jeanflop/post_ocr_correction2 huggingface dataset:
et de vidange ne concernent qu'une partie du volume du réservoir (environ 1/3 du volume maximal du réservoir). Par ailleurs, les débits moyens respectifs d'alimentation et de vidange d'un compartiment ne sont que de 1 000 m3/h et 800 m3/h et les orifices d'alimentation et de vidange de diamètre 1000 et 1250 mm sont très petits par rapport aux dimensions de ce compartiment. En outre, ces orifices sont, dans chaque compartiment, situés à quelques mètres à peine l'un de l'autre. Aussi, des cloisons ont-elles été établies à l'intérieur des compartiments pour imposer une circulation forcée de l'eau afin d'éviter toute stagnation. Ces cloisons sont constituées de voiles minces (4 cm d'épaisseur) reliant les poteaux de structure du réservoir distants de 4,50 m. Elles ont été construites en béton projeté sur une armature métallique légère du type Nerlat. La longévité de ces cloisons étant fortement compromise en raison de la fissuration généralisée du béton qui les constitue et de la corrosion de l'armature type Nerlat, la Ville de Paris s'est demandée s'il était opportun d'envisager la reconstruction de l'ensemble des cloisons. Il est en effet possible d'imaginer d'autres solutions pour éviter la formation de zones d'eau stagnante risquant d'altérer la qualité de cette eau. Les quantités marquées d'un (*) sont relatives à l'ouvrage. C (M,t) concentration en traceur au point M. Cm (t) : concentration de mélange idéal. Cmo concentration initiale, mélange homogène H : tirant d'eau dans le réservoir Qa : débit d'alimentation Qs : débit de soutirage Ts : temps de séjour théorique du réservoir V : volume d'eau contenu dans le réservoir T : retard La Ville de Paris a donc sollicité le concours de l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse pour que soient examinées et comparées, à partir du modèle réduit d'un compartiment du réservoir, les conditions de circulation de l'eau dans le réservoir dans les cas où celui-ci serait pourvu ou non de cloisons. La présente étude, réalisée en collaboration avec des ingénieurs du Service des Eaux de la Ville de Paris, confirme l'utilité des cloisons dans le renouvellement de l'eau à l'intérieur du réservoir
de cette eau. Les quantités marquées d'un (*) sont relatives à l'ouvrage. C (M,t) concentration en traceur au point M. Cm (t) : concentration de mélange idéal. Cmo concentration initiale, mélange homogène H : tirant d'eau dans le réservoir Qa : débit d'alimentation Qs : débit de soutirage Ts : temps de séjour théorique du réservoir V : volume d'eau contenu dans le réservoir T : retard La Ville de Paris a donc sollicité le concours de l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse pour que soient examinées et comparées, à partir du modèle réduit d'un compartiment du réservoir, les conditions de circulation de l'eau dans le réservoir dans les cas où celui-ci serait pourvu ou non de cloisons. La présente étude, réalisée en collaboration avec des ingénieurs du Service des Eaux de la Ville de Paris, confirme l'utilité des cloisons dans le renouvellement de l'eau à l'intérieur du réservoir des Lilas. Elle apporte aussi la possibilité d'optimiser ce renouvellement. 2 — Réalisation du modèle et méthode d'étude Sur l'ouvrage le tirant d'eau H* varie de 4 m à 6 m avec une période de l'ordre de 2 jours, qui compte tenu du débit d'alimentation moyen de 1 000 m3/h, est de l'ordre de grandeur du temps de séjour Ts* théorique du réservoir. Ce mouvement d'eau qui laisse toujours subsister un volume de l'ordre de 3/5 de la capacité maximum du réservoir, est donc trop lent et trop faible pour assurer le renouvellement correct de l'eau. Un modèle réduit du compartiment supérieur du réservoir a été réalisé à l'échelle 1 /33,5, le modèle ayant alors les dimensions suivantes : longueur 3,73 m, largeur 2 m, tirant d'eau H variable entre 12 et 18 cm. La similitude de type Froude, donne alors un rapport X 3/2 pour les nombres de Reynolds pour le plus faible débit significatif, le nombre de Reynolds du jet d'alimentation est alors pour le modèle voisin de 1 000. Son comportement ne sera donc pas de type turbulent mais la transition naturelle d'un jet se produisant très près de la buse d'émission, le phénomène de base que
est de l'ordre de grandeur du temps de séjour Ts* théorique du réservoir. Ce mouvement d'eau qui laisse toujours subsister un volume de l'ordre de 3/5 de la capacité maximum du réservoir, est donc trop lent et trop faible pour assurer le renouvellement correct de l'eau. Un modèle réduit du compartiment supérieur du réservoir a été réalisé à l'échelle 1 /33,5, le modèle ayant alors les dimensions suivantes : longueur 3,73 m, largeur 2 m, tirant d'eau H variable entre 12 et 18 cm. La similitude de type Froude, donne alors un rapport X 3/2 pour les nombres de Reynolds pour le plus faible débit significatif, le nombre de Reynolds du jet d'alimentation est alors pour le modèle voisin de 1 000. Son comportement ne sera donc pas de type turbulent mais la transition naturelle d'un jet se produisant très près de la buse d'émission, le phénomène de base que représente le transfert de quantité de mouvement reste très correctement modélisé. Une série d'essais a ainsi été réalisée, les paramètres variables étant les débits d'alimentation Qa et de soutirage Qs, et le tirant d'eau H. Compte tenu de l'influence probable de la structure de l'écoulement dans le réservoir sur le taux de renouvellement de l'eau, une étude de type entrée-sortie n'aurait pas été suffisante. Chaque essai s'est donc déroulé selon deux étapes : une visualisation préalable de l'écoulement a permis une observation qualitative directe de la structure de l'écoulement et de la meilleure implantation des sondes de mesure. L'étude quantitative a ensuite été réalisée par enregistrement durant quelques heures (temps de séjour du réservoir) de l'évolution de la concentration en traceur salin en divers points M du réservoir (figure 1). Ces concentrations C(M,t), rapportées à la concentration initiale Cmo, seront comparées à la valeur idéale Cm(t) de mélange homogène obtenue par les relations suivantes : Service des Eaux de la Ville de Paris. Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse Laboratoire associé 005 du CNRS. Fig. 1 Schéma de répartition des sondes de mesures. Fig. 2a Essai n° 3 Régime permanent. Fig. 2b Essais n° 4 et 5 Régime permanent
taux de renouvellement de l'eau, une étude de type entrée-sortie n'aurait pas été suffisante. Chaque essai s'est donc déroulé selon deux étapes : une visualisation préalable de l'écoulement a permis une observation qualitative directe de la structure de l'écoulement et de la meilleure implantation des sondes de mesure. L'étude quantitative a ensuite été réalisée par enregistrement durant quelques heures (temps de séjour du réservoir) de l'évolution de la concentration en traceur salin en divers points M du réservoir (figure 1). Ces concentrations C(M,t), rapportées à la concentration initiale Cmo, seront comparées à la valeur idéale Cm(t) de mélange homogène obtenue par les relations suivantes : Service des Eaux de la Ville de Paris. Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse Laboratoire associé 005 du CNRS. Fig. 1 Schéma de répartition des sondes de mesures. Fig. 2a Essai n° 3 Régime permanent. Fig. 2b Essais n° 4 et 5 Régime permanent sans parois internes. Fig. 2 : Fonctionnement sans parois internes. — en régime permanent Qa = Qs = Q : Cm(t) = Cmo.exp. [ ^-] — en régime transitoire (remplissage Qa > Qs vidange Qa < Qs) Qa Qs = cte, V(t) = Vo kt : Cm(t) Cette comparaison, associée au délai r d'apparition d'une modification de signal aux points M permet d'apprécier le comportement du réservoir au sens du mélangeur parfait ou de l'effet piston. 3 — Etude de l'efficacité des parois internes À titre de référence, des premiers essais ont été réalisés sans parois. Ils montrent évidemment un effet de by-pass très important. La réponse impulsionnelle entrée-sortie (figure 2a) montre un retard 7 * de seulement 0,2 % de Ts*, la concentration maximale étant atteinte au soutirage au temps 0,0033 Ts*. L'intégration de la courbe C(S,t) permet d'autre part d'obtenir qu'au temps 0,02 Ts*, 70 % de la masse de traceur injectée a déjà été soutirée. D'autre part, la réponse indiciale (concentration homogène initiale Cmo alimentation en eau claire à l'instant 0) montre (figure 2 b) une évolution très lente et très différente en différents points du réservoir : homogénéisation dans la région proche des orifices, retard important
au délai r d'apparition d'une modification de signal aux points M permet d'apprécier le comportement du réservoir au sens du mélangeur parfait ou de l'effet piston. 3 — Etude de l'efficacité des parois internes À titre de référence, des premiers essais ont été réalisés sans parois. Ils montrent évidemment un effet de by-pass très important. La réponse impulsionnelle entrée-sortie (figure 2a) montre un retard 7 * de seulement 0,2 % de Ts*, la concentration maximale étant atteinte au soutirage au temps 0,0033 Ts*. L'intégration de la courbe C(S,t) permet d'autre part d'obtenir qu'au temps 0,02 Ts*, 70 % de la masse de traceur injectée a déjà été soutirée. D'autre part, la réponse indiciale (concentration homogène initiale Cmo alimentation en eau claire à l'instant 0) montre (figure 2 b) une évolution très lente et très différente en différents points du réservoir : homogénéisation dans la région proche des orifices, retard important aux extrémités (points E et L). La présence des parois permet évidemment d'éviter le bypass direct et a pour but de transformer le réservoir en un canal dans lequel l'effet piston doit alors devenir prépondérant. Obtenue à partir de photographies de l'écoulement, la figure 3 montre l'évolution en plan d'un colorant injecté par l'orifice d'alimentation. On observe nettement les zones de recirculations provoquées par les décollements aux extrémités des parois. Ces zones gardent en réalité plus d'importance qu'il n'apparaît, cela étant dû au fait que le colorant ne permet pas une appréciation quantitative. Cet essai montre d'autre part que les premières particules colorées atteignent l'orifice de soutirage après un temps de 0,41 Ts*. La vitesse apparente Um* du front dans le premier canal est par ailleurs de l'ordre de 40 à 45 m/h alors que la vitesse moyenne Ums* d'écoulement serait seulement de l'ordre de 12 m/h. L'ensemble de ces observations montre que si le phénomène de bypass est évité (passage de 0,002 Ts* à 0,41 Ts*), l'effet piston est toutefois mal réalisé. Cela est confirmé par l'évolution des concentrations (figure 4), que ce soit en régime permanent (Qa* = Qs*) ou en régime transitoire de vidange ou de remplissage.
colorant injecté par l'orifice d'alimentation. On observe nettement les zones de recirculations provoquées par les décollements aux extrémités des parois. Ces zones gardent en réalité plus d'importance qu'il n'apparaît, cela étant dû au fait que le colorant ne permet pas une appréciation quantitative. Cet essai montre d'autre part que les premières particules colorées atteignent l'orifice de soutirage après un temps de 0,41 Ts*. La vitesse apparente Um* du front dans le premier canal est par ailleurs de l'ordre de 40 à 45 m/h alors que la vitesse moyenne Ums* d'écoulement serait seulement de l'ordre de 12 m/h. L'ensemble de ces observations montre que si le phénomène de bypass est évité (passage de 0,002 Ts* à 0,41 Ts*), l'effet piston est toutefois mal réalisé. Cela est confirmé par l'évolution des concentrations (figure 4), que ce soit en régime permanent (Qa* = Qs*) ou en régime transitoire de vidange ou de remplissage. L'allure générale des courbes indique un effet piston par les décalages r*, par exemple 7 * 0,3 Ts* en régime permanent pour la sonde S située au soutirage, mais aussi un phénomène de mélange du fait que les courbes C (M,t) ont la même allure exponentielle que Cm(t). On constate d'autre part une grande différence entre les sondes C et D situées dans la même section du premier canal mais à des cotés différentes, respectivement 2,35 m et 1,05 m du radier. La sonde D n'enregistre pratiquement aucune variation de concentration : tout l'écoulement se situe dans les tranches supérieures et ainsi C(C,t) est toujours bien inférieur à Cm(t). Ainsi la déficience d'effet piston au profit d'un comportement type mélangeur est due d'une part aux effets de sillage des parois et d'autre part et surtout à une mauvaise répartition de l'écoulement dans le premier canal. Pour ce dernier point, on retrouve l'influence du flux de quantité de mouvement du jet d'alimentation. Dans les configurations classiques de réservoir, l'orifice d'entrée est percé directement dans le radier et il en résulte un jet vertical dont l'énergie se transforme en entraînement du fluide ambiant vers le jet et en "impact" sur la surface
d'autre part une grande différence entre les sondes C et D situées dans la même section du premier canal mais à des cotés différentes, respectivement 2,35 m et 1,05 m du radier. La sonde D n'enregistre pratiquement aucune variation de concentration : tout l'écoulement se situe dans les tranches supérieures et ainsi C(C,t) est toujours bien inférieur à Cm(t). Ainsi la déficience d'effet piston au profit d'un comportement type mélangeur est due d'une part aux effets de sillage des parois et d'autre part et surtout à une mauvaise répartition de l'écoulement dans le premier canal. Pour ce dernier point, on retrouve l'influence du flux de quantité de mouvement du jet d'alimentation. Dans les configurations classiques de réservoir, l'orifice d'entrée est percé directement dans le radier et il en résulte un jet vertical dont l'énergie se transforme en entraînement du fluide ambiant vers le jet et en "impact" sur la surface libre. L'écoulement provoqué dans le premier canal consiste alors en un long rouleau de recirculation à axe horizontal, l'eau nouvellement injectée se déplaçant vers l'aval dans la tranche supérieure. Par contre, cette structure ne se retrouve pas dans les autres canaux, le mélange s'effectuant mieux sur toute la hauteur d'eau. 4 — Optimisation du renouvellement continu Pour optimiser le renouvellement de l'eau et faire tendre ainsi le retard r* vers Ts*, on doit agir sur la structure de l'écoulement dans le premier canal et sur les zones de sillage des parois. Pour ce dernier paramètre, et pour éviter les zones d'eaux mortes, une solution simple consiste à prévoir des orifices de passage à travers les cloisons, reliant à chaque fois le canal amont et la zone de recirculation aval (01, 02, 03 figure 1). A condition que ces orifices soient bien dimensionnés et situés, cela peut diminuer l'importance des volumes d'eaux mortes sans provoquer de bypass parasite. Cela a été confirmé par un essai de visualisation mais une étude systématique n'a pas été réalisée. Il paraît en effet plus efficace d'agir sur l'écoulement dans le premier canal dont environ le tiers seulement de la section participe au transit réel de
4 — Optimisation du renouvellement continu Pour optimiser le renouvellement de l'eau et faire tendre ainsi le retard r* vers Ts*, on doit agir sur la structure de l'écoulement dans le premier canal et sur les zones de sillage des parois. Pour ce dernier paramètre, et pour éviter les zones d'eaux mortes, une solution simple consiste à prévoir des orifices de passage à travers les cloisons, reliant à chaque fois le canal amont et la zone de recirculation aval (01, 02, 03 figure 1). A condition que ces orifices soient bien dimensionnés et situés, cela peut diminuer l'importance des volumes d'eaux mortes sans provoquer de bypass parasite. Cela a été confirmé par un essai de visualisation mais une étude systématique n'a pas été réalisée. Il paraît en effet plus efficace d'agir sur l'écoulement dans le premier canal dont environ le tiers seulement de la section participe au transit réel de l'eau. La solution consiste donc à mieux utiliser le flux de quantité de mouvement du jet d'alimentation, l'objectif étant d'atteindre un écoulement parallèle amont-aval dans toute la section. Nous avons donc équipé l'orifice d'alimentation d'un injecteur à axe quasi-horizontal fournissant ainsi un flux initial de quantité de mouvement horizontal. Un premier injecteur, dit à jets multiples, s'est révélé peu efficace. En particulier, on constate encore de gros écarts dans le premier canal (sonde C' et D' figure 5) et un comportement qui se rapproche encore du type mélangeur, avec évolution continue et lente des concentrations. En réalité, l'écoulement obtenu est très complexe du fait de la double interaction entre les jets eux-mêmes et entre les jets et les parois. Les jets étant relativement minces, ils deviennent très sensibles aux processus d'attachement : avec la configuration d'injecteur à trois jets choisie, l'écoulement se fait encore au voisinage de la surface libre comme l'indique la décroissance rapide de la concentration au point D'. Une bien meilleure solution a été obtenue avec un injecteur divergent : à condition d'adapter judicieusement la direction de son axe afin d'éviter l'influence proche des confinements (parois ou poteaux), le jet ainsi créé provoque un bon écoulement dans
premier injecteur, dit à jets multiples, s'est révélé peu efficace. En particulier, on constate encore de gros écarts dans le premier canal (sonde C' et D' figure 5) et un comportement qui se rapproche encore du type mélangeur, avec évolution continue et lente des concentrations. En réalité, l'écoulement obtenu est très complexe du fait de la double interaction entre les jets eux-mêmes et entre les jets et les parois. Les jets étant relativement minces, ils deviennent très sensibles aux processus d'attachement : avec la configuration d'injecteur à trois jets choisie, l'écoulement se fait encore au voisinage de la surface libre comme l'indique la décroissance rapide de la concentration au point D'. Une bien meilleure solution a été obtenue avec un injecteur divergent : à condition d'adapter judicieusement la direction de son axe afin d'éviter l'influence proche des confinements (parois ou poteaux), le jet ainsi créé provoque un bon écoulement dans le premier canal. Il en résulte un comportement du réservoir type piston (figure 6) La propagation uniforme du front d'eau claire provoque en chaque point une décroissance rapide de la concentration qui devient alors très inférieure à la concentration de mélange idéal Cm(t). Les retards r* sont aussi beaucoup plus importants : sa valeur à l'orifice de soutirage atteint 75 % du temps de séjour théorique. Les écarts qui demeurent par rapport à l'effet piston idéal (retard au soutirage inférieur à Ts et concentrations ne devenant pas nulles après le passage du front) sont dus à l'effet de mélange dans les zones de sillage des parois qui ne comportaient pas dans ce cas d'orifice de liaison. Lorsque le réservoir est de grandes dimensions et que l'équipement hydraulique impose des orifices d'alimentation et de soutirage rapprochés, le renouvellement systématique de l'eau doit être étudié au sens de la structure hydrodynamique de l'écoulement créé dans le réservoir. La mise en place de cloisons internes qui canalisent l'eau à l'intérieur du réservoir évite évidemment le phénomène de by-pass direct et favorise le renouvellement de l'eau, même s'il subsiste quelques zones où celui-ci est très lent. La solution proposée pour améliorer encore ce renouvellement,
importants : sa valeur à l'orifice de soutirage atteint 75 % du temps de séjour théorique. Les écarts qui demeurent par rapport à l'effet piston idéal (retard au soutirage inférieur à Ts et concentrations ne devenant pas nulles après le passage du front) sont dus à l'effet de mélange dans les zones de sillage des parois qui ne comportaient pas dans ce cas d'orifice de liaison. Lorsque le réservoir est de grandes dimensions et que l'équipement hydraulique impose des orifices d'alimentation et de soutirage rapprochés, le renouvellement systématique de l'eau doit être étudié au sens de la structure hydrodynamique de l'écoulement créé dans le réservoir. La mise en place de cloisons internes qui canalisent l'eau à l'intérieur du réservoir évite évidemment le phénomène de by-pass direct et favorise le renouvellement de l'eau, même s'il subsiste quelques zones où celui-ci est très lent. La solution proposée pour améliorer encore ce renouvellement, basée sur une utilisation rationnelle de l'énergie fournie lors de l'alimentation du réservoir, permet d'approcher de façon très satisfaisante le comportement de type piston en assurant pratiquement pour la grande majorité des particules, des temps de séjour dans le réservoir compris entre 75 % et 95 % du temps de séjour (Ts) du réservoir. Il s'agit donc d'une solution intéressante d'autant que sa simplicité technologique permet une fabrication très aisée de l'injecteur et une maintenance de celui-ci pratiquement inexistante. Résumé J.-P. THOREAU, P. FOHANNO, C. FONADE, D. BERNARD : Optimisation de la circulation de l'eau dans un réservoir équipé de cloisons internes. Le réservoir d'eau potable de la Porte des Lilas à Paris 19e arrondissement alimente le secteur Nord-Est de Paris et sa capacité totale est de 208 000 m3. Il fonctionne généralement suivant un cycle journalier comportant une phase de remplissage pendant les heures nocturnes et une phase de restitution pendant les heures de soutirage. Les durées de ces phases et les débits de remplissage et de vidange sont essentiellement variables en fonction notamment des différents jours de la semaine et des conditions climatiques. Par ailleurs, les orifices d'alimentation et de vidange sont très petits par rapport aux dimensions
séjour (Ts) du réservoir. Il s'agit donc d'une solution intéressante d'autant que sa simplicité technologique permet une fabrication très aisée de l'injecteur et une maintenance de celui-ci pratiquement inexistante. Résumé J.-P. THOREAU, P. FOHANNO, C. FONADE, D. BERNARD : Optimisation de la circulation de l'eau dans un réservoir équipé de cloisons internes. Le réservoir d'eau potable de la Porte des Lilas à Paris 19e arrondissement alimente le secteur Nord-Est de Paris et sa capacité totale est de 208 000 m3. Il fonctionne généralement suivant un cycle journalier comportant une phase de remplissage pendant les heures nocturnes et une phase de restitution pendant les heures de soutirage. Les durées de ces phases et les débits de remplissage et de vidange sont essentiellement variables en fonction notamment des différents jours de la semaine et des conditions climatiques. Par ailleurs, les orifices d'alimentation et de vidange sont très petits par rapport aux dimensions du réservoir et sont de plus très proches l'un de l'autre. Dans ces conditions, le Service des Eaux de la Ville de Paris a cherché à éviter dans le réservoir la formation de zones d'eau stagnante en établissant des cloisons à l'intérieur du réservoir, favorisant ainsi la circulation de l'eau. Toutefois, ces cloisons en béton projeté de faible épaisseur se sont trouvées fortement détériorées par la suite de la corrosion de leurs armatures. Avant de procéder à leur réparation, le service a souhaité vérifier leur utilité et a sollicité dans ce but le concours de l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse. Celui-ci a confirmé l'efficacité des cloisons et a proposé une solution propre à améliorer encore la circulation de l'eau dans le réservoir. Cette solution consiste à équiper l'orifice d'alimentation du réservoir d'un injecteur permettant ainsi l'utilisation rationnelle de l'énergie fournie lors de cette alimentation. Summary J.-P. THOREAU, P. FOHANNO, C. FONADE, D. BERNARD : Optimization of water circulation in a reservoir equipped with inside partitions. The drinking water of « Porte des Lilas », in the 19th Ward of Paris, supplies the north-eastern part of Paris. It has a total capacity of 208,000 cu.m. It generally works on