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CHAPITRE 4: Conception du système INTRODUCTION La conception technique est le s

CHAPITRE 4: Conception du système INTRODUCTION La conception technique est le second stade de la planification de l’irrigation, le premier stade concernant les besoins en eau des cultures, les types de sol, le climat, la qualité de l’eau et le programme d’irrigation. Les conditions d’approvisionnement en eau, l'électricité disponible et la topographie du terrain doivent également être considérées, de même que les considérations économiques, les disponibilités en main-d’œuvre et le niveau de compétence. Le système d’irrigation est sélectionné après une évaluation approfondie des données ci-dessus et un processus de calcul détaillé, intégrant les débits dans le système, la dose d’irrigation, la durée d’application et le programme d’irrigation. Une fois la conception achevée, une liste détaillée de tous les équipements requis pour la mise en place du système est préparée avec des descriptions complètes, les normes et les spécifications de chaque élément. CONCEPTION DU SYSTÈME La procédure de conception hydraulique et technique est presque la même pour tous les types de systèmes d’irrigation sous pression. Il s'agit d'une série de calculs intrinsèquement liés, dont les différents stades sont résumés ci-dessous. Sélection du distributeur d’eau (asperseur, goutteur, mini-asperseur, barboteur, tuyau, etc.) en fonction de la culture à irriguer, des méthodes d’irrigation et des besoins en eau: • type, débit, pression de service, diamètre de couverture; • espacement et nombre de distributeurs par ligne latérale. CONCEPTION DES CONDUITES LATÉRALES • longueur, direction, espacement et nombre total de lignes latérales (dans les systèmes fixes) ou positions des conduites latérales (dans les systèmes semi-permanents); • débit dans la conduite latérale: nombre de distributeurs par conduite x débit du distributeur; Pressurized Irrigation Techniques Techniques d’irrigation sous pression 4.1 Pressurized Irrigation Techniques Chapitre 4 – Conception du système 4.2 • nombre de conduites latérales fonctionnant simultanément = débit du système/débit de la conduite latérale; • nombre de tours pour réaliser une irrigation = nombre total de lignes latérales ou positions ÷ nombre de conduites latérales fonctionnant simultanément; • durée d’application = dose d’irrigation en mm ÷ taux d’application en millimètres par heure; ou dose d’irrigation en mètres cubes par heure ÷ débit du système en mètres cubes par heure. CONCEPTION DES CONDUITES Les conduites latérales Il est important de comprendre les fonctions et les principes de fonctionnement des distributeurs d’eau avant de commencer le processus de conception. L'une des principales caractéristiques de tous les types de distributeurs est la relation entre le débit et la pression de fonctionnement, habituellement exprimée par la formule empirique: q = kdH * où q est le débit du distributeur; k et d sont des coefficients (constantes), H est la pression au niveau du distributeur et * est un exposant caractérisé par le régime d’écoulement dans le distributeur et la courbe de variation du débit en fonction de la pression. Plus la valeur de * est basse, plus l’influence des variations de pression sur le débit du distributeur le long de la conduite latérale est faible. La plupart des régimes d’écoulement des distributeurs sont entièrement turbulents, avec une valeur d’exposant égale à 0,5. Ainsi la variation de débit est la moitié de la variation de pression, lorsque le ratio de deux pressions différentes est < 1,3/1. Afin d’assurer une bonne uniformité de l’application d’eau au niveau du champ, les variations de débit des distributeurs doivent être minimales, et en aucun cas supérieures à 10 pour cent. Ce critère a été établi par J. Christiansen pour les asperseurs, mais est actuellement appliqué à tous les systèmes sous pression. En règle générale, la différence de pression maximale admise entre deux distributeurs qui fonctionnent ne doit pas être supérieure à 20 pour cent. Les conduites latérales avec distributeurs doivent être dimensionnées de manière à ce que la perte de charge (pression) due au frottement dans la conduite latérale ne dépasse pas 20 pour cent. La perte de charge due au frottement dans les conduites latérales est fournie par un graphique ou un tableau. La valeur donnée indique normalement une perte de charge en mètres ou pieds par 10 mètres ou 100 pieds de conduites. Par exemple, pour une conduite latérale d'asperseurs à raccord rapide de 50 mm de diamètre transitant un débit de 15 m3/h, les pertes de charge sont de 7 pour cent. Pour une conduite latérale de 120 m, les pertes de charge sont de 7/100 x 120 = 8,4 m. Mais cette perte correspond à un débit total de 15 m3/h parcourant la totalité des 120 m de la conduite latérale. Cela ne correspond donc pas à la réalité car le débit diminue en route après chaque distributeur. Afin de prendre en compte les pertes de charge réelles, la valeur ci-dessus est multipliée par F, le coefficient de réduction de Christiansen, pour compenser les débits distribués en route par la conduite latérale. Les valeurs de F dépendent du nombre de distributeurs uniformément répartis le long de la conduite (tableau 4.1). Trois différentes séries de valeurs de F existent, correspondant à l’exposant (m) de la valeur de Q, qui varie dans les formules de Hazen Williams (1,85), Scobey (1,9) et Darcy Weisbach (2). En outre, on prend les valeurs les plus basses si la distance de la première sortie équivaut à la moitié de l’espacement des distributeurs. Les différences entre les diverses valeurs de F sont toutefois quasi-négligeables. En supposant qu'il y ait dans l’exemple ci-dessus dix distributeurs (asperseurs en l’occurrence) sur la conduite latérale, la valeur de F est de 0,4. Ainsi, pour une conduite latérale à raccord rapide de 50 mm de diamètre transitant un débit de 15 m3/h, avec 10 asperseurs distribuant 1,5 m3/h avec une pression de 2 bars, les pertes de charge sont de 7/100 x 120 x 0,4 = 3,36 m. Cette valeur ne doit pas excéder le maximum autorisé, qui est de 20 pour cent de la pression moyenne de fonctionnement de l’asperseur, c'est-à-dire 2 bars x 0,20 = 0,4 bar, soit 4 m sur terrain plat. Lorsque la conduite latérale est en pente descendante, la différence de niveau s’additionne à la perte de pression maximale admissible. A l'inverse, en cas de montée, la différence de niveau est déduite. En raison de la multiplicité des distributeurs avec des régimes de débit variables et des autres facteurs affectant le rapport pression/débit le long des conduites latérales dans les champs, telles les pertes minimes de Pressurized Irrigation Techniques Techniques d’irrigation sous pression 4.3 Nombre de sorties 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 F (m = 2) 1,0 0,62 0,52 0,47 0,44 0,42 0,41 0,40 0,39 0,385 Nombre de sorties 12 15 20 24 28 30 40 50 100 > F (m = 2) 0,376 0,367 0,360 0,355 0,351 0,350 0,345 0,343 0,338 0,333 TABLEAU 4.1 - Valeurs de F pour des sorties multiples Pressurized Irrigation Techniques Chapitre 4 – Conception du système 4.4 charge locales qui se produisent à la jonction des distributeurs sur les tuyaux de faibles dimensions, ainsi que les fluctuations de température, le fournisseur est toujours tenu de fournir des barèmes pour la longueur optimale des conduites latérales avec distributeurs, basés sur le diamètre de la conduite latérale, l’espacement des distributeurs, la pression de fonctionnement, le débit et la pente du terrain. Les adducteurs, conduites principales et secondaires À partir des adducteurs, qui peuvent également être des conduites principales ou secondaires, plusieurs rampes latérales peuvent être alimentées simultanément. Le débit sur ces conduites est distribué en route, comme sur les rampes portant des distributeurs. Par conséquent, lorsque l’on détermine les pertes de charge dues au frottement, il faut également appliquer le coefficient de réduction F de Christiansen. Exemple: adducteur de 120 m en tube de PEHD de 75 mm, 6 bars, 16,3 m3/h, 6 rampes latérales fonctionnant simultanément: la perte de charge à plein débit est de 3,3 pour cent, soit 4 m x 0,42 = 1,7 m environ. Les conduites principales et secondaires et toutes les bornes sont dimensionnées de telle façon que les pertes de charge n’excèdent pas environ 15 pour cent de la charge dynamique totale requise à la tête du réseau de conduites. Sur terrain plat, ces pertes de charge s’élèvent à environ 20 pour cent de la pression de fonctionnement fixée pour les distributeurs. Il s’agit d’une règle pratique pour tous les réseaux de conduites sous pression pour obtenir des conditions de pression et de distribution de l’eau uniformes en tous points du système. La figure 4.1 ci- dessous ne doit pas être confondue ou associée d’aucune façon avec la perte de charge maximale autorisée le long des rampes latérales. Dans la figure ci-dessus, Pa est la pression moyenne au distributeur ou la pression fixe relevée dans le catalogue; Pn est la pression en tête de la FIGURE 4.1 - Pression de fonctionnement requise pour les systèmes sous pression. Ouvrage de tête Conduite principale Adducteur Conduite latérale avec distributeurs Pm = 1,35 Pa Pn = 1,15 Pa Pa = 1,00 Po conduite latérale; Po = 0,95. Pa est la pression au sortir du distributeur et Pm est la pression à l’entrée de la conduite principale. 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