Evacuation des eaux pluviales en système séparatif par caniveaux superficiels. Cas du versant droit de la rivière Mbinza dans sa limite comprise entre la ligne de crête et la route de Matadi au quartier Mbinza Pigeon et conception d'un bassin de retenue

III.3. Calcul du débit à évacuer

III.3.1. Introduction

Le débit d'un bassin étant la quantité d'eau qui s'écoule dans l'intervalle d'un temps donné, sa gestion dans le milieu urbain a aussi pour but d'éviter des dommages aux propriétés.

Dès le début d'une averse, les sols s'humidifient par rétention d'une partie de la pluie qu'ils reçoivent .Lorsque le phénomène de saturation apparait, c'est-à-dire lorsque la vitesse de pénétration dans le sol tend vers zéro, il ya stockage de l'eau dans les dépressions du sol, ce qui se traduit par la formation des flaques avant la génération du ruissellement.

La transformation pluie-débit

Les relations pluie-débit évoluent des différentes phases de l'averse :

Ø L'imbibition est caractérisée par une infiltration qui dépend de la nature et de l'occupation de sols, du relief, du degré de saturation. La vitesse d'infiltration d'une pluie est obtenue en se référant au coefficient K de la formule de Darcy ;

Ø La phase transitoire correspond à la constitution d'un stock d'eau qui peut être important sur les terrains plats(pente<1%),avant d'obtenir la mise en pression nécessaire au ruissellement ;

Ø Le régime permanent est obtenu par une intensité, un ruissellement et un écoulement constant ;

La vidange intervient à la fin de l'averse par un prolongement dans les temps des apports d'eau décroissants. Plus le parcours dans le bassin versant ne sera long et son relief faible, plus la phase de vidange sera long^14(*).

Ø Le phénomène de saturation se manifeste après le début de l'averse, en un temp d'entrée dans le système qui varie de 2 à 20 minutes selon les observations établies sur différents milieux urbains.

III.3.2. Méthode de calcul

Il existe plusieurs méthodes de calcul des débits pluviaux sur une superficie à assainir, à savoir :

Ø Méthode rationnelle ;

Ø Méthode superficielle ;

Ø Méthode linéaire.

Pour notre étude, nous allons nous atteler à décrire les deux premières méthodes.

III.3.2.1. Méthode rationnelle15(*)

Cette méthode est appropriée en ce qui concerne les bassins versants urbains et permet de calculer rapidement les débits de ruissellement maximaux pour des pluies uniformes tombant sur des bassins versants de faible superficie

La méthode rationnelle est un excellent outil pour la détermination d'un hydrogramme. En effet, elle permet tout au long du développement du calcul, de rationnaliser les résultats et de dégager ainsi les meilleures caractéristiques du projet à retenir.

Elle a pour finalité essentielle à évaluer, à mesurer l'avancement des calculs, le temps de concentration aux divers points caractéristiques de parcours d'un réseau et toute modification dans la résolution, entraîne nécessairement une itération de calcul. Elle admet que le débit de ruissellement est fonction à la fois de l'intensité et la durée de l'orage.

Les hypothèses de la méthode rationnelles sont par conséquents les suivantes :

Ø L'intensité de l'averse en mm/h est uniforme, dans les temps et dans l'espace, sur l'ensemble du bassin drainé ;

Ø Le débit de pointe Qp en m3/s de l'hydrogramme de ruissellement est une fraction du débit précipité iA ;

Ø L'intervalle de récurrence du débit de pointe Qp est le même que celui de l'averse d'intensité uniforme i ;

Ø Le coefficient de ruissellement est invariable d'une averse à l'autre.

Principes et Limite de la méthode rationnelle^16(*)

Elle est applicable à des petits bassins versants dont la superficie ne dépasse pas 4 km²soit 40 hectares, conditions de validité des considérations théoriques qui ont permis d'élaborer cette méthode.

Cependant, on peut trouver certaines études où la méthode rationnelle est mise en oeuvre sur des surfaces allant jusqu'à 1000ha. Le projeteur devra dans ce cas extrême bien prendre conscience de l'incertitude sur les débits calculés en fonction de l'hétérogénéité de la surface réceptrice (François Noel CRES : Cours d'Hydrologie Urbaine Quantitative, Assainissement Pluvial, Ecole Inter-états d'Ingénieur de l'Equipement Rural page 39)

On démontre ainsi que pour une averse homogène dans le temps et dans l'espace, d'intensité i, le dédit maximum Q est atteint si la durée de l'averse est au moins égale au temps de concentration T_c du bassin.

Nous calculons le débit de pointe en recourant à la formule originale améliorée par la notion d'abattement spatial :

Avec :

Q_p = Débit de pointe de l'hydrogramme en m³/s

K_i = Constante d'homogénéité se rapportant aux unités

C = Coefficient de ruissellement variant entre 0 et 0,95

å = Coefficient d'ajustement de l'intensité en fonction de la fréquence de l'averse, pour une averse d'une fréquence décennale, sa valeur est de 0,05

A = Superficie du bassin versant en ha

I = Intensité de la précipitation en mm/h

Détermination de k_i en admettant les différentes étapes :

Ø Le débit exprimé en m³/s ;

Ø L'intensité en mm/h ;

On aura :

Ø La superficie en

D' où l'expression :

D'où

Théoriquement la méthode rationnelle surestime les débits à évacuer dans la mesure où elle n'intègre en rien d'effet dynamique du réseau et notamment les effets de stockage.

Par ailleurs, cette méthode est incapable de prendre en compte toute complexité structurelle du réseau (notamment l'existence d'ouvrages spéciaux) et toute complexité fonctionnelle du réseau (mise en charge, influence aval)( Source : François Noel CRES : Cours d'Hydrologie Urbaine Quantitative, Assainissement Pluvial, Ecole Inter-états d'Ingénieur de l'Equipement Rural page 39).

* ¹⁴ Prof L. MAKOKO : Cours de Génie Sanitaire :Assainissement IBTP 2006 page 21

* ¹⁵Source : Prof. KABAU, T : Cours d'Assainissement Urbain, I.N.B.T.P, 2010-2011, page 66.

* ¹⁶Source : M. ROCHE-Gauthier-Villars : Hydrologie de surface, 1963, page 290.

François Noel CRES : Cours d'Hydrologie Urbaine Quantitative, Assainissement Pluvial 2001, Ecole Inter-états d'Ingénieur de l'Equipement Rural page 39)