Les ch

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Les châteaux deau
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Table des matières

• I. Analyse dun château deau en général
• A. Analyse fonctionnelle
• B. Schéma détaillé du château deau
• II. Rôle du château deau.
• A. Le captage de leau potable
• B. Pourquoi sontils en hauteur?
• C. Formules hydrostatiques
• III. Etude dun château deau en particulier.

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Un château deau est une construction placée en
général sur un sommet géographique permettant de
stocker de leau et de fournir le réseau de
distribution en eau sous pression (la pression
idéale chez un particulier est entre 2 et 3
bars). Chaque différence de niveau de 10 mètres
correspond à une variation de 1 kg/cm². Les
habitations qui se trouvent dans le fond d'une
vallée auront donc une pression plus élevée que
celles qui se trouvent plus haut. Le château
deau a quatre fonctions  -Il régule le
débit d'eau. Son réservoir est dimensionné pour
répondre à la consommation d'eau du réseau sur 24
heures. -Il sécurise l'approvisionnement. En
cas d'incident à la station de production d'eau
(pollution, problème technique), ses réserves lui
permettent de continuer l'approvisionnement en
eau de qualité. -Il participe à
l'amélioration de la qualité de l'eau. Le château
d'eau permet un nouveau temps de contact entre
l'eau et les produits améliorant sa qualité.
-Il assure la pression d'eau dans le réseau. Les
pompes placées en sortie de station de production
d'eau ne sont pas suffisamment puissantes pour
propulser l'eau jusqu'à l'extrémité du réseau
(souvent plusieurs dizaines de kilomètres). Le
château d'eau permet ainsi une sorte de reprise
de pression. L'eau du réservoir placé en haut du
château d'eau, chute sur plusieurs dizaines de
kilomètres lorsqu'elle est libérée. Du coup elle
reprend suffisamment de pression pour aller
jusqu'au château d'eau suivant ou jusqu'aux
habitations situées en bout de réseau. En quoi
le château deau est-il un élément important dans
la distribution de leau?
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I. Analyse dun château deau en général.

• Analyse fonctionnelle

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• B. Schéma détaillé du château deau.
• Un château deau se compose de différents
  composants 
• - La CUVE qui sert a stocké leau. Elle
  représente une grosse partie du château deau.
  Elle est généralement à double paroi pour isoler
  à la fois leau et la structure de leffet des
  températures extérieures et évite les
  conséquences défavorables de fuites éventuelles.
  Elle est couverte dune toiture accessible,
  entourée dune attique, rebord de corniche ou
  garde-corps dune hauteur qui permet inspection
  et entretien en sécurité. Elle est traversée
  dune cheminée, qui livre passage à lescalier.
  La capacité est variable. Elle est calculée en
  fonction des besoins aux alentours un petit
  hameau ou un grand village? Mais il y a des
  limites, car les matériaux utilisés pour la
  construction doivent supporter le poids de leau.
  Aussi, on dépasse peu souvent 2.000 m3 de
  capacité.
• Elle est ventilée par des chatières, pour
  renouveler lair au-dessus du plan deau et
  éviter la condensation  les orifices daération
  sont pourvus de grillages et de moustiquaire.
  Léclairage naturel est réduit  les points
  lumineux artificiels sont alimentés sous très
  basse tension.
• Létanchéité des cuves en béton est assurée par
  un enduit intérieur de mortier de ciment,
  rarement par une membrane plastique libre. Une
  certaine peinture (résines époxydes) complétée
  par une protection cathodique, protège contre la
  corrosion la surface interne des cuves
  métalliques. Un paratonnerre assure la protection
  de louvrage contre la foudre.
• Les CANALISATIONS INTERIEURES du château deau
  sont en acier. Leur diamètre est souvent réduit
  par rapport à celui des conduites extérieures
  enterrées qui aboutissent à louvrage.
• - La CONDUITE DADDUCTION traverse la cuve
  jusquau dessus du niveau de trop-plein et
  lalimente par jet à lair libre. Parfois, pour
  éviter que la perte dacide carbonique libre
  provoquée par cette aération rende leau
  incrustante, la conduite damenée est prolongée
  jusquau fond de la cuve. Une vanne commandée
  soit pas flotteur, soit électriquement ou
  hydrauliquement, obture la canalisation quand le
  niveau de trop-plein est atteint.

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• La CONDUITE DE DISTRIBUTION puise l'eau dans une
  cunette au fond de la cuve, à travers une
  crépine. Son diamètre est souvent plus important
  que celui de la conduite d'amenée, compte tenu
  des débits de pointe qu'elle doit véhiculer.
• - Les CANALISATIONS DALIMENTATION ET DE
  DISTRIBUTION comportent une vanne disolement
  après leur pénétration dans la cave. Elles sont
  équipées dun compteur ou dun débitmètre
  électromagnétique, qui enregistre le diagramme de
  leur débit. Un comptage spécial, dimensionné par
  les faibles débits, installé en by-pass du
  compteur principal de la conduite de distribution
  fournit des indications sur les pertes de
  réseaux. Une liaison entre les deux canalisations
  permet, par un jeu de vannes, la distribution,
  cuve hors service, et dautre part, le nettoyage
  du plan deau par débordement dans la goulotte de
  trop-plein.
• Une canalisation de trop-plein évacue à légout,
  au fossé ou au cours deau le plus proche, le
  débit de débordement en cas de défection de la
  vanne automatique de fermeture de la conduite
  dalimentation  la conduite de vidange la
  rejoint sous la cuve.
• Toutes les conduites sous cuves, hormis celle de
  trop-plein sont calorifugées, pour les tenir à
  labri du gel.
• Le DETECTEUR-ENREGISTREUR du niveau deau dans la
  cuve, relié au réseau téléphonique, indique à
  distance, sur simple appel, le degré de
  remplissage du château deau.

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II. Rôle du château deau
A. Le captage de leau potable.
La protection des captages deau potable passe
par des mesures administratives (déclaration
dutilité publique - DUP, intégration au plan
local durbanisme - PLU) et la prise en compte
des risques de pollutions. La qualité de leau
potable est menacée par les nombreuses activités
humaines qui induisent des pollutions. Il est
donc impératif de prendre des mesures préservant
sa qualité. Pour protéger un captage
dalimentation en eau potable, il faut connaître
sa vulnérabilité, ainsi que les risques que lui
fait courir son environnement, prendre des
mesures administratives et techniques
susceptibles de les diminuer, sensibiliser le
public, notamment les pollueurs potentiels. Les
mesures administratives de protection des
captages deau potable prévoient une
déclaration dutilité publique (DUP) qui vise à
protéger les abords immédiats de louvrage en
réglementant les activités susceptibles de nuire
à la qualité de leau la prise en compte de
périmètres de protection des captages dans le
cadre dun plan local durbanisme (PLU) dont le
rôle est de déterminer les modes doccupation du
territoire communal pour les années à venir. Des
précautions doivent également être prises lors de
la réalisation de louvrage il ne doit pas
favoriser linfiltration rapide des eaux de
ruissellement, il doit être protégé des crues, il
ne doit pas mettre en communication deux nappes
aquifères (différentes, ni servir de refuge à la
faune La protection des captages est
fondamentale, elle doit saccompagner de mesures
générales pour éviter la pollution des eaux
souterraines. Un aquifère est une couche de
terrain, suffisamment poreuse (qui peut stocker
de l'eau) et perméable (où l'eau circule
librement). La nappe qu'il contient est
susceptible d'alimenter des ouvrages de
production d'eau potable ou pour l'irrigation 
puits, forages et captages. La nappe phréatique
est la nappe contenue dans l'aquifère de surface
qui alimente les puits.
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Trois types de périmètres sont mis en place -
Le périmètre de protection immédiat dont les
limites sont établies afin dinterdire toute
introduction directe de substances polluantes
dans leau prélevée et dempêcher la dégradation
des ouvrages. Les terrains compris dans ce
périmètre sont clôturés, sauf dérogation prévue
dans lacte déclaratif dutilité publique, et
sont régulièrement entretenus. Toutes activités,
installations et dépôts y sont interdits, en
dehors de ceux qui sont explicitement autorisés
dans cet acte. - Le périmètre de protection
rapproché où sont interdits les activités, les
installations et les dépôts susceptibles
dentraîner une pollution de nature à rendre
leau impropre à la consommation humaine. Les
autres activités doivent faire lobjet de
prescriptions et sont soumises à une surveillance
particulière. Les limites du périmètre de
protection rapproché peuvent être matérialisées
et signalées si cela savère nécessaire. - Le
périmètre de protection éloigné à lintérieur
duquel sont réglementés les activités, les
installations et les dépôts. Il dépend de la
nature des terrains, de la nature et de la
quantité des produits liés à aux activités
proches.
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B. Pourquoi sont-ils en hauteur ?
On comprend donc que le château d'eau possède
deux principales fonctions. - La première est
de remonter l'eau depuis la nappe et de la
stocker dans le réservoir. - La deuxième
fonction est de délivrer cette eau contenue dans
le réservoir aux habitations voisines. Dans
chaque habitation, le consommateur à besoin d'une
eau qui coule avec un bon débit. Cela veut dire
que l'eau doit être distribuée avec une certaines
pression. Cette pression est la pression
hydrostatique qui résulte de la position en
hauteur du réservoir. Nous avons montré par des
expériences lintérêt de positionner le château
deau en hauteur pour avoir une pression
suffisante dans les habitations. Nous avons aussi
montré que la longueur et le diamètre des
canalisations jouent aussi un rôle important dans
lacheminement de leau dans les
habitations. Pour calculer le débit, nous
utilisons la formule suivante
D(débit) V(volume) / T(temps)
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Expériences Pour montrer que la hauteur du
château deau influe sur le débit de leau, on
fait la même manipulation que lexpérience 1 avec
le moyen tuyau et deux hauteurs de la bouteille
différentes par rapport au sol 
Bouteille à 20 cm du sol
Bouteille à 40 cm du sol
On obtient donc les valeurs suivantes  A 20
cm  49 s D2.04 L/s A 40 cm  26 s D3.8
L/s On en conclue donc que plus le château deau
est haut plus le débit est important.
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Pour montrer que, dans un château deau, la
longueur de la canalisation influe sur le débit
de leau, on prend une bouteille deau retournée
(qui représente le château deau), et on fait 3
expériences avec 3 longueurs de tuyaux
différentes (qui représentent les
canalisations).On démarre le chronomètre lorsque
lon commence à laisser couler leau et on
larrête lorsque lon obtient 100 mL deau à
laide dune burette graduée.
Petit tuyau
Tuyau moyen
Long tuyau
On obtient ainsi les valeurs suivantes  Avec
le petit tuyau (38cm) 15 s D 6.7 L/s Avec
le moyen tuyau (1m) 24 s D 4.2 L/s Avec
le grand tuyau (1m90) 44 s D 2.3 L/s On
remarque bien que le débit varie suivant la
longueur du tuyau plus le tuyau est long moins
le débit est important.
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Pour montrer que la grosseur de la canalisation
influe sur le débit, on fait la même expérience
que précédemment mais à la place du moyen tuyau
(de diamètre 3 mm) on en prend un de la même
longueur mais dun diamètre plus gros (6 mm)
Expérience avec le moyen gros tuyau
Leau coulant dans la burette graduée
On obtient alors les valeurs suivantes  Avec
le tuyau de 3 mm de diamètre  24 s D4.2
L/s Avec le tuyau de 6 mm de diamètre  8
s D12.5 L/s
On remarque donc clairement que plus le tuyau a
une grosseur importante et plus il pourra faire
passer plus deau et donc acheminer leau plus
rapidement. Le débit sera donc plus important.
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C. Formules hydrostatiques.
L'hydrostatique est l'étude des fluides
immobiles. Fondée par Archimède, c'est de loin le
cas le plus simple de la mécanique des
fluides. Un fluide est un corps qui n'a pas de
forme propre. Les gaz et les liquides sont des
fluides La pression est une grandeur
proportionnelle à l'intensité de la force et
inversement proportionnelle à la surface S sur
laquelle s'exerce cette force. F en newtons
(N) S en m2 p en N.m-2 ou en pascals
(Pa). La pression n'est pas une grandeur
vectorielle, mais une grandeur scalaire.
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PRINCIPE FONDAMENTAL Pour calculer la différence
de pression en deux points dun fluide, on
utilise la formule suivante p hr g -La masse
volumique r est indépendante de la pression et
égale à 1000 kg.m³ -Lintensité de lapesanteur g
est égale à 9,8 N.kg¹ -h est la différence de
hauteur deau sexprimant en mètre (m)
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En conclusion, nous pouvons dire que le château
deau est une partie importante de lacheminement
de leau de la nappe phréatique jusquaux
habitations. En effet, même sil nest quun
morceau de ce réseau, car dautres
infrastructures se présentent sur le parcours de
leau comme les canalisations de transport et
de distribution, les captages, les usines de
traitement, les stations de pompage, les
réservoirs au sol, il est quand même lorgane le
plus important. Cest dans celui-ci que leau
sera stockée en attendant dêtre acheminé vers
les habitations. Cest grâce a lui aussi que se
fait la régulation de leau.
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Ce dossier a été réalisé par LEPVRIER
Romain SIMON Bruno TETU Kévin