(Modélisation hydraulique)

Transcription

(Modélisation hydraulique)
Département de La Savoie
COMMUNE DE FEISSONS SUR SALINS
SCHEMA DIRECTEUR DE
L’ALIMENTATION EN EAU POTABLE
Modélisation mathématique du fonctionnement hydraulique
du réseau d’eau potable
- PREAMBULE -
La commune de FEISSONS-SUR-SALINS agissant en tant que maître d’ouvrage a
décidé de réaliser un SCHEMA DIRECTEUR DE SON ALIMENTATION EN EAU
POTABLE.
Le prédiagnostic a mis en évidence des problèmes sur le réseau de distribution
d’eau potable, notamment au niveau de la défense incendie où un certain
nombre de poteaux ne répond pas à la norme.
La démarche consiste donc à réaliser une modélisation mathématique du
fonctionnement hydraulique du réseau d’eau potable qui permet, dans un
premier temps, de reproduire son fonctionnement hydraulique actuel, puis de
rechercher les améliorations à lui apporter au niveau de la distribution et de la
défense incendie.
Le logiciel utilisé pour la modélisation mathématique du réseau est le programme
RESODO utilisant le moteur de calcul EPANET.
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
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- SOMMAIRE -
I - Logiciel RESODO ................................................................................... 4
II - Modélisation hydraulique ..................................................................... 5
2.1 - Généralités ...................................................................................................... 5
2.2 - Critères de dimensionnement .......................................................................... 6
III - Les résultats de la modélisation hydraulique ....................................... 8
3.1 - Réseau existant - calage ................................................................................... 8
3.2 - Défense incendie - réseau futur ..................................................................... 11
ANNEXE
Annexe 1 : Tableau récapitulatif de la campagne de mesures des débits et pressions des
poteaux incendie - Scercl - 03 octobre 2011.
Annexe 2 : Campagne de mesure - SDIS -
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I - Logiciel RESODO
RESODO est un logiciel de calcul des réseaux d’eau potable.
RESODO est une interface :
d’introduction des données ;
de calculs hydrauliques, de la qualité de l’eau, des fuites, des pressions résiduelles et
d’incendie.
Pour effectuer ces calculs hydrauliques et de qualité de l’eau, RESODO utilise le
moteur de calcul EPANET. EPANET est un logiciel de calculs de réseaux d’eau
potable développé par l’Environnemental Protection Agency des Etats Unis.
Et de visualisation des résultats correspondants.
pour les réseaux d’eau potable sous pression : captages, adductions, stockages,
distributions, etc …
Les calculs hydrauliques sont à la base de toute modélisation mathématique des réseaux
d’eau potable. En fonction des données principales (topologie et consommations), le
logiciel calcule principalement les débits dans les conduites et les charges
piézométriques aux nœuds.
A partir de ces résultats on peut déduire d’autres résultats (pression aux nœuds, vitesse
et pertes de charges dans les conduites, etc …)
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
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II - Modélisation hydraulique
2.1 - Généralités
La commune de Feissons-sur-Salins est dotée d’un seul réservoir qui alimente le réseau
principal de la commune.
La commune présente des problèmes de défense incendie et a donc fait l’objet d’une
modélisation hydraulique.
Le modèle a été conçu directement sur la base des plans du réseau d’eau potable.
Le logiciel fait appel à deux familles d’objets pour bâtir le réseau : les nœuds et les
éléments.
Il y aura un nœud à chaque discontinuité dans le réseau. C’est ainsi qu’on trouvera :
des nœuds passifs à chaque bifurcation, changement de diamètre de
conduite, de matériaux, etc, sans aucune donnée hydraulique. On les
utilisera également pour positionner une singularité (pompe, réducteur de
pression) qui devra avoir un nœud d’entrée et un nœud de sortie,
des nœuds de consommation : ce sont les nœuds par lesquels le réseau perd
de l’eau (consommation),
des nœuds de piézométrie : il s’agit de nœuds auxquels on impose une cote
piézométrique. Le cas typique est celui d’un réservoir.
Un élément quant à lui, relie deux nœuds entre eux.
Ce peut donc être :
une conduite avec un nœud à chaque extrémité,
une singularité telle que pompe, régulateur de pression ou autre appareil de
fontainerie. Chaque singularité aura un nœud d’entrée et un nœud de sortie.
Tous les nœuds et éléments sont numérotés et renseignés des paramètres nécessaires à
chaque type.
Pour chaque conduite il s’agit de préciser :
sa longueur,
son diamètre,
son matériau,
sa rugosité,
ses fuites.
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
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Pour chaque régulateur de pression :
la pression de consigne : c’est la valeur de la pression que le régulateur doit
maintenir constante,
le diamètre du régulateur : qui est le diamètre de la bride d’entrée,
le coefficient de perte de charge.
Pour chaque nœud :
sa consommation éventuellement,
son profil de consommation éventuellement,
sa cote sol.
Le comportement d’un réseau dépend essentiellement des pertes de charge dans les
conduites. Ces pertes de charge se traduisent par la rugosité moyenne des conduites.
Cette rugosité est définie à partir des essais de poteaux d’incendie sur le terrain. Par
itérations successives, la valeur du débit des poteaux d’incendie les plus proches du
réservoir, calculée par le modèle est ramenée à la valeur mesurée sur le terrain. Cette
valeur est vérifiée par la comparaison des valeurs calculées et mesurées sur les autres
poteaux d’incendie.
Pour ce faire, une campagne de mesure des débits des poteaux d’incendie a été réalisée
le 03 octobre 2011 par nos soins.
NB : Au moment de la mise en œuvre des travaux de renforcement des réseaux pour
satisfaire aux besoins de la défense incendie, il sera nécessaire de consulter le
service des pompiers pour déterminer les éventuels poteaux incendie inutiles et/ou
juger de la bonne position des nouveaux poteaux.
Le modèle utilisé tient compte des fuites dans les réseaux.
Le débit de fuite a été déterminé lors de la campagne de mesure où un enregistreur a été
posé au niveau du réservoir.
Débit de fuite = 0,8 m³/h. Ce qui correspond à un potentiel de fuite k = 3.10-7 dans le
modèle qui a été appliqué à chaque tronçon.
2.2 - Critères de dimensionnement
Le dimensionnement d’un réseau peut se réaliser selon deux critères :
le critère de la défense incendie,
le critère de la consommation.
Le choix du critère s’établit sur la base du débit de pointe du réseau étudié. Si le débit
de pointe est supérieur à 60 m³/h, le réseau est dimensionné en tenant compte de la
consommation.
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
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Lorsqu’il faut prendre en compte la consommation du réseau, il est attribué à
certains nœuds une consommation associée à un profil de consommation sur la
journée (en fonction du nombre de branchements).
La pression est alors contrôlée en tout point du réseau, en faible consommation
(pression statique) et en forte consommation. Cette pression doit être comprise
entre 0,8 bars et 16 bars.
Une fois le réseau dimensionné par rapport à la consommation, il faut s’assurer
que la défense incendie répond aux normes à savoir que chaque poteau délivre au
moins 60 m³/h sous un bar de pression.
Lorsqu’il faut tenir compte de la défense incendie, le réseau est dimensionné afin
d’assurer un débit de 60 m³/h sous 1 bar de pression pour chaque poteau.
Dans le cadre de la commune de Feissons-sur-Salins, la consommation de pointe
donnée par la campagne de mesure est la suivante :
Débit de pointe = 14,7 m³/h <60 m³/h
aussi le critère de dimensionnement sera la défense incendie.
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III - Les résultats de la modélisation hydraulique
Les problématiques à résoudre sur les réseaux sont les suivantes :
conforter la défense incendie des secteurs desservis,
assurer un niveau de pression statique comprise entre 0,8 et 16 bars.
Au niveau de la défense incendie, la circulaire interministérielle n°461 du 10 décembre
1951 impose que :
chaque poteau soit alimenté par une conduite d’un diamètre intérieur de
100 mm au moins,
chaque poteau doit délivrer un débit de 60 m³/h sous un bar de pression,
les poteaux incendie doivent répondre à la norme NFS 61-213 : leur équipement
doit comprendre une prise frontale de 100 mm et deux prises latérales de 65 mm.
Les réseaux sont transcrits sous forme de fichiers informatiques.
Une fois les réseaux transcrits, il est nécessaire de caler le modèle pour reproduire le
plus fidèlement possible la réalité.
L’étalonnage des réseaux porte sur la détermination de la rugosité moyenne des
conduites en présence.
Le calage de la rugosité moyenne se fait à partir du débit ou de la pression dynamique
aux poteaux (les plus proches du réservoir), comparé à la valeur mesurée sur le terrain.
Par itérations successives, en faisant varier la valeur de la rugosité, la valeur calculée est
ramenée à la valeur mesurée.
3.1 - Réseau existant - calage
Le réseau d’eau potable est desservi par le réservoir de la Queue des Pins d’une capacité
de 94 m³ calé à 1325 m d’altitude.
Son alimentation est assurée par les captages du Bettex 3 et 4 (en partie) et par le
captage du Bettex 1.
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Consommation actuelle sur le réseau
L’étude théorique de l’adéquation ressources/besoins a montré une consommation de
pointe d’environ 90 m³/j fuites comprises. D’où une consommation par les abonnés de
70 m³/jour.
Par ailleurs, d’importants volumes permanents ont été constatés. Ils ont été introduits sur
la base d’une moyenne de 3,53 m3/h issue de la campagne de mesures, soit 85 m3/j et
répartis de façon égalitaire sur les 6 bassins.
Les enregistrements des volumes distribués effectués durant la campagne de mesures
montrent le profil de consommation suivant :
Le réseau actuel a été transcrit sous la forme d’un fichier informatique nommé
« Feissons _1.rsd ».
Dans la configuration actuelle du réseau, une rugosité de :
2 mm pour la fonte,
1,5 mm pour le PEHD et le PVC,
a été retenue.
La figure 1 ci-après illustre le réseau actuel.
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
-9-
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LES CHARMAUX
Commune de FEISSONS SUR SALINS - Résultats de la modélisation mathématique du réseau d’eau potable - Feissons_1.rsd
FIGURE 1 : « Diamètres des conduites dans le réseau actuel avant bouclage »
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
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an
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Seule la valeur de la consigne aval du réducteur 2 a pu être mesurée à 4,0 b.
Aussi, les autres ont été calés arbitrairement ou de sorte à respecter un équilibre des
pressions :
réducteur 1 : 3,0 b
réducteur 3 : 3,0 b (en équilibre avec le n°2)
réducteur 4 : 2,4 b (par rapport avec la pression statique du PI 5).
Avec l’ensemble de ces données, les débits des poteaux incendie calculés par le modèle
sont au plus près des valeurs mesurées sur le terrain, comme le montre le tableau
suivant (les données sont calculées à 10h00 pour une consommation moyenne sur le
réseau) :
Modèle mathématique
Nom
PI 1
Débit max
(m³/h)
Pression à 60
m³/h
(b)
Débit max
(m³/h)
62
0,2
51
PI 2
1,3
PI 3
2,7
PI 4
3,5
PI 5
2,9
PI 6
3,1
PI 7
28
PI 8
Mesure SDIS
Mesures terrain (03/10/2012)
P<0
Pression à 60 m³/h
(b)
Débit max
(m³/h)
39
1,8
1,5
50
1,5
2,8
3,8
50
3,0
3,5
60
2,6
Pression à 60
m³/h
(b)
3,4
60
2,4
2,4
valeurs proches
Rappel : rugosité utilisées pour le calage :
- Fonte : 2 mm
- PEHD / PVC : 1,5 mm
Il est à noter que le modèle indique que ces poteaux ne peuvent fonctionner que
pendant 1h40 (après quoi le réservoir se vide) et non pendant les 2 heures
réglementaires.
3.2 - Défense incendie - réseau futur
Sur l’ensemble de la commune, 4 des 6 poteaux incendie ne répondent pas à la norme
qui exige une pression minimale de 1 bar à 60 m³ selon la dernière campagne de
mesures. Ce sont les poteaux n°1, 3, 5 et 7. Par contre d’après le modèle et les mesures
du SDIS seuls les PI 1 et 7 seraient concernés.
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
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Dans le réseau futur, il a été pris en compte le bouclage que la collectivité vient de
réaliser au niveau du lieu-dit « Prairie de la Ville » (PEHD ∅ 125).
Par ailleurs, compte tenu de son volume trop restreint, la collectivité a décidé de réaliser
un nouveau réservoir de 220 m3.
Afin d’améliorer la défense incendie du sommet du village, il a été décidé de construire
ce nouvel ouvrage à l’emplacement de l’actuelle chambre de réunion du Bettex à
1385 m d’altitude, soit 60 mètres plus haut.
Un réducteur de pression sera installé au niveau de l’actuel réservoir de manière à
limiter l’augmentation de pression dans le réseau à 2 bars.
La conduite de distribution devra être réalisée dans un diamètre intérieur de 125 mm au
minimum.
Le calage des réducteurs devra respecter les valeurs suivantes :
.
.
.
.
.
.
réducteur 1 : 3,0 bars
réducteur 2 : 4,0 bars
réducteur 3 : 3,0 bars
réducteur 4 : 2,4 bars
réducteur « Prairie de la Ville » : 4,9 bars
réducteur « ancien réservoir » : 2,0 bars.
Tableau récapitulatif des travaux :
Nature et diamètre
actuels (mm)
Nature et diamètre
futurs (mm)
Linéaire
(ml)
/
/
/
E0024
F Ø 125
1,0
E0077
F Ø 125
6,3
E0000
F Ø 125
174,8
N° de la conduite
NVEAU_RES
PRV E0078
/
/
/
TOTAL F Ø 125
182 ml
Observation
Nouveau réservoir
1385 m
220 m3
Conduite de distribution
entre le nouveau réservoir
et le réservoir de la Queue
des Pins
Nouveau réducteur de
pression au niveau du
réservoir de La Queue des
Pins
Pc = 2,0 b
1 nouveau réducteur
1 nouveau réservoir
Le réseau futur a été transcrit dans le fichier « Feissons_2.rsd ». Les travaux sont
représentés ci-après sur la figure 2.
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
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LA CROIX DES RAMEAUX
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LES PRUNES
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Plan
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LACHAT
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LES PRUNES
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Légende : Travaux
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COMBE DU MONTEILLER
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Feis
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Pl
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ns
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ROSACHET
Fer rar
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LES CHARMAUX
Commune de FEISSONS SUR SALINS - Résultats de la modélisation mathématique du réseau d’eau potable - Feissons_2.rsd
FIGURE 2 : « Diamètres des conduites dans le réseau futur avec le bouclage »
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
- 13 -
an
és
s
Dans ces conditions, les poteaux délivrent :
Nom
Débit max
(m³/h)
Pression à 60 m³/h
(b)
PI 1
75
1,9
PI 2
79
2,9
PI 3
97
3,3
PI 4
95
4,5
PI 5
87
2,9
PI 6
86
4,1
PI 7
101
4,3
PI 8
93
4,3
La pression statique varie en tous points du réseau entre 2,0 bars (sortie nouveau
réducteur) et 18,7 bars (extrémité réseau lieu-dit « Les Prunes »).
Un réducteur pourrait être installé après la sortie du village si cela s’avère nécessaire
pour limiter la pression dans ce secteur (borne d’arrosage pour les champs).
La figure 3 ci-après montre la pression dans le réseau en consommation minimale.
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
- 14 -
Feiss ons
Pr é
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au
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la
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EXCOFFON
Ro
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Cr oi
x
LA QUEUE DES PINS
de
CHARVARIN
Sal
Ancien
Réservoir de la
Queue des Pins
(1325 m - 94 m³)
ins
Tr
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au
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Sa
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de
LES CONDAMINES
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TREDARD
Pr é
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Fe
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Gr
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Brise charge des Teppes
SUR LA FONTAINE
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Nouveau Réducteur
Ca
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PI 1
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Cr o
l
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Pl an
Gr and
(Bettex 1)
Pr é
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l
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Pr é
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Dona
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de
LE CARROZ
VERS LE MOULIN
r ural
Gr
à
in
m
(1385 m - 220 m³)
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Che
PRE MARAIS
PI 3
la
m
Che
Ch
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pin
Chem
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Réducteur 2
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Ch
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(Ancienne
Chambre
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PI 2
LA VILLE
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Chem
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Réducteur 3
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Feiss
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Nouveau Réservoir
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PRAIRIE DE LA VILLE
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PLAN NAVY
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PI 7
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LA PETITE PRAIRIE
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LES TREMBLES
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Pression dans le réseau
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LA CROIX DES RAMEAUX
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du
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10 b ≤ P < 16 b
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s
Cr et
Pl an
Pl an
Ch
Fer
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in
rat
Commune de FEISSONS SUR SALINS - Résultats de la modélisation mathématique du réseau d’eau potable - Feissons_2.rsd
FIGURE 3 : « Pression dans le réseau futur avec le bouclage en consommation minimale »
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
- 15 -
é
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DERRIERE LACHAT
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Ch
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Réducteur
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Ch
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Ch
Cha
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d
PI 4
Na
vy
l
a
és
s
és
Annexes
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
- 16 -
Annexe 1
Campagne de mesures du
du SDIS
(antérieure à 2007)
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
- 17 -
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
- 18 -
LISTE DES POTEAUX INCENDIE DE FEISSONS SUR SALINS
Numéro des
poteaux
Adresse exacte
Lieux précis
Débit
(m³/h)
Pression
(bars)
1
Chef lieu
Au sommet du village
39
?
2
Le Carroz
Au bord de la RD 89
74
1,5
3
Chef lieu
Devant la mairie
64
1,5
4
Le Couvent
Au bord de la route
80
3,8
5
Le Villard
Au sommet du village
81
3,0
6
Les Plans
Au bord de la route
direction le Raffort
80
3,4
7
Les Prairies
A l’entrée
50
?
8
Le Moulin
Près de la DZ
80
3,6
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
- 19 -
Annexe
Annexe 2
Campagne de mesures Scercl
- 03 octobre 2011 -
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
- 20 -
N°PI
Pompiers
Localisation
Normalisation
du Poteau (*)
Débit
Diamètre de canalisation
maximum
(en mm)
(en m³/h)
Pression
dynamique
(en bars)
à 60 m³/h
Pression
statique
(en bars)
Etat
(conforme, non
conforme, HS)
Anomalies
1
Haut du Village
PIN
PVC Ø 110
51
/
4,0
NC
- absence de numéro
- vidange cassée
2
Le Carroz
PIN
PVC Ø 110
/
1,8
5,5
NC
- barrière à créer
- absence de numéro
3
La Mairie
PIN
PVC Ø 110
50
/
3,2
NC
/
1,4
4,2
NC
/
2,8
5,8
NC
/
3,8
6,2
NC
50
/
4,7
NC
/
3,5
7,3
C
/
4,1
7,8
C
60
1,0
8,4
C
/
3,4
6,1
C
/
2,4
5,0
C
4
Le Couvent
PIN
PVC Ø 110
5
Le Villard
PIN
PVC Ø 110
6
Les Plans
PIN
PEHD Ø 125
7
Prairie de la Ville
PIN
PEHD Ø 125
8
Vers le Moulin
PIN
PEHD Ø 125
- barrière à créer
- absence de numéro
- réducteur à l’amont
- absence de numéro
- réducteur à l’amont
- absence de numéro
- réducteur à l’amont
- absence de numéro
- réducteur à l’amont
- absence de numéro
- absence de numéro
- socle béton inexistant
PIN : Poteau incendie normalisé ; PI : Poteau incendie non normalisé
(*) Mesures du 07 juin 2012 après mise en service du bouclage réalisé par la commune et vérification de la bonne ouverture des vannes.
SCERCL CJ/AV en mai 2012 - F-06-01 / Feissons sur Salins / SDAEP - Modélisation hydraulique
- 21 -

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