Cours introductif à la modélisation des réseaux hydrauliques avec le modèle EPANET

1. MODELISATION DES
RESEAUX HYDRAULIQUES
v1.0
Roland O. YONABA
ING. M. Sc. Eau & Environnement
Assistant d’Enseignement et de Recherche
Département Génie Civil & Hydraulique - 2iE
Email: ousmane.yonaba@2ie-edu.org
Introduction au modèle EPANET

2. OBJECTIFS DE SESSION
■ Comprendre les principes généraux de la modélisation des réseaux
hydrauliques
■ Etre capable d’effectuer une modélisation d’un réseau sous le
modèle EPANET
■ Etre capable d’effectuer une simulation
■ En situation statique (simulation courte durée)
■ En situation dynamique (simulation longue durée)
■ Etre capable de générer des rapports d’état de simulation
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3. LA MODELISATION DES
RESEAUX HYDRAULIQUES

4. 01. GENERALITES
■ La modélisation hydraulique consiste à effectuer la simulation
(informatique) du comportement d’un fluide à travers un système
d’écoulement.
■ Le modèle hydraulique droit fournir une vision globale et juste du
réseau, afin de reproduire au mieux la réalité
■ En élaborant des scénarios qui seront simulés sur le modèle
hydraulique du réseau, il sera possible de mieux comprendre et de
prévoir son comportement afin d’anticiper certains
dysfonctionnements.
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Définition de la modélisation hydraulique
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5. 01. GENERALITES
■ 1936 : Hardy-Cross publie un algorithme itératif pour
la résolution des réseaux maillés en régime
permanent
■ 1970 : Apparition des premiers modèles pour l’analyse
des réseaux tels KYPIPE (Wood)
■ 1990 : Introduction des techniques de résolution des
phénomènes transitoires (coups de bélier)
■ 1993 : Publication d’EPANET (Lewis A. Rossman)
■ 1996 : Sortie de H20Net (MWH Soft), basé sur le
modèle EPANET, avec interfaces GUI et CAD.
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Quelques dates de la modélisation hydraulique
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Hardy Cross
1885-1950
Lewis A. Rossman

6. 01. GENERALITES
■ Nécessité de connaitre les méthodes de calcul des réseaux
d’adduction et de distribution pour leur dimensionnement, mais
l’ingénieur devra toujours chercher à vérifier la robustesse et la
fiabilité du système qu’il a dimensionné
■ L’ élaboration de scénarios passe par la réponse à la question :
« que peut-il se passer sur le réseau et à quel moment ? Quels
changements seront entraînés ? »
■ Par suite, il faut décider s’il est nécessaire de changer des
éléments du réseaux pour s’adapter à des situations particulières
■ Attention au surdimensionnement!
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Scénarios de la modélisation hydraulique (1/2)
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7. 01. GENERALITES
■ Quelques exemples de scénarios :
■ Débits maximums ou minimum
■ Extension de réseau
■ Rupture d’une ou de plusieurs conduites, etc.
■ La simulation de différents scénarios permet de contrôler :
■ Les vitesses d’écoulements et les pertes de charge en tronçon
■ Les pressions aux divers nœuds du réseau
■ La répartition des débits dans les mailles de réseau, etc.
■ Plus un réseau est robuste, plus il est en mesure de s’adapter à
différents scénarios et meilleure est sa fiabilité
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Scénarios de la modélisation hydraulique (2/2)
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8. PRESENTATION DU
MODELE EPANET

9. 01. EPANET
■ Un logiciel de simulation du
comportement hydraulique et
qualitatif de l’eau sur longue durée
dans un réseau d’eau sous pression
■ EPANET calcule :
■ le débit dans chaque tuyau
■ La pression à chaque nœud
■ Le niveau d’eau dans les
réservoirs
■ La concentration en substances
chimiques dans le réseau et les
temps de séjour
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Ce qu’est EPANET
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10. 01. EPANET
■ Taille de réseau illimitée
■ Formules de Hazen-Williams, Darcy-Weisbach et Chezy-Manning
■ Sait calculer les pertes de charge singulières aux coudes, joints
■ Sait modéliser les pompes (même à vitesse variable), l’énergie
consommée et le coût de fonctionnement
■ Sait modéliser différents types de vannes (clapets anti retour,
vannes de contrôle de pression, vannes d’arrêt, etc.).
■ Sait modéliser les réservoirs à forme variable
■ Sait modéliser un profil de consommation variable à un nœud ou
une consommation dépendante de la pression (asperseur)
■ Permet la simulation du réseau par commandes simples ou
horodatées
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Capacités de modélisation hydraulique d’EPANET
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11. 01. EPANET
■ Logiciel EPANET (v2)
■ Site web de l’USEPA (en anglais)
■ Site web de SIGEA (en français)
■ Documentation EPANET (v2)
■ User Manual, format PDF (en anglais)
■ Manuel utilisateur, format PDF (en français)
■ Guide rapide de présentation, format PDF (en français)
■ Didacticiel EPANET, format DOC (en français)
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Où obtenir EPANET
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12. 02. AUTRES MODELES
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Logiciels du commerce pour la modélisation des réseaux hydrauliques
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13. MODELISATION D’UN RESEAU
Application pratique

14. 01. EPANET
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Interface utilisateur
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1.
1. Barre de menus
2. Fenêtre de schéma
de réseau
3. Barre d’outil
4. Barre d’état
5. Unités
6. Icône d’état de
simulation
7. Editeur de propriétés
8. Navigateur
2. 3.
4.
5. 6. 7. 8.

15. 02. CAS APPLICATIF
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Réseau à modéliser
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Réservoir
• Côte radier : 250 m
• Niveau initial : 1 m
• Niveau maximal : 6 m
• Diamètre : 20 m
Bâche : Côte : 210 m
Pompe : Q = 42 l/s – HMT = 45 m

16. 03. MODELISATION DE RESEAU
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Configuration d’un nouveau projet
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■ Configurer les options par
défaut de projet
■ Menu Projet > Par Défaut
■ Configurer les options d’affichage
■ Menu Affichage > Options
Schéma > Affichage
■ Cocher Visualiser ID Nœuds
■ Cocher Visualiser ID Arcs

17. 03. MODELISATION DE RESEAU
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Prise en main des barres d’outils Standard et Schéma
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Menu Affichage > Barre d’Outils

18. 03. MODELISATION DE RESEAU
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Construction du réseau
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■ A l’aide de la barre d’outils Schéma, représenter dans l’espace de
travail
■ Les nœuds (sources et demandes)
■ Positionner les bâches
■ Positionner les nœuds de demande
■ Positionner les réservoirs
■ Positionner les tuyaux
■ Positionner les singularités (pompes, vannes)
■ Note:
■ Apprendre à effectuer des déplacements des nœuds de
demande et des nœuds de construction des tuyaux courbes

19. 03. MODELISATION DE RESEAU
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Saisie des propriétés des objets (1/2)
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■ Définir les propriétés de la bâche
■ Altitude (charge totale)
■ Définir les propriétés du réservoir
■ Altitude du radier
■ Niveaux initial, Minimal et
maximal
■ Diamètre
■ Définir les propriétés des tuyaux
■ Longueur, diamètre, rugosité
■ Définir les demandes de base et
altitudes aux nœuds de demande
Dans le Navigateur de données, sous l’onglet
Données, choisir l’élément à éditer dans la liste
déroulante pour afficher l’Editeur de propriétés

20. 03. MODELISATION DE RESEAU
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Saisie des propriétés des objets (2/2)
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■ Navigateur de données > Courbes
> Ajouter.
■ EPANET accepte la représentation
de la courbe de la pompe sous la
forme Q-V, Q-H, Q-ΔH, Q-ƞ
■ Choisir Type > Caractéristique

21. 01. MODELISATION DE RESEAU
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Sauvegarder et exporter un projet
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■ Enregistrer le projet sous
format binaire (Fichier
*.NET)
■ Fichier > Enregistrer
ou Enregistrer Sous
■ Enregistrer le projet sous
format texte (Fichier *.INP)
■ Fichier > Exporter >
Réseau
Le projet pourra être réimporté via
Fichier > Ouvrir ou Fichier > Importer

22. SIMULATION DE RESEAU
EN REGIME PERMANENT
Application pratique

23. 01. SIMULATION D’UN RESEAU
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Calcul d’un réseau en régime permanent
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■ Exécuter la simulation statique :
■ Menu Projet > Lancer la simulation
■ Barre d’outils Schéma > Exécuter
Analyse
■ Observer les :
■ codes couleurs aux nœuds et arcs
dans Affichage > Légende
■ Valeurs calculées sur les nœuds et
arcs
 Afficher les valeurs et flèches d’écoulement sur le réseau pour
vérification graphique dans Affichage > Options Schéma
 Affichage > Visualiser Valeurs des nœuds et Valeurs des arcs
 Flèches d’Ecoulement > Plein

24. 01. SIMULATION D’UN RESEAU
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Création de rapport tabulés
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■ Barre d’outils Schéma > Tableau
■ Générer un tableau d’état des nœuds et des arcs du réseau

25. 01. SIMULATION D’UN RESEAU
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Création de rapports graphiques
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■ Créer un graphique de type profil
longitudinal
■ Rapport > Graphique > Profil
longitudinal
■ Ajouter les nœuds à représenter
et définir le paramètre concerné

26. SIMULATION LONGUE DUREE
Application pratique

27. 01. SIMULATION D’UN RESEAU
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Courbe de modulation de la demande
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■ Définir les options de temps
■ Navigateur de données > Onglet Données > Options > Temps
■ Définir la Durée Totale de la simulation
■ Définir l’intervalle Courbes Modulation
Périodes Facteur
0h-6h 0,5
6h-12h 1,3
12h-18h 1,0
18h-24h 1,2
Ici, l’intervalle est de 6 h

28. 01. SIMULATION D’UN RESEAU
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Courbe de modulation de la demande
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Définir la courbe de modulation de la demande
dans Navigateur de données > Onglet Données
> Courbes de modulation > Ajouter
Attribuer la courbe de modulation à
tous les nœuds de demande par
défaut dans Projet > Options de
Simulation

29. 01. SIMULATION D’UN RESEAU
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Exécution de la simulation longue durée
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■ Exécuter la simulation :
■ Menu Projet > Lancer la simulation
■ Ou Barre d’outils Schéma > Exécuter
Analyse
■ Utiliser les boutons Avance, Recule, Arrêt et
Remise à Zéro de l’onglet Schéma du
Navigateur de données
■ Visualiser l’évolution des débits et pressions
aux arcs et aux nœuds du réseau pendant la
simulation longue durée.
■ Remarquer aussi les inversions d’écoulement
dans certains tuyaux

30. 01. SIMULATION D’UN RESEAU
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Création d’un graphe d’évolution
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■ Créer un graphique de type Graphe
d’évolution
■ Rapport > Graphique > Graphe
d’évolution
■ Ajouter les nœuds à représenter et
définir le paramètre concerné

31. CONCLUSION…