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Lignes directrices visant la conception des éléments d'un système BVF

Auteur : Robert P. Stone - ingénieur/MAAARO
Date de création : 31 juillet 2006
Dernière révision : 31 juillet 2006
| Introduction et toile de fond | Conception générale des éléments d'un système BVF |
| Lignes directrices visant la conception des éléments d'un système BVF |
| Démarche de conception | Études de cas | Tableaux de calcul | Glossaire |
| Table des matières |

| 3.2 Conception du bassin de stockage-décantation |
| 3.3 Détermination du débit sortant du bassin de stockage-décantation |
| 3.4 Réseau de captage-évacuation | 3.5 Réseau de transfert | 3.6 Conception du réseau d'épandage |
| 3.7 Conception de la zone d'infiltration | 3.8 Préparation de l'avant-projet |
| 3.9 Fonctionnement et entretien |

3.4 Réseau de captage-évacuation

Le réseau de captage-évacuation comporte plusieurs éléments. L'effluent est d'abord dirigé vers un même point de captage. Avant d'être évacué de l'aire de captage, l'effluent franchit une série de grilles qui le débarrassent des matières solides et des matières flottantes. Un diaphragme à la base d'une colonne montante perforée règle le débit sortant de l'aire de captage. L'effluent est alors évacué vers un puisard creusé dans le sol. Le réseau de captage-évacuation est différent selon que le bassin de stockage-décantation est intégré ou externe. Voici pour chacune de ces configurations en quoi consiste le réseau de captage-évacuation.

3.4.1 Réseau de captage-évacuation d'un bassin de stockage-décantation intégré

Dans le cas d'un bassin de stockage-décantation intégré, le réseau de captage-évacuation est tel qu'il est illustré à la figure 3.3A. Voici les éléments qu'il comporte et le rôle de chacun :

  • Bassin de captage-évacuation-offre un point de captage distinct de tout le volume d'écoulement produit par l'aire de captage et l'évacue vers le puisard;
  • Grilles-débarrassent l'effluent des matières solides grossières et des matières flottantes;
  • Drain-dirige l'effluent vers un puisard situé sous le niveau du sol;
  • Diaphragme-règle le débit sortant du bassin de stockage-décantation;
  • Colonne montante perforée-procure un niveau supplémentaire de dégrillage;
  • Puisard-sert de point de captage commun avant l'évacuation vers la zone d'infiltration.

Figure 3.3A Configuration du réseau de captage-évacuation d'un bassin de stockage-décantation intégré

Configuration du réseau de captage-évacuation d'un bassin de stockage-décantation intégré

Voici des descriptions des critères de conception à utiliser dans l'élaboration des éléments qui composent le réseau de captage-évacuation d'un bassin de stockage-décantation intégré.

Bassin de captage-évacuation

Dans la configuration d'un bassin de stockage-décantation intégré, l'effluent s'écoule par gravité vers un même point bas et s'accumule dans une zone appelée bassin de captage-évacuation.

Configuration du bassin de captage-évacuation Le bassin de captage-évacuation se situe à l'extérieur de l'aire de captage. Il est délimité par les murs de retenue comme le montre la figure 3.3A. Le bassin de captage-évacuation se prolonge sur toute la hauteur des murs de retenue. Ce bassin a une largeur de 1,0 à 2,0 m (3,3 à 6,6 pi) afin de faciliter les opérations de nettoyage. Là où se trouvent les grilles, l'entrée du bassin de captage-évacuation doit avoir une surface plane sur toute sa largeur. Le tuyau perforé est positionné au centre du bassin en aval des grilles. Des pentes sont aménagées dans le fond du bassin et convergent à partir des quatre côtés vers la colonne montante perforée.
Matériaux Les murs de retenue et le plancher du bassin de captage-évacuation doivent être en béton armé.

Grilles

Des grilles sont installées à l'entrée du bassin de captage-évacuation de manière à réduire les risques d'obstruction des éléments du système BVF qui sont situés en aval. Les matières solides que renferment les eaux de ruissellement provenant de l'aire de captage sont ainsi retenues par les grilles en amont du bassin de captage-évacuation.

Configuration des grilles Il est recommandé d'effectuer le dégrillage au moyen de trois grilles, afin d'obtenir une élimination progressive des matières de plus en plus fines. La figure 3.3A illustre la disposition des trois grilles verticales dans le cas d'un bassin de stockage-décantation intégré. Les grilles sont installées à l'entrée du bassin de captage-évacuation. Elles sont glissées dans des cadres verticaux à gorge installés à l'entrée du bassin de captage-évacuation. Une poignée placée près du haut du cadre permet d'enlever facilement les grilles et d'avoir ainsi directement accès au bassin de captage-évacuation et à l'orifice d'évacuation. Les grilles sont espacées de 0,5 m (1,6 pi) les unes des autres. Il est possible de les incliner selon un angle de 60 degrés par rapport à l'horizontale (voir figure 3.3B), ce qui permet de passer un râteau sur la face de chaque grille et de déposer temporairement les matières solides sur la " plage ", afin d'éviter qu'elles ne tombent dans l'espace de dégrillage suivant. Les grilles font toute la hauteur du mur de retenue (jusqu'au sommet du mur du déversoir). Voici l'espacement des barres préconisé pour chacune des grilles :

1. Grille grossière-barres verticales espacées d'environ 25 mm (1 po);
2. Grille moyenne-barres verticales espacées d'environ 10 mm (3/8 po);
3. Grille fine-barres verticales espacées d'environ 3,1 mm (1/8 po).

Figure 3.3 B - Dégrillage au moyen de trois grilles inclinées

Dégrillage au moyen de trois grilles inclinées

Matériaux Les grilles peuvent être faites de différents matériaux, notamment de bois, de métal galvanisé ou de tout autre matériau qui s'y prête. Le matériau doit pouvoir supporter les conditions environnementales qui caractérisent les eaux de ruissellement. Par exemple, les barres peuvent être faites de planches de 25 x 50 mm (1 x 2 po) insérées dans un cadre plein. Elles peuvent aussi être fabriquées à partir de feuilles plates d'acier galvanisé ordinaire de 50 mm de largeur sur 4,5 mm d'épaisseur (2 po de largeur sur 3/16 po d'épaisseur).

Drain et diaphragme

Un drain, doté d'un diaphragme servant à régler le débit, achemine l'effluent vers le puisard avant son transfert vers la zone d'infiltration.

Dimensionnement du drain et du diaphragme Les dimensions du drain et du diaphragme sont fonction du débit sortant du bassin de stockage-décantation. Le diamètre minimal du drain et de l'ouverture du diaphragme dépend de la capacité de stockage du bassin de stockage-décantation. Il se calcule comme suit :

  • volume de stockage maximal établi par la méthode prudente (c.-à-d. le volume d'écoulement produit en 24 heures par un épisode de pluie à récurrence de 25 ans)-le diamètre du drain et du diaphragme doit faire en sorte que la vidange de la totalité du volume stocké prenne au moins 4 à 10 heures;
  • volume de stockage inférieur au volume de stockage maximal établi par la méthode prudente, mais au moins égal au volume de stockage minimal (c.-à-d. le volume d'écoulement produit pendant 15 minutes par le débit de pointe sur 5 minutes d'un épisode de pluie à récurrence de 25 ans)-le diamètre du drain et du diaphragme doit permettre la propagation de l'amont vers l'aval du débit engendré par le volume d'écoulement produit en 24 heures par un épisode de pluie à récurrence de 25 ans.

On peut augmenter la dimension du drain de manière que celui-ci puisse recevoir un débit allant jusqu'au double du débit sortant du bassin de stockage, afin de permettre d'éventuels projets d'expansion. Le diamètre du drain doit correspondre à un diamètre offert sur le marché. Le diaphragme s'installe à l'entrée du drain; il est réglé de manière à procurer le débit calculé plus haut.

Sorte de tuyau On peut utiliser la même sorte de tuyau que dans le cas du réseau de captage-évacuation d'un bassin de stockage-décantation intégré.

Puisard

L'effluent évacué par le drain à la sortie du bassin de stockage-décantation externe est acheminé vers un puisard.

Configuration du puisard Le puisard est aménagé immédiatement à côté du bassin de stockage-décantation externe, sous la surface du sol, de manière à en faciliter l'utilisation à longueur d'année. Les caractéristiques du puisard sont les mêmes que dans le cas du bassin de stockage-décantation intégré.

Type de puisard Le choix se fait parmi les mêmes types de puisard que ceux qui conviennent aux bassins de stockage-décantation intégrés.

3.4.2 Bassin de stockage-décantation intégré évacuant l'effluent directement dans la zone d'infiltration

Le réseau d'évacuation est tout autre quand le bassin de stockage-décantation intégré peut rejeter directement son effluent dans une zone d'infiltration située à moins de 20 m (65,6 pi) du point d'évacuation. Le drain, installé à la base d'un mur de retenue, achemine alors les eaux de ruissellement directement dans un canal de transfert adjacent dans lequel l'écoulement se fait par gravité jusqu'au canal d'épandage situé au sommet de la zone d'infiltration. Cette configuration évite l'aménagement d'un puisard.

3.4.3 Réseau de captage-évacuation d'un bassin de stockage-décantation externe

Quand le système comprend un bassin de stockage-décantation externe, l'aire de captage dirige les eaux de ruissellement (par gravité) vers un même point bas d'où elles sont transférées vers le bassin de stockage-décantation externe par un tuyau ou un canal de transfert. Dans tous les cas, le réseau de transfert doit être conçu pour accueillir, en provenance de l'aire de captage, le débit de pointe sur 5 minutes d'un épisode de pluie à récurrence de 25 ans. Voici les éléments que comporte le réseau de captage-évacuation, et le rôle de chacun :

  • Grille-débarrasse l'effluent des matières grossières;
  • Drain-dirige l'effluent vers un puisard situé sous le niveau du sol;
  • Diaphragme-règle le débit sortant du bassin de stockage-décantation externe;
  • Puisard-sert de point de captage commun avant le transfert de l'effluent vers la zone d'infiltration.

Voici des descriptions des critères de conception à utiliser dans l'élaboration des éléments qui composent le réseau de captage-évacuation du bassin de stockage-décantation externe.

Grille

Une seule grille grossière (p. ex. une grille en bois rappelant une clôture en lattes verticales) doit être installée à la sortie de l'aire de captage afin d'empêcher les débris grossiers de pénétrer dans le bassin de stockage-décantation externe.

Drain et diaphragme Le drain de sortie est installé à la même hauteur que la surface de la tranche morte, c.-à-d. à au moins 1 m (3,3 pi) du fond du bassin de stockage. Un diaphragme est installé à l'entrée du drain de manière à régler le débit vers le puisard. Le drain achemine vers le puisard l'effluent stocké dans le bassin de stockage-décantation.

Dimensionnement du drain et du diaphragme Les dimensions du drain et du diaphragme sont fonction du débit sortant du bassin de stockage-décantation. Le diamètre minimal du drain et de l'ouverture du diaphragme dépend de la capacité de stockage du bassin de stockage-décantation. Il se calcule comme suit :

  • volume de stockage maximal établi par la méthode prudente (c.-à-d. le volume d'écoulement produit en 24 heures par un épisode de pluie à récurrence de 25 ans)-le diamètre du drain et du diaphragme et la puissance de la pompe doivent faire en sorte que la vidange de la totalité du volume stocké prenne au moins 4 à 10 heures;
  • volume de stockage inférieur au volume de stockage maximal établi par la méthode prudente, mais au moins égal au volume d'écoulement produit pendant 15 minutes par le débit de pointe sur 5 minutes d'un épisode de pluie à récurrence de 25 ans-le diamètre du drain et du diaphragme et la puissance de la pompe doivent permettre en tout temps la propagation de l'amont vers l'aval du débit engendré par le volume d'écoulement produit en 24 heures par un épisode de pluie à récurrence de 25 ans.

On peut augmenter la dimension du drain de manière que celui-ci puisse recevoir un débit allant jusqu'au double du débit sortant du bassin de stockage, afin de permettre d'éventuels projets d'expansion. Le diamètre du drain doit correspondre à un diamètre offert sur le marché. Le diaphragme s'installe à l'entrée; il est réglé de manière à procurer le débit calculé plus haut.
Sorte de tuyau On peut utiliser la même sorte de tuyau que dans le cas du réseau de captage-évacuation d'un bassin de stockage-décantation intégré.

Nota : Si la ferme possède déjà un réservoir de stockage en béton d'une capacité équivalente au volume d'écoulement produit en 24 heures par un épisode de pluie à récurrence de 25 ans ou au volume d'écoulement produit pendant 15 minutes par le débit de pointe sur 5 minutes d'un épisode de pluie à récurrence de 25 ans, ce réservoir peut servir de puisard alimentant la pompe ou le mécanisme d'écoulement par gravité. Le réservoir doit être situé sous la surface du sol afin de pouvoir servir à longueur d'année. Les dimensions du réservoir doivent être suffisantes pour contenir le décantat et permettre l'accès à la machinerie utilisée pour l'enlèvement périodique de ce décantat.

3.4.4 Calcul du diamètre d'un orifice en fonction de la capacité de débit transitant à travers l'orifice

Voici comment calculer le diamètre d'un orifice en fonction d'un débit donné. L'équation 3.7 décrit les variables et unités à prendre en compte et définit la relation mathématique qui permet de déterminer la capacité de débit transitant à travers un orifice.

Équation 3.7 - Capacité de débit transitant à travers un orifice

Q = (C)(A)(2gh)0.5

où :

Q = capacité de débit transitant à travers l'orifice (m3/s)
C = coefficient de débit dépendant du type d'orifice (0,61 correspond à une valeur prudente)
A = aire de l'orifice (m2)
g = accélération due à la gravité (9,8 m/s2)
h = charge hydraulique sur l'orifice (m)

De cette équation, on déduit l'aire de l'orifice (A) :

A = Q/[(C) (2gh)0,5]

Voici l'équation permettant de trouver l'aire d'un cercle (ouverture de l'orifice) :

A = BD2/4

Cette équation permet de déduire le diamètre (D) de l'orifice :

D = (4 × A/B)0,5

Exemple : L'aire de l'orifice (A) nécessaire pour évacuer en 4 heures le volume d'écoulement maximal établi par la méthode prudente pour un bassin de stockage-décantation intégré lorsque la capacité de débit cible est de 4,80 × 10-3 m3/s (0,17 pi3/s), que le coefficient de débit est de 0,61 (valeur prudente, étant entendu que ce coefficient varie selon le type d'orifice), que l'accélération due à la gravité est de 9,8 m/s2 (32,2 pi/s2), et que la charge hydraulique est de 0,21 m (0,69 pi), correspond à :
4,80 × 10-3 m3/s/[(0,61) (2 × 9,8 m/s2× 0,21 m)0,5] = 3,86 × 10-3 m2 (0,013 pi2). L'aire de l'orifice est égale à 38,6 cm2 (6,18 po2). Pour trouver le diamètre (D) d'un orifice dont l'aire (A) est de
3,86 × 10-3 m2, on détermine la racine carrée de (4 × 3,86 × 10-3 m2/B)] = 7 × 10-2 m (2,77 po).

Si l'on avait utilisé la capacité de débit cible de 1,9 × 10-3 m3/s (0,07 pi3/s) pour déterminer le diamètre de l'orifice nécessaire à l'évacuation en 10 heures du volume d'écoulement maximal établi par la méthode prudente pour un bassin de stockage-décantation intégré, compte tenu d'un coefficient de débit de 0,61 (valeur prudente, étant entendu que ce coefficient varie selon le type d'orifice), d'une accélération due à la gravité de 9,8 m/s2 (32,2 pi/s2) et d'une charge hydraulique de 0,21 m (0,69 pi), le résultat aurait été le suivant : 1,9 × 10-3 m3/s/[(0,61)(2 × 9,8 m/s2× 0,21)0,5] =
1,54 × 10-3 m2 (0,017 pi2). L'aire de l'orifice serait égale à 15,4 cm2 (2,4 po2). Pour trouver le diamètre (D) d'un orifice dont l'aire (A) est de 1,54 × 10-3 m2 (0,017 pi2), on détermine la racine carrée de (4 × 1,54 × 10-3 m2/B) = 4,4 × 10-2 m (1,7 po).

Le tableau 3.1 donne les diamètres et les aires des orifices pour un éventail de débits correspondant à différentes charges hydrauliques.

3.4.5 Calcul de la colonne montante perforée

En amont du diaphragme, l'effluent passe à travers les orifices pratiqués dans une colonne montante. Celle-ci joue essentiellement le rôle d'un tamis. Son diamètre doit être identique à celui du drain de manière à faciliter le raccordement. L'effluent doit s'écouler plus rapidement à travers les orifices pratiqués dans la colonne montante qu'à travers le diaphragme. Les orifices qui ponctuent la colonne montante doivent donc représenter au total une aire d'au moins 25 % supérieure à celle de l'ouverture du diaphragme lorsque la charge hydraulique est maximale. Cette superficie supplémentaire vient pallier l'obstruction éventuelle de certains orifices dans la colonne montante.

L'équation suivante sert à déterminer la capacité de débit transitant à travers un orifice :

Q = (C)(A)(2gh)0,5

De cette équation, on déduit l'aire minimale des orifices dans la colonne montante (A).

A = Q/[(C)(2gh)0,5]

Étant donné que les orifices pratiqués dans la colonne montante doivent représenter au total une aire d'au moins 25 % supérieure à celle de l'orifice du diaphragme, l'aire minimale des orifices dans la colonne montante est égale à A × 1,25.

Exemple : Pour un débit (Q) de 4,8 × 10-3 m3/s (0,17 pi3/s) et une charge hydraulique maximale (h) de 0,7 m (2,3 pi), l'aire minimale des orifices dans la colonne montante est égale à
4,8 × 10-3 m3/s/[(0,61)(2 × 9,81 × 0,7)0,5] = 2,1 × 10-3 m2 (0,023 pi2). Si on majore cette aire de 25 %, on obtient une aire minimale des orifices dans la colonne montante de
2,1 × 10-3 m2× 1,25 = 2,63 × 10-3 m2 = 26,3 cm2 (0,028 pi2). Si les orifices sont des fentes de 2 × 2 cm (0,75 × 0,75 po), il y aura 26,3 cm2/4 cm2 = 6,6 ou plutôt 7 fentes par tranche de 0,7 m (2,3 pi) de hauteur de colonne montante au-dessus du diaphragme.

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