Transport de flux en réseau d'assainissement (Modèle 1D pour l'hydraulique des collecteurs et déservoirs avec prise en compte des discontinuités)

Abstract

LA COMPLEXITE STRUCTURELLE DU RESEAU D'ASSAINISSEMENT AINSI QUE LA FORTE VARIABILITE DES FLUX QUI Y TRANSITENT SONT A L'ORIGINE DE PROBLEMES DE SIMULATION NUMERIQUE TANT DE LA LIGNE D'EAU QUE DES DEBITS TRANSPORTES. NOUS AVONS MODELISE SON COMPORTEMENT HYDRAULIQUE EN TENANT COMPTE DE PHENOMENES ET OUVRAGES PARTICULIERS TELS QUE, RESSAUT HYDRAULIQUE, INFLUENCE AVAL OU ENCORE PASSAGE SOUS PRESSION. INCLUSIVEMENT, NOUS AVONS VOULU TRADUIRE L'INFLUENCE HYDRAULIQUE DE LA DIVERSITE DES GEOMETRIES DE CANALISATION, DE CHANGEMENTS DE SECTION ET DE LA SURVENUE DE DERIVATIONS (CONFLUENCES ET DEFLUENCES). POUR L'ASPECT OUVRAGE, NOUS AVONS INTEGRE A NOTRE ETUDE LE DEVERSOIR D'ORAGE DONT LE ROLE EST DE PREMUNIR CONTRE LES DEBORDEMENTS DU RESEAU ET DE PROTEGER LA STATION DE TRAITEMENT DES EAUX USEES D'UNE CHARGE HYDRAULIQUE TROP IMPORTANTE EN CAS DE PLUIE. AINSI, NOUS AVONS MIS EN ŒUVRE PLUSIEURS MODELES NUMERIQUES UNIDIMENSIONNELS BASES SUR LE SYSTEME D'EQUATIONS DE BARRE DE SAINT-VENANT. CELUI-CI EST EXPRIME SOUS FORME CONSERVATIVE ET RESOLU EN UTILISANT DES SCHEMAS NUMERIQUES A CAPTURE DE CHOCS CAPABLES DE GERER DE FORTES VARIATIONS SUR LES VARIABLES ETUDIEES (HAUTEURS D'EAU ET DEBITS). CES METHODES NUMERIQUES SONT D'UN ORDRE DE PRECISION AU MOINS EGAL A DEUX ET DE TYPE TVD, C'EST A DIRE, NON OSCILLATOIRE. LA PHASE DE VERIFICATION EXPERIMENTALE A ETE MENEE EN TROIS ETAPES. PREMIEREMENT, NOUS AVONS VALIDE LES MODELES VISANT A REPRODUIRE LES COURBES DE REMOUS POUVANT APPARAITRE DANS UN COLLECTEUR GRACE A UN CANAL EXPERIMENTAL. LES RESULTATS OBTENUS, TRES SATISFAISANTS, NOUS ONT PERMIS DE SELECTIONNER LA PLUS PRECISE DES QUATRE METHODES ETUDIEES. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS AVONS VALIDE L'APTITUDE DE NOTRE MODELE A REPRESENTER LE FONCTIONNEMENT DU CHANGEMENT DE SECTION GRACE A L'ETUDE D'UN CANAL A VENTURI. POUR FINIR, NOUS AVONS TESTE NOTRE MODELE DE DEVERSOIR A CRETE HAUTE ET BASSE GRACE A UN BANC D'ESSAI PHYSIQUETHE STRUCTURAL COMPLEXITY OF THE SEWER NETWORK AS WELL AS THE STRONG VARIABILITY OF THE CARRIED FLUXES ARE ANSWERABLE FOR NUMERICAL SIMULATION PROBLEMS OF THE WATER DEPTHS AND THE FLOW RATES. WE modelled the hydraulic behaviour of the system by TAKING INTO ACCOUNT PHENOMENA LIKE HYDRAULIC JUMP, BACKWATER EFFECT AND TRANSITION FROM FREE SURFACE TO PRESSURISED FLOW. WE ALSO delt with the geometrical diversity of the pipes, the presence of width variations and the appearence of JUNCTIONS. FINALLY, WE described OVERFALL STRUCTURES LIKE SEWER SIDE WEIR WHICH RULE is TO AVOID OVERFLOWS OF THE SEWER NETWORK AND TO PROTECT THE WASTEWATER TREATMENT PLANT FROM OVERLOAD IN RAINY WEATHER. SO, WE BUILt A ONE DIMENSIONAL NUMERICAL TOOL BASED ON the resolution of THE SHALLOW WATER SYSTEM OF EQUATIONS EXPRESSED UNDER IT'S CONSERVATIVE FORM BY USING SHOCK CAPTURING NUMERICAL SCHEMES WHICH ARE ABLE TO DEAL WITH STRONG VARIATIONS ON THE STUDIED VARIABLES (WATER DEPTH AND FLOW RATE). THE NUMERICAL METHODS implemented ARE AT LEAST SECOND ORDER ACCURATE AND OF TVD TYPE, which means, NON-OSCILLATORY. THIS NUMERICAL MODEL IS ABLE TO Estimate WITH PRECISION THE poured FLOW RATEs poured by the SIDE WEIR. THE EXPERIMENTAL VERIFICATION PHASE OF THE NUMERICAL MODELS WAS REALISED IN THREE STEPS. FIRST, WE VALIDATED THE MODELS COMPUTED WITH FOUR DIFFERENT NUMERICAL SCHEMES IN ORDER TO REPRODUCE THE BACKWATER CURVES THANKS TO AN EXPERIMENTAL CHANNEL. THE RESULTS OBTAINED, VERY SATISFYING, PERMIT US TO SELECT THE MOST ACCURATE NUMERICAL MODEL CHOOSEN BETWEEN THE FOUR COMPUTED. SECONDLY, WE VERIFIED THE ABILITY OF THE SELECTED MODEL TO REPRODUCE THE BEHAVIOUR OF THE CHANNEL EXPANSION OR CONTRACTION BY THE USE OF A VENTURI FLUME. FINALLY, WE TESTED THE ACCURACY OF OUR HIGH AND LOW CRESTED SIDE WEIR NUMERICAL TOOL THANKS TO A PHYSICAL TEST BENCH.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF