................................................................76
L’acier ......................................................................................................78L’assemblage par virole .........................................................................................................80Soudure bout à bout..............................................................................................................80Emboîtement et soudure à clin (joint type S)..............................................................81Les soudures ...............................................................................................................................81
Le béton armé à âme tôle .....................................................................83La gamme de tuyaux ...............................................................................................................83Les assemblages standard ....................................................................................................86Les assemblages particuliers ..............................................................................................88
Le polyéthylène haute densité (PEHD) .................................................89Raccordement par électro-soudure ................................................................................ 92Raccordement par fusion bout à bout ........................................................................... 92
Le polychlorure de vinyle (PVC) ............................................................93
Les joints et les manchons .....................................................................93Les joints et manchons mécaniques ............................................................................... 93Les brides de compression ................................................................................................100Les manchons et adaptateurs Viking Johnson ...........................................................100Le compensateur de mouvement .................................................................................. 104
Chapitre 5. Les accessoires des réseaux ............................ 105
Les robinets et vannes ..............................................................................105
La vanne à opercule (ou robinet-vanne) ............................................106
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VII
Table des matières
La vanne papillon .................................................................................107
Le robinet à soupape ...........................................................................108
Le robinet pointeau ............................................................................108
Les vannes anciennes ...........................................................................109Le robinet-vanne Herdevin (1861) ................................................................................... 109Le robinet-vanne modèle Ville de Paris ....................................................................... 110Le robinet-vanne équilibré ................................................................................................. 110
La vanne rideau (ou murale) ...............................................................111
Le robinet de partage ou de sectionnement .....................................111
Les robinets de prise .................................................................................112
Les ventouses et décharges .....................................................................112
Les ventouses ........................................................................................112La ventouse manuelle ...........................................................................................................115La ventouse automatique à un flotteur .........................................................................115La ventouse à deux flotteurs ............................................................................................. 116La ventouse trois fonctions ............................................................................................... 116
Les décharges .......................................................................................116
Les clapets .................................................................................................117
Les soupapes .............................................................................................117
Les réducteurs de pression .......................................................................118
Les compensateurs de dilatation (compensateurs de mouvement) .....118
Les by-pass ou nourrices ..........................................................................118
Les bouches à clé .......................................................................................119
Chapitre 6. La pose des conduites ..................................... 121
La pose en terre ........................................................................................121
Les contraintes mécaniques .................................................................122
La tranchée ...........................................................................................123
Le talutage ...........................................................................................125
Le boisage et le blindage ....................................................................125Le boisage ..................................................................................................................................126Le blindage ................................................................................................................................130
Le fond de fouille .................................................................................131
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VIII
La mise en œuvre des canalisations ....................................................132Le stockage et la manutention ......................................................................................... 133La pose en forte pente ........................................................................................................ 133La pose en terrain instable ................................................................................................. 135
Le remblayage et la réfection de sol ..................................................135
La pose en souterrain ...............................................................................136
Généralités ...........................................................................................136
Règles d’encombrement des égouts par les conduites ......................138
Les efforts à reprendre ........................................................................139Poussée sur une plaque pleine .........................................................................................139Poussée dans un coude ....................................................................................................... 140Poussée dans un cône .......................................................................................................... 141Les perturbations hydrauliques ........................................................................................ 141Les efforts dus à la dilatation ...........................................................................................142
Les supports ..........................................................................................142
La pose sur consoles (DN ≤ 600 mm) ...................................................143La console en fonte ductile ...............................................................................................144La console en aluminium ....................................................................................................145Avantages et inconvénients des supports fonte ductile/aluminium ............. 146Autres types de supports de conduites ...................................................................... 146
La pose à la voûte (DN ≤ 400 mm) ......................................................147
Les béquilles .........................................................................................148
La pose sur tasseaux (DN > 600 mm)...................................................148
La pose sur colonnettes .......................................................................150
Les amarrages .......................................................................................150Les agrafes ..................................................................................................................................151Les colliers ................................................................................................................................ 152Les ceintures ............................................................................................................................ 153Les arcs-boutants ...................................................................................................................154Les anciens colliers ................................................................................................................154
Les butées ou butoirs ...........................................................................155
Les points fixes .....................................................................................157
Principe de pose des canalisations en souterrain ...............................158
Les raccordements ....................................................................................160
Raccordement fonte ductile, acier, PVC ..............................................160
Raccordement fonte ductile/fonte grise .............................................161
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IX
Table des matières
Raccordement fonte ductile/béton armé ...........................................161
Raccordement avec un tuyau en béton à âme tôle ...........................162
Les techniques particulières .....................................................................162
Le tubage ..............................................................................................162
Le fonçage ............................................................................................163
Le microtunnelier .................................................................................164
Le forage dirigé (ou guidé) .................................................................164
La fusée .................................................................................................164
Le renouvellement par éclatement .....................................................165
Chapitre 7. Les appareils hydrauliques et les fontaines ...... 167
Les appareils hydrauliques de surface ....................................................167
Les bouches de lavage et d’arrosage ..................................................169La bouche de lavage Fortin-Hermann ........................................................................... 169La bouche de lavage dite de Pont ................................................................................... 171La bouche d’arrosage modèle Fortin-Hermann ......................................................... 171La bouche de lavage modèle Houdry ............................................................................172La bouche d’arrosage modèle Houdry .......................................................................... 173
La bouche de remplissage ..................................................................175
Les bouches d’incendie ........................................................................176
La bouche de marché – la borne de marché ......................................180
Les fontaines .............................................................................................181
Les fontaines Wallace ..........................................................................181Petit modèle.............................................................................................................................182Grand modèle .........................................................................................................................183
Les fontaines monumentales ..............................................................184
La fontaine de l’an 2000 ......................................................................185
Chapitre 8. Nettoyage, rinçage et désinfection ................ 187Généralités ................................................................................................187
Périmètre d’application ............................................................................188
Obligations ................................................................................................188
Précautions préalables ..............................................................................188
Le carnet sanitaire .....................................................................................189
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X
Les produits de désinfection ....................................................................189
L’extrait de Javel ...................................................................................189
L’hypochlorite de calcium ....................................................................190
Le permanganate de potassium ..........................................................190
La sécurité .............................................................................................191
Les différentes opérations .......................................................................191
Le nettoyage .......................................................................................191
La désinfection .....................................................................................192Intervention de faible importance .................................................................................192Canalisations neuves ou travaux ......................................................................................192Procédure accélérée .............................................................................................................195Les branchements d’eau potable .....................................................................................195Les appareils hydrauliques de surface ...........................................................................197
Les réservoirs d’eau potable ....................................................................197
Les opérations annuelles .....................................................................197
Les nettoyages renforcés .....................................................................198
Les travaux dans les réservoirs ...........................................................198
Chapitre 9. Dimensionnements mécaniques de fontainerie ...................................................................... 199
Les coups de bélier sur le réseau .............................................................199
Vitesses de propagation des ondes de vitesse et de pression .......................................................................................200
Durée que met l’onde à faire un aller et retour dans la canalisation ..............................................................................200
Détermination des surpressions maximales dans les différents biefs .......................................................................201
La fixation des supports de types Celt d’une conduite ..........................202
Les charges à reprendre pour chaque support .................................203
La poussée d’Archimède .....................................................................203
Les contraintes à l’état limite ultime ..................................................203
Dimensionnement de la tige filetée ...................................................203Les sollicitations ................................................................................................................... 204Vérifications à la rupture .................................................................................................. 204Vérification à la rupture du béton de la cheville en traction ............................ 204
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XI
Table des matières
Vérification à la rupture de l’acier en traction ......................................................... 204Vérification à la rupture par extraction, glissement ...............................................205Vérification à la charge oblique ......................................................................................205
Dimensionnement des supports de canalisations de type UPN ............206
Les charges à reprendre .......................................................................206Sur la conduite DN 300 mm ............................................................................................ 206Sur la conduite DN 150 mm ............................................................................................. 206
Les contraintes .....................................................................................206
Vérification de la flèche ......................................................................207
Dimensionnement des ceintures .........................................................207Effort dû à la poussée d’Archimède ............................................................................. 208Effort dû aux perturbations hydrauliques ................................................................. 208
Dimensionnement des boulons ...........................................................209
Dimensionnement des ceintures d’un coude ..........................................210
Poussée à reprendre ............................................................................210
Vérification des fixations .....................................................................210
Vérification des ceintures ....................................................................211
Dimensionnement des longueurs de verrouillage d’une conduite .......211
Dimensionnement d’un point fixe sur un tuyau ....................................212
Contraintes dans le piédroit de l’égout en béton .............................214
Choix des boulons d’assemblage ........................................................214
Dimensionnement d’un point fixe sur un cône ......................................214
Les efforts à reprendre ........................................................................214
Choix des UPN ......................................................................................215
Contraintes dans le piédroit de l’égout en meulière .........................216
Dimensionnement d’une butée de plaque pleine ..................................216
Les hypothèses du calcul ......................................................................216
Les efforts à reprendre à la pression d’essai.......................................217
Vérification des profilés métalliques ..................................................217
Vérification des contraintes ................................................................217
Vérification de la flèche ......................................................................217
Vérification des contraintes dans le massif d’ancrage en béton ......218
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XII
Calcul de la dilatation d’une conduite .....................................................218
Vérification de l’effort de dilatation sur la plaque pleine ................219
Dimensionnement d’un massif de butée en terre ..................................219
Chapitre 10. Historique et développement des réseaux souterrains, l’impact environnemental .............................. 221
L’air comprimé ...........................................................................................222
La communication pneumatique .............................................................222
La téléphonie .............................................................................................223
La récupération énergétique ....................................................................223
Le projet Foodtubes ..................................................................................225
Bibliographie ........................................................................ 227
Périodiques, conférences, bulletins .........................................................227
Livres ..........................................................................................................228
Catalogues et normes ...............................................................................229
Liens Internet ............................................................................................229
Annexes
1 – Débit d’un robinet à gueule bée ........................................................232
2 – Abaque de calcul des sections de passage pour des robinets partiellement ouverts et des diamètres équivalents .............................233
3 – Abaque de détermination des pertes de charge linéaires dans un tuyau en polyéthylène ...............................................................234
4 – Distances entre concessionnaires applicables sur le domaine public de la Ville de Paris..........................................................................235
5 – Différents types d’égouts à Paris .......................................................237
6 – Tableaux de calculs ..............................................................................240
7 – Dimension des consoles type Ville de Paris ......................................251
8 – Schémas des consoles en fonte grise ajourées .................................254
9 – Codification des relevés de fontainerie .............................................255
10 – Encombrement des joints pour tuyaux en fonte ductile (en mm) 257
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