Une vanne hydrodynamique innovante pour réduire les déversements dans la Loire
Afin de réduire les déversements d’eaux unitaires vers la Loire, Orléans Métropole a fait appel à 3D EAU pour concevoir une solution innovante de stockage en réseau. Grâce à une vanne de régulation brevetée, les collecteurs existants sont mobilisés comme volumes de stockage temporaire lors des épisodes pluvieux. Cette solution permet de limiter les déversements vers le milieu naturel pour un coût inférieur à un bassin d’orage.
Données clés
Orléans (45)
Ajout de 6 vannes hydrodynamiques pour atteindre l’optimum de stockage après le test d’une vanne pendant 1 an
Validation de l’impact faible sur le réseau lors d’un évènement de période de retour 50 ans
Le contexte : protéger la Loire des rejets d'eaux unitaires
Orléans Métropole souhaite minimiser les déversements des eaux unitaires vers le milieu naturel, la Loire, afin d’atteindre la conformité au sens de l’arrêté du 21 juillet 2015 modifié par l’arrêté du 31 juillet 2020.
La solution : exploiter la capacité de stockage du réseau existant
Plutôt que de construire de nouveaux ouvrages, la Métropole a choisi de mobiliser la capacité de stockage déjà disponible dans ses grands émissaires unitaires (2,5 m de diamètre). L’idée : limiter les débits déversés en Loire en retenant temporairement les effluents dans le réseau, puis les acheminer vers les stations d’épuration à l’aide d’une vanne de régulation.
Cette solution, conçue, dimensionnée et fabriquée par 3D EAU, est le fruit d’un travail de recherche et développement ayant fait l’objet d’un dépôt de brevet.
Une conception validée par la modélisation 1D
Avant toute installation, l’intégration du dispositif dans un modèle réseau 1D a permis de valider la pertinence et la faisabiilté de la solution à l’échelle globale du système. Pour cela, 3D EAU a mené :
Pluies de projet de niveau de service 1
Calibration des paramètres de la vanne hydrodynamique (taille orifice de fond, hauteur de basculement, ...) pour maximiser le gain en volume stocké.
Pluie de projet exceptionnelle de niveau de service 3
Vérification de la capacité du dispositif à s'effacer suffisamment pour que le système d'assainissement récupère sa plein capacité d'évacuation sans risque de débordements.
Chronique pluviométrique annuelle complète
Validation de l'efficacité de la solution proposée sur la réduction des déversements du système vers la Loire.
Cette modélisation a également permis de déterminer, à l’échelle du collecteur, le nombre et l’emplacement optimaux des vannes. Résultat : une réduction significative des déversements, sans créer ni débordement ni risque d’inondation supplémentaire sur le réseau.
Un fonctionnement en trois temps
Développée en collaboration avec le laboratoire ENGEES – ICube de Strasbourg, dans le cadre de la thèse Cifre d’Angel Manjarres, la vanne adapte automatiquement son comportement selon l’intensité de la pluie. Testez les 3 modes de fonctionnement ci-dessous :
Coupe schématique du collecteur
La position du volet et les niveaux d'eau amont / aval varient selon l'état de fonctionnement de la vanne.
Le prototype a été testé sur un canal expérimental mis à disposition par la plateforme Hydraulique du laboratoire ICube.
La modélisation 3D, clé du dimensionnement mécanique
La modélisation 3D a ensuite permis de dimensionner précisément les éléments constructifs de la vanne, en fonction des débits d’ouverture et de fermeture ciblés. Cette étape a été essentielle pour :
À partir des pressions statiques et dynamiques obtenues, 3D EAU a également vérifié les déformations et contraintes subies par la vanne — avec des coefficients de sécurité appliqués sur les efforts imposés — afin de renforcer les zones les plus sollicitées et garantir la tenue structurelle de l’ouvrage. Cette étude a aussi permis de définir les efforts transmis aux ancrages fixant la vanne à la conduite en béton, dont le choix a été réalisé par l’entreprise de travaux SOGEA.
Fabrication et pose de la vanne hydrodynamique conçue
La vanne a été fabriquée dans les ateliers 3D EAU à Lozanne, en acier inoxydable. Une version expérimentale avait au préalable été testée dans le canal du laboratoire ICube à Strasbourg, sous débit maximum.
Son design a été pensé pour limiter les accroches de filasses et déchets présents dans le réseau d’assainissement, tout en s’adaptant aux contraintes géométriques du site. L’équipement a été assemblé une première fois en atelier sur un support d’arceaux métalliques sur mesure. Ella a ensuite été descendue en plusieurs éléments dans le regard, facilitant ainsi sa pose dans le réseau d’Orléans.
La vanne hydrodynamique a ensuite été suivie pendant une durée de 12 mois.
Durant cette phase d'obervation, la vanne basculante s'est ouverte 14 fois, confirmant l'optimisation du stockage des eaux pluviales sans provoquer de débordements. Lors d’un épisode de pluie de période de retour de 50 ans, la vanne s’est ouverte complètement, limitant la montée en charge du collecteur à 1 m sur 12 m de profondeur et validant son faible impact sur le réseau.Vous souhaitez réduire les déversements de votre réseau d'assainissement ?
3D EAU accompagne les collectivités dans la conception de solutions innovantes de gestion des eaux pluviales et unitaires, de l’étude hydraulique à la fabrication sur mesure.