Fiche HYDRAULIQUE. Pourquoi un caniveau. Pour évacuer rapidement l eau de pluie

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1 Fiche HYDRAULIQUE Pourquoi un caniveau Pour évacuer rapidement l eau de pluie Lors de la réalisation de grands espaces imperméabilisés, les maîtres d œuvre sont confrontés aux problèmes de l évacuation de l eau de ruissellement. Pour des raisons de sécurité et de confort, concevoir un réseau d évacuation pluvial est indispensable. Deux techniques permettent d évacuer les eaux de ruissellement d une surface : L évacuation ponctuelle et l évacuation linéaire. Dans le cas d une évacuation ponctuelle, la surface à drainer est divisée en sections régulières au centre desquelles est installé un avaloir. Un réseau pluvial souterrain récolte l eau des différents avaloirs jusqu à l exutoire. Ce type de solution nécessite un volume de terrassement important surtout lorsque l on est en présence de charges roulantes (en cas de charges roulantes, les règles de l art imposent une hauteur de terrain au-dessus de la génératrice supérieure de la canalisation d au moins 0,60 m). Cette solution nécessite aussi la mise en œuvre de nombreuses discontinuités de pente très difficiles à réaliser. Outre le fait que ces discontinuités de pentes ne sont pas toujours très esthétiques, leurs difficultés de réalisation se traduit souvent par l apparition de nombreuses flaques. Dans le cas d une évacuation linéaire, les eaux de ruissellement sont dirigées vers un caniveau qui sert à la fois de point d évacuation et de réseau. Avec ce type d évacuation, les terrassements sont réduits. Les discontinuités de pentes sont supprimées facilitant la mise en œuvre et limitant les risques de flaques tout en améliorant l esthétisme de l ensemble. 45

2 Et la pollution... En réduisant le cheminement de l eau lorsqu elle ruisselle sur le sol, la solution caniveau limite les risques de pollution de l eau Contrairement à ce que l on peut penser, l eau pluviale n est pas une eau propre. Plus longtemps l eau ruisselle, plus elle risque de se charger en polluants de toutes sortes. Les eaux de pluie qui ont ruisselé sur les surfaces urbaines sont souvent sales, les concentrations en polluants peuvent même être, pour certains produits, dangereuses (plomb, hydrocarbures). Principaux paramètres pouvant poser problème dans les eaux de pluie et pluviales : - hydrocarbures - matières en suspension - matières organiques - cadmium, cuivre, plomb, zinc - magnésium, potassium, sulfates, sodium, chlorures - nitrates - pesticides La qualité de l eau pluviale dépend de la nature des surfaces de ruissellement, de leur entretien (absence ou au contraire usage de produits de nettoyage), de la fréquentation animale, des usages. Il est donc important d éviter que l eau ne ruisselle trop longtemps. Mais il est aussi intéressant de canaliser cette eau de ruissellement pour éventuellement procéder à un traitement de ces eaux (décantation). Où choisir une solution caniveau Il est intéressant d opter pour une solution caniveau plutôt que de continuer à utiliser la traditionnelle évacuation ponctuelle lorsque : 1- La sécurité des usagers est importante : routes à 2x2 voies. Lorsque la vitesse des véhicules est importante, l eau qui ruisselle devient un danger. Les caniveaux évitent à l eau de ruisseler le long de la bordure du trottoir et donc de ruisseler sur une zone circulée. 2- L esthétisme de l ouvrage fini est important : aménagement urbains, centres commerciaux, places, arcades, forum, centres-villes etc. Pas de discontinuités de pente, pas de flaques d eau disgracieuses. Le caniveau installé à la place d une bordure de trottoir permet d avoir des places ou des trottoirs à la même altitude que la route. Ce qui est souvent esthétiquement recherché en aménagement urbain. 3- Le confort des usagers est important : parkings de centre commerciaux, centres villes, rues piétonnes etc. La facilité de mise en œuvre évite la formation de flaques d eau importantes rendant la marche à pied gênante et inconfortable. 46

3 Comment calculer un caniveau L écoulement dans un caniveau est un écoulement graduellement varié. Ce n est pas un écoulement simple. Il n est donc pas facilement calculable. Cependant Nicoll a mis au point un programme informatique permettant de calculer les caniveaux Kenadrain. Ce programme a été vérifié expérimentalement sur le banc hydraulique que Nicoll a conçu à cet effet. Cependant, aussi perfectionné que soit notre système de calcul numérique, les résultats ne seront justes que si les données utilisées le sont, et en particulier la valeur d intensité pluvieuse retenue. 1 Quelques notions d hydrologie Ce guide technique n est pas un manuel d hydrologie mais quelques notions de base pourront aider les projeteurs à concevoir leurs réseaux de caniveaux. Théoriquement, le calcul d un caniveau et celui d un exutoire de bassin versant est identique. Mais, même si les notions et la méthodologie sont les mêmes, l échelle étant très différente, il est possible de faire de nombreuses approximations pour simplifier le calcul sans que cela n ait d influence sur les résultats Le cycle de l eau terrestre. Lorsque l on dimensionne des caniveaux destinés à être installés dans une zone couverte, le projeteur connaît les quantités d eaux qui devront pouvoir être évacuées, il s agit par exemple des eaux de lavage d une station de nettoyage de voitures. Mais quand la zone est découverte, il faut alors étudier les valeurs météorologiques de la région. Le cycle de l eau terrestre (figure ci contre) est en fait le bilan hydrique du sol : il traduit le fait que dans la nature rien ne se perd et rien ne se gagne. En l occurrence, toute l eau tombée sous forme de précipitation s évapore (sur le sol on parle d évaporation pour tenir compte de l influence des végétaux), s infiltre ou ruisselle. Cela se traduit par l équation suivante : P = E + R + I Avec : P : Pluviométrie (mm) E : évaporation et évapotranspiration (mm) R : ruissellement (mm) I : infiltration (mm) 47

4 1.2 Pluviométrie Pour connaître la quantité d eau qui va ruisseler, il est donc nécessaire de connaître la quantité d eau tombée ou pluviométrie. Cette quantité est mesurée par un pluviomètre ou un pluviographe qui permet d obtenir de façon plus précise les variations de pluviométrie pendant un évènement pluvieux. Les services météorologiques des pays possèdent de nombreuses années de données pluviométriques pour de nombreuses villes de France et les principales villes européennes. Ces données sont traitées de façon statistique et on constate que la pluviométrie d un évènement pluvieux est une fonction du type exponentielle. On obtient alors l expression de P suivante : P = a t n Avec : t temps a et n paramètres fonction de la zone pour laquelle la pluviométrie est demandée (fournis par les agence météorologiques nationales). 1.3 Temps de retour Pour un événement futur p, on cherche à déterminer la probabilité pour qu une précipitation P ne soit pas dépassée, c est-à-dire que l événement pluvieux p qui arrive soit inférieur ou égal à P. On peut calculer le temps de retour de cette précipitation P. T = 1 1- probabilité (p<p) Une précipitation de temps de retour T est une précipitation qui sera dépassée k fois sur k T années. 1.4 Courbes IDF L analyse statistique des pluies permet de définir deux lois : - Pour un même temps de retour, l intensité d une pluie est d autant plus forte que sa durée est courte. - A durée de pluie égale, une précipitation sera d autant plus intense que son temps de retour sera grand. Ces lois permettent d obtenir des courbes reliant les intensités, la durée et le temps de retour entre elles. Ce sont les courbes IDF. Pour pouvoir dimensionner un ouvrage, le projeteur se doit de déterminer le risque qu il souhaite prendre de voir cet ouvrage sous dimensionné, c est ainsi qu il détermine le temps de retour pour lequel il souhaite concevoir le réseau. Plus le temps de retour est long, plus l ouvrage est important et plus son coût va en être élevé. Ce coût doit alors être comparé aux coûts des dégâts qui pourraient être occasionnés par une crue due à son sous dimensionnement. 48

5 1.5 Temps de concentration Si l on suppose que la même quantité d eau tombe sur toute la surface à drainer, cette quantité d eau ne se retrouvera pas dans l ouvrage à concevoir au même moment. Cette différence de temps est fonction du type de sol en ce point, de sa pente et de la distance entre ce point et l ouvrage. Le temps de concentration tc est le maximum de durée nécessaire à une goutte d eau pour parcourir le chemin hydrologique entre un point du bassin et l exutoire. Le débit maximal pour l ouvrage dimensionné se produira lorsqu il devra évacuer les eaux de la totalité de la zone à drainer, il devra donc être calculé pour des pluies d une durée supérieure à ce temps de concentration tc. Lorsque l ouvrage dimensionné est un caniveau hydraulique, les zones à drainer sont des zones de petites tailles (comparées à des bassins versants de rivières), le temps de concentration pour ce type de zone est donc négligeable devant la durée de la pluie. Cependant les durées de pluie très faibles sont en limite des courbes IDF qui correspondent à des valeurs limites, on aboutit alors à des surdimensionnements importants. C est pourquoi Nicoll propose généralement de choisir une durée de précipitation de 10 mn. 1.6 Coefficient de ruissellement. Seule une partie de la précipitation ruisselle, le reste repart dans l atmosphère (évapotranspiration) ou s infiltre. Le coefficient de ruissellement traduit la part de précipitation qui ruisselle soit : Cr = Hauteur d eau ruisselée (mm) Hauteur d eau précipitée (mm) Cr dépend de la couverture de sol. De nombreuses normes nationales donnent des valeurs de Cr. On peut constater que même pour des surfaces imperméabilisées, ce coefficient n est jamais égal à 1 car il faut tenir compte de l évapotranspiration. Il est en général pris à 0.9 pour une surface imperméable. On en déduit que : Q max = Cr I A (l/s) surface du bassin (m 2 ) Intensité de la pluie pour une durée égale (l/s/m 2 ) au temps de concentration Coefficient de ruissellement Surfaces complètement imperméabilisées telles que toitures, chaussées Surfaces pavées à joints larges Voies non goudronnées Allées en graviers Surfaces boisées Habitations très denses Habitations denses Habitations moins denses Quartiers résidentiels Zones industrielles Squares, jardins selon la pente et la perméabilité du sol ,05 0,9 0,6 à 0,7 0,4 à 0,5 0,2 à 0,3 0,2 à 0,3 0,05 à 0,2 49

6 2- Le logiciel de calcul hydraulique des caniveaux Pour vous aider à concevoir parfaitement vos projets, notre service Assistance technique a développé des outils évolués qui vous permettent de valider la faisabilité du projet et de dimensionner avec précision votre caniveau, en fonction des caractéristiques hydrauliques et techniques. Notre programme informatique de calcul hydraulique permet de vérifier l'adéquation hydraulique de vos projets avec des caniveaux Nicoll. A partir des données de votre étude (surface de ruissellement à capter, intensité de pluie, pente du terrain...), il calcule la capacité des caniveaux Nicoll et spécifie la largeur et la répartition de profondeurs du caniveau projeté, ainsi que la distance entre deux sorties. Il vérifie aussi la capacité hydraulique des sorties prévues. Par ailleurs, nous vous aidons à affiner votre choix en fonction des zones d'installation, des charges mécaniques à supporter et de l'esthétisme recherché. Service Assistance Technique :

7 L abaque En première approximation, il est possible d utiliser l abaque ci-contre pour déterminer la longueur maximale de caniveaux pouvant, pour une surface et une pluviométrie données, être installés pour chaque sortie. Cette abaque ne convient que pour les caniveaux posés sans pente mm/h 25 mm/h 50 mm/h 75 mm/h 100 mm/h 125 mm/h 150 mm/h 175 mm/h 200 mm/h surface (m 2 /m de caniveau) longueur de caniveau (m) Comment utiliser l abaque? Prenons l exemple suivant : une surface de 40 m 2 par m de caniveau pour une intensité de pluie de 150 mm/h. La longueur maximale à installer pourra être de 4 m en largeur 100, de 7 m en largeur 150, de 11 m en largeur 200 et de 30 m en largeur

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