Cours Gratuit
Le débit (Q)
Le débit est calculé en multipliant la vitesse moyenne trouvée à partir des formules ci-dessus par la section mouillée. La formule qui donne le débit est alors.
La hauteur d’eau dans le canal (hn)
La hauteur d’eau dans le canal (hn) se détermine par application de la formule de STRICKLER (Formule 1. 1. 6). Elle dépend alors en même temps de la section du canal, du débit à transiter, de la pente longitudinale du fond du canal et de la nature des parois.
La pente du fond du canal (I)
La pente du fond du canal (I) est dictée par celle du terrain naturel et l’aspect hydraulique de l’écoulement. En général, elle est comprise entre 0.0001m/m et 0.01m/m. Si la pente est inférieure à 0.0001m/m, elle semble très faible et n’a plus de signification pour les canaux de courte longueur. De plus, la vitesse d’écoulement descendra à une valeur trop faible et provoquera la formation dedépôts dans les canaux. Au-dessus de 0.01m/m, la pente s’avère trop grande et entraînera une vitesse élevée supérieure à la valeur limite susceptible de favoriser l’affouillement des berges.Pour les aménagements hydroagricoles, la pente du radier se situe aux environs de 0,005 pour lescanaux en terre. Généralement on adopte une pente pour laquelle la vitesse de l’eau soit compatible à l’optima admissible.
La pente d’inclinaison des talus (m)
Puisque dans la plupart des cas, le canal en terre a une section de forme trapézoïdale, l’inclinaison des
talus varie en fonction de la nature du sol de manière à assurer à la stabilité des talus du canal contre
l’érosion des berges.
Les valeurs de l’inclinaison des talus suivantes peuvent être adoptées selon la nature du terrain :
La section à débit maximum
Pour une raison économique, on cherche parfois à déterminer la section qui représente un minimum de déblais permettant ainsi de faire transiter le débit nécessaire pour une forme géométrique donnée. Cette section est dite «section économique».
Il est évident que pour la même surface mouillée S, le débit Q est maximum lorsque le rayon hydrauliqueR est maximum, ce qui veut dire aussi que le périmètre mouillé P est minimum.
– Pour la section demi-circulaire, c’est la section dont la surface libre de l’eau coïncide avec le diamètre de la section qui représente la section à débit maximum.
Les vitesses limites
La vitesse d’écoulement de l’eau dans un canal doit être modérée afin d’éviter toute érosion des berges et des radiers du canal ainsi que tout dépôt de particules solides. En effet, pour les canaux en terre, les particules de matière solide constituant les berges et le plafond du canal peuvent être entraînés parl’eau pour une certaine vitesse de celle-ci. Le calcul des dimensions des canaux doit faire intervenir la considération des vitesses admissibles qui évitent la destruction et/ou l’obturation du canal. Au dessous de la valeur minimale, la vitesse risque d’entraîner une formation de dépôt de sable, au-dessus de la valeur maximale elle risque l’érosion des talus et du fond.
Le tableau suivant donne les valeurs maximales des vitesses d’écoulement selon la nature des terrains pour des eaux claires ou chargées.
LES OUVRAGES DE REPARTITION
Les ouvrages de répartition servent à partager le débit d’un canal entre deux ou plusieurs canaux dérivés.
La répartition peut se faire de deux manières :
– Répartition d’un débit constant quel que soit le débit du canal primaire. Les ouvrages qui permettent
ce type de répartition sont :
• Le pertuis de fond
• Le module à masque
– Répartition d’un débit dans un rapport constant quel que soit le débit du canal primaire. ce type de répartition peut être assuré par les ouvrages suivants :
• Le déversoir de prise
• L’ouvrage partiteur
Pertes de charge
La perte de charge d’un pertuis de fond est la différence entre le niveau d’eau en amont et le niveau d’eau en aval de celui-ci.
Le module à masque
Description
Les modules à masques sont des appareils hydrauliques servant à prélever un débit quasi constant sur des écoulements à surface libre malgré une variation du plan d’eau en amont. Le débit à prélever peut être commandé et réglé en manipulant les vannettes de largeurs différentes selon le débit nécessaire.
Ces appareils comprennent essentiellement :
– Un seuil déversant de forme triangulaire dont les parements amont et aval forment des pentes respectives de 60° et de 12°
– Un ou deux masques métalliques fixés à une hauteur bien déterminée au-dessus du seuil, et qui se trouvent un peu en aval de la crête
– Des vannettes mobiles permettant d’ouvrir ou de fermer complètement l’orifice formé par le seuil et par le masque. (Annexe I, Schéma A1- 1)
Le module peut être à un ou à deux masques.
Principe de fonctionnement
Le rôle essentiel de l’appareil est de maintenir constant le débit malgré quelques variations du plan d’eau en amont. C’est la combinaison de seuil et de masques qui assure ce rôle en minimisant la variationdedébit pour une certaine variation de la hauteur d’eau en amont. Lorsque le plan d’eau reste au-dessous de l’arête inférieure des masques, l’écoulement à travers l’appareil reste à surface libre et le module fonctionne comme un seuil déversant. Le débit est alors trouvé en utilisant la formule du déversoir. Lorsque le plan d’eau dépasse l’arête inférieure des masques, l’appareil fonctionne comme un orifice en charge.
Les courbes de fonctionnement du module présentées à l’annexe I (Courbe 1) indiquent la variation du débit selon la variation du plan d eau en amont. Q est le débit nominal de l’appareil ; le niveau d’eau correspondant s’appelle «le niveau nominal ».
L’appareil doit être calé d’une manière à fixer la côte absolue du niveau nominal. Pour le module à un masque, le niveau nominal correspond à la barre arrondie située en amont. Pour le module à deux masques, le niveau nominal correspond au niveau supérieur du petit masque.
Choix de l’appareil
Les modules à masques sont caractérisés par leurs types de profil qui peuvent évacuer différents débits par unité de largeur. Quatre types de profils sont connus :
• La série X correspondant à 10 l / s / dm de largeur
• La série XX correspondant à 20 l / s / dm de largeur
• La série L correspondant à 50 l / s / dm de largeur
• La série C correspondant à 100 l / s / dm de largeur
Les désignations X, XX, L ou C sont accompagnées d’un indice 1 ou 2 selon que le module est à un ou à deux masques. Pour spécifier l’appareil, ces désignations avec leur indice sont suivies du débit nominalqu’il faut faire passer. Par exemple, un module à masque formé par les séries XX, correspondant à un débit nominal de 90 l/s est connu sous la marque « XX190 ».
Le choix de l’appareil dépend :
– du débit à prélever
– de la largeur d’encombrement disponible
– de la perte de charge admissible (différence entre les plans d’eau en amont et en aval )
– des autres caractéristiques hydrauliques : le marnage ou la variation du niveau de l’eau pour une certaine variation de débit et la tolérance admissible des variations de débit.
Le tableau 5 et le tableau 6 donnant le nombre de vannettes et la largeur d’encombrement correspondant à des débits inférieurs à 300 l/s respectivement pour les séries X et XX, ainsi que le tableau 7rassemblant la perte de charge et les tolérances sont donnés ci-après.
Le déversoir de prise
Généralités
Un autre moyen pour dériver une partie du débit vers un canal dérivé est d’utiliser un déversoir de prise.
Ce type d’ouvrage sert à dériver un faible débit de 5 l/s à 30 l/s. L’utilisation d’un partiteur n’est pas pratique pour la dérivation d’un faible débit.
Il s’agit d’un déversoir à orifice rectangulaire à bord arrondi ménagé sur l’une des berges du canal affluent. Pour maintenir la charge du déversoir, il est préférable de placer un déversoir transversal enaval de l’ouvrage de prise (Annexe I, Schéma A1- 7).
Génie Civil
La crête du déversoir transversal dans le canal qui joue le rôle d’un régulateur doit être calée à la même côte que celle du déversoir de prise. Les conditions constructives suivantes peuvent être adoptées :
– L’épaisseur du déversoir doit être égale à trois fois la hauteur critique. On suppose que cette hauteur critique correspond à la hauteur d’eau au-dessus du déversoir de prise. Une valeur de 30 cm est acceptée pour cette épaisseur du fait que la hauteur critique dépasse rarement 10 cm.
– L’axe du pertuis doit se trouver à une distance égale à quatre fois la hauteur critique du déversoir transversal dans le canal principal.
– Les bords des deux déversoirs (déversoir de prise et déversoir transversal ) doivent être arrondis.
Les partiteurs
Principe de fonctionnement
Les partiteurs sont des ouvrages destinés à partager dans un rapport constant le débit d’un canal entre plusieurs canaux dérivés, quelles que soient les variations du débit affluant. Le partage de débit sefait au niveau de la section dite « section de contrôle » à l’aide d’un volet vertical à arête frontale, deminceépaisseur. Compte tenu de l’irrégularité de la répartition des vitesses sur toute la largeur de la section du canal, il est nécessaire qu’au niveau de cette section de contrôle, l’écoulement soit torrentiel, cecipourrendre la vitesse d’écoulement constante sur toute la largeur du canal. Cet écoulement torrentiel est obtenu soit :
– en surélevant le fond du canal, c’est à dire en diminuant l’épaisseur de la lame d’eau. Pour cela on utilise fréquemment des seuils.
– en rétrécissant la largeur du canal
– en combinant les deux systèmes.
Lorsque le volet partiteur est fixe, Le partage reste constant. Au contraire, en cas d’économie d’eau un peu stricte, lorsque le débit disponible n’est pas largement suffisant, un partiteur mobile peut être choisi en rendant mobile autour d’un axe fixe le volet partiteur.
LES OUVRAGES DE FRANCHISSEMENT D’OBSTACLE
Parfois les réseaux d’irrigation rencontrent des fossés, des pistes, des thalweg, des rivières ou des réseauxde drainage qui font obstacle au transport de l’eau. La solution est de concevoirdesouvrages permettantde transiter le débit à travers l’obstacle. Pour franchir un obstacle, les ouvrages les plus courant sont : les dalots, les siphons inversés, et les bâches. Le choix entre ces ouvragesdépend du type et des caractéristiques de l’obstacle
Les dalots
Des pistes sont toutefois présentes à l’intérieur d’un périmètre. Ce sont des pistes reliant les villages aux alentours ou servant à desservir les produits agricoles provenant du périmètre lui-même.Lorsque le réseau d’irrigation est assujetti à traverser une piste, l’ouvrage adéquat est ledalot,appelé le plus souventdalot sous piste. (Annexe I, Schéma A1- 6)Un dalot est un ouvrage de section rectangulaire dans lequel l’écoulement est à surface libre. Si, pour desraisons topographiques un écoulement en charge est recommandé, le projeteur doit choisir un siphon inversé à la place du dalot.
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