Etude technique des infrastructures nécessaires à la réutilisation des eaux d exhaure d un parking enterré

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1 Etude technique des infrastructures nécessaires à la réutilisation des eaux d exhaure d un Projet de Fin d Etudes INSA de Strasbourg Etudiant : Loïc Muñoz, élève-ingénieur GC5 Tuteur entreprise : Laurent Maunier, Directeur de projets Artelia Tuteur école : Abdelali Terfous, Maître de conférences Génie Civil à l INSA de Strasbourg

2 Sommaire Table des illustrations... 4 Remerciements... 6 Introduction... 7 Problématique et objectifs du PFE Présentation d Artelia Généralités Organisation Quelques chiffres (au 31 décembre 2012) L agence de Lyon Secteur Ville et Transport Présentation générale du projet Lyon Confluence Généralités Histoire de la Confluence Le projet Chiffres clés et organisation Réutilisation des eaux d exhaure d un Présentation du projet Rappel de l objectif du PFE Démarrage du projet Parking enterré et objectifs de rabattement Principe de récupération des eaux d exhaure Calcul du débit d exhaure Détermination de la perméabilité du substratum Détermination du débit d exhaure Les différents usages des eaux d exhaure Lavage des voiries : borne de puisage Principe Fonctionnement Besoin en eau Fontainerie : table d eau Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 1

3 Principe Fonctionnement Besoin en eau Jeux d eau au sol : lignes d eau Principe Fonctionnement et besoin en eau Jeux d eau au sol : cupules Principe Fonctionnement et besoin en eau Irrigation des arbres : lignes d eau et cupules Principe Fonctionnement de l irrigation par les lignes d eau Fonctionnement de l irrigation par les cupules Besoin en eau Récapitulatif des besoins en eaux (en volume) Réglementation sanitaire Dimensionnement du réseau d exhaure Choix du type de canalisations Calcul des pertes de charge Pertes de charge linéaires Δh L Pertes de charge singulières Δh S Pertes de charge totales ΔH Détermination de la Hauteur Manométrique Totale Pour le château d eau Pour la bâche enterrée Dimensionnement du réservoir enterré Volume Implantation du réservoir Dispositions générales Stabilité de l ouvrage vis-à-vis de la nappe phréatique Généralités et Génie Civil Accès Equipements Dimensionnement du réservoir aérien Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 2

4 7.1. Volume Implantation du réservoir Dispositions générales Généralités et Génie Civil Accès Equipements Automatisme Bâche enterrée Equipements électriques Les 2 parcours principaux Fonctionnement Château d eau Description sommaire des travaux Tranchée type Bâche enterrée Château d eau Comparaison des 2 solutions Détails estimatifs Tableau comparatif Conclusion Index Tables des annexes Bibliographie Webographie Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 3

5 Table des illustrations Figures FIGURE 1 : CHIFFRES D AFFAIRES DE 2010 A FIGURE 2 : EFFECTIFS D ARTELIA (FIN 2012) FIGURE 3 : REPARTITION DU CHIFFRE D AFFAIRES INTERNATIONAL FIGURE 4 : AGENCE ARTELIA DE LYON FIGURES 5 : MISE EN EVIDENCE DE LA CONFLUENCE DES 2 COURS D EAU FIGURE 6 : LOCALISATION DE L HYPERCENTRE PAR RAPPORT A CONFLUENCE (ROUGE) FIGURE 7 : LES DIFFERENTS QUARTIERS FIGURE 8 : VUE DE LA CONFLUENCE VERS LE SUD, EN FIGURE 9 : PHOTO AERIENNE DE CONFLUENCE PENDANT LES TRAVAUX DE LA ZAC 1 ET AVANT CEUX DE LA ZAC FIGURE 10 : VUE DES DIFFERENTES ARCHITECTURES ET DE LA DARSE DANS LA ZAC FIGURE 11 : PHOTO DE SYNTHESE DU PROJET DU «CHAMPS» FIGURE 12 : VUE AERIENNE DU PROJET DE LYON CONFLUENCE FIGURE 13 : PHOTO AERIENNE DE CONFLUENCE AVEC LA ZAC 1 EN COURS DE FINITION ET LA ZAC 2 EN PHASE D ETUDE (EN ROUGE) 20 FIGURE 14 : CONTEXTE GEOLOGIQUE LYONNAIS FIGURE 15 : EXEMPLE DE DESEQUILIBRE DU RADIER EN PHASE DEFINITIVE FIGURES 16 : SOLUTION AVEC LESTAGE (A GAUCHE) OU AVEC TIRANTS (A DROITE) FIGURE 17 : SOLUTION AVEC RADIER DRAINANT ET PUITS DE REINJECTION FIGURE 18 : BASSIN SUR LA BERGE GAUCHE DU RHONE FIGURE 19 : BASSIN ALIMENTE PAR LES EAUX D EXHAURE DU PARKING FOSSE AUX OURS FIGURE 20 : COUPE DU PARKING A1 AVEC LES NIVEAUX NGF PREVUS ET COUPE GEOLOGIQUE FIGURE 21 : SCHEMA DE PRINCIPE D UN PUITS DE REINJECTION FIGURE 22 : LOCALISATION DES PUITS DE REINJECTIONS FIGURE 23 : BALAYEUSE DU GRAND LYON FIGURE 24 : BORNE DE PUISAGE MONECA DE BAYARD FIGURE 25 : EXEMPLE DE TABLE D EAU FIGURES 26 : FONCTIONNEMENT DE LA TABLE D EAU FIGURE 27 : LIGNE D EAU FIGURE 28 : VUE EN COUPE D UNE CUPULE EN USAGE COURANT FIGURE 29 : VUE EN PLAN DES LIGNES D EAU (SCHEMA DE PRINCIPE) FIGURE 30 : SCHEMA 3D DU FONCTIONNEMENT D UNE LIGNE D EAU FIGURE 31 : VUE 3D DU FONCTIONNEMENT D UNE CUPULE FIGURE 32 : VUE 3D D UNE CUPULE DANS SON ENVIRONNEMENT FIGURE 33 : VUE EN COUPE DU FONCTIONNEMENT D UNE CUPULE QUI DEBORDE FIGURE 34 : GRAPHE DES BESOINS JOURNALIERS EN EAUX D EXHAURE POUR CHAQUE EQUIPEMENT FIGURE 35 : CANALISATIONS PEHD FIGURE 36 : PRISE EN COMPTE DU COUDE DANS LA BACHE ENTERREE FIGURE 37 : PRISE DU COUDE EN SORTIE DE CHATEAU D EAU FIGURE 38 : CALCUL DE LA HAUTEUR DU CHATEAU D EAU FIGURE 39 : HAUTEUR DU CHATEAU D EAU FIGURE 40 : CALCUL DE LA HMT DE LA POMPE FIGURE 41 : DIMENSIONS PRINCIPALES DU RESERVOIR ENTERRE FIGURE 42 : IMPLANTATION DU RESERVOIR FIGURE 43 : BORDURE ARASEE POUR L ACCES DE L HYDROCUREUSE FIGURE 44 : NIVEAU DE NAPPE EN CRUE CENTENNALE FIGURE 45 : NUMEROTATION DES VOILES ET DALLES DE L OUVRAGE POUR LE CALCUL DE SON POIDS Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 4

6 FIGURE 46 : RESERVOIR ET CHAMBRE A VANNES LIES PAR UN CAILLEBOTIS FIGURE 47 : ACCES A L OUVRAGE PAR UNE TRAPPE DONNANT SUR LA CHAMBRE A VANNES FIGURE 48 : DIMENSIONS FOURNIES PAR LE CONSTRUCTEUR DE LA POMPE CHOISIE FIGURE 49 : LOCALISATION DES VANNES ET CLAPETS DANS LA CHAMBRE A VANNES FIGURE 50 : LOCALISATION DES VANNES ET ELECTROVANNE DANS LE LOCAL TECHNIQUE FIGURE 51 : EXEMPLE DE TRAPPE D ACCES FIGURE 52 : LOCALISATION DES INSTRUMENTATIONS FIGURE 53 : LOCALISATION DE LA POTENCE FIGURE 54 : LOCALISATION DU BALLON ANTI-BELIER FIGURE 55 : PRINCIPE DU BALLON ANTI-BELIER FIGURE 56 : LOCALISATION DU TROP-PLEIN FIGURE 57 : TROP-PLEIN SITUE AU-DESSUS DU CAILLEBOTIS FIGURE 58 : DIMENSIONS PRINCIPALES DU RESERVOIR AERIEN FIGURE 59 : IMPLANTATION DU CHATEAU D EAU FIGURE 60 : ACCES AU CHATEAU D EAU PAR PORTE METALLIQUE ET ACCES AU SOUS-SOL PAR TRAPPE FIGURE 61 : ECHELLES A CRINOLINE FIGURE 62 : TROP-PLEIN ET VIDANGE FIGURE 63 : RECUPERATION DES EAUX PLUVIALES DU TOIT DU CHATEAU D EAU FIGURE 64 : POSITION DE L ARMOIRE ELECTRIQUE FIGURE 65 : RESEAU BT ET HTA FIGURE 66 : TRANSIT DES INFORMATIONS PAR LE RESEAU RMT (RESEAU MUTUALISE TELECOM) FIGURE 67 : SITUATION EN CAS DE RESERVOIR PRESQUE VIDE FIGURE 68 : SITUATION EN CAS DE RESERVOIR PLEIN FIGURE 69 : LES DIFFERENTS NIVEAUX D EAU SIGNIFICATIFS DANS LE RESERVOIR AERIEN FIGURE 70 : COUPE D UNE TRANCHEE TYPE DU RESEAU D EAUX D EXHAURE Tableaux TABLEAU 1 : CHIFFRES ET ACTEURS CLES DU PROJET TABLEAU 2 : AVANTAGES ET INCONVENIENTS D UN RADIER DRAINANT ET PUITS DE REINJECTION TABLEAU 3 : RECAPITULATIF DES DEBITS D EXHAURE, DE VIDANGE ET DE POMPAGE TABLEAU 4 : RAPPEL DES DIFFERENTS REGIMES D ECOULEMENTS TABLEAU 5 : ABAQUE DONNANT LES COEFFICIENTS PERMETTANT DE CALCULER Ξ TABLEAU 6 : RECAPITULATIF DES PERTES DE CHARGE SINGULIERES TABLEAU 7 : RECAPITULATIF DES POIDS DES DIFFERENTS ELEMENTS (VOILES ET DALLES) DE L OUVRAGE TABLEAU 8 : TABLEAU COMPARATIF DES 2 SOLUTIONS Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 5

7 Remerciements Tout d abord, je tiens à remercier M. Ludovic Jousset, directeur de l agence Artelia à Lyon, pour m avoir accueilli au sein de son agence. Je remercie également M. Laurent Maunier, directeur de projets en aménagement et infrastructures, qui a suivi mon travail, pour ses conseils et ses remarques pour améliorer mon projet. Ensuite je tiens à remercier M. Abdelali Terfous, Maître de conférences à l INSA de Strasbourg et tuteur, pour ses remarques concernant mon rapport. J aimerais remercier M. Julien Weill, Ingénieur hydraulique urbaine, M. Jean-Guillaume Antoine, Ingénieur hydraulique urbaine, Mme Laetitia Simonot, Responsable du pôle hydraulique urbaine, M. Guillaume Ramirez, Chargé d études en hydraulique urbaine, M. Gilles Aguilar, Dessinateur-projeteur en aménagement urbain et M. Gaël Nevoltris, Technicien en hydraulique urbaine, pour leur bonne humeur et surtout leur aide tout au long du PFE. Enfin, je remercie tous les autres collègues, pour leur accueil chaleureux et la contribution à la bonne ambiance dans l agence. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 6

8 Introduction Artelia est le maître d œuvre technique des espaces publics et réseaux de la ZAC* 2 Lyon Confluence située au cœur du centre-ville urbain de Lyon. Dans le cadre de l engagement One Planet Living, de WWF*, le quartier a mis en place un PAD (Plan d Action Durabilité) fixant les principaux objectifs de développement durable du quartier. Le projet de quartier de la Confluence phase 2 souhaite aller encore plus loin dans l intégration du développement durable dans la conception des espaces publics. Dans ce cadre, Artelia, leadeur dans l ingénierie et la gestion de l eau, souhaite travailler finement sur le thème de l eau à travers le périmètre de la ZAC 2. L objectif est la réutilisation des eaux d exhaure des parkings enterrés de la ZAC 2 Lyon Confluence pour des usages divers sur l espace public (borne de puisage (lavage des voiries), arrosages des espaces verts, alimentation et mise en scène de jeux d eau en ville, ) Les eaux d exhaure correspondent au rabattement des eaux de la nappe phréatique au droit du pour limiter les surpressions de l eau sur le Génie Civil. Ces eaux sont généralement pompées puis renvoyées à la surface et réinjectées dans la nappe en dehors du cône de rabattement, à proximité du parking. Nous nous proposons de les «dévier» et d en tirer parti. Pour cela, ce rapport s articulera comme suit : Une présentation rapide de l entreprise Artelia sera dans un premier temps exposée. Puis il sera présenté le projet général de la ZAC 2 Lyon Confluence. Nous continuerons le projet en définissant le principe de récupération des eaux d exhaure et en définissant les besoins et usages en eau. Suite à cela, nous étudierons le dimensionnement du réseau d exhaure, de la bâche enterrée et du château d eau. Nous continuerons en abordant le sujet de l automatisme du système. Enfin, nous conclurons par la comparaison des deux organes de stockage. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 7

9 Problématique et objectifs du PFE Artelia est le maître d œuvre technique des espaces publics et des réseaux de la ZAC 2 de Confluence (la 1ère partie de la ZAC étant en train de se finir). Le projet a pour but de créer une ville équilibrée : habitats, bureaux, commerces, loisirs, culture, institutions et équipements publics. Les immeubles de logements et de bureaux répondront aux exigences du développement durable : ils préserveront l ensoleillement, le confort de vue, disposeront de toitures et/ou de façades végétalisées, auront recours aux énergies renouvelables. Les principes de la haute qualité environnementale guident aussi la conception de la voirie et des espaces publics. Dans cette mesure, il a été confié à Artelia l étude de la réutilisation des eaux d exhaure. L enjeu de ce projet est de mettre Lyon au rang des villes «écologiques» à travers un projet urbain dans l hypercentre d une grande métropole. L objectif de ce PFE est de réaliser les études d ingénierie liées à la création d un réseau sous pression de distribution de ces eaux sous espaces publics en concevant des organes et infrastructures de gestion simples et facilement exploitables sous chambres enterrées ou réservoir aérien. Une des parties de ce PFE consistera à comparer la solution d un réservoir enterré à celle d un château d eau en prenant en compte notamment : - le réservoir (type château d eau ou bâche enterrée) et son génie civil, - pompes, débitmètre, et autres équipements hydrauliques et électromécaniques, instrumentation, automatismes, - conception du local technique en interface avec le maître d œuvre du, - traitements de l eau avant utilisation dans des fontaines et lignes d eau - organes de coupures du système, à la source et pour chaque usage (bornes, bouches ) L étudiant aura la responsabilité de la production des pièces écrites et graphiques de l installation nécessaires à sa compréhension technique pour les 2 scénarii envisagés à l heure actuelle (poste enterré ou réservoir aérien). Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 8

10 1. Présentation d Artelia 1.1. Généralités Artelia est un groupe indépendant d'ingénierie, de management de projet et de conseil né de l'union de Coteba* et de Sogreah* en mars Le groupe exerce ses métiers dans 9 domaines : le bâtiment, l eau, l énergie, l environnement, le transport, la ville, l industrie, le maritime, les multi-sites*. Artelia intervient aussi bien pour des clients privés (industriels, développeurs, investisseurs, entreprises, banques et assurances,...) que des clients publics (ministères, collectivités territoriales, établissements publics,...) Organisation Artelia est organisée en 4 secteurs d activité : - bâtiment et industrie - eau et environnement - ville et transport - international (réseau des filiales et succursales internationales) : Afrique australe, Asie, Amérique, Maghreb, Proche et Moyen Orient (voir Annexe 1). Le groupe est co-présidé par Alain Bentéjac (ancien président de Coteba) et Jacques Gaillard (ex PDG de Sogreah). Les directions fonctionnelles et transversales du groupe sont suivies par 5 directeurs généraux adjoints. 4 directeurs généraux pilotent les 4 secteurs. Depuis peu, le poste de Directeur Général (Benoît Clocheret) a été créé entre les 2 présidents et les directeurs généraux. (voir Annexe 2) Quelques chiffres (au 31 décembre 2012) Le capital du groupe est entièrement détenu par 450 cadres de l'entreprise et par plus de 1300 salariés via un FCPE* (fonds commun de placement et d épargne). Le chiffre d affaires en 2012 est de 347,7 millions d euros. Figure 1 : Chiffres d affaires de 2010 à 2012 Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 9

11 Le groupe recense 2943 collaborateurs dont 69% d ingénieurs et cadres. Les effectifs sont répartis comme suit : Figure 2 : Effectifs d Artelia (fin 2012) Artelia dispose de 75 implantations dans 35 pays (voir Annexe 1). Figure 3 : Répartition du chiffre d affaires international Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 10

12 1.4. L agence de Lyon Secteur Ville et Transport Mon PFE s effectue au sein d Artelia Ville & Transport à Lyon. Ce secteur compte 30 collaborateurs et 26 autres appartenant à Quadric* (qu Artelia a racheté en décembre 2013), et travaille essentiellement avec les maîtres d ouvrage tels que les collectivités locales (mairie, syndicat, communauté d agglomération). Le bureau d études Artelia, en tant que maitre d œuvre, est chargé de concevoir les solutions techniques (études, avant-projet, projet), d assister le maitre d ouvrage dans la consultation des entreprises et de s assurer de la bonne réalisation des travaux (suivi de chantier). A Lyon, outre le projet de Lyon Confluence (détaillé dans la suite du rapport), Artelia a développé des concepts innovants de réutilisation des eaux pour le projet d aménagement de l avenue Garibaldi. Figure 4 : Agence Artelia de Lyon Le département Ville et Transport de Lyon se décompose en 2 pôles : pôle hydraulique (réseaux d'eaux usées, d'eau potable, réservoirs, station d'épuration) pôle aménagement urbain (arrêt de bus, giratoire, place, espace public, piste cyclable) (voir Annexe 3) Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 11

13 Rhône Saône Etude technique des infrastructures nécessaires à la réutilisation des eaux d exhaure d un 2. Présentation générale du projet Lyon Confluence 2.1. Généralités Le projet de Lyon Confluence se situe au sud de la presqu île lyonnaise, à la confluence du Rhône et de la Saône. 570m Confluence Figures 5 : Mise en évidence de la confluence des 2 cours d eau hypercentre Ce territoire, longtemps consacré à l industrie et aux transports, est engagé dans un renouvellement urbain sans précédent. Ce projet permettra à terme de doubler la superficie de l hypercentre de Lyon. Figure 6 : Localisation de l hypercentre par rapport à Confluence (rouge) Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 12

14 Un centre-ville au confluent de deux cours d eau est une situation caractéristique de Lyon. Le territoire de la Confluence dispose ainsi de 5 km de quais qui tracent un front urbain continu. Au-delà des 2 cours d eau qui le délimitent, l espace urbain de la presqu île est structuré du nord au sud par un axe unique. L aménagement de la Confluence tire parti de la force de cette trame urbaine. Le maillage des rues, des places, des pistes cyclables, des ponts et passerelles, permet au territoire de se développer et d échanger avec les autres quartiers. Ce territoire recouvre des quartiers aux identités bien marquées : Quartier de Perrache Sainte-Blandine : habitations à bon marché (HBM), gare SNCF de Perrache, Archives municipales de Lyon, immeubles de bureaux. Quartier de la place nautique et port Rambaud : logements, bureaux, pôle de commerces et de loisirs, restaurants, espaces publics, darse (ZAC* 1) Quartier du marché : ancien marché de gros (ZAC 2) Gare Perrache Centre commercial et Hôtel de la Région Rhône- Alpes (inaugurés en 2011) Marché de gros Figure 7 : Les différents quartiers 2.2. Histoire de la Confluence Avant le XVIII e : Le carrefour géographique représenté par la confluence se révèle très tôt stratégique. Dès le I er siècle avant J.-C., les romains établissent des fortifications sur les collines qui le surplombent. La ville se développe ensuite entre les 2 cours d eau, puis s étend progressivement à l est. La pointe de la presqu île, marécageuse, exposée aux caprices du fleuve, reste longtemps inhabitée, jusqu à ce que l ingénieur Antoine-Michel Perrache lance à la fin du XVIII e siècle un plan ambitieux de remblaiement et d aménagement. XIX e : Ateliers métallurgiques, abattoirs, arsenal, usine à gaz, brasserie Les activités industrielles profitent de la présence de la ligne de chemin de fer. La gare de Perrache est inaugurée en Le port Rambaud (côté Saône) est achevé en La population ouvrière s installe à proximité. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 13

15 Rhône Saône Figure 8 : Vue de la confluence vers le sud, en 1844 XX e : La vocation logistique du territoire arrive à son apogée dans les décennies 1960 et 1970 avec la construction de l autoroute A7, l inauguration du centre d échanges de Perrache et l implantation du marché de gros. Mais l activité marque le pas et le déménagement du marché de gros est envisagé dès Sous l impulsion du maire Raymond Barre, cette désaffection est interprétée comme une chance. Des terrains vont se libérer pour agrandir l hypercentre de Lyon. XXI e : La 1 ère zone d aménagement concerté (ZAC 1) est lancée en 2003 sous l impulsion de Gérard Collomb (maire actuel de Lyon) pour réaliser un vaste programme qui mêle logements, bureaux, commerces et espaces publics, de la gare Perrache jusqu au sud-ouest, le long de la Saône. Alors que les premiers salariés et habitants s installent, une 2 ème phase d aménagement (ZAC 2), créée en septembre 2010, s empare du territoire laissé vacant par le départ du marché de gros. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 14

16 N Construction d une darse Gare Perrache (ZAC 1) Marché de gros (ZAC 2) 340 m 1 km A7 Saône Rhône Figure 9 : Photo aérienne de Confluence pendant les travaux de la ZAC 1 et avant ceux de la ZAC Le projet Il a pour but de créer une ville équilibrée : habitats, bureaux, commerces, loisirs, culture, institutions et équipements publics. Les immeubles de logements et de bureaux répondent aux exigences du développement durable : ils préservent l ensoleillement, le confort de vue, disposent de toitures et/ou de façades végétalisées, ont recours aux énergies renouvelables. Les principes de la haute qualité environnementale guident aussi la conception de la voirie et des espaces publics. L usage de la voiture est réduit, et il est aisé de se déplacer à pied, à vélo ou en transport en commun. De plus, le siège de la Région Rhône-Alpes est implanté au cœur du nouveau quartier, en face du quartier nautique. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 15

17 Plusieurs points phares caractérisent ce projet : La diversité architecturale : Port Rambaud : grues et containers, symboles des activités du passé, ont inspiré urbanistes et architectes. La végétalisation et le mobilier public ont été conçus pour rendre la promenade accessible à tous. Place nautique : les urbanistes ont décidé de faire rentrer la Saône dans la ville. Ils ont ainsi conçu une darse. Figure 10 : Vue des différentes architectures et de la darse dans la ZAC 1 Quartier du marché : dans ce nouveau quartier (ZAC 2), la diversité est caractérisée par la hauteur des bâtiments prévus : - des bâtiments bas (R+2) correspondant à l échelle des halles existantes du marché de gros - des constructions de hauteur intermédiaire (R+5 à R+9) s inscrivant dans la continuité de la ville historique - des immeubles plus hauts (R+16) offrant des vues panoramiques et libérant de larges espaces au sol. La nature dans la ville : Présence de l eau : la principale réalisation est celle de la darse. La Saône rentre dans la ville jusqu à l artère principal de Confluence. Ce bassin de 2 ha est destiné à accueillir une halte fluviale et ponctuellement sur ses bords des évènements festifs. La zone du «Champs» : à l extrémité sud (au niveau de la confluence des cours d eau), la 2 ème phase d aménagement (ZAC 2) prévoit la création d un système de noues ou fossés remplis d eau qui rappellent la situation historique du site avant le remblaiement. Ces méandres servent en outre à délimiter les parcelles et à récupérer les eaux pluviales. Rives de Saône et quais du Rhône : Premièrement, côté Saône, un long ruban pour piétons et cyclistes de plus de 20 km de long est prévu. Deuxièmement, côté Rhône, une voie verte continue réservée aux modes doux sera créée. De plus, la requalification de l A7 en boulevard urbain pourra permettre la réalisation d une promenade plantée piétonne et d une piste cyclable. Figure 11 : Photo de synthèse du projet du «Champs» Grands parcs et microjardins : même densément peuplé, le quartier du marché accorde une place à la nature : cours jardinées, bosquets d arbres, La mobilité raisonnée : Espaces partagés : les aménagements visent à pacifier la circulation (zones à 30 km/h) et à partager la voirie entre tous les usagers. Le nombre de places de stationnement est limité pour réduire l utilisation de la voiture. Cependant, deux parkings publics sont Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 16

18 prévus dans la ZAC 2. Les immeubles de logements et bureaux disposent de garages en sous-sol (R-1 au maximum). La réduction des parkings en sous-sol permet de libérer de la place pour planter des arbres et de végétaliser. Proximité et accessibilité : le mode doux est très largement mis en avant : - à pied : différents aménagements rendent aujourd hui le quartier «marchable» (trottoirs élargis, promenade du bord de Saône) - à vélo : à terme, des passerelles permettront de traverser Rhône et Saône - en transport en commun : depuis 2005, le tramway dessert le cœur de la Confluence. Depuis février 2014, la ligne a été prolongée jusqu au quartier de Gerland et jusqu au métro. De plus, une halte ferroviaire au sud sera créée et complètera l offre de la gare Perrache. Un quartier bioclimatique : Confort des saisons : des simulations à différentes échelles permettent d étudier l apport solaire et les effets du vent selon la saison et le moment de la journée. - En hiver : la règle est d offrir à chaque bâtiment au moins 2h d ensoleillement. Les façades moins exposées au soleil sont affectées à des fonctions tertiaires. - En été : l objectif est que toutes les rues, les espaces publics, les cours d immeuble disposent d un espace ombragé en milieu de journée. - Au printemps et à l automne : les apports solaires permettent de réduire la consommation de chauffage dans les logements. Rafraîchissement naturel : en été, les températures en centre-ville sont plus élevées de 3 à 7 C qu en périphérie. Pour les réduire, les espaces verts de proximité ont été multipliés (murs, façades, balcons végétalisés). Les revêtements de la voirie ont été étudiés pour réfléchir les rayons du soleil plutôt que les absorber. Energies renouvelables : - Solaire : des panneaux photovoltaïques ont vocation à couvrir plus de la moitié des besoins en électricité. - Bois : un réseau de chaleur alimenté par biomasse est prévu. Une eau précieuse : L aménagement prévu s attache à diminuer le risque d inondation, à valoriser l eau dans le paysage, à protéger la ressource. Eviter le trop-plein : l imperméabilisation en milieu urbain diminue la capacité d absorption des sols et, en cas de forte pluie, des quartiers peuvent être inondés. Ainsi, à la Confluence, l eau de pluie s infiltrera par des noues paysagères. Anticiper la pénurie : les eaux pluviales récupérées peuvent être recyclées pour différents usages : arrosage, WC, Ce rapport se focalisera sur la réutilisation des eaux d exhaure d un. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 17

19 Etude technique des infrastructures nécessaires à la réutilisation des eaux d exhaure d un Figure 12 : Vue aérienne du projet de Lyon Confluence 2.4. Chiffres clés et organisation ZAC 1 ZAC 2 Chiffres clés Superficie Programme de construction 41 ha m² SHON logement : m², 1670 logements commerce, hôtels, services : m² tertaire et activités : m² équipements publics : m² 35 ha m² SHON logement : m² commerces, services : m² tertiaire : m² équipements publics de proximité : m² tours : m² Acteurs clés SPL Lyon Confluence Maître d'ouvrage (déléguée) Urbaniste paysagiste en chef François Grether (urbaniste) Michel Desvigne (paysagiste) Atelier Ruelle groupement MOE Maître d'œuvre Artelia Atelier Ruelle Agnès Deldon Acte Lumière Etamine Herzog & de Meuron (urbaniste) Michel Desvigne (paysagiste) Tribu (Développement Durable) Antea (Hydrologie et étude de nappe) Artelia Eau & Environnement (Sites et sols pollués) ITEM et MVA (Etudes de déplacements) Girus (Chauffage urbain) Initial Consultants (Programmation) Planitec (Coordination opérationnelle) AMO Tableau 1 : Chiffres et acteurs clés du projet Le Grand Lyon* a délégué la maîtrise d ouvrage à la SPL* Lyon Confluence. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 18

20 Le groupement Artelia, Atelier Ruelle, Agnès Deldon, Acte Lumière, Etamine possède l ensemble des compétences nécessaires à la mission de maîtrise d œuvre. Artelia est chargé : - Du pilotage de l équipe, et des cotraitants composant «l unité technique*» mais également du pilotage du groupement dans son ensemble. - De la conception et de la réalisation des infrastructures de réseaux et voiries de l ensemble de la ZAC2. - Du suivi du projet et des échanges avec l ensemble des partenaires (maitrise d ouvrage, services techniques, opérateurs, ) dont la maîtrise d ouvrage des réseaux (concessionnaires), des ouvrages d arts (Grand Lyon, RFF ). Artelia, qui est le mandataire du groupement, sera le garant du respect des délais et des coûts du projet. Atelier Ruelle est chargé : - Du pilotage de l équipe, et des co-traitants composant «l unité conception*». - De la conception et de la réalisation d une part des espaces publics (Atelier Ruelle conçoit 70% de la ZAC, A. Deldon s occupe des 30% restant). - Du suivi du projet et des échanges avec l ensemble des partenaires (maitrise d ouvrage, services techniques, opérateurs, ) dont la maîtrise d œuvre urbaine et Michel Desvigne. - De la concertation avec les habitants, les riverains et les usagers des espaces publics. Agnès Deldon, Paysage et Urbanisme, est chargé : - De la conception et la réalisation d une part des espaces publics (30%). - Du suivi du projet et des échanges avec l ensemble des partenaires (maitrise d ouvrage, services techniques, opérateurs, ) dont la maîtrise d œuvre urbaine et Michel Desvigne. - De la concertation avec les habitants, les riverains et les usagers des espaces publics. Acte Lumière est chargé : - De la conception et de la réalisation du projet de mise en lumière et des choix de matériels d éclairages. Etamine est chargé : - D accompagner la maîtrise d'œuvre dans la qualité des ambiances (confort, santé). Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 19

21 Voies SNCF Etude technique des infrastructures nécessaires à la réutilisation des eaux d exhaure d un Rhône Saône Marché de gros Pôle de loisirs/commerces darse N Figure 13 : Photo aérienne de Confluence avec la ZAC 1 en cours de finition et la ZAC 2 en phase d étude (en rouge) Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 20

22 3. Réutilisation des eaux d exhaure d un 3.1. Présentation du projet Dans le cadre de l engagement ONE PLANET LIVING, de WWF*, le quartier a mis en place un PAD (Plan d Action Durabilité) fixant les principaux objectifs de développement durable du quartier. Le projet de quartier de la Confluence phase 2 souhaite aller encore plus loin dans l intégration du développement durable dans la conception des espaces publics. L objectif est la réutilisation des eaux d exhaure des parkings enterrés de la ZAC 2 Lyon Confluence pour des usages divers sur l espace public (borne de puisage (lavage des voiries), arrosages des espaces verts (irrigation), alimentation et mise en scène de jeux d eau en ville, ) Les eaux d exhaure correspondent au rabattement des eaux de la nappe phréatique au droit du pour limiter les surpressions de l eau sur le GC. Ces eaux sont généralement pompées puis renvoyées à la surface et réinjectées dans la nappe en dehors du cône de rabattement, à proximité du parking. Nous nous proposons de les «dévier» et d en tirer parti Rappel de l objectif du PFE Ce rapport présente les études d ingénierie liées à la création d un réseau sous pression de distribution de ces eaux sous espaces publics en concevant des organes et infrastructures de gestion simples sous chambres enterrées ou réservoir aérien et facilement exploitables : poste de pompage ou réservoir (type château d eau) et son génie civil, bâche de stockage et son génie civil, surpresseurs, débitmètre, et autres équipements hydrauliques et électromécaniques, instrumentation, automatismes, conception du local technique en interface avec le maître d œuvre du, traitements de l eau avant utilisation dans des fontaines et lignes d eau organes de coupures du système, à la source et pour chaque usage (bornes, bouches ) A l heure actuelle, 2 scenarii sont envisagés : poste enterré ou réservoir aérien. Une partie de mon étude consistera à comparer ces 2 solutions Démarrage du projet En dehors des multiples réunions concernant la ZAC auxquelles nous avons assisté, il a fallu prendre connaissance dans un premier temps des différentes études effectuées auparavant (phase AVP de la ZAC 2, ). Puis des recherches bibliographiques d ouvrages similaires ont été effectuées. Depuis plus de 20 ans, la construction de 16 parcs de stationnement souterrains à Lyon a été simultanément l occasion d une réhabilitation de l espace public. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 21

23 La présence de la nappe phréatique à une faible profondeur (4 à 5 mètres), et la présence d un substratum entre 20 et 30 mètres, ont conduit LPA* (Lyon Parc Auto) à proposer des parcs enterrés de 5 à 7 niveaux. et Confluence Figure 14 : Contexte géologique lyonnais LPA a mis au point avec ses constructeurs une méthodologie de réalisation qui se retrouve pour la majorité des parcs : - Paroi moulée - Terrassement avec butons - Radier drainant et rejet des eaux d exhaure au milieu naturel La présence de la nappe phréatique implique nécessairement de pomper pendant la réalisation des travaux. Le souhait d avoir un ouvrage complètement étanche une fois construit a conduit à trouver une solution pour reprendre la pression hydrostatique qui s appliquera à sa base. Plusieurs solutions étaient possibles : Figure 15 : Exemple de déséquilibre du radier en phase définitive - Solution de lestage : pas de maintenance, attention aux travaux en surface - Solution avec tirants : tirants définitifs, surveillance et maintenance Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 22

24 Figures 16 : Solution avec lestage (à gauche) ou avec tirants (à droite) Mais la solution retenue pour les parcs construits à Lyon consiste à réaliser un radier drainant dont le but est de supprimer la pression hydrostatique : Figure 17 : Solution avec radier drainant et puits de réinjection Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 23

25 Avantages Mise en œuvre relativement simple Coûts de construction réduits Inconvénients Entretien et consommation de l installation de pompage Taxes de rejet Tableau 2 : Avantages et inconvénients d un radier drainant et puits de réinjection La réinjection des eaux d exhaure directement dans la nappe à partir de puits de réinjection positionnés à l extérieur de l ouvrage permet de s affranchir des taxes de rejet. La forte épaisseur d alluvions très perméables présente à Lyon permet cette réinjection. Les derniers parcs construits ont donc bénéficié de cette expérience : - Dimensionnement des couches filtre et drain en tenant compte de la nature des terrains en place et du débit - Vérification par caméra des réseaux pendant les travaux de radier puis à la fin des travaux - Sécurisation du pompage : doublement des fosses d exhaure, double sécurité des pompes, double alimentation électrique - Evacuation par canalisations en inox, têtes de puits de réinjection visitables permettant l entretien La réutilisation de l eau a été envisagée et des dispositifs ont été mis en place : - P0 Cité internationale : remplissage du lac du Parc de la Tête d Or - Hôtel de Ville de Villeurbanne : remplissage des bassins, arrosage des espaces verts, climatisation du théâtre - Fosse aux Ours : alimentation d un bassin sur les berges du Rhône Figure 18 : Bassin sur la berge gauche du Rhône Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 24

26 Afin de s inspirer de ce qui a déjà été construit, j ai pu visiter les locaux techniques du parking existant de la Fosse aux Ours. Ce parking, proche du Rhône, possède un système de récupération des eaux d exhaure. Ces eaux servent à alimenter un bassin sur les berges du Rhône. Figure 19 : Bassin alimenté par les eaux d exhaure du parking Fosse aux Ours La conduite de relèvement des eaux d exhaure a un diamètre de 200 mm et est équipée d un débitmètre. Quant au local de pompage, il est composé de 3 pompes de 2 bars pompant 75 m 3 /h environ. Il y a 2 fosses de relevage séparées et indépendantes permettant d en vider une pour l entretenir tout en laissant la seconde en service. En cas d insuffisance d eau d exhaure, l eau potable est utilisée. (voir Annexe 4) 3.4. Parking enterré et objectifs de rabattement L étude porte sur le de 980 places prévu sur l îlot A1 de la ZAC 2 (voir Annexes 5 et 6). Ce parking sera surplombé par des immeubles (allant jusqu au R+9) réalisés par des promoteurs (encore inconnus pour l instant). Il aura une emprise au sol d environ 5000 m² (83m x 64m) et sera constitué de 6 niveaux de sous-sol. Cela amène le niveau bas du parking à environ 20m sous le terrain naturel. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 25

27 Voici un schéma récapitulatif : Remblai sableux noirâtre, débris de briques, blocs Sable beige moyen à grossier légèrement graveleux Sable et graviers beiges Sable grossier granitique beige à rougeâtre à quelques éléments grossiers Figure 20 : Coupe du parking A1 avec les niveaux NGF prévus et coupe géologique Un terrain naturel compris entre et m NGF Un niveau de dallage bas à m NGF environ Un niveau bas de la fouille approximativement à m NGF Un niveau de nappe entre (niveau fréquent) et m NGF (crue centennale) Un niveau bas des parois compris approximativement entre 40 et 45 m sous le terrain naturel Un rabattement de la nappe à m NGF (phase chantier) et m NGF (phase exploitation) En annexe 7 se trouvent les études géologiques Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 26

28 3.5. Principe de récupération des eaux d exhaure Arcadis, le maître d œuvre du parking, a prévu 2 fosses de relevage (voir Annexe 8) au niveau -6, vers le quai Perrache. En phase chantier, un système de puits de pompage sera mis en place (voir Annexe 9). En phase d exploitation, chacune des fosses contient 2 pompes : - 1 paire pour le rabaissement de la nappe et l arrosage des voiries de la ZAC - 1 paire pour alimenter les bâtiments de l îlot A1 (type chasses d eau) La solution du radier drainant a été retenue comme les autres parkings de Lyon (voir Annexe 10). L eau pompée sera amenée jusqu à un local technique (voir Annexe 11) situé au niveau de l entresol (entre le niveau RDC et niveau -1). Ce local a une surface prévue d environ 25 m². La limite de prestation entre les gestionnaires se situe dans ce local. Il est également prévu 4 puits de réinjection dans la nappe au sud du parking. La Direction des Eaux du Grand Lyon impose un trop plein des puits d injection vers le réseau d eaux pluviales par mesure de sécurité. TN Vers EP Trop plein Canalisation venant du local technique Niveau d eau max Figure 21 : Schéma de principe d un puits de réinjection Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 27

29 2 puits de réinjection Position du local technique 2 puits de réinjection N Figure 22 : Localisation des puits de réinjections Dans le local technique, 2 vannes sont prévues : - 1 pour le réseau vers les puits de réinjection - 1 pour le réseau d eaux d exhaure (espace public) Des armoires de commande déclencheront ces vannes en fonction des informations en aval du local. Lorsque le niveau d eau dans la zone de stockage sera à son maximum (détection par poires de niveau), la vanne alimentant la bâche (ou château d eau) se fermera pour ouvrir celle des puits d injection (et lorsque le niveau sera trop bas dans la zone de stockage, l effet inverse se produira). L organe de stockage (bâche enterrée ou château d eau, l étude présentée dans ce rapport permettra de savoir quel système est plus intéressant), situé en aval du local technique, est indispensable car le pompage sous le parking est discontinu. De plus, il permettra d envoyer l eau dans le réseau d exhaure à la pression voulue et avec un débit choisi. Deux pompes sont présentes dans cet organe. Une des deux pompes peut servir en cas de défaillance de la première. Cependant, une pompe à l arrêt trop longtemps perd de son efficacité. Par conséquent, il est plus judicieux de les faire fonctionner alternativement. De plus, en cas de dysfonctionnement des vannes, un trop plein est prévu dans l organe de stockage, ce qui permettra de renvoyer l eau vers le réseau d eau pluviale. A l aval de cet organe de stockage se trouvera une chambre à vannes qui permettra un accès facilité aux vannes et débitmètre (voir Annexe 12). Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 28

30 Nota : Les schémas présentés en annexe 12 sont des schémas de principe. Le dimensionnement des ouvrages, notamment le volume de stockage de la bâche, devra être effectué en fonction du débit réel des eaux d exhaure du parking et du choix des pompes, déterminés plus tard dans le rapport. Il est important de noter qu Artelia n effectue les études qu à partir du local technique jusqu aux réseaux sous voiries publiques. Le pompage sous le parking est étudié par Arcadis, le maître d œuvre de l ouvrage Calcul du débit d exhaure Détermination de la perméabilité du substratum Géotec a réalisé de nombreux essais afin d estimer la perméabilité du substratum : - Des essais Lefranc ont été réalisés in-situ. Tous les essais donnent des valeurs nettement inférieures à 10-6 m/s - Des essais en laboratoire (œdomètre) à partir d échantillons partiellement remaniés. La forte compacité des matériaux in-situ n a donc pas pu être correctement reconstituée en laboratoire Détermination du débit d exhaure Sur la base du retour d expérience d Arcadis, il a été choisi d utiliser la méthode de Cazenove pour calculer le débit d exhaure. Cette méthode tient compte de la perméabilité de la couche d ancrage (substratum). Etant donné que cette perméabilité est la donnée la plus sensible pour le calcul du débit d exhaure, une fourchette de perméabilité a été considérées : entre et m/s (cette dernière valeur est très sécuritaire). Les parois périphériques des parkings sont réputées étanches, l assèchement du chantier se fera par l intermédiaire de 6 puits répartis sur la surface (étude Arcadis). En phase chantier, le pompage devra assurer la vidange du volume situé entre les parois étanches. Le débit permettant la vidange a été estimé en première approximation de la manière suivante : Avec - Q v le débit nécessaire pour vidanger le volume entre les parois en un temps t (on prend t = 4 mois, le temps total pour l excavation est estimé entre 6 et 12 mois). - V t le volume total entre les parois étanches (V t = 5000 m² x 20,75 m) - n la porosité efficace. En première approximation, une valeur de n = 0,2 sera prise. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 29

31 Les résultats obtenus sont les suivants : Hypothèse basse Hypothèse haute Perméabilité K du substratum (m/s) Débit d exhaure Cazenove (m 3 /h) 14,3 71,5 Débit d exhaure retenu Q e (m 3 /h) Débit de vidange, nécessaire pour vider la zone entre les parois, en phase travaux, Q v (m 3 /h) Débit de pompage, phase travaux, Q e + Q v (m 3 /h) Tableau 3 : Récapitulatif des débits d exhaure, de vidange et de pompage On retiendra le débit total maximum Q = 100 m 3 /h. (voir Annexe 13). Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 30

32 4. Les différents usages des eaux d exhaure 4.1. Lavage des voiries : borne de puisage Principe Les eaux d exhaure seront réutilisées pour le nettoiement des voiries et des trottoirs, via des bornes de puisage (bornes monétiques), où les balayeuses peuvent venir se remplir. Connectées au réseau d eau d exhaure, les bornes de puisage identifient l utilisateur et enregistrent la quantité puisée via un système de badge nominatif. A la différence des bouches et des poteaux incendie, ces bornes évitent le risque de surconsommation d eau dû aux fuites et permettent de connaître la consommation réelle Fonctionnement Figure 23 : Balayeuse du Grand Lyon (voir fiche technique avec les repères (rep.) en annexe 14) Nous supposons la mise en place de bornes Monéca du constructeur Bayard, comme cela a été fait dans d autres quartiers de Lyon. Figure 24 : Borne de puisage Monéca de Bayard L eau sous pression arrive au pied de la borne par le coude d admission (rep. 14). L eau passe ensuite par la cartouche hydraulique (rep. 12) via une crépine (rep. 12E). Cette dernière permet de filtrer notamment les éventuelles particules de rouille de la canalisation et ainsi de protéger les équipements. Lorsque la borne est «éteinte», l électrovanne exerce une pression suffisante pour maintenir le piston en position basse et donc empêcher le passage de l eau. Quand l utilisateur actionne la borne par le biais de boutons poussoirs (rep. 3D), la pression au-dessus du piston diminue et devient inférieure à celle de l eau au bas du piston. Donc ce dernier remonte et laisse passer l eau, qui transite ensuite par le limiteur de débit (rep. 2 et 2K) à 40 m 3 /h. Le ressort (rep. 2B) ne fonctionne qu à partir d une pression de 1 bar. En dessous de cette pression, l eau ne peut pas rejoindre la prise sur laquelle l utilisateur vient se brancher. Lorsque le cantonnier utilisera la borne, l information sera transmisse aux armoires électriques dans le local technique (via un câble télécom dans un fourreau TPC longeant la canalisation d eau d exhaure). Cela permettra la fermeture des vannes des autres équipements utilisant les eaux d exhaure afin de garantir un débit optimal de l eau alimentant cette borne (nous verrons dans le paragraphe suivant que la partie dimensionnante est celle alimentant la borne). Ainsi, l utilisation de la borne ne peut pas être simultanée aux autres usages. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 31

33 Besoin en eau (voir tableau des besoins en annexe 15) Une balayeuse peut contenir 6 m 3 d eau. On part du principe que 2 balayeuses seront remplies par jour. Il faut ainsi 12 m 3 /j d eau pour les balayeuses. Il faut garantir un remplissage rapide de la balayeuse afin d éviter une attente trop importante de l utilisateur. On se fixe un temps de remplissage de 10 min. Cela nous donne un débit de pointe de : Une seule balayeuse sera remplie à la fois, c est pourquoi on ne retient qu un volume de 6 m 3 pour le dimensionnement du réseau. Par contre, il faut bien prendre en compte un volume de 12 m 3 pour les besoins journaliers. Le réseau alimentant la borne de puisage sera la partie dimensionnante de l ensemble du réseau car c est l équipement qui demande le plus de contrainte : - Débit de 36 m 3 /h (< au débit maximal de 40 m 3 /h donné par la fiche technique en annexe 14) - Pression minimale de 1 bar Fontainerie : table d eau Principe Il est prévu la mise en place d une table d eau au niveau de la rue Casimir Perier afin de créer une animation et de marquer l identité du quartier. Figure 25 : Exemple de table d eau Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 32

34 Fonctionnement La table d eau fonctionnera en circuit fermé, c est-à-dire que l eau utilisée sera récupérée et renvoyée en amont de la table. Etant donné que la qualité de l eau circulant ne peut être garantie, une zone de traitement de l eau doit être placée en amont de la table d eau (voir partie sanitaire en Partie 4.7). Lorsqu on souhaitera «vider» la table d eau, l eau sera rejetée vers le réseau d eaux pluviales. sens écoulement Arrivée d eau depuis le réseau d exhaure Grille Table d eau Vers EP Pompe Canalisation circuit fermé Traitement des eaux d exhaure Figures 26 : Fonctionnement de la table d eau Besoin en eau (voir tableau des besoins en annexe 15) Nous prenons une table d eau de 1 m de large, de 25 m de long, avec une hauteur d eau de 5 cm. Nous prévoyons un renouvellement de l eau 1 fois par jour. Par conséquent, le volume journalier d eau nécessaire sera de 2 cycles x 25 m x 1 m x 0,05 m = 2,5 m 3. Par contre, le débit de pointe, si on suppose un temps de remplissage de 10 min, sera : Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 33

35 Cependant, il convient d appliquer un coefficient de simultanéité qui prend en compte le fait que les équipements ne fonctionneront pas tous en même temps. Nous choisissons arbitrairement un coefficient de simultanéité de 0,7. Ainsi : 4.3. Jeux d eau au sol : lignes d eau Principe Des rigoles au sol (ou canaux urbains), appelées «lignes d eau», seront placées à différents endroits au nord de la ZAC. Ces lignes d eau rappelleront la présence du Rhône et de la Saône qui entoure le quartier de la Confluence. 0,4 m Figure 27 : Ligne d eau Fonctionnement et besoin en eau (voir tableau des besoins en annexe 15) Les lignes d eau ne fonctionneront jamais en même temps (aucune simultanéité). Par conséquent, pour le calcul des besoins en eau, nous prendrons un coefficient de simultanéité de 0,25 (car il y a 4 lignes d eau). De plus, les lignes d eau ne fonctionnent pas en circuit fermé, pour des raisons de coûts et d entretien. L eau est directement rejetée au réseau d eaux pluviales (par des grilles en bout de rigole). Nous partons sur ces caractéristiques pour 1 ligne d eau : - Une vitesse de 0,1 m/s - Une largeur de 40 cm - Une hauteur d eau de 5 cm Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 34

36 En prenant comme exemple la ligne d eau de 22 m de long (à côté de la table d eau) et la vitesse, on en déduis qu il faut 220 secondes à l eau pour parcourir cette ligne. Par conséquent, si on suppose que chaque ligne d eau fonctionne 30 min par jour, il faut : pour 1 ligne d eau pendant 30 min Par conséquent, pour l ensemble des lignes d eau, il faut un volume journalier de 4 m 3 x 4 lignes = 16 m 3 /j. Pour calculer le débit de pointe, il suffit d appliquer cette formule : 4.4. Jeux d eau au sol : cupules Principe Des cupules seront également présentes dans la ZAC. Ces cupules sont des sortes de flaques rondes remplies d eau d exhaure. Une cupule est alimentée par un jet continu. Elle fonctionne en eau perdue vers le réseau d eau pluviale. L évacuation principale s effectue grâce au trop plein situé sous l ajuteur. Une évacuation secondaire, située au fond de la cupule, permet de la vidanger. L ouverture de cette seconde évacuation est effectuée par l agent d entretien, en cas de besoin, grâce à une clé Fonctionnement et besoin en eau (voir tableau des besoins en annexe 15) Figure 28 : Vue en coupe d une cupule en usage courant Il y aura 15 cupules à alimenter (3 groupes de 5 cupules). Ne connaissant pas encore les dimensions des cupules, nous partons sur un volume d eau pour chaque cupule de 0,35 m 3. Nous prévoyons 1 renouvellement de l eau par jour (pour éviter une stagnation trop longue de l eau). Le besoin journalier en eau pour les cupules sera donc de 15 cupules x 0,35 m 3 x 2 cycles = 11 m 3 /j. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 35

37 En ce qui concerne le débit de pointe pour les cupules, si on choisit un temps de remplissage de 10 min, on obtient : Avec le coefficient de simultanéité : 4.5. Irrigation des arbres : lignes d eau et cupules Principe En plus des jeux d eau, une irrigation de 25 arbres est prévue. Cela se fera par l intermédiaire des lignes d eau et des cupules : - 10 arbres alimentés par 2 lignes d eau - 15 arbres alimentés par 3 groupes de 5 cupules Fonctionnement de l irrigation par les lignes d eau Les 2 lignes d eau irrigantes seront équipées de petites rigoles perpendiculaires à la ligne d eau. Ces petites rigoles alimentent chacune un pied d arbre. La ligne d eau débordera dans les canaux perpendiculaires (par l action du jardinier qui bouche l exutoire de la ligne d eau). 1 arbre irrigué Rigole reliant la ligne d eau à l arbre Ligne d eau Figure 29 : Vue en plan des lignes d eau (schéma de principe) Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 36

38 Ligne d eau Massif de l arbre Figure 30 : Schéma 3D du fonctionnement d une ligne d eau Fonctionnement de l irrigation par les cupules Chaque cupule est liée à un arbre à irriguer. Des rigoles sèches partent des cupules vers les pieds d arbre. Si un arrosage est nécessaire, un jardinier peut mettre ces rigoles en eau, manuellement. Pour cela, il ferme l évacuation principale à l aide d une clé. Les deux évacuations étant fermées, le niveau monte et la cupule déborde vers une rigole d irrigation et permet ainsi sa mise en eau. Cupule Figure 31 : Vue 3D du fonctionnement d une cupule Figure 32 : Vue 3D d une cupule dans son environnement Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 37

39 Figure 33 : Vue en coupe du fonctionnement d une cupule qui déborde Besoin en eau (voir tableau des besoins en annexe 15) Nous estimons à 25 L/arbre/jour le besoin en eau. 0,6 m 3 /j est donc nécessaire pour l irrigation des arbres. En annexe 16 se trouve un schéma récapitulatif des cupules et lignes d eau En annexe 17 se trouve le plan général du réseau d exhaure 4.6. Récapitulatif des besoins en eaux (en volume) En annexe 15 se trouve le tableau des besoins Figure 34 : Graphe des besoins journaliers en eaux d exhaure pour chaque équipement Bien que les lignes d eau représente le plus gros pourcentage en volume journalier d eau (puisque c est un système qui ne fonctionne pas en circuit fermé, contrairement à la table d eau), c est bien la borne de puisage qui dimensionnera notre réseau d exhaure. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 38

40 4.7. Réglementation sanitaire Il n existe pas de réglementation sanitaire concernant l eau des fontaines ou des aménagements décoratifs. En France, seule la qualité des eaux potables et de baignade est réglementée par le code de la santé publique. Aucun suivi de qualité d eau n est donc exigé dans le cadre de fontaineries mais il est nécessaire d apposer les mentions «Baignade interdite» et «Eau non potable» sur les ouvrages, quand la potabilité et/ou le respect des normes de baignade n est pas prouvé. Pour rappel, un système fonctionnant en circuit fermé ne peut garantir la qualité de l'eau circulant et doit donc également porter la mention «Eau non potable». La direction des espaces verts de Lyon, en charge de l entretien des fontaines de la ville, indique également qu il faut éviter le phénomène d eau stagnante pour limiter l apparition d algues. (C est pourquoi l eau des cupules sera renouvelée une fois par jour). Si la qualité de l eau est médiocre, ou dans le cas de phénomènes d eutrophisation*, des traitements (souvent au chlore) peuvent être utilisés. 5. Dimensionnement du réseau d exhaure 5.1. Choix du type de canalisations Nous choisissons des canalisations en PEHD*. Ce matériau présente de nombreux avantages comparé à la fonte : - Le PEHD est plus léger que la fonte. 1 m de canalisation PEHD Ф200 pèse 9 kg alors qu une canalisation en fonte de la même taille pèse 33,4 kg. - Il n y a pas de corrosion possible par les terrains, ce qui assure la pérennité du réseau dans le temps. Les tubes PE sont constitués d un seul matériau homogène contrairement aux tubes métalliques qui nécessitent une protection externe. - Les tubes sont flexibles. Le réseau passera sous trottoir. La souplesse des canalisations permettra d éviter les différents obstacles (massifs béton des mobiliers, ) Figure 35 : Canalisations PEHD - Les jonctions sont soudées pour éviter les déboitements - Le polyéthylène a une bonne résistance aux chocs, au gel et au vieillissement (bonne durabilité) Pour la suite des études, nous avons besoin de la rugosité du PE. Nous choisissons de prendre k = 0,01 mm. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 39

41 5.2. Calcul des pertes de charge Les pertes de charge sont une chute de pression dans les canalisations. Ces pertes se décomposent en 2 catégories : - Pertes de charge linéaires (dues aux frottements de l eau sur les parois des canalisations) - Pertes de charge singulières (dues aux différentes singularités du réseau : coudes, réductions, ) Pertes de charge linéaires ΔhL Les pertes de charges linéaires sont calculées à partir de l équation de Darcy-Weisbach : Avec : coefficient de perte de charge L : longueur de la canalisation (m) Dh : diamètre hydraulique (m) = v : vitesse moyenne de l eau (m/s) g : accélération de la pesanteur = 9,81 m/s² ; S étant la section du tuyau et P m le périmètre mouillé La pression équivalente ΔP est donnée par : Calcul du coefficient de perte de charge linéaire Ce coefficient sans dimension représente l influence du type d écoulement (laminaire ou turbulent) et de l aspect de la conduite (lisse ou rugueux) sur la perte de charge. Dans la plupart des cas, la perte de charge ΔP est inconnue. Ainsi, est calculé par corrélation afin d en déduire les pertes de charge. Avant de calculer ce coefficient, il faut déterminer le régime d écoulement par le biais du nombre de Reynolds : Avec V : vitesse de l eau (m/s) D : diamètre de la canalisation (m) : viscosité cinématique (m²/s). Celle de l eau est de 1, m²/s à 15 C. R e Régime 0 à 2000 Laminaire 2000 à 4000 Transitoire > 4000 Turbulent Tableau 4 : Rappel des différents régimes d écoulements Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 40

42 Cas d un régime laminaire : on utilise la loi de Hagen-Poiseuille Cas d un régime turbulent : on utilise la corrélation de Colebrook Effet de la rugosité de la conduite (voir annexes 18 à 21) Effet de la viscosité de l eau Suite aux calculs (annexes 18 à 21), nous retenons un réseau de canalisations Ф100. Ce diamètre présente plusieurs avantages : - C est un diamètre «classique», donc moins cher et plus facile à poser - Les pertes de charge linéaires restent correctes : Δh L =2,5 mce - Il prendra moins de place sous trottoir par rapport à un Ф125. De plus, nous remarquons que les résultats sont cohérents : - la perte de charge linéaire est «logiquement» proportionnelle à la longueur de la canalisation - quand le diamètre diminue, la perte de charge augmente. Cela s explique par le fait que l eau a plus de «difficultés» à s écouler, donc les frottements augmentent pour un débit identique. - Plus le débit augmente (et donc plus la vitesse augmente), plus les forces de frottement augmentent pour un diamètre identique. NB : pour un Ф100, la canalisation au droit du château d eau a une perte de charges d environ 1 m. Cela représente 0,1 bar. Cette valeur n est pas prise en compte dans la suite des calculs. La pression réelle dans le réseau sera simplement de 1,4 bar et non pas 1,5 bar Pertes de charge singulières ΔhS La formule utilisée pour calculer ces pertes de charge est : Avec Δh s : perte de charge singulière (Pa) v : vitesse de l eau (m/s) Pression dynamique = : masse volumique de l eau (kg/m 3 ) : coefficient caractérisant une singularité (sans unité) Si on exprime les pertes de charges singulières en mce, l équation devient : Calcul de (tubes cylindriques) : Le calcul de ce coefficient dépend de la nature de la singularité. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 41

43 Changement de direction coudes : formule de Weissbach avec : changement de direction (degrés) R : rayon de la canalisation (m) R c : rayon de courbure (m) Etant donné que nous ne connaissons pas avec exactitude les caractéristiques des singularités, nous ferons des hypothèses. Nous supposons que les changements de direction se font à 90 (sauf pour le coude 1 du tronçon 12, (voir numéros des coudes sur annexe 17). Une fiche fournisseur nous donne le rayon de courbure selon les diamètres. (voir annexe 22). On prend R c = 0,15 m pour un Ф100. Ainsi, on obtient : - Coude 1 : Nous prenons un angle de 100. Avec la formule précédente, nous obtenons - Coude 2 : - Coude 3 : - Coude 4 : - Coude 5 (sortie de réservoir) : On remarque que les pertes de charge singulières de la plupart des coudes sont négligeables. On ne retiendra pour les calculs que le coude 5 (sortie de réservoir) : Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 42

44 Chambre à vannes Réservoir Figure 36 : Prise en compte du coude dans la bâche enterrée Figure 37 : Prise du coude en sortie de château d eau Té : Les tés sont numérotés avec les numéros de tronçons Q a13 = 16,6 m 3 /h - Té : Q a2 = 54,1 m 3 /h Q = 71 m 3 /h On a et avec K r1 et K r2 les coefficients relatifs à la partie rectiligne On obtient : On calcule la vitesse moyenne dans ces 3 tronçons. On obtient v = 1,66 m/s. D où - Té : Q a3 = 52,3 m 3 /h Q a12 = 1,8 m 3 /h Q = 54,1 m 3 /h On a et avec K r12 et K r3 les coefficients relatifs à la partie rectiligne On obtient : Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 43

45 On calcule la vitesse moyenne dans ces 3 tronçons. On obtient v = 1,3 m/s. D où - Té : Q - Q d = 50,5 m 3 /h Des abaques donnent : Q d = 1,8 m 3 /h Q = 52,3 m 3 /h Q d /Q 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 K b (1) 1 1,01 1,03 1,05 1,09 1,15 1,22 1,32 1,38 1,45 K r 0 0,004 0,02 0,04 0,06 0,1 0,15 0,15 0,15 0,15 (0,4) Tableau 5 : Abaque donnant les coefficients permettant de calculer ξ On a = K r + K b avec K r : coefficient relatif à la partie rectiligne K b : coefficient relatif au branchement On obtient : On a v = 1,3 m/s. D où - Té : Q - Q d = 14,5 m 3 /h Q d = 36 m 3 /h Q = 50,5 m 3 /h Avec le même tableau que précédemment, on obtient : On obtient v = 1,2 m/s. D où Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 44

46 - Té : On a Q a7 = 1,8 m 3 /h et Q = 14,5 m 3 /h Q a8 = 12,7 m 3 /h avec K r8 et K r7 les coefficients relatifs à la partie rectiligne On obtient : On calcule la vitesse moyenne dans ces 3 tronçons. On obtient v = 0,34 m/s. D où - Té : Q - Q d = 5,3 m 3 /h Q d = 7,4 m 3 /h Q = 12,7 m 3 /h Avec le même tableau que précédemment, on obtient : On obtient v = 0,3 m/s. D où - Té : Q - Q d = 9,2 m 3 /h Q d = 7,4 m 3 /h Q = 16,6 m 3 /h Avec le même tableau que précédemment, on obtient : Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 45

47 On obtient v = 1,2 m/s. D où - Té : Q a16 = 7,4 m 3 /h Q a17 = 1,8 m 3 /h Q = 9,2 m 3 /h On a et avec K r16 et K r17 les coefficients relatifs à la partie rectiligne On obtient : On calcule la vitesse moyenne dans ces 3 tronçons. On obtient v = 0,22 m/s. D où NB : on suppose que les branchements ont tous le même diamètre Ф100 et que les raccords sont à angles vifs. Récapitulatif : ξ v (m/s) v²/2g (m) Δh s (mce) ΣΔh s (mce) Coude Té mce Tableau 6 : Récapitulatif des pertes de charge singulières Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 46

48 On remarque que les pertes de charge singulières sont plus faibles que les pertes de charge linéaires. Ce résultat était prévisible. En effet, comme son nom l indique, une perte de charge singulière est ponctuelle. En ce qui concerne les pertes de charges dues aux vannes et clapets, nous prenons une marge sécuritaire que nous ajoutons aux pertes de charges des coudes et des tés. Ainsi, nous admettons que les pertes de charges singulières totales sont de Δh S =1,5 mce Pertes de charge totales ΔH Nous additionnons les pertes de charges linéaires et singulières. Nous obtenons : 4 mce = ΔH 5.3. Détermination de la Hauteur Manométrique Totale Pour le château d eau? Figure 38 : Calcul de la hauteur du château d eau Réseau d exhaure 1,5 bar L écoulement des eaux d exhaure à partir du château d eau se fera par gravité. De plus, nous souhaitons limiter la pression dans le réseau à 1,5 bar pour la solution du château d eau. En effet, il faut au moins 1 bar pour faire fonctionner la borne de puisage, et une pression plus importante dans le réseau augmenterait la hauteur du château d eau, ce qui n est pas envisageable (voir calculs cidessous). Plutôt que d'exprimer la Hauteur Manométrique Totale (HMT)* en pascals ou en bars, unités classiques de pression, cette valeur est généralement donnée en mètres colonne d'eau (mce). Les mce (h) sont liés à la pression (P) par la formule classique de la pression hydrostatique : Avec P = 1,5 bar = N/m 2 (car P mini borne = 1 bar). Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 47

49 ρ = ρ eau = 1000 kg/m 3 g = 9,81 N/kg Il faut également ajouter les pertes de charge calculées précédemment. Ainsi, le bas du réservoir du château d eau devra avoir une hauteur de H = 15,3 + 4 = 19,3 m = H. 19,3 m Figure 39 : Hauteur du château d eau Pour la bâche enterrée Réseau d exhaure 1,5 bar La bâche étant enterrée, il faut prévoir des pompes afin de relever les eaux d exhaure vers le réseau. Le choix du type de pompe se fera ultérieurement après avoir calculer la HMT nécessaire. Dans le cas de la bâche enterrée, le choix de la pression dans le réseau est moins contraignant. En effet, il faut seulement respecter les caractéristiques de la borne de puisage (pression entre 1 et 10 bars). C est pourquoi, pour le réservoir enterré, nous choisissons une pression de 3 bars dans le réseau. Nous partons sur les valeurs représentées sur le schéma ci-dessous : 1,5 m Réseau d exhaure 3 bars 3,5 m Figure 40 : Calcul de la HMT de la pompe Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 48

50 Le calcul de la HMT se fait ainsi : H a : hauteur géométrique d aspiration + H r : hauteur géométrique de refoulement + P u : pression résiduelle (pression utile) + P c : pertes de charges (linéaires et singulières) = HMT On a : - H a = 0 mce (car les pompes sont immergées) - H r = 3,5 + 1,5 = 5 mce - P u = 3 bars = 30 mce - P c = 4 mce Ainsi, la HMT de notre pompe est de : HMT = 39 mce En annexe 24 se trouvent des schémas récapitulatifs Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 49

51 6. Dimensionnement du réservoir enterré Il est conseillé de lire cette partie avec les annexes Volume Le volume d eau journalier à stocké est d environ 40 m 3. La bâche enterrée aura un volume d environ 116 m 3. Ce volume prend en compte celui de la chambre à vanne (qui fera en réalité partie intégrante du réservoir). Nous avons conçu le réservoir comme sur la figure 41. Figure 41 : Dimensions principales du réservoir enterré 6.2. Implantation du réservoir Pour des questions de praticité, le réservoir a été placé près du local technique (voir partie 3.5), derrière la Maison de la Confluence et des bureaux de la SPL Lyon Confluence* (le réservoir avait déjà été implanté approximativement en annexe 17). Cette implantation laisse suffisamment de place entre le réservoir et les bureaux de la SPL* (7,2 m) pour pouvoir effectuer les travaux de fouilles lors de la construction de l ouvrage. Le réservoir sera 40 cm sous le terrain naturel. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 50

52 Etude technique des infrastructures nécessaires à la réutilisation des eaux d exhaure d un Figure 42 : Implantation du réservoir De plus, le réservoir est placé proche de la voirie. Cela facilitera l entretien à l aide d une hydrocureuse (les trappes donnant sur le réservoir seront proches de la voirie, voir partie ). Pour ne pas gêner la circulation, l hydrocureuse sera entre le réservoir et la voirie. Elle débordera sur la piste cyclable, mais n empêchera pas la circulation automobile. Afin de permettre à l hydrocureuse de franchir le trottoir, une bordure arasée de 2 cm est prévue (au lieu de 14 cm aux autres endroits). Il faudra faire attention au stationnement «sauvage». Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 51

53 Local technique Figure 43 : Bordure arasée pour l accès de l hydrocureuse 6.3. Dispositions générales Stabilité de l ouvrage vis-à-vis de la nappe phréatique Calcul de la poussée d Archimède : Nous nous plaçons dans le cas le plus défavorable d une crue centennale. On a alors un niveau de nappe à 164,60. Cela nous donne une hauteur d eau contre l ouvrage de 4,3 m. Figure 44 : Niveau de nappe en crue centennale Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 52

54 La formule de la poussée d Archimède nous donne : avec - Pesanteur g = 9,81 m/s² - Masse volumique de l eau ρ = 1000 kg/m3 - Volume d eau déplacé V = (aire du radier) x hauteur d eau = (7,75 m x 4 m) x 4,3 m =133,3 m 3 On obtient Calcul du poids de l ouvrage : On simplifie l ouvrage selon les plans ci-dessous (respectivement selon la coupe A-A et B-B de l annexe 24) : terre Figure 45 : Numérotation des voiles et dalles de l ouvrage pour le calcul de son poids Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 53

55 Nous obtenons les résultats suivants : Tableau 7 : Récapitulatif des poids des différents éléments (voiles et dalles) de l ouvrage Afin de se placer dans le cas le plus défavorable, nous considérons le réservoir vide (pas d eau, pas d équipement, ni de béton de renforcement). Nous obtenons un poids d ouvrage (terre comprise) de P = 1570 kn. Il n y a donc pas de risque de soulèvement de l ouvrage par poussée d Archimède (1308 kn) puisque P > π Généralités et Génie Civil L ouvrage est composé de 2 parties : - Un réservoir où les eaux d exhaure seront stockées - Une chambre à vannes Il n y aura aucune séparation entre les 2 parties. La liaison se fera par un caillebotis (maintenu par corbeaux) sur lequel sera fixée une échelle à crinoline pour descendre dans la fosse. L échelle à crinoline est obligatoire pour une hauteur supérieure à 2,50m. Les pompes seront situées en contrebas, dans une fosse à pompage. Sur le radier sera coulé du béton de renforcement (renformi) afin de permettre l écoulement de l eau (pente 10 %). Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 54

56 Corbeau Figure 46 : Réservoir et chambre à vannes liés par un caillebotis Le réservoir est un ouvrage en béton armé classique étanche. Afin de garantir son étanchéité, en particulier vis-à-vis de la nappe, le béton sera de type «béton armé courant en contact avec l eau XC2 (corrosion induite par carbonatation) et XF2 (attaque gel/dégel), respectant l EUROCODE 2 PARTIE 3 (Réservoirs) (étanchéité dans la masse). (voir justification en annexe 25) Accès L accès principal se fera par la chambre à vannes par une trappe 0,8 x 0,8m (en fonction de l encombrement des équipements) et par des échelons sur le mur. Nous décidons de mettre une échelle à crinoline pour plus de sécurité. Figure 47 : Accès à l ouvrage par une trappe donnant sur la chambre à vannes Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 55

57 2 autres trappes seront placées à côtés pour manutentionner les pompes (voir Figure 47). Une 4 ème et 5 ème trappes seront placées sur le caillebotis, au droit des pompes et des 2 trappes situées en surface. Les pompes pourront ainsi être posées et retirées facilement Equipements Pompes 2 pompes sont prévues dans le réservoir enterré. Elles fonctionneront en alternance car une pompe inutilisée trop longtemps se dégrade. Si une pompe vient à tomber en panne, la 2 ème servira de secours. Les pompes étant dans la fosse de pompage, au fond du réservoir, il faut choisir des pompes submersibles. Pour cela, il faut étudier les courbes caractéristiques (voir annexe 26) des pompes en fonction du débit et de la HMT. Ces courbes sont données par les constructeurs. Elles dépendent de la technologie de la pompe et de sa vitesse de rotation. Nous avons consulté différents fabricants de pompes et avons retenu celle-ci : - Type de pompe : KSB Amarex KRT F /16 4 UG (marque KSB) - Débit unitaire : 70 m3/h - HMT : 39 m - Puissance : 16,7 kw - Canalisation de refoulement en DN 100 Le fonctionnement des pompes sera induit par la hauteur d eau dans le bassin. Il est défini dans la partie L équipement sera équipé d un dispositif d arrêt d urgence. Chaque pompe est équipée d un système de clapet + vanne. Figure 48 : Dimensions fournies par le constructeur de la pompe choisie L annexe 27 présente la courbe de réseau (évolution des pertes de charge en fonction du débit). Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 56

58 Les résultats trouvés graphiquement dans l annexe 26 sont confirmés par les calculs : - Puissance utile : avec P u en W Q en m 3 /s H en Pa On a P = 0,019 m 3 /s x Pa = 7410 W = 7,41 kw - Puissance absorbée : avec η donné par la courbe caractéristique de la pompe On a En annexe 28 se trouve la coupe de la pompe Vantellerie L ouvrage sera équipé de plusieurs vannes permettant d isoler des tronçons de canalisations en cas d intervention (voir plans en annexe 24) Les pompes seront équipées de vanne et clapet anti-retour à simple battant : - 1 vanne opercule DN 100 sur la 1ère pompe - 1 vanne opercule DN 100 sur la 2ème pompe - 1 clapet simple battant DN 100 sur la 1ère pompe - 1 clapet simple battant DN 100 sur la 2ème pompe - 1 vanne opercule DN 100 en aval des 2 systèmes «pompe + vanne + clapet» - 1 vanne opercule DN 100 isolant le ballon anti-bélier Figure 49 : Localisation des vannes et clapets dans la chambre à vannes Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 57

59 Il faut noter également 3 vannes dans le local technique : - 1 électrovanne DN 100 en amont du réservoir - 1 électrovanne DN 100 en amont des puits de réinjection - 1 vanne opercule DN 100 en amont de ces 2 vannes Figure 50 : Localisation des vannes et électrovanne dans le local technique Serrurerie Caillebotis Le réservoir sera équipé d un caillebotis en matériau composite permettant la circulation et le contrôle visuel au-dessus des 2 pompes. Le caillebotis comprendra 2 trappes, au droit de chaque pompe. Trappes L ouvrage sera équipé des trappes suivantes en aluminium : 1 pour l accès à l ouvrage par la chambre à vannes : 0,8 m x 0,8 m 1 au droit de chaque pompe : 1 m x 0,8 m Les trappes au droit des équipements seront équipées de barreaudage. Figure 51 : Exemple de trappe Echelle d accès L ouvrage comprendra 2 échelles : 1 pour l accès à l ouvrage dans la chambre à vannes 1 pour l accès à la fosse depuis le caillebotis (échelle à crinoline). Instrumentation La bâche sera équipée de l instrumentation nécessaire au suivi de son niveau d eau : - une sonde à ultrason. - 4 poires de niveau. Il y a deux systèmes de mesure de niveau d eau par sécurité. Les poires de niveau seront dans un tube tranquilisateur pour éviter les perturbations dues au mouvement de l eau. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 58

60 Un débitmètre électromagnétique sera également placé en sortie de la chambre à vanne afin de connaître le débit de la (ou des) pompe(s). Il est placé de telle sorte à avoir une distance en amont et en aval de 5D (= 5 x diamètre = 0,5 m dans notre cas). Cela évite d avoir des valeurs de débits faussées par des singularités. 2 manomètres (1 pour chaque pompe) seront placés en refoulement des pompes pour connaître la pression dans les canalisations. Sonde ultrasons Débitmètre Poires de niveau et tube tranquilisateur Figure 52 : Localisation des instrumentations Manutention Il est prévu une potence pour manipuler les pompes, notamment pour les remonter sur le caillebotis pour leur entretien. Figure 53 : Localisation de la potence Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 59

61 Ballon anti-bélier Pour éviter les coups de bélier en fermant une vanne (onde de choc), un ballon anti-bélier est prévu dans la chambre à vanne en dérivation au refoulement des pompes. Figure 54 : Localisation du ballon anti-bélier Ce ballon est souvent constitué d'un bocal étanche, connecté d'un côté au réseau, là où l'on doit amortir les coups de bélier. À l'intérieur de ce bocal se trouve une membrane en caoutchouc séparant d'un côté le liquide et de l'autre côté, un gaz ou de l'air sous pression. Lorsqu'un coup de bélier s'enclenche (par ouverture/fermeture rapide d une vanne), la surpression engendrée vient faire rentrer le liquide dans l'antibélier, déformant la membrane. De ce fait, le coup de bélier se trouve atténué sur le réseau se trouvant après l'antibélier. Figure 55 : Principe du ballon anti-bélier Trop-plein Le trop-plein se trouve à un niveau 165,38 NGF. La canalisation a un diamètre de 200 et se jette directement dans le réseau EP prévu sous la rue Delandine. Un regard sera à prévoir au niveau du raccordement. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 60

62 Trop-plein Figure 56 : Localisation du trop-plein Pour des raisons d altitude du réseau EP, le trop-plein est au-dessus du niveau du caillebotis. Par conséquent, il se peut que ce dernier soit inondé (avec la chambre à vannes) si l information du niveau d eau n est pas transmisse à l armoire de commande (panne). Niveau caillebotis Figure 57 : Trop-plein situé au-dessus du caillebotis Armoire électrique Les armoires électriques et de commande seront dans le local technique. La partie «automatisme» est expliquée dans la Partie 8. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 61

63 7. Dimensionnement du réservoir aérien Il est conseillé de lire cette partie avec les annexes Volume Le volume d eau journalier à stocké est d environ 40 m 3. La forme du réservoir aérien sera de cette forme, avec une cheminée centrale (qui permet d accéder au réservoir par le haut) : Figure 58 : Dimensions principales du réservoir aérien Il faut noter que la forme architecturale du château d eau (représenté sur les annexes 29) a été faite au plus simple, la forme définitive, si la solution est retenue, sera imaginée par l architecte Implantation du réservoir L implantation du réservoir aérien est la même qu avec le réservoir enterré (voir Partie 6.2) Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 62

64 Figure 59 : Implantation du château d eau 7.3. Dispositions générales Généralités et Génie Civil L ouvrage aura une hauteur totale d environ 24m. Il sera composé de 3 niveaux (voir Figure 59 et annexes 29) : - Le sous-sol avec les arrivées et départs des canalisations - Le palier sous cuve qui permet d accéder aux vannes de vidange et de distribution - La cuve avec l eau qui y est stockée Il est préconisé que le réservoir soit un ouvrage en BHP (Béton Haute Performance). L étanchéité sera assurée par une couche époxy d étanchéité de 2 cm d épaisseur environ (couche d accrochage, fibre de verre, couche de finition) Accès L accès se fera par une porte métallique au pied du château d eau. Une trappe 0,8x0,8 est prévue pour descendre au niveau sous-sol via des échelons (voir Figure 60). L échelle à crinoline n est pas nécessaire étant donnée la hauteur du sous-sol (< 2,5 m). Pour accéder au palier sous cuve afin d intervenir sur la vanne de vidange par exemple, un escalier en colimaçon sera prévu. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 63

65 Escalier vers les niveaux sous-cuve et cuve Figure 60 : Accès au château d eau par porte métallique et accès au sous-sol par trappe Equipements Vantellerie L ouvrage sera équipé de plusieurs vannes permettant d isoler des tronçons de canalisations en cas d intervention. - 1 vanne opercule DN 100 au niveau sous-sol à l arrivée des eaux EXH depuis le local technique - 2 vannes opercule DN 100 au niveau sous cuve (1 pour la vidange, 1 pour la distribution) - 1 électrovanne DN 100 au niveau sous-sol pour la distribution (actionnée par l armoire de commande) Les 3 vannes dans le local technique ne changent pas. Serrurerie Trappe L ouvrage sera équipé d une trappe, pour l accès au sous-sol (trappe 0,8 m x 0,8 m) (voir Figure 60). Echelles L ouvrage comprendra 3 échelles : - 2 échelles à crinolines au niveau de la cuve (voir Figure 61) : 1 pour accéder à la plateforme au-dessus de la cuve, 1 pour y descendre - 1 échelle «simple» pour l accès au sous-sol (voir Figure 60) Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 64

66 Figure 61 : Echelles à crinoline Instrumentation L instrumentation est la même que pour la bâche enterrée (voir Partie ) Trop-plein Le trop-plein se trouve à un niveau 189,52 NGF (voir Figure 62). La canalisation a un diamètre de 100 mm et se jette directement dans le réseau EP. Un regard sera à prévoir au niveau du raccordement (même principe que pour la bâche enterrée). Vidange La canalisation de vidange (voir Figure 62) permet de vider le réservoir en 15 min environ (voir calculs avec la formule de Torricelli en annexe 30). Armoire électrique Les armoires électriques et de commande seront dans le local technique (détail en Partie 8). Figure 62 : Trop-plein et vidange Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 65

67 Récupération des eaux pluviales Il est prévu la récupération des eaux pluviales du toit de l ouvrage directement dans la cuve par des réservations dans le toit. Figure 63 : Récupération des eaux pluviales du toit du château d eau 8. Automatisme 8.1. Bâche enterrée On rappelle que l organe de stockage, situé en aval du local technique, est indispensable car le pompage sous le parking est discontinu. De plus, il permettra d envoyer l eau dans le réseau d exhaure à une pression de 3 bars et avec un débit de 70 m 3 /h Equipements électriques Armoire électrique Une armoire électrique sera située dans le local technique. L armoire sera commune aux 2 pompes. En revanche, elle sera spécifique au poste de pompage et ne pourra être mutualisée avec d autres usages (la signalisation routière par exemple). Des équipements permettront de lire la pression et le débit en sortie de pompe directement depuis le local technique (respectivement grâce aux manomètres et au débitmètre) afin d éviter de descendre dans la chambre à vannes pour avoir ces informations. Figure 64 : Position de l armoire électrique Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 66

68 Alimentation électrique Le bâtiment du parking disposera d un poste de transformation électrique HTA/BT (distribution publique). Ce dernier alimentera en BT un coffret électrique en façade du local technique. Ce coffret reliera l armoire électrique dans le local technique. Un câble BT partira depuis cette armoire pour alimenter les pompes et autres équipements dans la bâche enterrée, et un autre câble pour l éclairage. Réseau BT vers réservoir Réseau projeté HTA Coffret Réseau BT Poste DP Armoire Figure 65 : Réseau BT et HTA Transit des informations Les informations telles que «utilisation de la borne de puisage» passeront via un câble télécom par le Réseau Mutualisé Télécom (télégestion par ADSL). Des données arriveront depuis le réseau d exhaure à l armoire de commande (notamment depuis la borne de puisage). L armoire envoie les ordres nécessaires (ouverture/fermeture de vanne, déclenchement de pompe, interrogation du niveau d eau, ). De plus, l armoire sera connectée au réseau RMT projeté (rue Delandine) par une chambre, afin d informer à distance le poste de commande du Grand Lyon sur les différentes valeurs (débit, pression, ) Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 67

69 Figure 66 : Transit des informations par le réseau RMT (Réseau Mutualisé Télécom) Les 2 parcours principaux L eau venant de la nappe ne peut prendre que 2 directions principales : - Celle des puits de réinjection - Celle du réservoir Lorsque les équipements d instrumentation (sonde à ultrasons et poires de niveau) transmettront l information d un niveau d eau dans le réservoir suffisamment élevé ou trop bas (explicité par la suite) à l armoire de commande, cette dernière envoie l information de fermer ou ouvrir l électrovanne adéquate. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 68

70 Figure 68 : Situation en cas de réservoir plein Figure 67 : Situation en cas de réservoir presque vide La 3ème vanne (manuelle) du local technique reste en permanence ouverte, excepté en cas d exploitation des puits de réinjection ou du réservoir Fonctionnement Le fonctionnement des pompes sera défini par des seuils de niveau mesurés par sonde ultrasons et poires de niveau. Les différents seuils sont les suivants (voir plan annexe 24) : - N1 = Niveau très bas sécurité des pompes, Le fournisseur (KSB) nous donne une hauteur minimale d eau de 0,3 m pour le bon fonctionnement de la pompe (éviter qu elle ne tourne dans le vide). Par sécurité, une valeur de 0,6 m a été choisie. Cela donne un niveau d eau minimal à 161,22 m NGF - N2 = Niveau moyen : donne l information d ouverture de la vanne alimentant le réservoir (ne pas attendre le niveau N1 pour remplir la bâche car le temps de remplissage peut être assez long. Cela évite d avoir un arrêt de nos pompes lors d un besoin important d eaux d exhaure). Ce niveau est à 162,38 m NGF. - N3 = Niveau haut : il correspond au niveau d eau des besoins journaliers, soit 40 m 3. Cela correspond environ à une hauteur d eau de 2,5 m (163,72 NGF) - N4 = Niveau très haut : il correspond au niveau du trop-plein, soit 165,38 m NGF En cas de niveau N1, les poires de niveau envoient l information à l armoire de commande d ouvrir la vanne pour alimenter le réservoir et de fermer celle des puits de réinjection. En cas de niveau N3, la sonde ultrasons et les poires envoient l information à l armoire de commande d ouvrir la vanne alimentant les puits de réinjection et de fermer celle du réservoir. (voir Partie ) Phase de remplissage - N1 : arrêt de la pompe - N2 : mise en marche de la pompe (le réseau d exhaure se remplit) - N3 : arrêt de l électrovanne du réservoir dans le local technique - N4 : arrêt de la pompe (ouvrage inondé) Phase de fonctionnement Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 69

71 Si aucun besoin en eaux d exhaure - Démarrage de la pompe si la pression dans le réseau d exhaure est < à la valeur limite (3 bars pour la bâche enterrée) - Arrêt des pompes si la pression est suffisante. En cas de besoin en eaux d exhaure - Démarrage de la pompe pour le débit souhaité - Arrêt de la pompe si le niveau N1 est atteint En cas de vidange pour maintenance - Démarrage de la pompe jusqu à atteindre le niveau N1 (via les lignes d eau par exemple) - Pompage de l eau restant dans la fosse par une hydrocureuse. Principe d un branchement en amont d un besoin en eau En amont d un équipement (table d eau, ligne d eau, ) se trouve une chambre avec une électrovanne commandée directement depuis l armoire électrique (dans le local technique). Cela permet d isoler des tronçons de réseau selon les besoins. A proximité se trouve également une bouche à clé, qui permet d actionner manuellement une vanne en cas d entretien (voir annexe 31) Château d eau On rappelle que l organe de stockage, situé en aval du local technique, est indispensable car le pompage sous le parking est discontinu. De plus, il permettra d envoyer l eau dans le réseau d exhaure à une pression de 1,5 bar et avec un débit de 70 m 3 /h. Les équipements électriques sont les mêmes que pour la bâche enterrée. Cependant, les besoins électriques seront beaucoup moins importants étant donné qu il n y a aucune pompe. Comme la bâche, le fonctionnement du château d eau sera défini par des seuils de niveau mesurés par sonde ultrason et poires de niveau. Les différents seuils sont les suivants : - N1 = Niveau bas (poires de niveau). Ce niveau est à 187,04 m NGF. - N2 = Niveau moyen : donne l information d ouverture de la vanne alimentant le réservoir (ne pas attendre le niveau N1 pour remplir la bâche car le temps de remplissage peut être assez long.. Ce niveau est à 187,82 m NGF. - N3 = Niveau haut (poires et sonde ultrasons) : il correspond au niveau d eau des besoins journaliers, soit 40 m 3. Cela correspond environ à une hauteur d eau de 2,5 m (189,44 NGF) En cas de niveau N1, les poires de niveau envoient l information à l armoire de commande d ouvrir la vanne pour alimenter le réservoir et de fermer celle des puits de réinjection. En cas de niveau N3, la sonde ultrasons et les poires envoient l information à l armoire de commande d ouvrir la vanne alimentant les puits de réinjection et de fermer celle du réservoir. Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 70

72 Figure 69 : Les différents niveaux d eau significatifs dans le réservoir aérien Phase de remplissage - N1 : électrovanne (alimentant le réservoir) du local technique ouverte - N2 : électrovanne (alimentant le réservoir) du local technique ouverte - N3 : arrêt de l électrovanne du réservoir dans le local technique En phase de fonctionnement Si aucun besoin en eaux d exhaure - Ouverture de l électrovanne dans le château d eau (sous-sol) si la pression dans le réseau d exhaure est < à la valeur limite (1,5 bar pour le réservoir aérien) - Fermeture de l électrovanne si la pression est suffisante En cas de besoin en eaux d exhaure - Ouverture de l électrovanne dans le château d eau (sous-sol) pour le débit souhaité En cas de vidange pour maintenance - Ouverture manuelle de la vanne (sur palier sous cuve) En annexe 32 se trouve un schéma récapitulatif Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 71

73 9. Description sommaire des travaux 9.1. Tranchée type Grillage avertisseur Figure 70 : Coupe d une tranchée type du réseau d eaux d exhaure Le grillage avertisseur de la Figure 70 permet d indiquer la présence d un réseau d eau 20 cm en dessous de celui-ci lors d éventuels terrassement Bâche enterrée Les travaux de construction de la bâche seront assez conséquents. En effet, la nappe étant peu profonde, il faudra la pomper afin de construire le réservoir. Pour cela : 1. On bat des rideaux de palplanches environ 1 m autour du futur emplacement de l ouvrage (mise en fiche, battage, ancrage). Un réseau RMT étant à moins de 1 m de l ouvrage, il sera nécessaire de le dévier. 2. On terrasse jusqu à la profondeur 160,32 m NGF (7 m environ sous le niveau TN). 3. On pompe la nappe (2 pompes). 4. On compacte le fond de fouille puis on coule le béton de propreté puis le radier. 5. On banche les voiles avec un béton immergé, recouvert d un enduit bitumineux pour l étanchéité. 6. Le remblaiement se fera par couche de 30 cm. En annexe 33 se trouve un schéma récapitulatif Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 72

74 9.3. Château d eau Pour le château d eau, il n y a pas besoin de pomper la nappe. Les terrassements sont moins importants. L ouvrage reposera sur un radier circulaire maintenu par des fondations profondes (pieux forés tubés). La procédure de construction est la suivante : 1. Terrassement jusqu au niveau 164,8 m NGF (sous-sol) 2. On réalise les pieux forés tubés : - exécution d un forage mécanique avec extraction des terres - le soutènement du forage se fait par un tubage - introduction des armatures - bétonnage à l aide d un tube plongeur - retrait du tubage provisoire 3. On coule ensuite le radier circulaire. 4. La méthode de construction des voiles reste à définir selon l aspect architectural du château d eau. En annexe 34 se trouve le principe des pieux forés tubés 10. Comparaison des 2 solutions Détails estimatifs Nous avons estimé le prix des travaux pour : - La bâche enterrée Le château d eau Le réseau d exhaure (commun aux 2 solutions) Le prix du château d eau est relativement important comparé à celui de la bâche enterrée du fait du coût élevé des pieux forés tubés. En annexe 35 se trouvent les détails estimatifs Tableau comparatif Tableau 8 : Tableau comparatif des 2 solutions Loïc Muñoz GC5 * voir index page 77 Page 73