Sécurité des réseaux d’adduction d’eau potable en présence de défaut superficiel sous l’effet du phénomène de coup de bélier

Safety of drinking water systems in the presence of surface defects under the effect of water hammer phenomenon

• Auteur / Autrice : Mohamed Ali Bouaziz
• Direction : Zitouni Azari, Ezzedine Hadj Taieb
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 02/06/2016
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Université de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LABPS - Laboratoire de mécanique Biomécanique Polymère Structures - EA4632
• Jury : Président / Présidente : Abdelwaheb Amrouche
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zitouni Azari, Ezzedine Hadj Taieb, Abdelwaheb Amrouche, Ali Akrout, Stéphane Panier, Mohsen Akrout
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ali Akrout, Abdelouahed Laksimi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Résistance des matériaux

Matériaux -- Fissuration

Coup de bélier

Tuyaux en matières plastiques

Approvisionnement en eau

Mots clés libres

Coup de bélier

Réseaux d’adduction d’eau

Polyéthylène haute densité

Défaut superficiel

Water hammer

Water supply networks

High density polyethylene

Surface defect

Résumé

La crise de l’eau dans le monde et la pénurie des ressources en eau exigent une bonne gestion de cette précieuse ressource. La bonne gestion passe en premier lieu par un réseau d’adduction d’eau potable fiable avec un faible taux de fuite. Les fuites causées par la rupture des canalisations, phénomène assez fréquent en milieu urbain, s’amorcent sur un défaut dû à la corrosion ou autres. L’amorçage et la propagation de la fissure se fait par fatigue sous l’effet de contraintes engendrées par le passage des véhicules, ou brutalement à cause du phénomène de coup de bélier. La gravité de ces phénomènes dépend de plusieurs paramètres y compris la nature du matériau des conduites. Les matériaux polymères, comme le PEHD, occupent une bonne partie du marché de transport d’eau, grâce à leurs multiples qualités (coût réduit, facilité de pose, flexibilité), notamment dans les réseaux de distribution (réseau secondaire). L’utilisation de ce matériau dans les réseaux d’adduction (aqueducs) est en pleine expansion mais beaucoup moins étudier dans les travaux de recherche. L’objectif de la thèse consiste à étudier le risque de rupture des conduites en polyéthylène haute densité destinée à l’adduction d’eau potable ainsi que leurs résistances au phénomène de coup de bélier. Pour répondre à cette problématique, en premier lieu nous avons caractérisé expérimentalement le comportement mécanique à la rupture des conduites en PEHD. Ensuite, nous avons développé un outil numérique de calcul par élément fini permettant de modéliser la rupture des conduites. À l'issue de cette étude nous avons proposé un modèle semi-empirique reliant la pression d’amorçage d’une fissure à la taille du défaut préexistant ainsi qu’aux dimensions de la conduite. Finalement, nous avons appliqué les outils développés sur un réseau d’adduction d’eau potable existant. Le comportement d’une conduite en PEHD soumise à un phénomène de coup de bélier a été analysé

The water crisis in the world and the shortage of water resources require good management of this precious resource. Good management requires, first and foremost, a reliable drinking water supply system with low leakage rate. Leakage caused by the rupture of pipes, fairly frequent phenomenon in urban areas, initiate from a pre-existing defect in the pipe wall. The initiation and propagation of the crack occur under environmental stress caused by passing vehicles, or it can happen brutally due to water hammer phenomenon. The severity of these phenomena depends on several parameters including the nature of the piping material. Polymeric materials such as HDPE, take a great part of the water transport market, thanks to their many qualities (reduced cost, ease of installation, flexibility), especially in secondary network distribution system. Currently, the use of this material in the supply networks (aqueducts) is booming but less studied in research works. The aim of the present work is to study the failure of high density polyethylene pipes for the supply of drinking water and their resistance to water hammer phenomenon. In order to address this issue, first we have characterized experimentally the mechanical fracture behavior of HDPE pipe. Then, we have developed a finite element calculation tool allowing the modeling of pipes subjected to internal pressure loads. As a result of this numerical study, we proposed a semi-empirical model linking the failure pressure to the size of pre-existing defects as well as the pipe dimensions. Finally, we applied the developed tools on an existing drinking water system. The behavior of HDPE pipe subjected to a water hammer phenomenon was analyzed