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CO N S T R U C T I O N E T T R AVAU X P U B L I C S

Ti254 - Travaux publics et infrastructures

Gestion de l'eau

Réf. Internet : 42234 | 3e édition

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III

Cet ouvrage fait par tie de

Travaux publics et infrastructures
(Réf. Internet ti254)
composé de  :
Terrassement et géomembranes

Réf. Internet : 42233

Gestion de l'eau

Réf. Internet : 42234

Les routes, les ponts et les joints

Réf. Internet : 42235

Les aménagements des voies de transport

Réf. Internet : 42550

Les travaux souterrains et les dépollutions

Réf. Internet : 42551



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IV

Cet ouvrage fait par tie de

Travaux publics et infrastructures
(Réf. Internet ti254)
dont les exper ts scientifiques sont  :
Williams PAUCHET
Ex Maître d'oeuvre de la Défense Nationale, Conseiller technique en
construction et génie civil

Guy RAOUL
Ancien directeur de GTM Construction, Président de la Commission française
de normalisation "Terrassement", Professeur émérite de Génie des Procédés à
L'INSA de Toulouse

Michel ROUSTAN
Professeur émérite de Génie des procédés à l'INSA de Toulouse



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V

Les auteurs ayant contribué à cet ouvrage sont :

Jean-Marc BERLAND
Pour les articles : C4200 – C5220 – C5222 – C5223 – C5221 – C5230

Bruno DUCROT
Pour les articles : C3671 – C3673

Bernard FARGEOT
Pour les articles : C3671 – C3673

Hugues GODART
Pour les articles : C4190 – C5195 – C5200 – C5201

Sébastien MASCLET
Pour l’article : C4195

Gérard MATHIEU
Pour les articles : C3670 – C3671 – C3672 – C3673

Fabrice ROLANDO
Pour l’article : C3670

Denis SAVOYE
Pour les articles : C3670 – C3672



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VI

Gestion de l'eau
(Réf. Internet 42234)

SOMMAIRE
1– Alimentation en eau potable et distribution

Réf. Internet

Alimentation en eau potable. Besoins et ressources

C4190

11

Contrôle de la qualité des eaux destinées à la consommation humaine. Objectifs du
contrôle et enjeux à venir

C4195

13

Adduction et distribution d'eau

C5195

17

Eaux de distribution. Traitements unitaires

C5200

27

Eaux de distribution. Traitements spéciiques

C5201

31

2– Stockage de l'eau - ouvrages en béton

Réf. Internet

Ouvrages en béton de réception, transfert, traitement ou stockage de l'eau ou des
liquides. Terminologie de base des bétons et revêtements applicables aux travaux
neufs

C3670

41

Stockage de l'eau  : ouvrages en béton. Contraintes et dimensionnement

C3671

43

Ouvrages en béton de réception, transfert, traitement ou stockage de l'eau ou des
liquides. Spéciications des bétons et revêtements

C3672

47

Stockage de l'eau  : ouvrages en béton. Maintenance et garanties

C3673

61

3– Assainissement et traitement des eaux

Réf. Internet

Assainissement des agglomérations

C4200

65

Traitement des eaux résiduaires des agglomérations. Concepts et relevage

C5220

75

Traitement des eaux résiduaires des agglomérations. Filières intensives

C5222

81

Traitement des eaux résiduaires des agglomérations. Filières extensives

C5223

91

Traitement des boues d'épuration

C5221

99

Entretien, diagnostic et réhabilitation des réseaux d'assainissement

C5230

105



page

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VII



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Gestion de l'eau
(Réf. Internet 42234)


1– Alimentation en eau potable et distribution

Réf. Internet

Alimentation en eau potable. Besoins et ressources

C4190

11

Contrôle de la qualité des eaux destinées à la consommation humaine. Objectifs du
contrôle et enjeux à venir

C4195

13

Adduction et distribution d'eau

C5195

17

Eaux de distribution. Traitements unitaires

C5200

27

Eaux de distribution. Traitements spéciiques

C5201

31

page

2– Stockage de l'eau - ouvrages en béton
3– Assainissement et traitement des eaux



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QP

r←ヲ←イ・ョ」・@iョエ・イョ・エ
cTQYP

Alimentation en eau potable
Besoins et ressources
par



Hugues GODART
Ingénieur civil des Mines
Chargé de mission à la Générale-des-eaux

1.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5

Disponibilités globales ...........................................................................
L’eau dans la nature.....................................................................................
L’eau dans l’univers .....................................................................................
L’eau en France ............................................................................................
L’eau et l’homme .........................................................................................
Protection de la ressource ..........................................................................

C 4 190 - 2

2

2

3

3

3

2.
2.1

2.2

Évaluation des besoins...........................................................................
Besoins domestiques ..................................................................................
2.1.1 Population ...........................................................................................
2.1.2 Besoins par habitant...........................................................................
Besoins des collectivités et de l’industrie..................................................







4
4
4
4
5

3.
3.1
3.2
3.3
3.4

Ressources .................................................................................................
Rapport quantité/qualité : importance de l’enjeu .....................................
Évaluation. Protection. Emploi ...................................................................
Périmètres de protection.............................................................................
Dimensionnement des ouvrages (prévision d’emploi) ............................







5
5
5
8
8

p。イオエゥッョ@Z@。ッエ@QYYY

L

’ensemble des agglomérations urbaines et rurales des pays occidentaux
comme la France est alimenté en eau par un système de distribution publique qui livre à l’usager, au point d’utilisation, en quantité et sous une pression
suffisantes, une eau de qualité répondant à des critères réglementaires très
stricts, communément dite « potable ». En réalité, seule une très faible fraction
du volume soutiré est bue au sens propre du terme.
Sans vouloir donner une liste exhaustive, on peut citer les principaux postes
d’utilisation de cette eau potable :
— boisson et besoins culinaires ;
— toilette, bains, douches, sanitaires ;
— lave-vaisselle, lave-linge ;
— nettoyages divers des bâtiments ;
— arrosage des jardins particuliers ;
— lavage des voitures ;
— besoins municipaux : établissements publics (dont les hôpitaux), fontaines
d’agrément, arrosage de squares et de parcs, nettoyage des rues, curage des
égouts, etc. ;
— défense contre l’incendie ;
— besoins industriels ;
— dans les communes rurales : abreuvement du bétail et quelquefois irrigation (qui généralement fait appel à des réseaux séparés).
En réalité, la satisfaction de la majeure partie de ces besoins ne nécessiterait
pas l’utilisation d’eau susceptible d’être bue sans inconvénient, voire avec agrément. Cependant, les autorités sanitaires exigent que cette eau, avec laquelle les
usagers sont en contact et qu’ils peuvent consommer par inadvertance ou ignorance, satisfasse aux critères réglementaires des eaux de distribution publique
destinées à la consommation humaine. Ceci explique en partie que la double

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.
© Techniques de l’Ingénieur, traité Construction

QQ

C 4 190 − 1

r←ヲ←イ・ョ」・@iョエ・イョ・エ
cTQYP

ALIMENTATION EN EAU POTABLE _________________________________________________________________________________________________________

distribution « potable - non potable » ne soit pas répandue ; des considérations
purement économiques justifient par ailleurs cette position, surtout lorsqu’il
s’agit d’alimenter une large surface de multiples consommations dont les
besoins unitaires sont relativement faibles.



Par contre, des adductions et des distributions d’eau pour l’industrie ou l’agriculture sont créées chaque fois que les quantités à fournir sont suffisamment
importantes, relativement localisées et bien individualisées pour justifier des
ouvrages de distribution spécifiques.

1. Disponibilités globales
10 000

1.1 L’eau dans la nature
1 000

L’eau est un élément omniprésent dans la nature. Sa masse totale
représente environ la 1/4 500e partie de celle de la Terre, soit
1 350 × 1015 t.

100

L’écorce terrestre en contient des quantités considérables sous la
forme d’eaux vadoses (infiltration et percolation) ou d’eaux profondes, parfois appelées eaux fossiles (eaux stagnantes, eaux
connées*), toutes d’origine météorique, auxquelles s’ajoutent les
eaux juvéniles, eaux magmatiques expulsées du magma initial par
la cristallisation.

10

1

Nota : * Eaux connées : eaux incluses dans les roches au moment de leur formation.

Il est difficile de donner un ordre de grandeur, même approximatif, de la quantité d’eau contenue dans la croûte terrestre. Citons
pourtant les chiffres de certaines estimations, faisant ressortir le
volume total des eaux de notre planète à (figure 1) :
— 1 300 millions de km3 d’eau de mer salée (océans) ;
— 25 millions de km3 d’eau douce prise en glace sur les pôles ;
— 350 000 km3 d’eau douce des fleuves et des lacs ;
— 150 000 km3 d’eau douce des nappes souterraines ;
— 13 000 km3 d’eau douce atmosphérique.

0,1

0,01

Figure 1 – Ordres de grandeur relatifs des différentes ressources
d’eau

Les précipitations représentent annuellement 400 000 km3 sur
toute la surface du globe soit 110 000 km3 sur l’ensemble des terres
émergées.

1.2 L’eau dans l’univers

Le débit total des fleuves dans les mers et océans représente
25 000 km3/an.

En avril 1998, le satellite ISO a mis en évidence de la vapeur d’eau
dans la nébuleuse d’Orion. De l’eau dans l’univers ne surprend pas
trop puisque les trois molécules les plus fréquentes sont, dans
l’ordre, l’hydrogène, l’hélium et l’oxygène. Mais en pratique, les
scientifiques n’estiment la masse de l’eau qu’à environ un millionième de la masse de l’univers. La vapeur d’eau et la glace produites par les « géantes rouges », étoiles mourantes comme
Bételgeuse, ne résistent pas mieux aux ultraviolets qu’aux très hautes températures...

L’eau contenue dans l’atmosphère sous forme de vapeur représenterait, après condensation, l’équivalent d’une couche uniformément répartie sur toute la surface du globe d’une épaisseur de
25 mm environ.
Tout en étant le liquide le plus répandu à la surface de la Terre et
le plus utilisé, l’eau n’est pas un liquide simple, identique à luimême en tous lieux.
C’est un agent physico-chimique actif et efficace qui se livre, sur
l’écorce terrestre, à une action destructrice intense et permanente.
Elle véhicule pratiquement toutes les matières existant sur le globe
terrestre, qui s’y retrouvent en quantités très variables allant du
gramme au nanogramme (ou moins) par litre sous forme de suspension vraie, de suspension colloïdale ou de solution.

Plusieurs missions spatiales ont confirmé que l’eau avait été présente sur Mars et sur Vénus. La mission Pathfinder, en 1997, a établi
que Mars avait connu des quantités énormes d’eau ou de glace il y
a 3 milliards d’années. Grâce à la sonde Galileo, on peut avancer
avec un bon degré de crédibilité que Europe, un des satellites de
Jupiter renferme une vaste étendue d’eau sous sa croûte de glace.
La sonde Lunar Prospector a détecté début 1998 des molécules
d’eau sur notre Lune ; plus précisément, on estime à quelque 33 millions de m3 l’eau prise en glace aux deux pôles lunaires, soit tout de
même à peu près 800 000 fois moins que pour les pôles terrestres.
Dans notre système solaire l’eau est également présente dans les
comètes sous forme de neige ou de glace.

Pour satisfaire les besoins de l’homme, seules peuvent être mobilisées les eaux des nappes souterraines et des cours d’eau. Et
encore, en raison des fortes variations saisonnières, on considère
que l’on n’en peut utiliser réellement que 25 %. En Europe, zone plutôt tempérée voire humide, les quelque 20 % de la population mondiale actuelle ne disposent que d’environ 7 % des réserves
mondiales mobilisables.

C 4 190 − 2

Océans
Glaces
Surface
Nappes
Atmosphère

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© Techniques de l’Ingénieur, traité Construction

QR

r←ヲ←イ・ョ」・@iョエ・イョ・エ
cTQYU

Controˆle de la qualite´ des eaux
destine´es a` la consommation humaine
Objectifs du controˆle et enjeux
par



Se´bastien MASCLET
Chef de Projets – Inge´nieur AgroParisTech

1.
1.1
1.2

Notions de risques biologique et chimique ...............................
Eau d’alimentation .............................................................................
Caracte´risation des risques ................................................................
1.2.1 Risques a` court terme..............................................................
1.2.2 Risques a` moyen terme ...........................................................
1.2.3 Risques a` long terme...............................................................

C 4 195v2 – 2

2

3

3

4

4

2.
2.1
2.2
2.3
2.4

´ valuation du risque sanitaire biologique .................................
E
Indicateurs microbiologiques de pollution .......................................
Spe´cificite´ des germes fe´caux banaux ..............................................
Re´action aux traitements ...................................................................
E´valuation des risques a` partir de la quantite´ de germes tests .......







5
5
6
6
7

3.

Qualite´ de l’eau destine´e a` la consommation humaine
en France et e´volution des re´glementations .............................
Re´glementation en vigueur depuis 2007 ...........................................
Proble´matiques actuelles de la qualite´ des eaux ..............................
3.2.1 Contributions re´centes de l’ANSES sur la qualite´ des eaux ..
3.2.2 Campagne nationale d’occurrence de polluants e´mergents
dans les eaux destine´es a` la consommation humaine ..........
3.2.3 Remarque : impacts sur le suivi des eaux use´es traite´es ......






7
7
8
8




8
9

3.1
3.2










9
10
10
10
12
12
12
13

4.4

Interpre´tation et fiabilite´ des analyses ......................................
Proble´matiques du pre´le`vement et du stockage ...............................
4.1.1 Cadre normatif .........................................................................
4.1.2 Quelques donne´es sur la conservation des e´chantillons .......
Me´thodes d’analyse utilisables pour le controˆle des eaux ..............
E´mergence de nouveaux outils d’analyse .........................................
4.3.1 Les capteurs passifs : outils de pre´le`vement inte´grateurs ....
4.3.2 Les outils issus du ge´nie biologique ......................................
4.3.3 Me´thode d’analyse des micropolluants organiques non
spe´cifiques ...............................................................................
De´lais d’analyses ................................................................................




13
13

5.

Conclusion........................................................................................



13

4.
4.1

4.2
4.3

Pour en savoir plus.................................................................................. Doc. C 4 195v2

a distribution d’une eau potable re´pond notamment a` une obligation de
controˆle des pollutions pouvant affecter cette eau. Cette notion de pollution
des eaux est en constante e´volution. Pour preuve, l’Organisation mondiale de la
sante´ a publie´ en 2011 sa 4e e´dition des Directives pour la Qualite´ des eaux de
boissons, dans laquelle elle e´met des pre´conisations en matie`re d’objectifs
sanitaires ou bien de surveillance et controˆle.

L

p。イオエゥッョ@Z@ヲ←カイゥ・イ@RPQU

Depuis la loi sur l’eau du 3 janvier 1992, la France s’est dote´e de plusieurs
outils re´glementaires visant a` re´duire les risques sanitaires, mais aussi environnementaux lie´s a` la contamination des eaux : de´finition de limites et de

Copyright © - Techniques de l’Inge´nieur - Tous droits re´serve´s

QS

C 4 195v2 – 1

r←ヲ←イ・ョ」・@iョエ・イョ・エ
cTQYU
CONTROˆLE DE LA QUALITE´ DES EAUX DESTINE´ES A` LA CONSOMMATION HUMAINE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

re´fe´rences de qualite´ des eaux distribue´es, outils de protection des ressources
en eau, etc.
Aujourd’hui, en plus de ces proble´matiques « traditionnelles », quoique relativement re´centes, du controˆle de la qualite´ de l’eau, les gestionnaires sont
confronte´s a` une multitude de nouvelles e´volutions :








substances e´mergentes ;
durabilite´ de la gestion des ressources ;
changements climatiques ;
de´fiance des citoyens a` l’e´gard des « experts en eau ».

Afin d’identifier les enjeux qui en de´coulent, il convient de rappeler ici les
objectifs et les pratiques pre´conise´es dans le cadre du controˆle de la pollution
des eaux destine´e a` la consommation humaine. Ainsi, le principal objectif du
controˆle consiste a` minimiser les risques de la consommation de l’eau. Il s’agit
e´galement de donner des cle´s afin d’anticiper les e´volutions prochaines a` venir
dans ce domaine, ainsi que les conse´quences sur la maıˆtrise des eaux use´es
traite´es de´verse´es dans le milieu re´cepteur.

1.1 Eau d’alimentation

1. Notions de risques
biologique et chimique

L’eau d’alimentation (boisson et pre´paration des repas) constitue
a` peine 5 % de l’eau de distribution consomme´e (en moyenne
200 l/jour et personne).
Nous devons envisager deux grands types de proble`mes :
– la premie`re cate´gorie est lie´e a` la qualite´ de la ressource,
qu’elle soit une eau de surface (pre´sence potentiellement forte de
matie`res organiques et de micropolluants organiques, ainsi que
de micro-organismes) ou bien souterraine (infiltration de micropolluants a` l’e´tat de traces, influence de la nature pe´doge´ologique des
horizons supe´rieurs et de l’aquife`re, pre´sence de nitrates, etc.) ;
– la seconde cate´gorie est lie´e a` des modifications fortuites ou
de´libe´re´es de la qualite´ de l’eau hors du milieu re´cepteur, c’est-a`dire lors du traitement ou de sa distribution.

Nous devons distinguer cinq types de circonstances pouvant
conduire a` des maladies ou a` des malaises :
– le contact direct de l’eau et les polluants aquatiques a` l’occasion de bains, de soins d’hygie`ne, etc.. C’est le cas des baignades.
Il peut y avoir un risque chimique, mais il est largement infe´rieur au
risque biologique (bacte´ries, virus, amibes…) ;
– l’ingestion d’eau d’alimentation : eau de boisson ou de pre´paration d’aliments (the´, cafe´, potages…). Le risque chimique, la`
aussi, est ge´ne´ralement moindre que le risque microbiologique,
dont le niveau de´pend du degre´ de de´veloppement des pays ;
– l’ingestion d’aliments contamine´s par l’eau dans le milieu
re´cepteur avec simple souillure ou transformation et concentration
des polluants (ou de leurs me´tabolites) par des e´cosyste`mes et
contamination de la chaıˆne alimentaire (mercure, cadmium, pesticides…). Dans ce cas, le risque chimique peut eˆtre pre´ponde´rant ;
– l’inhalation d’eau : ce risque prend en compte notamment certaines maladies d’origine microbienne dues a` des inhalations d’eau
par les circuits de climatisation, les baignades et les douches. Ce
sont principalement les le´gionelles, certaines mycobacte´ries, des
amibes (Neagleria fowleri) ;
– le manque d’eau : il peut eˆtre un risque tout a` fait indirect et lie´
au couˆt du me`tre cube d’eau qui induit une re´duction de la
consommation journalie`re. Cette re´duction peut se traduire par
une baisse de l’hygie`ne et donc l’apparition possible de maladies.
D’autre part, un moindre degre´ d’utilisation des e´quipements de
production et de distribution peut conduire a` favoriser les conditions de rede´veloppement d’organismes pathoge`nes dans la filie`re.

Notons que ces deux aspects sont repris dans la re´glementation franc¸aise sur les eaux destine´es a` la consommation (cf.
§ 3.1).

Au stade du traitement, les produits chimiques utilise´s peuvent
contenir des impurete´s ou conduire a` des interactions avec formation de compose´s de re´actions secondaires (haloformes).
Les circuits de distribution publics ou prive´s peuvent ensuite
conduire a` des interactions eau/canalisation et amener par cette
occasion une de´gradation de la qualite´ de l’eau. De meˆme, on
pourra avoir des post-prolife´rations bacte´riennes (biofilm). Ces
phe´nome`nes sont observables, notamment dans le cas de re´seaux
sous-utilise´s favorisant la stagnation des eaux et les a`-coups
hydrauliques qui peuvent de´stabiliser le biofilm reveˆtant les
canalisations.
Enfin, la correction ou des modifications de l’eau dans le
domaine prive´, correspondant a` ce que l’on appelle des post-traitements (de´mine´ralisation, e´change d’ions, traitements anticorrosion…), pourront apporter des micropolluants et/ou cre´er un de´se´quilibre de l’eau se traduisant, par exemple, par des processus de
corrosion mobilisant certains micropolluants a` partir des conduites
(plomb, etc.).

Le couˆt de revient du me`tre cube d’eau est directement lie´ a` son
traitement et donc, bien souvent, a` la pollution de la ressource.
C’est la raison pour laquelle, dans toute gestion de ressource, les
actions pre´ventives doivent eˆtre privile´gie´es par rapport aux
actions curatives.

C 4 195v2 – 2

Copyright © - Techniques de l’Inge´nieur - Tous droits re´serve´s

QT

r←ヲ←イ・ョ」・@iョエ・イョ・エ
cTQYU
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– CONTROˆLE DE LA QUALITE´ DES EAUX DESTINE´ES A` LA CONSOMMATION HUMAINE

1.2 Caracte´risation des risques

& Les bacte´ries
Les risques re´sultant de leur pre´sence permettent de les classer
en deux groupes principaux :

Le but du controˆle de l’eau est double. Pour le de´cideur, il s’agit
d’e´valuer les performances des installations, de les comparer aux
objectifs fixe´s et de conclure sur la gestion du service de distribution. Du point de vue sanitaire, il s’agit e´videmment de minimiser
les risques que fait courir l’eau a` l’homme, soit directement, soit
indirectement.

– le premier groupe rassemble les bacte´ries de caracte`re biologique assez proche dont l’habitat normal est l’intestin de l’homme
ou certains animaux a` sang chaud. La contamination se fait par les
matie`res fe´cales. Ce sont le vibrion chole´rique, les salmonelles, les
shigelles, les Escherichia coli, les ente´rocoques, les pseudomonas… ;
– le second groupe rassemble des bacte´ries susceptibles de provoquer des infections cutane´es ou cutane´o-muqueuses. Ce sont les
pseudomonas, les staphylocoques, les ente´rocoques, les le´gionelles… Ces micro-organismes peuvent provenir de matie`res fe´cales,
mais ce n’est pas une obligation.

Nous distinguerons trois types de risques : a` court, moyen et
long terme.

1.2.1 Risques a` court terme

& Les virus

C’est un risque essentiellement microbiologique. Nous avons les
bacte´ries, les virus, les levures, les champignons, les protozoaires
et les helminthes (tableau 1).

Par opposition aux micro-organismes, les virus ne se reproduisent pas, ils sont ne´cessairement synthe´tise´s par une cellule

Tableau 1 – Risques a` court terme dus a` l’eau. Principaux micro-organismes concerne´s
Organismes

Maladies

Principaux sites atteints

Bacte´ries
Salmonella typhi
Salmonella para typhi A, B, C

Fie`vre typhoı¨de

Salmonella cholerae suis


Salmonella enteritidis et autres 

sérotype
es (2 000 environ)


• Fie`vres ente´riques

Shigella sp.

Dysenterie

Syste`me gastro-intestinal

Vibrio cholerae

Chole´ra

Intestin
Syste`me gastro-intestinal

Syste`me gastro-intestinal

• Gastro-ente´rites

Ente´ropathoge`nes

Gastro-ente´rites

Escherichia coli

Gastro-ente´rites

Francisella tularensis

Tulare´mie

Bacillus anthracis

Charbon

• Syste`me respiratoire
• Syste`me gastro-intestinal
• Ganglions lymphatiques

Leptospira icterohaemorrhagiae

Leptospirose

Ge´ne´ralise´ (a` tout l’organisme)

Mycobacterium tuberculosis

Tuberculose

Poumons et autres organes

Entamoeba Histolytica

Amibiase

Naegleria gruberi

Me´ningite ence´phalitique amibienne

Protozoaires
Syste`me gastro-intestinal
Syste`me nerveux central

Vers parasites
Syste`me gastro-intestinal

Taenia saginata
Ascaris lumbricoı¨des

Ascariase

Intestin greˆle



Schistosoma japonicum

Schistosoma haematobiu
um 

Schistosomiase

Reins

Necator americanus


Ancylostoma duodenale 

Ancylostomiase

Syste`me gastro-intestinal

Diphyllobothrium latum

Diphyllobothriase

Syste`me gastro-intestinal

E´chinococcus granulosus

E´chinococcose

• Foie
• Poumons

Anisakis sp.

Anisakiase

Syste`me gastro-intestinal

Schistosoma mansoni

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QU

C 4 195v2 – 3



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CONTROˆLE DE LA QUALITE´ DES EAUX DESTINE´ES A` LA CONSOMMATION HUMAINE ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

vivante dont ils de´tournent les me´canismes normaux de synthe`se.
Ce sont des parasites absolus. La cellule support en meurt ge´ne´ralement. Ce sont les ente´rovirus, les rhe´ovirus, les ade´novirus, les
virus de l’he´patite A dite e´pide´mique ou infectieuse.

Divers proce´de´s sont utilise´s parmi lesquels l’e´change d’ions
occupe une large place. Mais une correction de ce type, excessive
et mal controˆle´e, modifie conside´rablement l’e´quilibre de l’eau. Il
ne semble pas qu’une telle pratique soit souhaitable au plan sanitaire pour plusieurs raisons probablement lie´es :

& Les levures et champignons



– enrichissement de l’eau en ions sodium ;
– enrichissement de l’eau en e´le´ments inde´sirables ou toxiques
par corrosion des canalisations (Cu, Zn, Fe…) ;
– mise en e´vidence e´pide´miologique d’un (ou de) facteur(s) lie´(s)
a` la fre´quence de la morbidite´ et de la mortalite´ cardiovasculaire.

Certaines de ces mycobacte´ries peuvent eˆtre a` l’origine d’affections cutane´es ou du syste`me respiratoire. D’autres ont une origine
fe´cale : Candida albicans.
& Les helminthes
Ce sont les ascaris, les trichuris pathoge`nes apre`s infection orale
ou les ankylostomes et strombyloı¨des (anguillules) apre`s infection
cutane´e.

Remarque
Il semble que le de´ficit en magne´sium soit le principal facteur,
mais des e´tudes doivent eˆtre poursuivies et incitent cependant
a` la prudence.

& Les amibes, notamment Naegleria Fowleri.

1.2.2 Risques a` moyen terme

1.2.3 Risques a` long terme

Ce sont des risques chimiques dus aux nitrates, aux nitrites, au
fluor, au sulfate de magne´sium, au sodium et a` la durete´
(calcium + magne´sium).

Ces risques incluent les phe´nome`nes d’accumulation des me´taux
toxiques et les risques de cancer.
On classera ces compose´s en deux groupes.

& Les nitrates
1.2.3.1

Ils peuvent eˆtre a` l’origine de la nitrosome´the´moglobine chez les
nourrissons de moins de 6 mois et nourris de biberons pre´pare´s a`
partir de lait en poudre (cela ne s’applique pas aux nourrissons
allaite´s). L’he´moglobine, indispensable au transport d’oxyge`ne
dans le sang, tend a` eˆtre transforme´e en me´the´moglobine en pre´sence de nitrites. Chez le nourrisson, le pH de son estomac est
favorable a` l’installation d’une flore bacte´rienne de´gradant les
nitrates absorbe´s en nitrites. La formation de me´the´moglobine
conduit a` une capacite´ d’e´changes gazeux moindre et donc des risques d’asphyxie, ce´phale´es, phe´nome`ne du « be´be´ bleu ».

Il s’agit d’e´le´ments tels que le fer, le zinc, le mangane`se, le cuivre
qui, en exce`s, peuvent eˆtre responsables de mauvais gouˆts, de
coloration de l’eau ou de post-pre´cipitations qui favorisent les
post-prolife´rations bacte´riennes.
Ces phe´nome`nes, mis a` part le mangane`se, peuvent eˆtre dus a`
des phe´nome`nes de corrosion. Ils ne posent pas a` proprement parler de proble`mes toxicologiques, encore que le zinc ne soit pas
totalement exempt de proprie´te´s biologiques et qu’il puisse eˆtre
accompagne´ de cadmium.

Dans les pays de´veloppe´s, on conside`re ainsi que la dose de
50 mg/l ne doit pas eˆtre de´passe´e.

1.2.3.2

& Les nitrites

E´le´ments toxiques

& Me´taux directement toxiques

Quel que soit l’aˆge de l’individu, ils bloquent les e´changes respiratoires au niveau du sang. Les eaux ne doivent pas avoir en
Europe plus de 0,5 mg/l de nitrites. En France, une concentration
infe´rieure, ou e´gale, a` 0,10 mg/l est requise en sortie des installations de traitement (0,5 mg/l au robinet).

Ils sont au nombre de cinq :
– l’arsenic est cance´roge`ne. Il convient d’en limiter les teneurs
dans les eaux (10 mg/l) ;
– le mercure : l’accident de Minamata en 1953 nous a rappele´ les
tre`s hauts risques toxiques du mercure, surtout dus a` son accumulation (1 mg/l) ;
– le cadmium : comme le mercure, il s’accumule et a e´te´ responsable d’une intoxication collective au Japon. La maladie est appele´e « maladie d’Itaı¨-Itaı¨ ». La teneur limite est de 5 mg/l ;
– le plomb : la maladie contracte´e pour une dose de plomb
absorbe´e trop importante durant des anne´es est le saturnisme.
Des travaux ont mis en e´vidence l’accumulation du plomb dans
les tissus mous et l’OMS a modifie´ la valeur de 50 mg/l a` 10 mg/l,
valeur reprise dans la Directive europe´enne sur l’eau potable. Ce
risque inclut l’ingestion d’eau chez les jeunes enfants. Ce sont surtout ici des proble`mes de distribution a` l’inte´rieur des immeubles
(voir Nota) ;
– le chrome : il est suspecte´ de potentialite´ cance´roge`ne a` l’e´tat
hexavalent. La limite est de 50 mg/l.

& Le fluor
Une carence en fluor provoque des caries dentaires chez les
enfants. Par contre, un exce`s peut eˆtre a` l’origine de l’e´mail marbre´,
voire la fluorose. Les eaux, suivant la latitude, ne doivent pas avoir
plus de 0,7 mg/l de fluor pour les pays chauds et 1,5 mg/l pour les
pays froids.
& Le sulfate de magne´sium
Il a la proprie´te´ de rendre l’eau laxative. Cet effet se fait sentir si
l’on a plus de 30 mg/l de Mg2+ et plus de 125 mg/l de sulfates.
& Le sodium
Bien que le proble`me ne soit pas parfaitement e´clairci, il semble
que la pre´sence exage´re´e de sodium dans les eaux ne puisse eˆtre
ne´glige´e comple`tement sur le plan sanitaire. Il se pourrait en effet
que le sodium affecte certaines populations (sujets souffrant de
ne´phrites, d’hypertension…), mais il semble aussi qu’il puisse
affecter certains sujets normaux (augmentation de la tension sanguine chez les adolescents aux E´tats-Unis avec une eau comportant
107 mg/l de sodium). Selon l’auteur de cette e´tude, la teneur de
100 mg/l ne devrait pas eˆtre de´passe´e.

Nota Plusieurs e´tudes mettent e´galement en cause la teneur en plomb des anciennes
peintures murales dans les inte´rieurs.

& E´le´ments mine´raux divers toxiques dans des cas particuliers
Dans cette cate´gorie, nous trouvons :
– les nitrates : a` des doses supe´rieures a` 100 mg/l, ils peuvent
conduire a` la formation in vivo de nitrosamines cance´roge`nes ;
– l’aluminium : en dialyse re´nale, il a e´te´ facteur d’ence´phalopathies. La dose maximale est de 30 mg/l pour la dialyse et de 200 mg/l
pour l’eau de distribution (voir Nota) ;
– le se´le´nium : avec un niveau de 10 mg/l propose´ ;
– les bromates dont l’origine est, soit l’ozonation des eaux, soit la
chloration des eaux avec un niveau de 10 mg/l propose´ ;

& La durete´ de l’eau
Lorsqu’elle est excessive, elle constitue un inconve´nient pour de
nombreux usages domestiques et industriels. La correction des
eaux dures peut donc s’imposer, dans certaines circonstances,
pour des raisons esthe´tiques ou technologiques, notamment en
usages me´dicaux ou industriels.

C 4 195v2 – 4

E´le´ments inde´sirables

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QV

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Adduction et distribution d’eau
par



Hugues GODART
Ingénieur civil des Mines
Ingénieur en chef à la Générale-des-eaux

1.
1.1
1.2
1.3
1.4

Transport de l’eau ....................................................................................
Généralités ...................................................................................................
Écoulements à surface libre........................................................................
Construction des aqueducs à surface libre ...............................................
Écoulements en charge...............................................................................

2.
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6

Conduites ...................................................................................................
Nature des conduites. Prescriptions diverses ...........................................
Robinetterie et équipements divers ...........................................................
Pose des conduites......................................................................................
Protection des conduites.............................................................................
Rénovation des conduites...........................................................................
Protection contre les retours d’eau ............................................................









8
8
15
18
20
21
24

3.
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

Réservoirs...................................................................................................
Généralités ...................................................................................................
Équipement hydraulique.............................................................................
Dispositifs de régulation .............................................................................
Calcul de la capacité des réservoirs ...........................................................
Choix de la cote d’implantation..................................................................








25
25
26
26
27
28

4.
4.1
4.2
4.3
4.4

Compteurs d’eau ......................................................................................
Généralités ...................................................................................................
Compteurs....................................................................................................
Relevé des compteurs .................................................................................
Étalonnage et entretien des compteurs.....................................................







28
28
28
32
33

5.
5.1
5.2
5.3
5.4

Rendement d’un réseau..........................................................................
Définitions ....................................................................................................
Détermination du rendement .....................................................................
Paramètres agissant sur le rendement ......................................................
Recherche des fuites ...................................................................................







33
33
34
36
36

6.
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6

Élévation mécanique de l’eau...............................................................
Pompes à mouvement alternatif ................................................................
Pompes centrifuges.....................................................................................
Moteurs utilisés pour la commande des pompes ....................................
Usines de refoulement ................................................................................
Conduites de refoulement ..........................................................................
Évolution de la fonction et du matériel......................................................









37
37
37
38
39
40
40

Pour en savoir plus...........................................................................................

C 5 195 - 2

2

2

4

4

Doc. C 5 205

roisième volet du triptyque concernant l’eau dite potable, la distribution
représente le seul dont une partie est perceptible par l’usager, à partir du
compteur. C’est aussi la partie qui paraît à la fois la plus simple (des bouts de
tuyaux) et la plus ténébreuse (réseau souterrain). On imagine également
qu’elle a peu évolué : et pourtant, quel chemin parcouru depuis les aqueducs
romains, les premières canalisations en bois et les puits à balancier ou les

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C 5 195 − 1

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ADDUCTION ET DISTRIBUTION D’EAU ______________________________________________________________________________________________________

norias pour élever l’eau ! La fonte ductile, les PVC bi-orientés, les polyéthylènes, les tuyaux composites (ciment âme tôle, PRV...), les revêtements internes
et externes permettent des qualités de durabilité et de sécurité sanitaire de
haut niveau. Ces matériaux et les techniques de pose ont évolué vers des opérations à coûts et gênes réduits (fonçage, forage dirigé, remplacement in situ...)



L’étanchéité des réseaux est une quête permanente des bons gestionnaires,
tant pour réduire la facture du client, qui n’a pas envie de payer pour des fuites
(les réseaux urbains bien gérés peuvent afficher des rendements de 90 %), que
pour maintenir un haut niveau de sécurité sanitaire pour le consommateur ; les
moyens actuels permettent des détections rapides, précises, sur tous les matériaux et dans tous les environnements. La gestion des réseaux, de plus en plus
centralisée et informatisée, s’appuie sur des équipements et dispositifs de
régulation qui reposent sur des principes classiques et des technologies de
pointe. Le comptage de l’eau enfin permet une répartition juste des charges
entre les utilisateurs, et les compteurs actuels sont d’une très grande précision,
permettant de détecter et d’enregistrer des débits de l’ordre du litre par minute.
Au cours des derniers lustres, les techniques de pompage n’ont pas évolué
de façon spectaculaire, mais les rendements de moteurs ont été améliorés, les
groupes à vitesse variable se sont perfectionnés, les étanchéités sont meilleures et plus durables. Notons que nous traiterons dans cet article des adductions
en général, et des notions d’écoulement à surface libre et en charge, qui sont
bien intégrées à la notion de réseaux et de canalisations. Un dernier clin d’œil
à l’aube du troisième millénaire : les ordinateurs ont fait logiquement leur
entrée en force dans ce domaine bien terre à terre, et pourtant, le technicien
ne manque pas de se servir de tables et d’abaques pour bien des estimations
rapides.

1. Transport de l’eau

1.2 Écoulements à surface libre
On se reportera à l’article [A 1 870] Mécanique des fluides dans
le traité Sciences fondamentales.

1.1 Généralités

La pression atmosphérique s’établit au niveau de la surface libre.
Dans le cas où la section transversale (dimensions, forme, nature
des parois) et la pente longitudinale sont fixes, le régime est
uniforme ; si elles se modifient le régime d’écoulement est dit
varié.

Le transport est nécessaire entre le point de captage et le point
d’utilisation ; dans la pratique ces points sont relativement éloignés l’un de l’autre, quelquefois ils peuvent se trouver à des distances considérables. Du point de vue technique, on est conduit à
séparer les ouvrages d’adduction et ceux de distribution.

1.2.1 Régime uniforme

Les premiers sont généralement de grandes dimensions (relativement aux seconds), les écoulements y sont le plus souvent unidirectionnels. Par contre, la distribution, sauf dans des installations
anciennes, se fait par des ouvrages maillés où le sens des écoulements est variable et où les débits sont très fluctuants en fonction
des besoins des usagers qui diffèrent beaucoup au cours d’une
même journée et suivant l’époque de l’année.

1.2.1.1 Calcul du débit
Les pentes du fond de l’ouvrage et de la surface libre sont
identiques ; la perte de charge est égale à la pente. La vitesse
d’écoulement est donnée par la formule de Chézy :
avec

Cependant les relations liant débit, pression, dimensions de
l’ouvrage de transport et nature de ses parois restent les mêmes
pour l’adduction et la distribution.
Il faut distinguer encore les écoulements à surface libre et les
écoulements dans les ouvrages en charge. La distribution ne fait
appel qu’aux seconds (sauf des cas très particuliers de distributions anciennes dans des régions en voie de développement).

I

V = C RI
vitesse,
coefficient,
rayon hydraulique (rapport de la surface mouillée au
périmètre mouillé),
pente (= tan α ).

Le débit se déduit immédiatement :

Q = SC R I

Tous les écoulements dans les ouvrages d’adduction et de distribution s’opèrent en régime turbulent.

C 5 195 − 2

V
C
R

avec

S

section mouillée.

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_____________________________________________________________________________________________________

De très nombreuses études théoriques et expérimentales ont
conduit, depuis le XVIIIe siècle à exprimer le coefficient C de différentes façons, toutes à peu près satisfaisantes dans la pratique.
Bazin a proposé la formule suivante :
87
C = ----------------------------1 + (γ ⁄ R)
dans laquelle γ, coefficient numérique dépendant de la rugosité des
parois, prend les valeurs données dans le tableau 1.
Actuellement, la formule qui est généralement utilisée est celle
de Strickler-Manning :
C = k R 1/6
d’où :

V = k R 2/3 I 1/2
Toute la difficulté pratique réside dans l’appréciation correcte du
coefficient k.

ADDUCTION ET DISTRIBUTION D’EAU

Figure 1 – Différentes formes de section d’aqueducs fermés

Pour les projets, dans le cas où l’on ne dispose pas de données
expérimentales, on adopte dans chaque fourchette indiquée
(tableau 2) une valeur intermédiaire.

Tableau 1 – Valeurs du coefficient g de la formule de Bazin
(avec R en m)

1.2.1.2 Section mouillée
La formule de débit permet de déduire, par des calculs simples,
les dimensions optimales de la section mouillée d’un conduit à ciel
ouvert, c’est-à-dire celles qui conduisent au débit le plus élevé possible pour une pente donnée. Ainsi :
— pour un canal ouvert de radier circulaire, c’est la section en
demi-cercle (remplissage du canal jusqu’au diamètre horizontal) ;
— pour un canal trapézoïdal isocèle, c’est le trapèze circonscrit
à la demi-circonférence dont le diamètre se trouve sur la ligne
d’eau et dont le rayon est égal à la profondeur du canal ;
— pour un canal rectangulaire, c’est le rectangle dont la largeur
est égale à deux fois la hauteur d’eau ;
— pour les aqueducs fermés à surface libre, on peut déterminer
une hauteur de débit maximal qui dépend directement de la forme
de l’aqueduc (figure 1) ; dans le cas d’un aqueduc fermé circulaire
de diamètre ∅, le débit maximal s’obtient pour un remplissage à
0,95 ∅ ; dans la pratique, pour éviter la mise en charge, on utilise
les aqueducs avec un tirant d’eau maximal de 0,75 ∅ ; le débit est
alors de 0,85 fois le débit maximal possible.

Parois

g

Très unies (ciment, bois) .............................................

0,06

Unies (planches, briques, pierre de taille) .................

0,16

Unies en ciment (en service depuis plus de 20 ans) .

0,20

Maçonnerie de moellons.............................................

0,46

De nature mixte (terres très régulières, perrés) ........

0,85

Terre ordinaire .............................................................

1,30

Terre de résistance exceptionnelle (galets, herbes) .

1,75

Tableau 2 – Valeurs du coefficient k de la formule
V = k R 2/3 I 1/2 (avec V en m/s et R en m)

1.2.2 Régime varié
Les écoulements dans les aqueducs se font en dessous de la
vitesse critique et par tronçons où le régime est uniforme. Le
régime varié s’établit aux extrémités de ces tronçons, en particulier
lors des modifications de la section de l’aqueduc et de sa pente,
lors de la jonction (ou de la séparation) de deux aqueducs. Dans la
pratique, le régime varié n’intéresse qu’une partie relativement
courte de l’aqueduc. Ce régime se rencontre notamment au
moment des accidents de parcours : chutes, seuils de jaugeage,
entrée et sortie de siphon.
L’étude détaillée des régimes variés s’appuie sur les théorèmes
d’hydrodynamique, sur le théorème de Bernoulli et sur le théorème d’Euler (cf. article [A 1 870] Mécanique des fluides dans le
traité Sciences fondamentales) qui permettent de déterminer la
forme de la ligne d’eau et notamment les remous en amont et le
ressaut éventuel en aval.
Dans les adductions d’eau potable, l’économie générale de
l’aqueduc se détermine, dans ses grandes lignes, en régime permanent pour le débit maximal. Les écoulements en régime varié
n’intéressent, dans les conditions normales de fonctionnement,
que quelques tronçons réduits en nombre et en longueur. Par
contre, des capteurs de vitesse ou de niveau, permettant de déce-

Parois

Bon état

Mauvais état

Très lisses (ciment lisse) ..................

100

77

Enduit ciment. Bois non raboté .......

91

67

Béton..................................................

83

56

Maçonnerie correcte .........................

77

59

Maçonnerie grossière.......................

59

33

Aqueduc métallique lisse .................

91

67

Aqueduc tôle ondulée ......................

45

31

Terre unie ..........................................

40

33

Terre irrégulière ................................

29

22

Terre envahie de végétaux...............

25

20

ler l’établissement inattendu d’un régime varié ou du régime
critique, constituent des téléindicateurs d’incidents graves et fournissent, s’ils sont disposés convenablement, la localisation de
l’endroit où se sont produits les désordres dans l’adduction.

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C 5 195 − 3



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ADDUCTION ET DISTRIBUTION D’EAU ______________________________________________________________________________________________________

1.3 Construction des aqueducs
à surface libre

Remblai

fermé

ouvert



Remarque : il existe encore des canaux et aqueducs ouverts servant à l’alimentation
en eau potable. Ce sont des réalisations anciennes. La réglementation actuelle (datant de
1935 sur ce point) interdit, en France, l’amenée de l’eau destinée à l’alimentation humaine
avec de tels ouvrages.

1.3.1 Types d’adductions d’eau potable

Sable ou béton maigre

L’obligation de couvrir les aqueducs a conduit tout naturellement, dans le cas des adductions modernes destinées à l’eau
potable, à abandonner les canaux de section trapézoïdale ou rectangulaire et à utiliser des ovoïdes ou des conduites circulaires de
grand diamètre.

b pose sur potelets-berceaux

a pose sur lit

Figure 2 – Pose des aqueducs

Les aqueducs à surface libre, pour éviter l’établissement de
régime critique, sont toujours de pente faible ; les sections séparées par des différences de niveau importantes sont reliées par des
sections en charge équipées de dispositifs d’asservissement au
débit des deux sections.

Conduite
siphon

Aqueduc

1.3.2 Formes des sections
Les formes des sections des aqueducs fermés sont très variables. Pour chaque forme, le calcul permet de déterminer la relation
débit - tirant d’eau et, par voie de conséquence, les dimensions à
prévoir.
L’obligation d’un tracé à faible pente conduit à lui faire couper
les courbes de niveau suivant un angle faible, en effaçant toutefois
les accidents de terrains peu importants par des déblais ou remblais.

Figure 3 – Tête de siphon

Pour les aqueducs préfabriqués, donc à joints multiples, la stabilité des terrains est primordiale et doit être étudiée avec le plus
grand soin. Si la stabilité est convenable, on dispose les longueurs
préfabriquées simplement sur un lit de sable. Dans le cas contraire,
on est amené à prévoir des supports, voire des ouvrages plus
importants (dalles, murs de soutènement, etc.) (figure 2).

Les variations de débit sont communément rencontrées dans les
écoulements en charge ; les conduites d’adduction souvent alimentées par pompage n’y échappent pas, ces variations sont permanentes dans les réseaux de distribution où l’on constate, pour une
conduite donnée, de fréquentes inversions du sens des écoulements.

Le passage des grandes coupures topographiques ne se fait plus
comme jusqu’au XIXe siècle par de majestueux aqueducs, mais à
l’aide de siphons (figure 3).

1.4.2 Régime uniforme
L’écoulement est toujours turbulent et les parois doivent être
considérées comme rugueuses (au sens de la mécanique des fluides). De très nombreuses études depuis le XIXe siècle ont été
menées visant la détermination de la perte de charge en fonction
du débit et de la section.

1.4 Écoulements en charge
1.4.1 Généralités

La formule générale est de la forme :

L’eau remplit totalement le conduit et la pression y est supérieure à la pression atmosphérique. Cette pression dépend des
conditions régnant aux limites amont et aval de la conduite et du
débit instantané.

2

λ V
∆ H = ---- -------D 2g
avec

Les variations de débit provoquent des ondes de pression qui
peuvent être considérables si toutes les précautions nécessaires ne
sont pas prises (coups de bélier). Pour cet ensemble de raisons les
conduites sont de section circulaire et les joints entre les tronçons
de conduite (tous les 6 m) demandent à être étudiés spécialement.
Les variations de direction, sauf dans certains cas comme celui des
conduites en acier soudé, demandent des butées ; les points hauts
doivent recevoir des ventouses (§ 2.2.5) pour empêcher la formation des occlusions d’air qui perturberaient les écoulements ; dans
certains cas il faut prévoir des dispositifs protecteurs contre les
coups de bélier. Enfin, et principalement dans les réseaux de distribution, on utilise des pièces dites spéciales (coudes, tés, Y, etc.)
où les pertes d’énergie sont supérieures à celles provoquées par
l’écoulement dans un tronçon linéaire standard.

C 5 195 − 4

∆H

perte de charge unitaire,

D

diamètre,

V

vitesse de l’écoulement.

La détermination de λ a été affinée par les chercheurs successifs
et la valeur la plus communément donnée est celle de Colebrook :
1
k
2,52
------- = – 2lg  ------------- + ---------------
 3,7 D Re λ
λ
avec

Re

nombre de Reynolds = VD/ν,

k

paramètre lié à la rugosité de la paroi (tableau 3),

ν

viscosité cinématique.

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.
© Techniques de l’Ingénieur, traité Construction

RP

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_____________________________________________________________________________________________________

Tableau 3 – Valeurs du coefficient k de la formule
de Colebrook

ADDUCTION ET DISTRIBUTION D’EAU

B
C

k
Nature

A

D

F

I

(en 10–4 m)
E

Fonte vieille.................................................................

20

Fonte neuve sans revêtement ...................................

10

Fonte revêtue de ciment ............................................

5

Béton coulé .................................................................

5

Fonte revêtue de ciment centrifugé ..........................

2,5

Béton centrifugé .........................................................

2,5

Acier ou béton lisse....................................................

1

Fonte revêtue de ciment lisse ...................................

0,5

Béton précontraint .....................................................

0,5

Amiante-ciment ..........................................................

0,25



G

V2

H

J

A

Ve

V1

Vs
A
B
C
D
E
F, G
H
I
J
Ve
Vs

Dans une première approximation on peut négliger éventuellement le deuxième terme de la parenthèse pour les écoulements
rencontrés dans la pratique de la distribution d’eau, ce qui évite le
calcul de λ par itération ; on obtient alors la formule de Nikuradsé :

k
1
------- = – 2lg  -------------
 3,7 D
λ
Cependant les ordinateurs et même certaines calculettes programmables permettent très facilement d’utiliser directement la
relation de Colebrook (trois itérations suffisent largement pour
déterminer λ avec une précision suffisante).

pression atmosphérique (supposée constante)
perte de charge à l'entrée = Ve2 / (4 g)
mise en vitesse de l'eau = Ve2 / (2 g)
perte de charge due à l'élargissement brusque = V 12 / (2 g)
convergent : variation de vitesse sans perte de charge
pertes de charge dues au coudes = V 22 / (2 g)
l'énergie cinétique à la sortie, Vs2 / (2 g), est dissipée en tourbillons
total des pertes de charge
dépression dans le siphon
vitesse d'entrée
vitesse de sortie
ligne de charge absolue
ligne piézométrique absolue
ligne piézométrique

Il existe également de nombreux abaques (cf. article Écoulement
des fluides dans les tuyauteries dans le traité Génie mécanique).

Figure 4 – Ligne de charge et lignes piézométriques
dans l’écoulement de l’eau par gravité entre deux réservoirs

Il existe aussi des logiciels (exemple : société Diadème Ingénierie) et des logiciels spécifiques aux entreprises concernées.
En exprimant V en m/s, D en m, ν en m2/s, nous avons :

Tableau 4 – Valeurs de la viscosité cinématique n de l’eau
en fonction de la température

VD
Re = -------ν
avec pour ν des valeurs en fonction de la température données
dans le tableau 4.

1.4.3 Ligne de charge et ligne piézométrique
La conduite en charge peut suivre un profil en long indépendant
de la ligne d’énergie de l’écoulement ; c’est d’ailleurs le grand
avantage qu’elle présente vis-à-vis des écoulements libres qui sont
prisonniers des courbes de niveau avec un léger gradient négatif.
C’est pourquoi le tracé d’une conduite en charge (profil en long)
doit être accompagné de la ligne des pressions disponibles en chaque point (c’est-à-dire de la ligne piézométrique) et ceci pour chaque débit envisagé (figure 4). Cette ligne de niveau se détermine
par application de la loi de Bernoulli. Dans la pratique, le calcul se
fait pour le débit maximal considéré comme uniforme et en négligeant, dans un premier temps, les pertes de charge singulières
(perte à l’entonnement, aux coudes, rétrécissement, etc.) ; pour en
tenir compte on majore la perte de charge d’un certain pourcentage résultant de l’expérience (5 à 15 %).

Température
(oC)

(en 10–6 m2/s)

0

1,80

n

5

1,50

10

1,29

15

1,12

18

1,04

20

0,99

1.4.4 Régime varié. Coup de bélier
On se reportera à l’article [A 1 870] Mécanique des fluides dans
le traité Sciences fondamentales.
Les canalisations ayant été calculées pour des pressions et des
débits maximaux, tant que la demande ne dépasse pas le débit
prévu et que la résistance de la conduite reste capable d’absorber
les surpressions, la quantification des variations du débit et de la
pression ne présente pas d’intérêt pratique notamment tant que les
variations de débit restent lentes.

En chaque point de la conduite, on calcule aussi la pression en
débit nul, la pression pour le débit maximal, la cote par rapport au
sol. En un simple coup d’œil, on constate si la pression est suffisante pour répondre aux besoins, sans pour cela dépasser la
valeur de sécurité vis-à-vis de la rupture de la conduite.

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RQ

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ADDUCTION ET DISTRIBUTION D’EAU ______________________________________________________________________________________________________



Au début du XXe siècle, Allievi a proposé une relation donnant
la valeur de la surpression (dépression) en un point donné d’une
conduite en fonction du temps. Si l’on considère une conduite alimentée sous pression amont constante et que l’on ferme rapidement une vanne située en aval, l’utilisation du théorème des
quantités de mouvement et de l’équation de continuité a permis à
Allievi de formuler les équations différentielles du phénomène et
de les intégrer. Pour se rapprocher des conditions réelles, il
faut introduire dans l’équation de continuité des paramètres
physiques : compressibilité de l’eau et élasticité des parois. Si l’on
prend comme axe de référence celui de la conduite avec pour origine l’origine de celle-ci, et que l’on prend comme origine des
temps le début de la variation provoquée du débit, les relations
d’Allievi s’écrivent :

Toute la difficulté réside à déterminer les fonctions F1 et F2 ; cela
peut se faire dans quelques cas simples, mais qui quantifient bien
ce que l’on peut observer dans la pratique.
Par exemple, une fermeture brusque (non instantanée, c’est-àdire pour laquelle la durée reste inférieure à 2 L/a ) du cas d’espèce
cité ci-avant (conduite isolée, pression amont constante) conduit à
une surpression maximale :

aV
∆ P H = ---------0g
à l’extrémité de fermeture et en tout point d’abscisse x tel que
aT
x < L – ------- ,
2
2 V0
∆ P Hx = ---------- ( L – x )
gT

x
x
∆ P = F 1  t – --- + F 2  t + ---
 a
 a

aT
en un point d’abscisse x tel que L – ------- < x < L,
2
avec T temps de fermeture < 2 L /a.

g
x
x
V – V 0 = – --- F 1  t – --- – F 2  t + ---
a
a
a
avec

F1 et F2

fonctions à
d’espèce :

a =

déterminer

dans

chaque

cas

En fait, on observe un phénomène périodique de propagation de
l’onde de surpression avec une période égale à 4 L /a (figure 5).

1
---------------------------1
D
ρ  ---- + -------
K Ee

Dans la réalité, les pertes de charge créées par les oscillations de
la masse d’eau conduisent à un amortissement de l’onde de surpression.

ρ = g /ω

(ω : poids volumique de l’eau),

K

compressibilité volumique de l’eau,

D

diamètre de la conduite,

E

module d’Young de la paroi,

e

épaisseur de la paroi.

Dans le cas d’une fermeture dite lente, c’est-à-dire pour laquelle
T > 2 L /a, la surpression maximale est donnée par la formule de
Michaud :
2 V0 L
∆ P = ------------gT
L’ouverture brusque d’une vanne sur l’extrémité de la conduite
conduirait à des considérations analogues. Dans la réalité, des difficultés complémentaires apparaissent du fait que les conditions ne
sont pas celles d’une conduite isolée, homogène, à pression amont
constante. La méthode graphique dite Schnyder-Bergeron est
d’une application aisée (cf. article [A 1 870] Mécanique des fluides
dans le traité Sciences fondamentales). L’ordinateur permet d’aborder à présent avec succès les cas les plus complexes et de définir
la nature, les dimensions et le point d’application des dispositifs de
protection contre les coups de bélier.

Allievi a donné une valeur pratique pour la célérité des ondes a
(en m/s) :
9 900
a = -----------------------------------------48,3 + k ( D ⁄ e )
avec par exemple k = 0,5 pour l’acier,
1

pour la fonte.

Les célérités moyennes a, en fonction de la nature du matériau
de la conduite, sont données dans le tableau 5.

1.4.5 Réseaux de distribution

Dans le cas où la pression amont reste constante (par exemple
réservoir à niveau constant de grand volume) et pour une conduite
de longueur L, les équations se simplifient : F1 = F2 = F et s’écrivent :

1.4.5.1 Réseaux ramifiés
On ne peut, par définition, y décrire une boucle en suivant les
canalisations. Les conditions régnant dans un tronçon de cet arbre
de conduites sont déterminées par les conditions de pression
régnant à l’extrémité amont et le débit qui y transite, et qui est la
somme des consommations propres au tronçon et de celles de
l’ensemble des tronçons aval qu’il alimente. Le profil en long de
l’ensemble s’établit tronçon par tronçon sans difficultés particulières si le réseau est alimenté à partir de l’amont de l’ensemble (à
partir du tronc de l’arbre). S’il existe des réservoirs d’extrémités ou
de flanc (figure 6a ), le sens des écoulements peut s’inverser dans
un tronçon, ou même, une conduite peut recevoir simultanément
de l’eau de chacune de ses extrémités. Il existe alors un point neutre qui est déterminé par un calcul simple à partir de la formule de
Colebrook (§ 1.4.2). Les réservoirs d’extrémité ou de flanc présentent un grand intérêt dans les réseaux ramifiés de grande extension (réseaux d’adduction ou réseaux de distribution), notamment
dans les syndicats de communes rurales. Ils permettent, en
période de faible consommation, d’alimenter les réservoirs à débit
réduit qui, en période de pointe, assurent les besoins accrus des
usagers établis dans leur voisinage. Le diamètre des canalisations
peut alors être plus faible que dans le cas d’une alimentation unique amont.

x
2L – x
∆ P = F  t – --- – F  t – ----------------
 a

a 
g
x
2L – x
V = V 0 – --- F  t – --- + F  t – ----------------
a
a
a

Tableau 5 – Célérités moyennes en fonction de la nature
du matériau de la conduite
Conduite

a

Polyéthylène BD .............................................

200

Polyéthylène HD .............................................

400

PVC ..................................................................

500

Fonte................................................................

1 100 à 1 200

Âme tôle de Bonna.........................................

1 200

Acier ................................................................

1 300

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RR

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Pression

ADDUCTION ET DISTRIBUTION D’EAU

A

Q1
aV0
g

Q3

Q5

aV0
g

L 2L 3L 4L 5L 6L 7L
a a a a a a a

C

G

P0

0

B

Q2

Q6

D

Temps

E

b maille à l'équilibre :
n
Σ ∆Hm = 0

a nœud du réseau :
n
Σ Qm = 0

onde déterminée par le calcul
onde amortie réelle



F

Q4

1

1

Figure 7 – Méthode de Hardy-Cross pour la détermination des débits
et du sens des écoulements
Figure 5 – Surpression par fermeture brusque à l’extrémité
(charge amont constante)

O

P

Q
II

A1

A1

I

S

R
III
U

Z

R1

VI

Réservoir
de flanc

A2
Y
R2

a schéma du réseau

V
V

R3
X

Réservoir
d'étanchéité

W

R4

adduction
réservoirs

Figure 6 – Réseaux de distribution

Diamètre Longueur
(mm)
(m)

Débit
(L/s)

Mailles et
tronçons
communs

Maille

Tronçon

I

OP
PS

100
100

250
40

10
8

O
II

O
SP

VI

ZU

80

40

3

I

UZ

b réseau maillé

a réseau ramifié
A 1 , A2
R1 , ..., Rn

T

IV

b tableau renseigné initial
Figure 8 – Schéma renseigné du réseau

Nota : une association de communes avec un objet limité bien déterminé est appelée
syndicat, par exemple, syndicat de distribution d’eau, syndicat d’assainissement, etc. ;
tout ce qui n’est pas visé par l’objet reste de la compétence de chaque commune.

La modélisation sur ordinateur permet de multiplier les variantes
et options, ce qui, pour l’ingénieur, facilite le dialogue d’optimisation concepteur-décideur.

1.4.5.2 Réseaux maillés
Ils présentent l’avantage évident de sécurité (rupture d’une
conduite) en supprimant la notion d’amont et d’aval dans l’alimentation d’un tronçon. De surcroît, ils homogénéisent les débits des
tronçons en fonction des fluctuations locales de la demande
(figure 6b ).

Pour appliquer la méthode de Hardy-Cross, il faut au préalable
établir un schéma renseigné du réseau (indispensable de toute
façon, à l’exploitant comme au concepteur, en dehors même de
l’application de la méthode) (figure 8). Ce schéma renseigné fournira pour chaque tronçon, la longueur, le diamètre, le degré de
vétusté, les consommations des usagers branchés sur le tronçon,
la cote du terrain, les contraintes de pression de service et la pression maximale à ne pas dépasser, compte tenu de la nature et de
l’état de la conduite.

La détermination de la valeur des débits et du sens des écoulements n’est pas évidente et demande une approche analytique
dont la plus connue est celle proposée par Hardy-Cross (figure 7).
La modélisation du réseau peut se faire en situation actuelle, ce
qui permet de disposer d’une bonne représentation de la configuration de la répartition des débits et des pressions, mais également
en situation future ; dans ce dernier cas les projets peuvent être
établis en serrant au plus près les contraintes débit et pression exigées et, par conséquent, permettent de réduire d’autant les investissements.

La méthode proprement dite consiste à établir au départ une
répartition arbitraire des débits sous les deux conditions ci-après :
— la somme des débits à chaque sommet reste nulle ;
— chaque tronçon assure la satisfaction des besoins des usagers qui sont branchés sur lui.

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ADDUCTION ET DISTRIBUTION D’EAU ______________________________________________________________________________________________________

Cette répartition arbitraire qui échappe à l’obligation du respect
des pressions est assez aisée à établir à vue. Elle peut même être
établie automatiquement par l’ordinateur si l’on répartit les
consommations de chaque tronçon aux sommets qui le limitent.



vide). On risque une implosion par aplatissement du tuyau. On risque également des entrées d’impuretés plus ou moins souillées et
pathogènes dans l’eau du réseau.

À partir de cette répartition arbitraire, on demande à l’ordinateur
d’assurer l’équilibrage des débits de façon que, la somme des
débits à chaque sommet restant nulle, la somme des pertes de
charge des tronçons d’une même maille devienne nulle.

2. Conduites

L’approche d’Hardy-Cross consiste à faire le calcul par approximations successives, en linéarisant la relation fournissant la
perte de charge qui est quadratique par rapport au débit :
∆H = AQ 2.

2.1 Nature des conduites.
Prescriptions diverses

Si l’on pose ∆Q la variation de débit le long de la maille qui
conduirait à annuler la perte de charge, on obtient pour
n tronçons :
n

∑∆H
1

avec

∆Q

n

=

∑ An ( Qn + ∆ Q )

On se reportera à l’article Éléments normalisés pour tuyauteries
sous pression dans le traité Génie mécanique.

2

1

2.1.1 Contraintes techniques et réglementaires

commun pour les tronçons d’une même maille.

2.1.1.1 Contraintes techniques

En négligeant pour l’itération le terme ∆Q 2, on obtient :
n

■ Les contraintes concernant la partie intérieure de la
conduite sont d’ordre : physique, chimique et biologique.

∑ An Qn
2

■ Contraintes physiques

1

∆ Q = -------------------------n

Pressions relativement élevées, jusqu’à 16 bar pour des canalisations standardisées.

1

Comportement hydraulique : on entend par là la facilité d’écoulement de l’eau. Celle-ci peut être obtenue par la nature même du
produit constituant la structure du tuyau, ou par des revêtements
internes le plus souvent en mortier de ciment, voire en résine
époxy. On obtient ainsi des coefficients de rugosité faibles, ce qui
entraîne des pertes de charge minimisées et des dépenses énergétiques optimisées, en pompage notamment. Avec certaines eaux,
mal débarrassées des matières en suspension ou de nature incrustante, cette rugosité peut faciliter avec le temps des dépôts allant
jusqu’à une obstruction quasi totale de la section du tuyau. Selon
les cas, les phénomènes en jeu sont d’ordre physique ou/et chimique comme indiqué ci-après.

2 ∑ An Qn
L’expérience montre que la convergence de l’itération est très
rapide.
On obtient ainsi la répartition des débits en équilibre dans le
réseau maillé.
Il suffit de changer les débits de chaque tronçon (débit de pointe,
débit de nuit), de les changer dans un seul tronçon (construction
d’un immeuble, établissement d’un gros consommateur industriel,
d’un hôpital, etc.) ou d’ajouter une nouvelle maille (extension, zone
industrielle, etc.) pour obtenir rapidement la nouvelle configuration
qui en résulterait.
De surcroît, si les pressions d’alimentation sont fixées, par
déduction des pertes de charge, on obtient la pression à chaque
sommet, à condition de connaître la cote topographique.

■ Contraintes chimiques
Les revêtements précédents, comme les natures inertes de certains tuyaux, ont également pour but de limiter les phénomènes
de corrosion induits par la qualité de certaines eaux véhiculées
(pH acide, faible pouvoir tampon...). Cette optimisation chimique
évite certains dépôts sanitairement indésirables ainsi que la formation de couche interne rugueuse (cf. ci-dessus). Les obstructions à base de tartre (en général calcite ou aragonite) et celles à
base de fer sont les plus fréquentes et les plus spectaculaires.

C’est par conséquent un instrument incomparable pour l’exploitant et le projeteur.
Il faut néanmoins souligner que la méthode (comme toute autre
approche de la réalité de la configuration du réseau) demande de
préférence un calage qui permet de compenser l’imprécision inévitable sur la rugosité des conduites, sur l’influence des pertes de
charge particulières, voire, pour une partie du réseau, sur la disposition et le diamètre des conduites.

La structure en contact avec l’eau ne doit pas altérer les qualités
organoleptiques de celle-ci, et encore moins relarguer des substances indésirables voire toxiques.

Ce calage permet de mieux coller à la réalité si les pressions et
débits calculés en un point sont légèrement différents de ceux
mesurés. Lorsque la différence apparaît considérable, elle indique,
puisque la méthode est sûre, l’existence d’aberrations du schéma
renseigné et, souvent, la localisation de ces dernières.

■ Contraintes biologiques
La nature de la couche interne ne doit pas faciliter les développements ou reviviscences de micro-organismes susceptibles d’être
pathogènes, ni d’organismes supérieurs du type Naïs (vers),
Asellus aquaticus (crustacé microscopique), larves de chironomes
(moustiques...), etc. Précisons que, pour autant, l’intérieur des
conduites en service n’est pas un milieu stérile : il existe notamment contre la paroi interne un « biofilm » qu’il convient de maîtriser.

1.4.5.3 Coups de bélier en distribution
Ce point est souvent oublié. Pourtant le phénomène peut être
observé du fait de surpresseurs d’immeubles, de défenses contre
l’incendie, d’ouverture ou de fermeture rapide de diverses vannes,
de clapets, etc. Dans ces cas, il faut attirer l’attention non seulement sur la surpression qui peut dépasser la pression maximale
admissible dans les tuyaux (risque de rupture), mais aussi, et peut
être surtout, sur le risque de pression négative ; si celle-ci devient
inférieure à 10 m, il peut s’ensuivre un phénomène de cavitation (la
pression absolue, de 10,33–10 m, atteint la valeur limite de la tension de vaporisation de l’eau ≈ 0,25 m, ce qui crée une poche de

C 5 195 − 8

■ La partie extérieure des conduites est également soumise à trois
types de contraintes :
— contraintes chimiques : la nature des terrains et en particulier
leur humidité et leur agressivité, sont des facteurs de corrosion ;
— contraintes mécaniques : la stabilité des terrains, les variations brusques de température, les poinçonnements accidentels,

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les vibrations, etc., sont des facteurs de casse. L’épaisseur des
conduites en fonction du matériau constitutif répond également à
des contraintes mécaniques, en particulier de pression et de
dépression éventuelles ;
— contraintes électriques : selon les types de conduites, cette
contrainte concerne plus ou moins directement l’extérieur du
tuyau ; les courants dits « vagabonds » rencontrés dans les sols
ont des origines très diverses : courants telluriques un peu mystérieux, courants liés à des protections cathodiques de tiers, courants
liés à des rails, etc.

ADDUCTION ET DISTRIBUTION D’EAU

l’acier et, parfois, à la partie acier des bétons à âme tôle. En raison
de la surépaisseur du manchon, le PE soudé de cette façon se prête
mal également aux forages et fonçages.
Raccordement par collage : le PVC en petits diamètres peut également être assemblé par collage.
Les tuyaux se présentent le plus souvent en longueurs droites de
6 m, sauf pour les PE qui se présentent en tourets de plusieurs centaines de mètres selon le diamètre. Cette dernière présentation
facilite leur utilisation en fonçage ou forage pour les diamètres de
100 à 400 mm.

2.1.1.2 Contraintes réglementaires

2.1.4 Tuyaux en fonte

Les canalisations utilisées pour la distribution de l’eau potable
doivent satisfaire à des contraintes réglementaires liées essentiellement à la nature alimentaire du produit véhiculé : « les matériaux
utilisés dans les systèmes de production ou de distribution et qui
sont au contact de l’eau destinée à la consommation humaine ne
doivent pas être susceptibles d’altérer la qualité de l’eau » (Art. 7 du
décret 89.3 du 3/01/89 complété par le décret du 5/04/95). Ces matériaux doivent répondre aux conditions de l’arrêté interministériel du
29/05/97 relatif aux matériaux et objets utilisés dans les installations
fixes de production, de traitement et de distribution d’eau destinée
à la consommation humaine (Art. 5 et annexes I et II).

Depuis la fin du XIXe siècle, la fonte a été sans doute un des premiers matériaux de canalisations et un des plus répandus dans le
monde pour véhiculer l’eau de distribution publique. Différents
types de fonte grise (figure 9a ) se sont succédés avec des conduites coulées ou centrifugées, dont beaucoup sont encore en service
(leur longévité peut dépasser 100 ans). Leur inconvénient principal
réside dans leur fragilité vis-à-vis des mouvements de terrain, des
coups de bélier et des surcharges occasionnées par les transports
routiers dans les voies où elles sont posées. En effet, dans la fonte
« grise », le carbone se présentait sous forme de lamelles qui rendaient le matériau cassant.

L’autre type de contrainte est normatif. Les normes, presque toutes fixées actuellement au niveau européen, prennent en compte
les éléments sanitaires précédents. Elles répondent également,
autant que possible, aux problèmes évoqués dans le cas des
contraintes techniques (§ 2.1.1.1).

La fonte ductile à graphite sphéroïdal (figure 9b ) constitue le
matériau moderne actuel ; elle élimine totalement les défauts de la
fonte grise. Les particules de graphite y apparaissent comme de
petites sphères qui éliminent tout risque de propagation des ruptures. Le matériau n’est plus fragile, mais « ductile » et résistant. La
cristallisation du graphite sous forme de sphères est due à l’introduction de magnésium dans une fonte de base de haute qualité. La
principale norme européenne concernant les conduites en fonte
ductile est la NF EN 545.

Rappelons ici un autre type de contraintes : il s’agit des contraintes de pose, fixées par divers documents techniques spécialisés
(Fascicule 71 Fourniture et pose de conduites d’adduction et de distribution d’eau ) auxquels le lecteur se reportera si nécessaire.

2.1.2 Matériaux constitutifs, revêtements

La norme NF EN 545 définit différents types de pressions
admissibles :
— PFA, pression de fonctionnement admissible, est la pression
interne en régime permanent. Cette pression varie en fonction du
diamètre de la conduite et des pièces de raccordement utilisées, de
16 à 64 bar ;
— PMA, pression maximale admissible, est la pression supportable de façon sûre en service, y compris le coup de bélier
(= 1,2 PFA) ;
— PEA, pression d’épreuve admissible, est la pression hydrostatique maximale supportable par un composant nouvellement mis
en œuvre pendant un temps relativement court :

Les tuyaux peuvent être constitués d’un matériau unique ou présenter une structure composite :
— matériau unique : il s’agit des fontes et en particulier de la
fonte ductile, le poly(chlorure de vinyle) (PVC), le polyéthylène
(PE), l’acier et certains bétons non armés. Le plomb est interdit.
Dans les réseaux intérieurs, on trouve du cuivre, du métal galvanisé, du PVC ;
— matériau composite : le principal est le béton à âme tôle de
Bonna ; il faut également mentionner le polyester renforcé verre
(PRV). Les tuyaux en amiante-ciment sont à présent interdits à la
pose, et divers tuyaux en PVC renforcé fibre de verre comme le VP
ne sont plus produits.

PEA = PMA + 5 bar en général

Compte tenu des contraintes précédemment évoquées, les
tuyaux en matériau unique sont en fait très souvent revêtus intérieurement, voire intérieurement et extérieurement. Les revêtements intérieurs actuels sont à base de ciment ou de résine époxy.
À l’extérieur, on trouve souvent des peintures bitumineuses ou
époxy.

PEA = 1,5 PFA si PFA = 64 bar

2.1.3 Raccordements, diamètres, longueurs
On peut également classer les tuyaux en fonction des types de
raccordement utilisés selon trois grandes familles.
Raccordement par emboîtement : il y a en général alors un joint
assurant l’étanchéité. Les tuyaux en fonte, PVC, béton à âme tôle,
PRV sont de ce type. Ces raccordements impliquent presque toujours une surépaisseur par rapport au diamètre extérieur du tuyau ;
les techniques de pose par fonçage ou forage ne sont alors pas
toujours possibles.

a fonte grise à paillettes
de carbone

Raccordement par soudure : ces techniques sont réservées aux
polyéthylènes (électrosoudages par manchon ou « au miroir »), à

b fonte ductile à graphite
sphéroïdal

Figure 9 – Différents types de fonte (d’après document Pont-à-Mousson)

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RU

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RV

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cURPP

Eaux de distribution
Traitements unitaires
par



Hugues GODART
Ingénieur civil des Mines
Ingénieur en chef à la Générale des Eaux

1.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5

Oxydation chimique ................................................................................
Généralités ...................................................................................................
Chloration.....................................................................................................
Dioxyde de chlore........................................................................................
Modes d’application des composés chlorés .............................................
Ozonation .....................................................................................................

2.
2.1
2.2

Adsorption .................................................................................................
Généralités ...................................................................................................
Traitement au charbon actif ........................................................................





9
9
9

3.
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6

Traitements biologiques ........................................................................
Nitrification de l’ammoniaque....................................................................
Biologie aérobie à colonies fixées..............................................................
Biologie anoxique........................................................................................
Déferrisation biologique .............................................................................
Démanganisation biologique .....................................................................
Fer et manganèse présents simultanément ..............................................









11
11
11
12
12
13
14

4.
4.1
4.2

Échange ionique .......................................................................................
Échangeurs cationiques ..............................................................................
Échangeurs anioniques...............................................................................





14
14
15

5.
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8

Séparation par membranes ...................................................................
Notions générales........................................................................................
Filtrations tangentielle et frontale ..............................................................
Microfiltration et ultrafiltration ...................................................................
Nanofiltration ...............................................................................................
Prétraitements et posttraitements pour les techniques membranaires .
Applications actuelles de la séparation par membranes .........................
Types de membranes ..................................................................................
Avantages et inconvénients de la séparation par membranes ...............











15
15
15
16
17
17
17
18
19

6.
6.1
6.2
6.3

Traitement par les ultraviolets .............................................................
Généralités ...................................................................................................
Fonctionnement d’une installation UV ......................................................
Avantages et inconvénients du rayonnement UV ....................................






19
19
20
20

Pour en savoir plus...........................................................................................

C 5 200 - 2

2

2

3

4

5

Doc. C 5 205

i l’on ne parle plus guère à présent de processus unitaire en fonction du
traitement principal visé, la notion de processus unitaire n’en reste pas
moins valable quant aux principes auxquels il est fait appel : une oxydation
reste une oxydation, une adsorption reste une adsorption, etc.
Dans le cas du traitement des eaux destinées à la consommation humaine,
nous avons ainsi retenu sous cette appellation :
— l’oxydation chimique, avec les grandes applications des composés du
chlore et l’ozone ;

p。イオエゥッョ@Z@ュ。ゥ@RPPP

S

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RW

C 5 200 − 1

r←ヲ←イ・ョ」・@iョエ・イョ・エ
cURPP

EAUX DE DISTRIBUTION _________________________________________________________________________________________________________________



— l’adsorption, et notamment l’essor des charbons actifs ;
— les traitements biologiques, qui ressortent il est vrai d’oxydations, de réductions... mais de caractères très particuliers ;
— les échanges ioniques ;
— les séparations par membranes ici regroupées bien que faisant appel à
divers principes, dont la pression osmotique ;
— les traitements par les ultraviolets.
Ces processus unitaires s’appliquent à des eaux naturellement très claires ou
clarifiées [C 5 199] au préalable.
L’art du traiteur d’eau est de choisir les processus et de les intégrer dans une
filière performante et aussi économique que possible.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
— C 5 198 - Eaux de distribution. Objet des traitements ;
— C 5 199 - Eaux de distribution. Clarification ;
— C 5 200 - Eaux de distribution. Traitements unitaires (le présent article) ;
— C 5 201 - Eaux de distribution. Traitements spécifiques.

1. Oxydation chimique
Air

1.1 Généralités
Rappelons qu’une molécule oxydante est un accepteur d’électrons retirés aux molécules oxydées. À chaque oxydant est associé
un réducteur conjugué : l’ion chlorure pour le chlore, l’ion chlorite
pour le dioxyde de chlore, l’oxygène pour l’ozone. La faculté
d’oxydation est représentée sur une échelle chiffrée définissant le
potentiel d’oxydation.

Sable
Pouzzolane

En traitement d’eau, on utilise l’oxydation pour transformer des
molécules gênantes en molécules acceptables sous les angles
sanitaires, organoleptiques, voire visuels.

Air
Eau brute
Eau traitée

L’oxydation peut intervenir par simple aération ou par emploi de
réactifs tels que le permanganate de potassium ; pour obtenir un
effet marqué et aisément contrôlable, on fait appel à l’application
de chlore et de ses dérivés et/ou à l’ozonation. Les deux premiers
procédés sont utilisés principalement dans des processus de
précipitation de sels de fer ou de manganèse, les deux derniers ont
simultanément des effets de désinfection sur les germes (y
compris pathogènes) et d’inactivation sur les virus. Nous reviendrons plus loin sur les notions générales de désinfection des eaux.

a
a déferriseur (granulométrie de la pouzzolane :
45 à 90 mm, temps de contact réel : 5 min,
débit de l’air : 100 L/g de fer)

b filtre (granulométrie du sable : 0,8 à 1,2 mm,
hauteur de sable : 1 m, vitesse de filtration : 5 à 6 ou 7 m/h)

Figure 1 – Déferrisation par aération et filtration sous pression
(d’après doc. Vivendi)

La figure 1 donne le schéma d’une oxydation par l’air dans un
cas simple de déferrisation. En effet, l’air est le plus naturel des
oxydants. C’est toutefois un oxydant faible qui n’agit pas rapidement. On ne l’utilise donc guère que pour des déferrisations faciles
(fer non complexé, ni associé au manganèse), pour réoxygéner des
eaux naturelles dont la teneur en O2 dissous est un peu faible ou
pour faciliter des activités bactériennes [cf. traitements biologiques
(§ 3)].

Elle conduit à la présence dans l’eau de corps en proportions
différentes suivant le pH :
— pH < 4 : chlore (Cl2) dissous ;
— 4 < pH < 5,6 : acide hypochloreux non dissocié (HOCI) ;
— 5,6 < pH < 9 acide et ion hypochloreux (HOCI et OCl –) ;
— pH > 9 : ion hypochloreux (OCl –).

1.2 Chloration

Les eaux naturelles ont, principalement, un pH compris entre
5 et 9 et les proportions respectives d’acide hypochloreux et d’ion
OCl – sont données par la figure 2.

L’hydrolyse du chlore se produit suivant les réactions d’équilibre
ci-après :

L’effet désinfectant sur les germes pathogènes et l’inactivation
de virus dépendent essentiellement de la teneur en acide hypochloreux non dissocié (HOCI). On conçoit, par conséquent, que
l’efficacité d’une désinfection au chlore est en relation directe avec
le pH de l’eau traitée. Lorsque la désinfection ne demande qu’un

Cl 2 + H 2 O ! HOCl + H+ + Cl–
HOCI ! H++ OCI–

C 5 200 − 2

b

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RX

r←ヲ←イ・ョ」・@iョエ・イョ・エ
cURPP

________________________________________________________________________________________________________________

HOCl (%)

100

0

90

10

80

20

70

30

60

40

50
40

20 °C

0 °C

OCl (%)

En fonction du pH, les réactions du chlore et de l’ammoniaque
sont les suivantes :

60
70

20

80

10

90

0

traitement. Cela peut conduire au traitement dit de break-point. Le
break-point est atteint lorsque le taux de traitement au chlore
conduit à l’apparition de chlore libre, les composés du chlore et
notamment les chloramines précédemment formées se trouvant
détruits (figure 3). L’application de chlore suivant la technique du
break-point permet d’éliminer l’ammoniaque et d’assurer une
bonne désinfection ainsi qu’une bonne inactivation, sous réserve
d’un temps de contact prolongé.



50

30

HOCI + NH3 → H2O + NH2Cl (monochloramine)
HOCI + NH2Cl → H2O + NHCl2 (dichloramine)
HOCI + NHCl2 → H2O + NCI3 (trichloramine)

100
4 5 6 7 8 9 10 11
pH

Dans la pratique, les taux d’application de chlore sont de l’ordre
de 10 fois la teneur initiale en ammoniaque. Pour des teneurs non
négligeables d’ammoniaque, les taux de chloration peuvent devenir très importants et ne plus avoir aucune mesure avec les taux
appliqués autrefois sur les filtrats de filtres lents, qui étaient de
l’ordre de quelques dixièmes de gramme de chlore par mètre cube
et qui peuvent être cent fois supérieurs dans une technique de
break-point.

Figure 2 – Répartition de l’acide hypochloreux HOCI et de l’ion OCI–
en fonction du pH de l’eau

A

B

Parmi les composés organochlorés formés éventuellement par
réaction du chlore sur certaines impuretés de l’eau brute (ou
insuffisamment traitée), figurent des composés sapides comme les
chlorophénols déjà évoqués et des haloformes rangés dans la
catégorie des THM (trihalométhanes), dont on soupçonne le caractère carcinogène à doses élevées et pour lesquels on a donc fixé
des valeurs limites très basses.

C

Break-point

Chlore résiduel

I

II

Le chlore, qui est un outil très puissant dans le traitement des
eaux polluées par des germes, n’est donc efficace sans inconvénient que lorsqu’il s’agit d’eaux qui sont pauvres en ammoniaque
et en matières organiques. C’était le cas autrefois à la sortie des
traitements extensifs sur filtres lents. Avec des eaux initialement
polluées, la chloration perd ses vertus de simplicité et de faible
coût et, de surcroît, conduit à l’apparition de goûts et d’odeurs
désagréables dans l’eau traitée.

III

Taux de traitement au Cl2
I
II
III
A
B
C

EAUX DE DISTRIBUTION

formation des chloramines
destruction des chloramines
chlore libre
demande en chlore initiale
chlore résiduel sous forme de chloramines
chlore résiduel sous forme de chlore libre

La tendance actuelle est en conséquence de n’appliquer le chlore
qu’en fin de traitement, à titre de simple précaution, après un traitement complet comprenant une ozonation (§ 1.5) ou une séparation sur membranes de nanofiltration (ou équivalent). Lorsque les
eaux sont chargées d’ammoniaque et de matières organiques, on
a tendance à faire appel à la nitrification biologique (§ 3.1) et à
l’adsorption sur charbon actif précédée d’une ozonation, de façon
à éviter la formation des composés organochlorés. Dans les cas où
l’utilisation du chlore est considérée comme encore obligatoire
dans le cours de la filière de traitement, on peut avant distribution
procéder à une déchloration au bisulfite de sodium par exemple ;
on réintroduira ultérieurement la faible dose de désinfectant juste
nécessaire pour le réseau.

Figure 3 – Break-point

taux de traitement en chlore très faible (quelques dixièmes de
gramme par mètre cube), les effets organoleptiques (goûts et
odeurs) ne sont pratiquement pas sensibles. Le chlore est efficace,
son utilisation ne conduit pas à des dépenses importantes. Dans
ces conditions (mais dans ces conditions seulement), il n’a pas de
concurrent. Néanmoins, même avec des traces (fraction de milligramme par litre) de certaines micropollutions, comme par des
produits phénolés dans la chaîne de traitement de l’eau, l’application du chlore conduit à la formation de goûts pharmaceutiques
désagréables et son emploi est à revoir.

1.3 Dioxyde de chlore
Le dioxyde de chlore ClO2 (appelé aussi usuellement bioxyde de
chlore, voire parfois peroxyde de chlore) peut s’obtenir de différentes façons, la plus courante étant celle de l’action du chlore sur le
chlorite de sodium :

L’utilisation de chlore se complique du fait que ce corps très actif
se combine avec beaucoup d’autres corps notamment l’ammoniaque et les matières organiques, pour donner des chloramines
ou des corps organiques chlorés. Ce chlore dit combiné, qui réagit
comme le chlore libre sur certains réactifs indicateurs, risque
d’induire un opérateur en erreur si ce dernier ne dispose pas de
moyens d’analyse permettant de doser en les différenciant les
teneurs en chlore libre et en chlore combiné, seul le premier
devant être considéré comme apportant une bonne sécurité de

Cl2 + 2NaClO2 → 2NaCl + 2ClO2
Introduit dans l’eau, le dioxyde s’hydrolyse :
2ClO 2 + H 2 O ! HCIO2 + HCIO3
l’équilibre obtenu dépendant du pH.
Dans la pratique, on met un léger excès de chlore et on enrichit
la solution par un système de boucle.

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RY

C 5 200 − 3



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cURPP

EAUX DE DISTRIBUTION _________________________________________________________________________________________________________________



Le dioxyde a l’avantage d’agir par oxydation destructive sur de
nombreux corps organiques plutôt que de former des composés ;
il ne forme donc pas de THM. C’est un bactéricide et un agent
inactivant efficace ; son pouvoir désinfectant reste bon notamment
aux pH élevés (> 8) (contrairement au chlore). Il ne produit pas de
mauvais goûts. Cependant son emploi est limité par son coût plus
élevé et par le fait que le chlorate formé par hydrolyse est toxique.
On recommande de ne pas dépasser un taux d’application de
l’ordre de 1 g/m3.

Gaz
Gaz
Liquide
Liquide

Le dioxyde de chlore est efficace en démanganisation alors que
le chlore n’agit guère. Par contre, il n’agit pas sur l’ammoniaque.

Figure 4 – Équipement d’un tank à chlore

1.4 Modes d’application
des composés chlorés
Pour tous les réactifs chlorés, il y a lieu de prévoir :
— une aire de stockage ;
— un lieu de préparation et de dosage ;
— une cuve de contact.

Bouteilles
de chlore

1,25

Appareillage
de chloration

1,50

Les deux premiers ouvrages doivent respecter des règlements
très stricts de sécurité.

a local à chlore (déconseillé)

1.4.1 Chlore gazeux
Il est stocké à l’état liquide en bouteilles ou en réservoirs sous
pression (30 bar), appelés tanks (figure 4), et doit être séparé de
l’appareillage (figure 5) si l’installation est sous pression.

1,25

Bouteilles
de chlore

Actuellement, la plupart des installations sont en dépression, les
chloromètres sont fixés directement en sortie de bouteille ou de
tank, et le chlore dans sa phase gazeuse est aspiré au travers du
chloromètre par un hydroéjecteur (figure 6). L’eau chlorée obtenue
est introduite dans l’eau à traiter en un lieu de forte turbulence.

Appareillage
de chloration
0,50
1,50

La réglementation sur les dépôts de chlore est très stricte dès
100 kg stockés. De 100 à 500 kg (ce sont des bouteilles), il faut pouvoir immerger toute bouteille fuyarde dans un bac rempli de
soude. Au-delà, les vapeurs de chlore sont aspirées et neutralisées
dans une tour de contact par une solution composée de soude ou
d’hyposulfite de sodium ; l’installation doit être déclenchée automatiquement à partir d’un détecteur de fuites (figure 7).

b local à chlore (recommandé)
Les cotes sont en mètres
Figure 5 – Chlore : séparation du stockage et de l’appareillage
(d’après doc. CIFEC)

Chargeur extracteur
de joint de plomb
Robinet de
la bouteille
de chlore

Soupape
de sûreté
Filtre

Étrier de fixation avec
système autocentrage

Pointeau de réglage du débit de
chlore avec jupe de protection

Évent
Sortie de chlore

Poignée
de serrage
incorporée

Débitmètre
Corps en Chloraflon

Chlore gazeux

Chlore liquéfié sous
basse pression

Tuyau en Chloraflon
pour chlore
(en dépression = sécurité)

Diaphragme
Hydroéjecteur
avec clapet taré

Eau de service de
l’hydroéjecteur

Eau de
chlore à
injecter
Figure 6 – Chloromètre (d’après doc. CIFEC)

C 5 200 − 4

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SP

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cURPQ

Eaux de distribution
Traitements spécifiques
par



Hugues GODART
Ingénieur civil des Mines
Ingénieur en chef à la Générale des Eaux

C 5 201 - 2

2

4

4

4

4

4

5

5

5

5

1.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
1.10

Mise à l’équilibre calco-carbonique....................................................
Caractéristiques carboniques .....................................................................
Aération ........................................................................................................
Percolation ...................................................................................................
Injection de réactif .......................................................................................
Reminéralisation..........................................................................................
Cas du plomb ...............................................................................................
Décarbonatation ..........................................................................................
Adoucissement sur résine cationique........................................................
Séparation par membranes ........................................................................
Dispositifs antitartre pour les particuliers .................................................

2.
2.1
2.2

Prétraitements naturels extensifs.......................................................
Stockage .......................................................................................................
Percolation au travers du sol ......................................................................





6
6
6

3.

Sous-produits de traitement.................................................................



6

3.1

3.2

Réglementation des sous-produits de traitement ....................................
3.1.1 Réglementation des sous-produits ...................................................
3.1.2 Évacuation de résidus sous forme d’épandage agricole ................
3.1.3 Rejets en milieu naturel .....................................................................
3.1.4 Rejets dans le réseau d’eaux usées ..................................................
Techniques de traitement des sous-produits de traitement ....................








6
6
6
6
7
7

4.

Automatisation des mesures analytiques.........................................



7

Pour en savoir plus...........................................................................................

Doc. C 5 205

p。イオエゥッョ@Z@ュ。ゥ@RPPP

N

ous regrouperons sous le vocable « traitements spécifiques » des traitements faisant appel à plusieurs techniques et processus, qui sont de plus
en plus généralisés. Il en va ainsi de :
— la mise à l’équilibre calco-carbonique, parfois considérée comme un luxe,
mais sérieusement remise en avant depuis que l’on se préoccupe plus du
confort du consommateur (machines entartrées, etc.), de la longévité des
canalisations (corrosion, incrustation...), et de nouveaux problèmes sanitaires
comme celui du plomb ;
— les prétraitements naturels extensifs qui permettent de limiter les autres
traitements ;
— le traitement enfin des sous-produits de traitement.
Nous dirons également quelques mots des progrès réalisés en automatisation des mesures analytiques notamment appliquées directement au traitement.
L’étude complète du sujet comprend les articles :
— C 5 198 - Eaux de distribution. Objet des traitements ;
— C 5 199 - Eaux de distribution. Clarification ;
— C 5 200 - Eaux de distribution. Traitements unitaires ;
— C 5 201 - Eaux de distribution. Traitements spécifiques (le présent article).

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SQ

C 5 201 − 1

r←ヲ←イ・ョ」・@iョエ・イョ・エ
cURPQ

EAUX DE DISTRIBUTION _________________________________________________________________________________________________________________



1. Mise à l’équilibre
calco-carbonique

et le carbonate formé (peu soluble) se dépose ; les eaux sont
entartrantes.

1.1 Caractéristiques carboniques

Toute eau se situant au-dessous de la droite d’équilibre CO3Ca
souffre d’un excès de dioxyde de carbone CO2 qui, dès qu’il est au
contact d’un matériau contenant du calcaire, a tendance à le
dissoudre suivant la même réaction, mais en sens inverse ; les
eaux sont dites agressives envers le calcaire (et notamment envers
les mortiers ou bétons à base de ciment ordinaire Portland). Le
problème de rééquilibrage consiste à traiter les eaux de façon que
leur point de rencontre pH-alcalinité s’établisse sur la droite d’équilibre CO3Ca.

Il faut noter que, à l’état initial, les eaux souterraines sont équilibrées ou agressives ; c’est essentiellement l’élévation de température qui abaisse la droite d’équilibre et les rend incrustantes.

Le dioxyde de carbone CO2 peut exister dans l’eau sous trois
formes :
— gazeuse dissoute et non dissociée : H2CO3 ou (CO2 , H2O) ;


— ion hydrogénocarbonate (bicarbonate) : HCO 3 ;
— ion carbonate :

2–
CO 3

.

En fonction des sels présents dans l’eau, on définit le titre
alcalimétrique complet (TAC), le titre hydrotimétrique (TH), le titre
calcique (TCa) et le titre magnésien (TMg), comme indiqué au
tableau 1.

Les quantités relatives de ces trois formes sont dépendantes
entre elles et sont fonction du pH de l’eau (teneur en ion H+), l’équilibre final étant une résultante des trois équilibres ci-après :
+



[ H ] [ HCO 3 ] ⁄ [ CO 2 ] = K 1
+

2–



Tableau 1 – Définition des titres
en fonction des sels présents dans l’eau

[ H ] [ CO 3 ] ⁄ [ HCO 3 ] = K 2
[H+] [OH–] = K3
Ces équilibres ont été longuement étudiés et l’on connaît les
valeurs des constantes d’équilibre pour différentes configurations
de température et d’environnement. Ce système de trois équations
pour cinq variables permet de calculer trois variables si on s’en
donne deux. Pour des commodités de mesure, on introduit une
sixième variable, l’alcalinité, ainsi qu’une équation supplémentaire :

Titres



+
[Alc+] = 2 [ CO 2–
3 ] + [ HCO 3 ] + [OH ] – [H ]

L’alcalinité peut se définir et se mesurer aisément comme la
quantité d’ions [H+] qu’il faut ajouter à ceux existant déjà dans
l’eau pour équilibrer les trois ions carbonate, bicarbonate et
hydroxyle. Cela a permis de bâtir des abaques, tels que ceux de la
figure 1 et des annexes [C 5 202] et [C 5 203] (en pochette fin de
reliure) qui permettent de déterminer, à partir de deux mesures
simples, celle du pH et celle de l’alcalinité, les autres caractéristiques carboniques, et surtout de savoir si une eau contient un
excès de CO2 dissous (eau agressive) ou au contraire si la teneur
en CO2 est déficitaire (eau entartrante) ainsi que le manque (ou
l’excès) d’alcalinité dans l’eau et, par conséquent, permettent de
déterminer et de quantifier les traitements de correction. Cette
représentation graphique de Hallopeau et Dubin tient compte de
simplifications du second ordre, mais elle est suffisamment précise
pour la quasi-totalité des cas pratiques. Elle présente l’avantage
d’être très visuelle : on peut donc l’utiliser pour faire comprendre
les phénomènes selon les traitements et l’employer sans ordinateur dans les petites exploitations. Elle peut également se prêter à
une implantation sur ordinateur, voire sur calculette. Elle est alors
concurrencée par d’autres méthodes parfois plus détaillées,
comme celle de Legrand et Poirier.

Sels d’acides forts

Carbonates
et hydrogénocarbonates

Sulfates et chlorures

Ca

Mg

Na

TAC

+

+

+

TH

+

+

TCa

+

TMg

Ca

Mg

Na

+

+

+

+
+

+

On classe notamment les eaux en fonction de leur dureté. Les
eaux douces ont un TH < 14 oF et les eaux très « dures » un
TH > 30 oF.
Degré français (oF) : unité de concentration valant 1/5 de
milliéquivalent par litre et utilisée pour exprimer la valeur des
différents titres d’une eau, dont les principaux sont le TAC et
le TH.
On dispose pour équilibrer une eau de l’aération, de la percolation au travers des lits de calcaires minéraux ou marins (Lithotamme), de Magno (nom commercial de la dolomie semi-calcinée),
de Magnédolite (nom commercial de la dolomie surfrittée), d’injections de bases fortes (chaux, soude, carbonate de sodium), d’injections de bicarbonate de soude soit seul, soit accompagné d’un sel
calcaire (chlorure ou sulfate de calcium), d’injections de dioxyde de
carbone CO2 , voire d’injections d’acides.

Dans la méthode graphique de Hallopeau et Dubin, la droite
d’équilibre CO3Ca et la droite d’équilibre CO2 vis-à-vis du CO2 de
l’air partagent le graphique en quatre zones. Il faut également
noter que la droite horizontale pH = 8,35 qui passe par le point
d’intersection des deux premières partage le graphique en deux. Il
n’existe pas, pratiquement, d’eaux naturelles utilisées pour la
distribution dont le pH soit supérieur à 8,35. Il ne reste donc à
considérer que trois zones : I, II et III. Par ailleurs, les caractéristiques pH et alcalinité des eaux rencontrées le plus fréquemment
se situent à l’intérieur de quatre ovoïdes : 1, 2, 3, 4.

Le seul composé dont on peut modifier la teneur sans modifier
immédiatement celle des autres est le dioxyde de carbone. Si l’on
extrait CO2 par dégazage, le point figuratif de l’eau P se déplace
verticalement vers le haut ; réciproquement, si l’on dissout du CO2
par injection directe, le déplacement aura lieu vers le bas.
Par contre, si l’on modifie simultanément le pH et l’alcalinité, la
courbe de déplacement peut être déterminée. Il s’agit en fait d’un
faisceau de courbes déduites par translation horizontale de la
courbe apparaissant sur la figure 1 et dénommée « neutralisation
par chaux » si la modification s’obtient par action de la chaux, de
la soude ou de la Magnédolite, soit par translation horizontale de
la courbe dénommée « neutralisation par calcaire » s’il s’agit de
carbonate de soude, de dissolution de calcaire, de l’action du
Magna ou de l’effet de coagulants fortement acides.

Toute eau se situant au-dessus de la droite d’équilibre CO3Ca
souffre d’un excès de bicarbonate et d’un défaut de CO2.
Le bicarbonate se décompose :
(HCO3)2 Ca ⇒ CO2 + CO3Ca + H2O

C 5 201 − 2

Sels d’acides faibles

Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite.
© Techniques de l’Ingénieur, traité Construction

SR

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cURPQ

________________________________________________________________________________________________________________

EAUX DE DISTRIBUTION

)

re (°C

ératu

Temp

0
5
10
15

Ca ou MgO (mg/L)

25 °C

25

10

30

30

40

50

9,5

55
60

40

50

60

70

80 90 100

150

–1

60

70
75
80
0,8

1,2
1

0,7

2
1,6
1,8 2,2
1,4
Alc
CaO

80

10 mg/L

2

25
Saturation
Mg (OH)2

3

CO

3 C
a

70

9

CO2 libre
(mg/L)
10

Sa
tu
ra
tio
n

50

65

0,5

30

40

pH

45

0,6

20

10

35

0,4



Saturation Mg (OH)2

20

15

4
5
6

°C

30

20

40

8

40

50

60

CO2 des bicarbonates (valable pour pH < 8,7)
200
250 300 350
150
70 80 90 100

pH

1

50
2

60

8,5

3

P

4

8,35
3
I

8

re
ilib
Équ
7,5

O
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utio
l
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70

5
6

80

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à l’

10

100 °C
III
2

2

20 15

3

10
5

4

0 °C

6

5

8

7

2

10

II
4

2

6,5

3
4

1

5
6
8

6

3

10

a

ar c

np

a

utr

Ne

5,5

tio
lisa

ire
lca

10

par

ux
cha

alis

utr

Ne

n
atio

CO2 libre
(mg/L)

20

40

30

50

60

70 80 90100

150

200

250 300 350 400
Alcalinité CO3Ca

5
4

5

10

20

30

40

50

60

70 80 90 100
150
200
250
Alcalinité en mg/L de CaO (Alc)

Figure 1 – Graphique carbonique. Méthode J. Hallopeau et Ch. Dubin

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EAUX DE DISTRIBUTION _________________________________________________________________________________________________________________



D’autres réactifs permettent simultanément de diminuer la
teneur en CO2 et d’augmenter l’alcalinité :
— chaux :
Ca(OH)2 + 2CO2 ! Ca ( HCO 3 ) 2 ( courbe chaux )

Il ne faut pas confondre agressivité (vis-à-vis du calcaire) et
corrosivité (vis-à-vis des métaux comme le fer ou le plomb). Il
est vrai qu’une eau agressive est souvent corrosive, mais la propension à la corrosion relève d’une série d’équilibres physicochimiques plus large même si elle inclut l’équilibre carbonique.
D’une façon un peu simplificatrice, on peut noter que la
corrosion est liée au pH, à la teneur en oxygène dissous et à la
composition chimique de l’eau. Il faut aussi noter que l’usager
peut parler de conduites entartrées alors qu’il s’agit en fait de
boursouflures des parois internes dues à la corrosion (tuberculation des conduites) et non d’un dépôt de calcaire (entartrage
vrai).

— soude :
NaOH + CO2 ! NaHCO 3 ( courbe chaux )
— carbonate de sodium :
Na2CO3 + CO2 → 2NaHCO3 (courbe calcaire )
La soude et le carbonate de sodium remontent le TAC mais pas
le TH.
Les injections de réactifs (chaux et soude) sont utilisées pour les
installations moyennes à grosses. Elles nécessitent des réglages,
des stockages, etc. Par ailleurs, on injecte des réactifs équilibrants
avant la décantation en fonction des caractéristiques de l’eau brute
et du coagulant choisi.

1.2 Aération
Elle peut être assurée par ruissellement en cascades, dans une
tour à contre-courant d’air garnie de matériaux de contact tels les
anneaux Raschig, par injection d’air, par émulsion à l’aide d’une
hélice de surface, par pulvérisation de l’eau dans l’air.

1.5 Reminéralisation

Le point figuratif P (figure 1 ou annexes [C 5 202] et [C 5 203]) se
déplace verticalement et, si l’aération est suffisamment prolongée,
il a tendance à s’arrêter quand il atteint la droite d’équilibre CO2 à
l’air – CO2 libre. Pour la zone III (entartrante), l’aération qui rendrait
les eaux encore plus entartrantes n’a pas à intervenir.

Les eaux très douces (très peu alcalines) ne peuvent être
amenées à l’équilibre que pour des pH très élevés (> 8,35) ; cela
entraîne deux difficultés principales :
— une désinfection par le chlore ou l’hypochlorite perd plus de
80 % de son efficacité ;
— l’ajustement de l’équilibre est difficilement stable (on voit sur
le graphique que cela correspond à une partie quasi verticale de la
courbe de neutralisation).

Pour la zone I, l’aération ne peut modifier la teneur en CO2 et n’a
pas à intervenir.
Pour la zone II à gauche de la verticale de P, l’aération élimine
partiellement le CO2 en excès, mais ne peut amener les eaux à
l’équilibre. Pour la zone II à droite de la verticale de P, il faut une
aération contrôlée qu’il y a lieu d’arrêter quand le point figuratif
atteint la droite d’équilibre CO3Ca.

Par ailleurs, de telles eaux sont très peu tamponnées et perdent
aisément leur équilibre. Une solution consiste à les reminéraliser
en augmentant sensiblement d’abord leur teneur en dioxyde de
carbone, puis leur alcalinité.
Pour les points de la zone I, on injecte suffisamment de CO2 pour
que le point figuratif P (qui descendra le long d’une verticale)
pénètre assez loin dans la zone II ; on lui applique alors un traitement de neutralisation (en général à la chaux). Pour les points de
la zone II, on peut ajouter du bicarbonate de sodium et un sel
calcique d’acide fort (chlorure ou sulfate de calcium).

1.3 Percolation
Si une eau percole sur un matériau divisé contenant du calcaire,
l’eau se mettra d’elle-même en équilibre si l’opération est
suffisamment prolongée. En effet, si l’eau est entartrante (zone III)
(figure 1 ou annexes [C 5 202] et [C 5 203]), elle tendra à déposer le
calcaire avec un dégagement de CO2 jusqu’à ce que l’équilibre soit
atteint. Par contre, si elle est agressive (zones I et II), le CO2 en
excès attaquera le calcaire et donnera du bicarbonate de calcium :
le CO2 dissous décroîtra et l’alcalinité augmentera. Le point figuratif suivra la courbe calcaire jusqu’à ce qu’il ait atteint la droite
d’équilibre CO3Ca.

1.6 Cas du plomb
Bien qu’il s’agisse d’un problème de corrosion (comme évoqué
au § 1.1) nous traiterons ici du plomb car le problème est très lié à
l’équilibre.
Le plomb au robinet du consommateur provient essentiellement
de la dissolution des canalisations intérieures des habitations et de
certains branchements.

Dans le cas du Magno et de la Magnédolite, les eaux entartrantes déposeront leur Co3Ca en excès et la neutralisation de CO2 se
fera suivant les réactions :
— Magno :
CaCO3MgO + 3CO2 + 2H2O ! Ca ( HCO 3 ) 2 + Mg ( HCO 3 ) 2

La dissolution du plomb est notamment fonction de l’alcalinité,
du pH et de la température de l’eau (figure 2).
À la température de 25 oC, un diagramme de la solubilité maximale du plomb en fonction de l’alcalinité et du pH a été établi par
Schock (figure 3).

— Magnédolite :
CaOMgO + 4CO2 + 2H2O ! Ca ( HCO 3 ) 2 + Mg ( HCO 3 ) 2

On peut voir sur le graphique de la figure 2, que la concentration
maximale en plomb peut être plus importante pour une eau incrustante de type très courant que pour une eau initialement agressive,
mais bien entendu plus ou moins corrigée dans son équilibre
calco-carbonique.

Le point figuratif P suivra la ligne calcaire pour le Magno chaux
pour la Magnédolite.

1.4 Injection de réactif

Les valeurs indiquées sont des maximums théoriques. Les
valeurs rencontrées en pratique sont plus faibles, d’autant que la
température de l’eau est plus basse. Il est à noter que, même à
température normale, une eau correctement mise à l’équilibre
entraînera des concentrations en plomb supérieures à celles fixées
par les directives européennes en vigueur dans les prochaines
années.

Pour les eaux agressives, on peut augmenter l’alcalinité par une
injection de bicarbonate de sodium jusqu’à ce que le point
représentatif P atteigne la droite d’équilibre CO3Ca, la teneur en
CO2 dissous restant inchangée. Le point figuratif suivra une ligne
CO2 constante.

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EAUX DE DISTRIBUTION

En pratique, TAC > 18 oF et pH > 7,5.
Plomb (mg/L)

Mais à température ambiante, ces eaux deviennent incrustantes
(la droite de saturation s’abaisse), point P’.
Dans ce cas (inverse de la neutralisation), un ajout de chaux en
excès précipite les carbonates, ce qui diminue le TAC. En parallèle,
l’acidité de l’eau baisse, donc le pH remonte.

103

L’eau reste saturée ; le point figuratif remonte donc sur la droite
de saturation à la nouvelle température de l’eau (température
ambiante), théoriquement jusque vers pH = 10.

5 °F
TAC = 0,5 °F

B
A
100

Dans la pratique, le procédé est limité vers pH = 8,2 à 8,4 c’està-dire TAC = 6 à 8 oF.
Pour favoriser la formation de particules décantables, on ajoute
souvent un peu de coagulant, en général du chlorure ferrique. De
plus, on procède fréquemment à une légère recarbonatation au
CO2 avant filtration des grains de carbonates.

20 °F

10
6

7

8

9

10

11
pH

Dans le cas de la décarbonatation catalytique à la soude,
l’apport de soude abaisse le TH et le TAC dans un rapport théorique de 2 à 1. Des carbonates insolubles se forment, se fixent sur
un support de type microsable et sont retenus par filtration.

A Eaux agressives « corrigées »
100 mg/L de plomb dissous au maximum à 25 °C
(à 10 °C, la teneur est d’environ 50 mg/L)
B

Eaux incrustantes « non corrigées »
200 mg/L de plomb dissous au maximum à 25 °C
(à 10 °C, la teneur est d’environ 100 mg/L)

1.8 Adoucissement sur résine cationique
L’eau naturellement équilibrée figurée par le point P, devient
incrustante à température ambiante (température plus élevée que
sa température d’origine).

Figure 2 – Dissolution du plomb à 25 oC

Les ions calcium et magnésium caractéristiques des eaux incrustantes sont remplacés par des ions sodium.
Un échange d’ions :
— ne change pas le TAC ;
— abaisse le TH ;
— augmente la teneur en sodium ;
— abaisse le pH.

2 042

2 500
2 000

Mais du fait du changement de minéralisation, la droite de
saturation remonte et l’eau devient agressive.

1 500

La réglementation impose un TH supérieur ou égal à 15 oF pour
les eaux de consommation humaine adoucies.

Pb (mg/L)
942
610

718
368

564

315
293
279

< 6,5

256
266

247
237

231

6,5 à 7
pH

Ce procédé est donc peu utilisé dans les services de distribution
d’eau. Il a son utilité pour les eaux industrielles et de chaudières.
Son utilisation parfois maladroite pour certaines installations
privées, crée des risques de développements bactériens venant
s’ajouter aux risques de corrosion.

1 000

627

188
214

219

7 à 7,5
7,5 à 8

89
106

0
<3

126

146
176

>8

500

140
161

3à7
7 à 12
TAC (°F)
12 à 18

1.9 Séparation par membranes
Les membranes de faible porosité, comme celles de la nanofiltration, font fortement obstacle au passage des molécules comme
les carbonates, hydrogénocarbonates, sulfates... Elles produisent
de ce fait une véritable déminéralisation de l’eau. En pratique, il y
a baisse du TAC, du TH et du pH.

>18

Figure 3 – Concentrations en plomb données par le modèle
de Schock à 25 oC, à l’équilibre après stagnation prolongée

1.10 Dispositifs antitartre
pour les particuliers

Des traitements par inhibiteurs de corrosion de type orthophosphates sont possibles. On peut atteindre des abattements
supérieurs à 70 % sur la teneur en plomb chez l’usager.

On pourra se reporter à l’article [C 3 840] Traitement individuel
des eaux domestiques.

1.7 Décarbonatation

Les adoucisseurs fonctionnent selon la technique de l’échange
d’ions. On remplace le calcium et le magnésium par le sodium.

La décarbonatation s’applique à des eaux saturées dont le point
représentatif P se trouve donc sur la droite de saturation à basse
température (figure 1 ou annexes [C 5 202] et [C 5 203]).

Rappelons que pour être conforme à la réglementation :
— le TH doit être au moins égal à 15 oF : il ne faut donc pas trop
adoucir ;

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EAUX DE DISTRIBUTION _________________________________________________________________________________________________________________

mentation. Il existe quelques cas où cette technique a été délibérément adoptée comme prétraitement naturel lorsque les eaux
brutes étaient d’une qualité particulièrement dégradée. Dans les
grandes plaines alluviales, notamment allemandes, elle a été assez
systématiquement utilisée sous forme de captages souterrains
dans les berges des cours d’eau, l’eau obtenue étant ainsi améliorée en qualité, plus particulièrement sa turbidité et son pouvoir colmatant, ce qui facilite les traitements ultérieurs.

— la teneur en sodium doit être inférieure à 150 mg/L : il n’y a
en revanche pas de limite pour le calcium ;
— l’eau ne doit pas contenir de germes tests : les adoucisseurs
peuvent faciliter la prolifération des bactéries (matériau support
pour les fixer ; succession de phases marche-arrêt pour les
développer).



Il faut donc éviter de boire une eau ainsi adoucie, mais elle peut
être utilisée pour les chaudières, les cumulus...

Par une évolution naturelle, lorsque le débit naturel entre le
cours d’eau et les captages à travers les alluvions des berges est
devenu insuffisant, on s’est tourné vers une réalimentation artificielle par tranchée ou par forage inverse d’injection.

2. Prétraitements naturels
extensifs

Dans tous les cas (avec des degrés divers selon la qualité initiale,
la nature des terrains, les vitesses et les durées de percolation), on
constate une nette amélioration vis-à-vis de la turbidité et du pouvoir colmatant, de la teneur en matières organiques et de
l’ammoniaque, dans les limites de la teneur initiale en oxygène dissous. Vis-à-vis du fer et du manganèse, les résultats obtenus sont
variables.

Lorsque les circonstances s’y prêtent, on a toujours intérêt à
utiliser les processus naturels d’épuration. Ils comprennent le
stockage d’une certaine durée et la percolation à travers le sol.

Ces techniques sont à envisager quand les conditions économiques sont favorables : terrains peu onéreux ou domaine foncier
inaliénable, service d’eau constitué depuis très longtemps, et bien
sûr dans les cas où la nature du terrain s’y prête : dunes, alluvions.

2.1 Stockage
Le stockage peut avoir deux objectifs : constitution d’une réserve
assurant au distributeur un degré de liberté supplémentaire dans la
gestion hydraulique de la ressource, ou modification de la qualité
de l’eau brute ; dans le cas le plus général, les deux aspects doivent être pris en considération.

3. Sous-produits
de traitement

Avec une réserve de 24 à 48 h, on vise essentiellement la
possibilité de diluer ou même de passer outre à une vague de pollution accidentelle. C’est un objectif important lorsque des zones
industrielles se trouvent en amont du point de prise. L’intérêt d’une
réserve de cet ordre apparaît déjà dans l’abaissement de la
turbidité de l’eau, à condition de concevoir le bassin et surtout les
ouvrages d’entrée et de sortie de façon à éviter les courts-circuits.
Une modification de la qualité peut être perçue, même avec des
réserves de cette importance, surtout si celles-ci sont de faible profondeur (quelques mètres), ce qui favorise l’oxygénation par la surface. L’effet d’autodégradation biologique peut être accéléré en
ménageant une préozonation à l’admission de l’eau brute.

3.1 Réglementation des sous-produits
de traitement
L’identification des sous-produits de traitement est donnée dans
l’encadré 1.

3.1.1 Réglementation des sous-produits

Pour des réserves plus importantes (temps de séjour : 8 jours),
l’effet d’amélioration est beaucoup plus sensible.

Les rejets des unités de potabilisation n’ont pas encore de réglementation propre. Les boues d’eau potable ne présentent pas de
qualités intrinsèques intéressantes. Elles sont, dans la majorité des
cas, constituées de matières inertes d’hydroxydes d’aluminium ou
de fer.

Les autorités de Grande-Bretagne préconisent de systématiser
l’utilisation d’un bassin d’une capacité de 8 jours de la consommation moyenne pour toute prise d’eau de surface.
Avec des bassins de régulation annuelle ou même interannuelle,
on bénéficie certes des mêmes avantages, mais les améliorations
de qualité ne sont en rien proportionnelles à la durée du séjour :
on constate une asymptote située aux alentours d’un mois de
durée. Par contre, avec de telles capacités (nécessaires pour des
besoins de régulation hydraulique), on peut se trouver face à des
problèmes de qualité liés aux phénomènes limnologiques : floraison de plancton avec produits néfastes du métabolisme (accroissement des teneurs en manganèse, apparition de complexes
organométalliques, développement de goûts et odeurs, pouvoir
colmatant accru, etc.). Les phénomènes indésirables sont souvent
décelés dans des zones stratifiées et il est indispensable de se
ménager des possibilités de prise à différentes profondeurs pour
pouvoir jouer sur la hauteur de prise en fonction des gradients de
modification des paramètres de qualité.

Les textes qui s’appliquent sont :
— loi du 13 juillet 1992 ;
— arrêté du 9 septembre 1997.

3.1.2 Évacuation de résidus
sous forme d’épandage agricole
La valeur agronomique des sous-produits d’eau potable est peu
intéressante. D’un point de vue législatif, il n’existe pas de données
dans ce domaine. En principe, les boues d’eau potable peuvent
être épandues en agriculture sans contraintes particulières, sous
l’appellation « terre de décantation ».
Le texte qui s’applique est l’arrêté du 8 janvier 1998.

2.2 Percolation au travers du sol

3.1.3 Rejets en milieu naturel

Ce sont des techniques de traitement qui se sont développées là
où, à l’origine, on avait fait appel à des nappes phréatiques dont
l’abaissement a nécessité d’en améliorer artificiellement la réali-

D’après le décret 93-743, les unités ayant un rejet en milieu
naturel (eaux douces ou de mer) sont soumises à autorisation ou
à déclaration préfectorale.

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EAUX DE DISTRIBUTION

Encadré 1 – Identification des sous-produits de traitement
Décanteur

1. Sous-produits solides

Adjuvant
ou chaux

■ Boues hydroxydes :
— issues de filières classiques : essentiellement des amas
de floc recueillis au fond des décanteurs et qui
contiennent :
• les matières qui étaient en suspension dans la rivière,
• celles qui étaient en solution et qu’on a réussi à rendre
insolubles et à faire décanter en cours de traitement,
• le charbon actif en poudre avec les matières organiques
piégées dans ses pores,
• les précipités d’hydrate de fer ou d’aluminium formés par
les réactifs coagulants ;
— issues de filières spécifiques : déferrisation, démanganisation.

Filtre-presse
Adjuvant

Épaississeur

Gâteau
Figure 4 – Traitement des boues

3.2 Techniques de traitement
des sous-produits de traitement

■ Boues de décarbonatation (réacteur de décarbonatation à
la chaux).

Les techniques de traitement sont les suivantes :
— techniques de déshydratation : épaississement, déshydratation mécanique ou naturelle (figures 4 et 5) ;
— traitement des éluats : la destination des éluats de régénération de résines est en général une usine de dépollution urbaine.
Les eaux issues de la partie rinçage de la régénération, donc à
faible teneur en chlorures, peuvent être rejetées directement dans
le milieu naturel ;
— traitement des concentrats de membranes : d’après une
étude effectuée aux États-Unis, dans 50 % des cas les concentrats
sont rejetés dans les eaux de surface. Seulement 25 % des
effluents sont évacués vers des usines de dépollution et l’élimination du dernier quart se fait par épandage ou réinjection dans le
sol. En France autant qu’à l’étranger, il n’existe pas de traitement
particulier d’élimination des phosphonates ou des polycarboxylates avant rejet au milieu naturel ;
— traitement commun des boues d’eau potable et des boues
d’eau résiduaire urbaine : ce type de traitement sera presque exclusivement réservé aux boues de décarbonatation qui, en raison de
leurs qualités, sont susceptibles d’améliorer les performances de la
déshydratation des boues d’eau résiduaire urbaine.

■ Boues de saturateurs à eau de chaux.
■ Boues biologiques provenant des lavages de filtres spécifiques (sable, charbon actif en grains, bicouche) et des
traitements par le charbon actif en poudre.
■ Résines usagées (dénitratation, adoucissement).
■ Déchets issus du dégrillage (feuilles, branches) ou du
tamisage.
2. Sous-produits liquides
■ Eaux de lavage des filtres contenant très peu de floc.
■ Éluats de lavages et régénération des résines de dénitratation, d’adoucissement ou décarbonatation ainsi que des
membranes.
■ Concentrats issus des techniques membranes : rejets des
eaux n’ayant pas traversé les membranes et où les impuretés se sont concentrées.

Parmi les diverses destinations des sous-produits après traitement, on peut citer :
— la mise en remblais routiers ;
— l’incinération ;
— les briques ou tuiles enrobées, les bétons colloïdaux ;
— les réactifs de stabilisation de déchets ;
— la couverture de décharge.

La circulaire du 5 novembre 1980 s’applique aux rejets d’une
unité de production d’eau potable.
Les paramètres à suivre sont :
— les matières en suspension (MES) ;
— les matières oxydables ;
— les substances azotées ;
— les substances phosphorées.
Les niveaux de rejets acceptables sont fixés par la Direction de
l’industrie et de la recherche (DRIRE) selon les objectifs de qualité
de la rivière ou de la portion de rivière concernée.

4. Automatisation
des mesures analytiques

Les teneurs en métaux de ces rejets (aluminium et fer entre
autres) ne sont pas prises en compte car ils sont considérés
comme déjà présents à de fortes concentrations dans le milieu
naturel.

En laboratoire, elle n’a d’intérêt que pour des organismes
centraux de contrôle ou de surveillance où affluent de très
nombreux échantillons. Pour un nombre réduit de mesures quotidiennes, l’intérêt en décroît rapidement en raison de l’inertie de
démarrage nécessité par le réétalonnage précis auquel il faut se
plier chaque fois.

3.1.4 Rejets dans le réseau d’eaux usées

L’analyse automatique couvre un champ d’application privilégié
dans la surveillance de la ressource ou dans le contrôle semicontinu des résultats obtenus aux différentes étapes d’une usine
de traitement.

C’est la solution la plus simple à mettre en œuvre. Ce système
d’évacuation des boues d’eau potable peut toutefois entraîner
quelques inconvénients sur le bon fonctionnement de la station
d’eau résiduaire urbaine.

Initialement, les électrodes spécifiques fabriquées en petite série
ont donné beaucoup d’espoir mais ont conduit à des déboires
constants en raison de leur dérive de mesure et de leur encrassement rapide dans l’exploitation de terrain. C’est pourquoi on a été

En revanche, le rejet des éléments de dénitratation a un impact
favorable : il permet de réduire l’oxygénation des boues par voie
mécanique (apport de l’oxygène des nitrates).

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SX

Gestion de l'eau
(Réf. Internet 42234)



1– Alimentation en eau potable et distribution
2– Stockage de l'eau - ouvrages en béton

Réf. Internet

Ouvrages en béton de réception, transfert, traitement ou stockage de l'eau ou des
liquides. Terminologie de base des bétons et revêtements applicables aux travaux
neufs

C3670

41

Stockage de l'eau  : ouvrages en béton. Contraintes et dimensionnement

C3671

43

Ouvrages en béton de réception, transfert, traitement ou stockage de l'eau ou des
liquides. Spéciications des bétons et revêtements

C3672

47

Stockage de l'eau  : ouvrages en béton. Maintenance et garanties

C3673

61

page

3– Assainissement et traitement des eaux



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SY



TP

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cSVWP

Ouvrages en béton de réception,
transfert, traitement ou stockage
de l’eau ou des liquides
Terminologie de base
des bétons et revêtements applicables
aux travaux neufs
par

Denis SAVOYE
Ingénieur expert – Directeur du Département Gestion patrimoniale des ouvrages de génie
civil de la filière eau
G2C ingénierie – France

avec la collaboration de :

Gérard MATHIEU
Expert Génie Civil, ingénieur chercheur enseignant ER,
et

Fabrice ROLANDO
Ingénieur génie civil, Directeur de SERENDIP – France
Note de l’éditeur
Cet article est la réédition actualisée de l’article C 3 670 intitulé « Stockage de l’eau :
ouvrages en béton – Terminologie de base » paru en 1998, rédigé par Bruno DUCROT,
Bernard FARGEOT et Gérard MATHIEU.

1.

Glossaire ....................................................................................................

C 3 670v2 - 2

Pour en savoir plus .......................................................................................... Doc. C 3 670v2

a pratique actuelle de la construction ou de la réhabilitation des ouvrages
en béton de réception, transfert, traitement ou stockage de l’eau ou des
liquides met en évidence différentes lacunes dans la connaissance et l’utilisation du vocabulaire dédié parmi les différents participants à l’acte de
construire.
Il a semblé important de regrouper dans cet article complémentaire du
[C3670], une base terminologique, non exhaustive, permettant à ces acteurs,
quelle que soit leur expérience, de retrouver la définition des principaux
termes récurrents afin que leur vocabulaire soit employé avec justesse et leur
permette de mieux se comprendre.
Il convient de noter que l’ouvrage intitulé « Pathologie et réparation des
ouvrages en béton de stockage et de transport des liquides » paru en 1996
dans les annales d’ITBTP proposait au chapitre XIII une terminologie plutôt
orientée « réparation des ouvrages »
L’article à paraître C3674 traitant de la pathologie, du diagnostic et de la
réhabilitation des ouvrages en béton de réception, transfert, traitement ou
stockage de l’eau ou des liquides, présentera en annexe et sous forme de
complément à la parution de 1996, une nouvelle terminologie comprenant de
nouveaux termes et une mise à jour de certains autres.

p。イオエゥッョ@Z@ェオゥャャ・エ@RPQX

L

Copyright © – Techniques de l’Ingénieur – Tous droits réservés

TQ

C 3 670v2 – 1



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cSVWP
OUVRAGES EN BÉTON DE RÉCEPTION, TRANSFERT, TRAITEMENT OU STOCKAGE DE L’EAU OU DES LIQUIDES _________________________________________

Le présent article ne présente pas forcément tout le vocabulaire spécifique à
la précontrainte. Le lecteur pourra utilement se reporter aux autres publications qui traitent de ce vocabulaire spécifique.

1. Glossaire

Banche
Élément modulaire de coffrage, utilisé en vertical pour réaliser
des murs y compris de refend, des voiles ou éventuellement des
poteaux.

Accrochage



Qualité pour un revêtement de faire corps avec le support sur
lequel il est appliqué.

Bande d’arrêt d’eau (water stop)
Produit plastomère ou métallique destiné à assurer l’étanchéité
au droit des reprises de bétonnage ou des joints de dilatation.

Addition
Produit solide ou liquide, ajouté au béton ou à un liant pour
modifier certaines de ses propriétés à l’état frais ou à l’état durci.

La bande d’arrêt d’eau est mise en œuvre dans le coffrage avant
le bétonnage de première phase.

On distingue les additions minérales et les additions organiques.

Barbotine
Mélange de ciment et d’eau, en général fortement dosé en
ciment, le cas échéant additionné de sable et permettant le « collage » entre deux bétons coulés successivement.

Adhérence
Phénomène physique entre deux matériaux qui engendre des
forces s’opposant au glissement ou au décollement d’un matériau
rapport à l’autre. On parle de l’adhérence d’un revêtement sur son
support.

Bâtiment de contrôle (de réservoir)
Local d’exploitation situé contre la cuve, abritant les organes de
commande hydraulique et permettant le cas échéant d’accéder à
la cuve.

Adjuvant
Produit incorporé à faible dose (moins de 5 % du poids de
ciment) dans un béton ou un mortier lors du malaxage, afin de
modifier certaines de ses propriétés à l’état frais ou à l’état durci.

Voir NF EN 1508.
Béton

Affaissement

Matériau formé par mélange de ciment, de sable, de gravillons
et d’eau, et éventuellement d’adjuvants et d’additions, et dont les
propriétés se développent par hydratation du ciment.

Valeur, exprimée en millimètres, obtenue par un essai normalisé, dit « essai d’affaissement » ou « essai au cône d’Abrams »,
ou encore « slump test », effectué sur un moule tronconique rempli de béton frais qui permet ainsi d’apprécier la consistance et
donc l’ouvrabilité du béton.

D’innombrables formules de béton existent, selon le rôle qu’on
veut lui faire jouer.

Alcali-réaction (RAG)

Béton à propriétés spécifiées (BPS)

Réaction chimique entre certaines formes de silice et de silicate,
pouvant être présentes dans les granulats et les alcalins du béton
provoquant la fissuration du béton, accompagnée la plupart du
temps d’un gonflement et d’exsudations.

Béton pour lequel les propriétés requises et les caractéristiques
supplémentaires sont spécifiées au producteur qui est responsable de fournir un béton qui satisfait à ces propriétés requises et
à ces caractéristiques supplémentaires.

Armatures

Le producteur s’engage notamment à respecter tous les critères
des classes d’exposition retenues.

Éléments, en général en acier, placés judicieusement dans le
béton afin d’améliorer sa résistance à la traction et permettre à la
structure de répondre à l’ensemble des sollicitations.

Béton auto-nivelant (BAN)
Forme particulière de béton auto-plaçant destinée aux applications horizontales.

Les termes acier ou fer à béton sont populaires, mais non représentatifs. Par analogie, on désigne aussi parfois par « armature »
le renfort d’un matériau composite.

Béton auto-plaçant (BAP)

Armatures en attente

Formulation particulière de béton issue en général de nombreuses années de recherche, permettant d’obtenir un béton
extrêmement fluide et mise en œuvre sans vibration pour des
applications horizontales et/ou verticales.

Longueurs d’armature laissées en attente en dehors du béton
destinées à assurer la continuité avec de nouvelles armatures par
recouvrement à l’occasion d’une reprise de bétonnage.

En général, ces bétons sont beaucoup plus faciles à mettre en
œuvre, ne nécessitent pas de serrages tout en étant plus compacts et résistants à long terme. Ils sont par contre plus sensibles
à la fissuration au jeune âge.

Attestation de conformité sanitaire (ACS)
Certificat d’aptitude d’un matériau ou d’un objet à entrer au
contact d’une eau destinée à la consommation humaine, au
regard des dispositions réglementaires.

Béton précontraint

Ce système repose sur le respect des deux conditions suivantes :
– la conformité de la formulation du matériau ou de l’objet à des
listes positives de référence ;
– la conformité des résultats d’essais de migration vis-à-vis de
critères d’acceptabilité. Ce système concerne uniquement les
matériaux et objets organiques, ainsi que les accessoires et sous
ensembles d’accessoires constitués d’au moins un composant
organique entrant en contact avec l’eau.

Béton soumis initialement à des contraintes permanentes de
compression destinées à compenser les forces de traction qui
seront appliquées à l’ouvrage.
Béton préfabriqué
Béton qui n’est pas coulé en place mais qui est réalisé en usine
ou à côté de l’ouvrage, la pièce concernée étant mise en place en
seconde phase.

L’ACS est délivrée par un laboratoire agréé et est valable 5 ans.

C 3 670v2 – 2

Exemples : linteaux, poteaux, poutres, prédalles, prémur…

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TR

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cSVWQ

Stockage de l’eau : ouvrages en béton
Contraintes et dimensionnement
par

Bruno DUCROT
Ingénieur de l’École Centrale de Lyon
Ingénieur-Conseil



Bernard FARGEOT
Ingénieur-Conseil
et

Gérard MATHIEU
Chargé de recherches au Cemagref
(Centre national du machinisme agricole du génie rural des Eaux et Forêts)

C 3 671 - 2

1.

Types d’ouvrages concernés.................................................................

2.

Classement des ouvrages ......................................................................



2

3.
3.1
3.2
3.3
3.4

Contraintes à prendre en compte .......................................................
Contraintes liées au contenu ......................................................................
Contraintes liées au contenant ...................................................................
Contraintes liées à l’exploitation ................................................................
Contraintes liées à l’environnement ..........................................................







3
3
5
5
6

4.
4.1
4.2

Actions. Sollicitations. Règles de calcul...........................................
Ouvrages en béton armé ............................................................................
Ouvrages en béton précontraint ................................................................





7
7
7

5.
5.1
5.2

Caractères des ouvrages courants......................................................
Châteaux d’eau. Réservoirs. Cuves. Bassins.............................................
Ouvrages de transport de l’eau ..................................................................





9
9
10

6.
6.1
6.2
6.3
6.4

Dispositions constructives....................................................................
Ouvrages en béton armé ............................................................................
Ouvrages en béton précontraint ................................................................
Dispositions particulières à certaines parties d’ouvrages........................
Exemples de dispositions constructives....................................................







10
10
12
13
14

Pour en savoir plus...........................................................................................

Doc. C 3 674

p。イオエゥッョ@Z@ヲ←カイゥ・イ@QYYX

L

es responsables du fonctionnement d’un ouvrage de traitement et de stockage d’un service public de distribution d’eau, ou d’un ouvrage d’épuration
et d’assainissement d’eaux usées, qu’ils soient propriétaires ou gestionnaires,
doivent définir très clairement :
a) les objectifs à atteindre, en particulier l’étanchéité des ouvrages et le choix
de la classe (qui correspond au principe de réalisation) ;
b) les fonctions complémentaires :
— compatibilités avec les liquides contenus dans les ouvrages ;
— résistance, durabilité, longévité ;
— entretien des ouvrages ;
— aptitude à la mise en œuvre et à la réparation.
Les besoins essentiels afférents à l’utilisation d’installations contenant soit des
eaux usées, soit des eaux destinées à la consommation humaine, replacées dans
leur contexte le plus général, sont de conserver, tout en évitant une contamination des milieux protégés, respectivement l’environnement naturel et l’eau brute
ou potable.

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TS

C 3 671 − 1

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cSVWQ

STOCKAGE DE L’EAU : OUVRAGES EN BÉTON

________________________________________________________________________________________________

1. Types d’ouvrages
concernés

■ Piscines
Le gros œuvre d’un bassin assure à la fois un rôle mécanique et
d’étanchéité. Il peut recevoir un enduit hydraulique, un revêtement
synthétique, ou une peinture.
■ Cuves à vin. Fosses à lisier

■ Réservoirs d’eau
— Châteaux d’eau ;
— réservoir d’eau destiné à la consommation humaine ;
— réservoir d’eau à usage divers ;
— réserves de lutte contre l’incendie.



Cet article peut s’appliquer également aux fosses à lisier et aux
cuves et batteries de cuves à vin en ce qui concerne la structure.
Les cuves et batteries de cuves à vin, les fosses à lisier, ont pour
objet de contenir des liquides parfois très agressifs. Le calcul des
structures doit être conduit suivant les méthodes et hypothèses proposées dans le fascicule 74 du CCTG, mais la nature des produits
stockés peut engendrer des contraintes physico-chimiques plus
défavorables que le domaine visé par ce fascicule.

Les châteaux d’eau sont constitués par une ou plusieurs cuves
surélevées par rapport au sol et supportées par des tours, murs,
poteaux ou piliers. Certains ouvrages peuvent comporter des
combinaisons de ces deux dispositions principales.

Les cuves à vin doivent satisfaire, comme les châteaux d’eau et
les réservoirs d’eau destinés à la consommation humaine, à des
conditions « d’alimentarité ».

Les réservoirs sont constitués par une ou plusieurs cuves dont le
fond, situé au niveau du sol ou en dessous, repose sur celui-ci directement ou par l’intermédiaire de tout mode de fondation.
■ Stations d’épuration

Les ouvrages qui ne sont pas concernés par cet article sont les
suivants :
— cuvelages des bâtiments ;
— ouvrages contenant des hydrocarbures ou des produits
chimiques ;
— canalisations d’assainissement réalisées par préfabrication
en usines agréées par la marque NF.

Ouvrages contenant de l’eau éventuellement chargée de matières
dissoutes ou en suspension (la hauteur d’eau normalement contenue étant supérieure à 0,50 m) et faisant partie de stations d’épuration ou de traitement d’eau potable (cf. article Traitement des eaux
usées urbaines dans ce traité).
■ Ouvrages annexes intégrés à la structure
Ces ouvrages (solidaires de la structure) sont constitués par une
partie de l’ouvrage principal comportant notamment des locaux
destinés à recevoir ou abriter l’équipement hydraulique et électrique, tels que des chambres de vannes, de partition ou de comptage,
des bâtiments de stations de pompage et de traitement, des postes
de transformation, ou des locaux ou magasins de service.

2. Classement des ouvrages

■ Ouvrages de prise et de vidange

Les ouvrages en béton de stockage et de transport de l’eau sont
classés selon le principe de réalisation de leur étanchéité.

Ce sont les conduites de vidange réalisées sur chantier ainsi que
les tours de prise en béton armé et/ou précontraint.

■ Classe A : ouvrages dont l’étanchéité est assurée par la structure
seule

■ Canaux. Aqueducs. Stations de pompage et de relèvement.
Bâches et bassins tampons. Cheminées d’équilibre

Il s’agit essentiellement de structures en béton armé et/ou précontraint, le béton pouvant faire l’objet, éventuellement, d’un traitement d’imperméabilisation de masse ou de surface.

Les canaux (autres que la navigation) sont réalisés en béton armé,
béton précontraint ou en maçonnerie ayant à la fois un rôle mécanique et d’étanchéité.

Les fuites ne doivent pas dépasser, mises à part les variations de
volume dues aux variations de température et à l’évaporation, une
moyenne de 500 cm3/m2/jour.

Les simples revêtements ou protections de berges ayant pour but
d’améliorer l’écoulement, constitués de plaques ou d’éléments préfabriqués, sont exclus du champ d’application du présent article,
ainsi que certaines parties des organes constituant les évacuateurs
de crues, qui ne sont pas soumis à l’action extérieure de nappes
phréatiques, et qui ont pour seule fonction d’améliorer temporairement l’écoulement.

Pour les bassins non enterrés, cette condition peut être considérée comme réalisée si l’on ne constate pas de fuite apparente et de
défaut d’esthétique. Une simple tache n’est pas considérée comme
une fuite, dans la mesure où elle disparaît rapidement dans les jours
qui suivent la mise en eau (une tache qui subsiste empêche toute
application de peinture ou d’un revêtement adhérent).
■ Classe B : ouvrages dont l’étanchéité est assurée par la structure
complétée par un revêtement d’imperméabilisation

Les aqueducs sont constitués par une ou plusieurs travées surélevées par rapport au sol et supportées par des murs, culées, poteaux,
piliers réalisés en béton armé, béton précontraint ou maçonnerie.

Pour ces ouvrages, il est admis un léger passage d’eau disparaissant éventuellement par évaporation.

Les bâches qui transportent l’eau sont réalisées en béton armé ou
en béton précontraint. Elles ont à la fois un rôle mécanique et
d’étanchéité.

Pour les bassins non enterrés, cette condition peut être considérée comme remplie si l’on ne constate pas de fuites apparentes.
Une simple tache n’est pas considérée comme une fuite.

■ Bassins et déversoirs d’orage sur les réseaux d’assainissement

Les compléments d’imperméabilisation peuvent être des enduits
à base de mortiers hydrauliques hydrofugés épais ou minces, des
enduits et peintures à base de liants mixtes, des revêtements à base
de résines de synthèse non armées.

Il s’agit des bassins d’orage en béton armé et/ou précontraint, tels
qu’ils sont définis dans la documentation technique FNDAE n° 6 de
mars 1988.
■ Bassins de pollution et de rétention en site urbain

■ Classe C : ouvrages dont l’étanchéité est assurée par un revêtement d’étanchéité adhérent ou indépendant du support, la structure assurant uniquement une fonction mécanique, le revêtement
assurant l’étanchéité

Il y a lieu de distinguer en site urbain :
— les bassins de pollution permettant le stockage des premiers
flots d’eau polluée pour épuration ;
— les bassins de rétention assurant le stockage de l’excédent
d’eau ruisselée qui ne peut être rejetée en milieu naturel, sans
engendrer d’inondation par débordement des réseaux.

C 3 671 − 2

Le revêtement est suffisamment résistant pour former pontage
(après s’être éventuellement décollé de la paroi en cas de légère fissuration).

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TT

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cSVWQ

________________________________________________________________________________________________ STOCKAGE DE L’EAU : OUVRAGES EN BÉTON

Les revêtements sont à base de résines de synthèse armées ou
sous forme de membranes à base de bitume ou de copolymères.

altération de la qualité chimique ou biologique de l’effluent rejeté.
Ils ne doivent pas être altérés ou attaqués par le contenu.

■ Classe D : ouvrages construits à l’aide d’éléments préfabriqués
Cette classe ne diffère des classes A, B ou C que par la conception
et l’exécution des joints de construction qui nécessitent des dispositifs particuliers.

3.1.3 Rappel des caractéristiques des eaux

■ On veillera, à la conception et à la mise en œuvre, au choix et à la
qualité des liaisons entre des éléments de structures (préfabriqués
et/ou coulés en place), en béton armé et/ou précontraint, qui doivent
assurer d’une manière fiable le monolithisme des ouvrages.

■ Actions chimiques

3.1.3.1 Eaux propres et eaux potables
Selon les caractères fondamentaux résultant de la nature de l’eau
et du traitement chimique effectué, on trouvera, dans le tableau 1,
les concentrations et les effets qui en découlent. On consultera également le fascicule de documentation P 18-011.
■ Actions physiques

3. Contraintes
à prendre en compte

On trouvera, dans le tableau 2, les grandeurs courantes et maximales des éléments physiques qui interviennent.
■ Actions biologiques
Un film biologique peut avoir tendance à se développer et à adhérer sur tout support au contact de l’eau. Cela peut entraîner :
— une consommation potentielle de substrat (substrat organique) ;
— la production de métabolites (action sur les flaveurs et les
caractéristiques organoleptiques) ;
— la dégradation ou la décoloration de certains matériaux synthétiques.

La conception de l’étanchéité des ouvrages dépend des actions
auxquelles ils sont soumis. Ces actions sont le fait (la conséquence)
de l’eau contenue, du contenant, de l’exploitation et de l’environnement (charges climatiques notamment).

3.1 Contraintes liées au contenu

3.1.3.2 Eaux usées et pluviales

3.1.1 Alimentarité

La nature et la composition de ces eaux sont extrêmement
variées. On distingue :
— les eaux de ruissellement ;
— les eaux résiduaires urbaines ;
— les eaux résiduaires industrielles.

Les matériaux et revêtements utilisés pour la construction des
ouvrages de traitement ou de distribution d’eau destinée à la
consommation humaine ne doivent pas être susceptibles d’altérer
la qualité de l’eau contenue, tant par leur composition que par leur
mise en œuvre et leur évolution éventuelle. Ces matériaux doivent
être conformes à la législation en vigueur. On se référera notamment à l’arrêté du 29 mai 1997 relatif aux matériaux et objets utilisés
dans les installations fixes de production, de traitement et de distribution d’eau destinée à la consommation humaine.

Fréquemment, un même réseau d’assainissement véhicule des
eaux de ces trois catégories.
Les eaux de ruissellement proviennent des eaux de pluie ; leurs
caractéristiques chimiques sont donc proches de l’atmosphère
qu’elles traversent et des sols sur lesquels elles ruissellent. Leur
principale caractéristique est généralement d’être chargées en
matière minérale en suspension. Elles peuvent aussi être chargées
d’huile (eaux de ruissellement sur chaussée routière). Elles posent
peu de problèmes sauf s’il s’agit d’eaux douces (faible teneur en
sels dissous) naturellement acides. Dans certains cas, par exemple
au début du ruissellement après une période sèche (dans les
régions agricoles), ces eaux peuvent s’apparenter à des eaux industrielles (nitrates, pesticides...).

En ce qui concerne les substances entrant dans la composition
des matériaux et des revêtements, on vérifie qu’elles répondent à la
réglementation générale concernant les « matériaux au contact des
aliments et denrées destinés à l’alimentation humaine » (Brochure
1227 publiée par la Direction des Journaux Officiels).
En ce qui concerne les matériaux organiques, des essais permettent d’apprécier les phénomènes de migration de substances chimiques. Ils sont actuellement réalisés par des laboratoires agréés
par le ministère chargé de la Santé, selon un protocole expérimental
approuvé par le Conseil supérieur d’hygiène publique de France.

Les eaux résiduaires urbaines (eaux usées ménagères) renferment des matières organiques susceptibles d’être oxydées (constituants de la matière vivante ou de ce qu’il en reste, plus des
détergents et hydrocarbures), des matières minérales et les germes
des matières fécales y compris des germes pathogènes, se présentant sous trois formes :
— matières en suspension vraie, décantables en deux heures ;
— matières en suspension vraie, non décantables en deux heures
(état colloïdal) ;
— matières dissoutes.

Les essais et les spécifications correspondantes fixent, sous la
forme de seuils de saveur et de seuils de concentration qui ne doivent en aucun cas être dépassés, les valeurs :
— des paramètres organoleptiques et physicochimiques ;
— des paramètres concernant les substances indésirables et des
substances toxiques (au rang desquelles sont consignés les métaux
lourds, les hydrocarbures aromatiques polycycliques et certains
solvants) ;
— des paramètres microbiologiques ;
— des concentrations en pesticides et produits apparentés.

Les composés minéraux que l’on rencontre dans les eaux usées
sont d’une grande diversité.
Les eaux résiduaires industrielles sont toujours des cas spécifiques en fonction de leur origine. Leurs principales caractéristiques
chimiques doivent être précisées pour chaque cas. Bien que les
rejets industriels soient soumis à des règles strictes (pH compris
entre 5,5 et 8,5, température < 30 °C, déversements de composés
cycliques hydroxydés et de leurs dérivés halogénés interdits),
chaque réalisation doit faire l’objet d’une attention particulière tant
en ce qui concerne le génie civil que les équipements.

3.1.2 Compatibilité avec les eaux usées
ou agressives
Les produits et matériaux destinés à une application à l’intérieur
des ouvrages de stockage et de traitement d’eaux usées ou pluviales, et des ouvrages d’assainissement ne doivent pas entraîner une

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TU

C 3 671 − 3



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cSVWQ

STOCKAGE DE L’EAU : OUVRAGES EN BÉTON

________________________________________________________________________________________________

Tableau 1 – Actions chimiques de l’eau potable sur les ouvrages
Caractères fondamentaux résultant de la
nature de l’eau et du traitement effectué

Concentration (1)

Observations

Produits oxydants
Chlore (eau chlorée, eau de javel) .................... CM = 20 g équivalent chlore par m3 d’eau
Oxydation des produits organiques. Sans
Cc = 0,5 à 1,5 g équivalent chlore par m3 d’eau action sur le béton mais action sur les aciers.



Ozone à l’état gazeux au-dessus du plan
d’eau :
3
— avant traitement de l’eau.......................... CM = 20 g de O3 par m d’air
3
— après traitement de l’eau.......................... Cc = 4 g de O3 par m d’air
Ozone en solution .............................................. Cc = 5 g de O3 par m3 d’eau
Bioxyde de chlore............................................... CM = 5 g par m3 d’eau
Cc = 0,5 g par m3 d’eau

Oxydation des produits organiques.
Oxydation des métaux.
Oxydant très puissant.

pH et agressivité de l’eau
Gaz carbonique................................................... CM = 150 g CO2 par m3 d’eau
Cc = 20 g CO2 par m3 d’eau

Grande agressivité du CO2 toujours présent
dans l’air et dans l’eau.

pH de l’eau potable
(décret n° 89.3 du 3 janvier 1989) ..................... 6,5 < pH < 9
pH de l’eau en cours de traitement
(variable selon nature des eaux à traiter)......... 5 < pH < 10
(exceptionnellement pH 12)

Un pH extrême peut avoir une action sur certains revêtements organiques.

Ces valeurs sont modifiées par l’introduction
dans l’eau, en cours de traitement, des produits suivants.
Coagulant (sels de fer ou d’aluminium) ........... CM = 120 g par m3 d’eau
Acidification (CO2, HCl, H2SO4)......................... CM = 15 g (CO2) par m3 d’eau
Neutralisation (soude, chaux,
carbonate de calcium)........................................ CM = 20 g (soude) par m3 d’eau

Action sur la chaux libre du béton.
Dépassivation des armatures.
Action sur les produits organiques
et les résines (hydrolyse).

Minéralisation de l’eau
Chlorures (décret n° 89.3 du 3 janvier 1989) .... CM < 250 g par m3 d’eau

Les chlorures de Mg et de Ca peuvent être
agressifs à l’égard de certains bétons.

Sulfates ............................................................... CM < 250 g par m3 d’eau

Les sulfates forment avec certains bétons des
sels expansifs qui font éclater le béton.

Absence de minéralisation (eau pure)..............

Attaque du béton par dissolution de la chaux
libre.

Conductivité........................................................ < 400 µS/cm à 20 °C

Un dépassement peut entraîner dépassivation
et corrosion.

(1) Les chiffres indiqués résultent de l’expérience et de la pratique courante. CM = concentration maximale ; Cc = concentration courante.

■ Actions chimiques (voir P 18-011)

P 18-011 sur la classification des environnements agressifs pour les
bétons ;
— le chlore dans les bétons armés et précontraints est capable de
détruire la protection alcaline des armatures et de provoquer leur
corrosion. Les chlorures de base plus faible que la chaux, solubles,
agressifs, que l’on peut rencontrer dans les eaux, sont les chlorures
de magnésium et d’ammonium ;
— l’attaque du béton peut être soit directe par acidité de H2SO4,
soit également par formation d’ettringite, au-dessus des plans
d’eau, s’il existe un support en béton ou métallique. Les sous-faces
de coupoles de digesteurs, les dalles de couverture des fosses de
stockage des matières de vidange en béton seront protégées
jusqu’à 1 m environ au-dessus des niveaux de liquides par un revêtement superficiel rapporté.

Les conséquences de ces actions ainsi que les grandeurs courantes rencontrées sont indiquées dans le tableau 3. On notera, de plus,
que :
— les acides dont le pH est compris entre 5 et 7 ont en général
peu d’action sur le béton ; toutefois, une place à part doit être faite
pour l’acide carbonique et l’acide sulfurique dont l’action est
particulière ;
— l’eau contenant une forte proportion de gaz carbonique (agressivité vis-à-vis de CaCO3) attaque le béton bien que son pH se situe
au-dessus de 5 ;
— l’excès de CO2 attaque la chaux libre du béton avec possibilité
de formation de bicarbonate de calcium soluble. La dissolution de
ce bicarbonate augmente la porosité de ce béton d’enrobage et
dépassive les armatures. Pour les bétons armés et précontraints en
présence d’humidité et d’oxygène, le CO2 peut provoquer la dépassivation des armatures. Voir aussi le fascicule de documentation

C 3 671 − 4

■ Actions physiques
On trouvera, dans le tableau 4, les grandeurs et les effets de ces
actions.

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TV

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cSVWR

Ouvrages en béton de réception,
transfert, traitement ou stockage
de l’eau ou des liquides
Spécifications des bétons et revêtements
par

Denis SAVOYE
Ingénieur expert
Directeur du Département Gestion patrimoniale des ouvrages de génie civil de la filière eau
– G2C ingénierie – (France)

avec la collaboration de Gérard MATHIEU
Expert Génie Civil
Ingénieur chercheur enseignant ER
Note de l’éditeur
Cet article est la réédition actualisée de l’article C3672 intitulé « Stockage de l’eau : ouvrages en béton – ouvrages en béton – Traitements et revêtements » paru en 1998, rédigé
par Bruno DUCROT, Bernard FARGEOT et Gérard MATHIEU.

1.
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6

Classification .............................................................................................
Comment obtenir des ouvrages étanches ? ...........................................
Ouvrages sans revêtement ......................................................................
Ouvrages avec revêtement d’imperméabilisation (RI) ..........................
Ouvrages avec revêtement d’étanchéité (RE).........................................
Comparatif des différentes techniques de revêtement d’étanchéité ....
Dispositions communes aux revêtements destinés à être en contact
avec les eaux réservées à la consommation humaine. .........................

C 3 672v2






2
2
3
4
6
11

2.

Critères de choix pour réaliser des ouvrages étanches
et durables.................................................................................................
Formulation des bétons............................................................................
Prise en compte de l’environnement ......................................................
Moyens pour assurer la compacité du béton .........................................
Critères de choix de la technique d’étanchéité à retenir .......................



11







15
15
15
19
20



36

3.2

Mise en œuvre – Conditions d’application .............................................
Mise en œuvre des bétons des ouvrages sans et avec revêtements
d’imperméabilisation ou d’étanchéité.....................................................
Mise en œuvre des traitements d’imprégnation ou des revêtements ......




36
48

4.
4.1
4.2
4.3

Essais, contrôles et épreuves ..................................................................
Principes généraux ...................................................................................
Essais, contrôles et épreuves sur béton..................................................
Essais, contrôles et épreuves sur les imprégnations et revêtements........






54
54
55
57

5.

Glossaire ....................................................................................................



60

2.1
2.2
2.3
2.4
3.
3.1

Pour en savoir plus ............................................................................................

Doc. C 3 672v2

e problème essentiel à résoudre pour un ouvrage contenant un liquide est
de savoir comment obtenir l’étanchéité exigée par le maître d’ouvrage et
comment, ensuite, la maintenir dans le temps.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes et expressions
importants de l’article, ainsi qu’un tableau des sigles, notations et symboles
utilisés tout au long de l’article.

p。イオエゥッョ@Z@ヲ←カイゥ・イ@RPQX

L

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TW

C 3 672v2 – 1



r←ヲ←イ・ョ」・@iョエ・イョ・エ
cSVWR
OUVRAGES EN BÉTON DE RÉCEPTION, TRANSFERT, TRAITEMENT OU STOCKAGE DE L’EAU OU DES LIQUIDES _________________________________________

1. Classification

1.1.2.2 Imprégnation
La définition et la représentation schématique de l’imprégnation
donnée dans la norme NF EN 1504-2 est rappelée sur la figure 2.

1.1 Comment obtenir des ouvrages
étanches ?

Imprégnation
Traitement du béton destiné à réduire la porosité de surface
et à renforcer la surface, les pores et capillaires étant partiellement ou complètement remplis
NOTE 1 – Ce traitement produit généralement un mince film
discontinu à la surface du béton.
NOTE 2 – Les liants peuvent être, par exemple, des
polymères organiques.

1.1.1 Classification des ouvrages



Selon les nouvelles dispositions du fascicule 74 du CCTG, harmonisées avec les Eurocodes, les ouvrages de réception, de transfert, de traitement ou de stockage de l’eau et des liquides peuvent
être classés aujourd’hui en trois catégories :
– A : Ouvrage sans revêtement ;
– B : Ouvrage avec revêtement d’imperméabilisation (RI) ;
– C : Ouvrage avec revêtement d’étanchéité (RE).
La notion d’ouvrage « étanche dans la masse » doit aujourd’hui
être abandonnée car elle n’est pas suffisamment explicite et
rigoureuse au plan scientifique.
La notion de « béton étanche dans la masse » n’est pas davantage
recevable vis-à-vis du caractère poreux avéré du matériau de base.
Remarque
Il convient cependant de noter que les pertes de charges au travers d’une paroi sont directement liées à son épaisseur. Lorsque
celle-ci est assez importante, cela permet, même en l’absence de
revêtement, d’obtenir plus facilement une étanchéité relative.

1.1.2 Terminologie
La norme NF EN 1504-2 intitulée « Produits et systèmes pour la
protection et la réparation de structures en béton – Définitions,
prescriptions, maîtrise de la qualité et évaluation de la conformité
– Partie 2 : Systèmes de protection de surface pour béton » (voir le
Pour en savoir plus) définit divers termes abordés dans les paragraphes suivants.

Figure 2 – Représentation schématique d’une imprégnation type
issue de la norme NF EN 1504-2

1.1.2.3 Revêtement
La définition et la représentation schématique du revêtement
donnée dans la norme NF EN 1504-2 est rappelée sur la figure 3.

1.1.2.1 Imprégnation hydrophobe
La définition et la représentation schématique de l’imprégnation
hydrophobe donnée dans la norme NF EN 1504-2 est rappelée sur
la figure 1.

Revêtement
Traitement destiné à produire une couche protectrice continue à la surface du béton

Imprégnation hydrophobe
Traitement du béton destiné à produire une surface hydrofuge. La surface intérieure des pores est revêtue mais les pores
ne sont pas remplis. Aucun film ne se forme à la surface du
béton et l’aspect de ce dernier n’est que peu ou pas modifié

NOTE 1 – L’épaisseur est généralement comprise entre
0,1 mm et 5,0 mm. Certaines applications peuvent nécessiter
une épaisseur de plus de 5 mm.
NOTE 2 – Les liants peuvent être, par exemple, des
polymères organiques, des polymères organiques contenant
comme charge du ciment ou du ciment hydraulique modifié à
l’aide d’une dispersion de polymère.

NOTE : les composants actifs peuvent être par exemple, des
silanes ou des siloxanes.

Figure 1 – Représentation schématique d’une imprégnation hydrophobe type issue de la norme NF EN 1504-2

C 3 672v2 – 2

Figure 3 – Représentation schématique d’un revêtement type issue
de la norme NF EN 1504-2

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cSVWR
_________________________________________ OUVRAGES EN BÉTON DE RÉCEPTION, TRANSFERT, TRAITEMENT OU STOCKAGE DE L’EAU OU DES LIQUIDES

Nous proposons de retenir la définition de revêtement proposée
dans la norme NF EN 1504-2.

■ Recommandations
Il est donc indispensable que les armatures présentes dans les différentes sections de béton travaillent dans des conditions restrictives
afin de ne pas solliciter de manière trop importante le béton.

Nous proposons également de réserver définitivement le terme
« enduit » à la protection éventuelle des façades extérieures ou aux
parements intérieurs des murs des bâtiments. Cette notion d’enduit
est donc à bannir pour désigner un revêtement d’imperméabilisation
ou d’étanchéité à l’intérieur d’un ouvrage de réception, de transfert,
de traitement ou de stockage de l’eau et des liquides.

Cette condition n’est cependant pas suffisante. En effet, une
structure résistante doit absolument être associée à un béton de
bonne qualité.
Le béton doit donc être formulé pour répondre aux exigences
d’exposition, d’ouvrabilité, de maniabilité, de compacité, de résistance mécanique et de durabilité.

Remarque
Par ailleurs, une distinction fondamentale doit être faite entre
revêtement d’imperméabilisation et revêtement d’étanchéité.

Remarque
Nous rappelons que la norme NF EN 206 CN (12/2014) fixe
des critères stricts de formulation selon les classes d’exposition retenues pour le béton, notamment en termes de dosage
en ciment ou liant équivalent et de rapport Eauefficace / Ciment
ou Liant équivalent.
Ces critères ne sont pas forcément suffisants. Le fascicule de
documentation AFNOR FDP 18011 (03/2016) apporte des
recommandations complémentaires importantes, notamment
en termes de choix du ciment et de caractérisation des milieux
agressifs.

■ Définition du revêtement d’imperméabilisation
Il s’agit d’un revêtement, mince ou épais, adhérent à 100 % au
support sur lequel il est appliqué et qui ne résiste pas à une fissuration du support, mais qui reste susceptible de ponter des microfissures d’ouverture inférieure ou égale à 0,2 mm.

■ Définition du revêtement d’étanchéité
Il s’agit d’un revêtement, mince ou épais, adhérent ou indépendant, fixé le cas échéant mécaniquement au support sur lequel il
est appliqué et qui résiste à une fissuration quantifiée du support,
« instantanée » ou « cyclique » attestée par des essais de laboratoire prenant en compte les conditions d’immersion, le marnage,
le vieillissement.

La mise en œuvre du béton doit être particulièrement soignée. Il
doit être soigneusement serré par vibration dès lors qu’il ne s’agit
pas de béton auto-plaçant.

1.1.3 Rôle du concepteur

■ Points à surveiller

Qu’il s’agisse d’un revêtement d’imperméabilisation ou d’étanchéité, l’attention du concepteur est attirée sur le fait qu’il peut
être envisagé de faire jouer à ces revêtements un autre rôle que
celui d’imperméabilisation ou d’étanchéité comme, par exemple,
celui de la protection du support contre les agressions chimiques
de l’ambiance intérieure à l’ouvrage ou du liquide réceptionné,
transporté, traité ou stocké.

– les dispositifs de rebouchage des réservations pour entretoises
de coffrage ;
– les traversées de parois par les canalisations ;
– les reprises de bétonnage.

Les points faibles d’une structure sans revêtement, et destinée à
contenir de l’eau ou des liquides, sont essentiellement constitués
par les points singuliers tels que :

Les reprises de bétonnage doivent être particulièrement soignées et judicieusement orientées par rapport à la direction principale des efforts.

Pour autant, il est fondamental de comprendre que la durabilité
d’un revêtement, de quelque nature que ce soit, restera en général très inférieure à la durabilité exigée par la classe structurale
retenue pour l’ouvrage au sens de l’Eurocode 2.

Les risques de nids de cailloux en pied d’élévations ou entre
levées verticales peuvent être évités. Cela implique de mettre en
place des dispositifs appropriés destinés à assurer une étanchéité
rigoureuse en pied de banche ou entre deux banches afin d’éviter
les fuites de laitance et d’éléments fins.

Il conviendra donc pour le concepteur d’être vigilant sur la préconisation dès lors que les conditions d’agression chimiques, physiques ou mécaniques sont élevées.
Ainsi, prévoir la mise en place d’un revêtement destiné à
jouer un rôle de protection ne devra jamais conduire à prescrire
un béton support qui ne tienne pas compte des exigences liées
à l’agressivité reconnue du milieu environnant (liquide ou
gazeux).

Les phénomènes de retrait doivent faire l’objet d’un plan précis de
bétonnage et de reprises pour éviter les fissurations préjudiciables.
Pour les ouvrages les plus importants, des zones de clavetage,
bétonnées quelques jours après la masse principale du béton,
peuvent être étudiées.
Certains produits, incorporés dans la masse au béton ou appliqués en surface ultérieurement, peuvent améliorer l’étanchéité
globale de l’ouvrage, mais leur efficacité reste limitée dès lors que
certains points singuliers présentent une porosité ouverte trop
significative.

1.2 Ouvrages sans revêtement
1.2.1 Principe
Dans le cas de l’étanchéité d’un ouvrage sans revêtement, c’est
la structure résistante qui assure l’étanchéité.

1.2.2 Différents produits améliorant l’étanchéité
d’un ouvrage sans revêtement

Cela veut dire que les déformations des parois des ouvrages
sous l’effet des sollicitations telles que la charge hydraulique, le
retrait, le bridage, les sollicitations thermiques, les surcharges
d’exploitation, ne doivent pas entraîner une fissuration de la structure incompatible avec la classe d’étanchéité retenue pour les
parois au sens de l’Eurocode 2 partie 3 (voir autres articles complémentaires dans le Pour en savoir plus).

1.2.2.1 Adjuvants et ajouts
Il est important de préciser que ces produits ne sont, en général
(hors hydrofuge de masse), pas spécifiquement destinés à améliorer l’étanchéité du béton.

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