L’eau potable est l’un des besoins les plus fondamentaux de l’humanité et de ceux d’entre nous qui y vivent les zones urbaines obtiennent généralement notre eau d’une sorte de système public centralisé. L’exploitation d’un réseau d’eau est une responsabilité majeure qui a des implications pour la santé et la sécurité publiques. Dans les zones urbaines denses, un approvisionnement en eau propre et abondant est une nécessité absolue, non seulement pour boire, mais aussi pour l’assainissement et la lutte contre les incendies. Et ce n’est pas seulement quelque chose dont nous avons besoin de temps en temps; l’eau est une nécessité constante de jour comme de nuit, les week-ends, les jours fériés et à tout moment entre les deux. Ainsi, la tâche de trouver suffisamment d’eau, de la rendre sûre à utiliser, puis de la distribuer de manière fiable aux clients du système avec presque aucun temps d’arrêt est une tâche monumentale qui nécessite beaucoup d’infrastructures. Et probablement l’élément le plus visible d’un système d’eau public est le réservoir de stockage surélevé, également connu sous le nom de château d’eau. Je suis Grady et voici Travaux publics, ma série de vidéos sur les infrastructures et le monde créé par l’homme qui nous entoure.

Disons que vous êtes propriétaire d’un système public d’eau . Vous avez trouvé une source d’eau en quantité suffisante pour vos clients, vous avez trouvé un moyen de nettoyer cette eau pour qu’elle puisse l’utiliser en toute sécurité, et il est maintenant temps d’envoyer l’eau sur son chemin. Il existe plusieurs façons d’acheminer de l’eau d’un endroit à un autre. L’un d’eux est simplement de le transporter là-bas. Que ce soit sur le dos d’un animal, sur un camion ou une bouteille dans votre sac à dos, nous transportons toujours physiquement de l’eau tout le temps. Mais ce n’est généralement pas le moyen le plus efficace. La première infrastructure dédiée au transport de l’eau a été le canal ouvert. Que ce soit dans un fossé, un canal ou un aqueduc, l’eau est transportée par gravité, parfois sur de très longues distances. Nous utilisons encore des canaux ouverts pour transporter l’eau pour l’irrigation et le drainage, mais ils présentent également certains inconvénients. L’eau est exposée à la pollution et à la contamination, les canaux coupent la terre en deux, ce qui la rend difficile à traverser, et l’eau ne peut s’écouler que vers des zones plus basses que là où elle a commencé. Et ce dernier est un gros inconvénient, surtout si vous essayez de fournir de l’eau à une zone avec des collines ou des montagnes. Ainsi, la plupart des réseaux d’eau publics dépendent aujourd’hui de canalisations pour la distribution.

Le simple fait de mettre un toit sur un canal ouvert nous permet de profiter de la pression pour déplacer les fluides là où nous les voulons aller. Tout comme les électrons dans un fil s’écoulent de haute à basse tension, un fluide dans un tuyau s’écoulera de haute à basse pression. Ainsi, si vous augmentez la pression à une extrémité d’un tuyau, vous pouvez envoyer votre eau propre partout où vous le souhaitez. Et comment augmenter la pression de l’eau? Avec une pompe. Une pompe est un appareil qui déplace des fluides. Dans certains cas, une pompe soulève littéralement le fluide à une altitude plus élevée, mais dans la plupart des cas, une pompe transmet de l’énergie à un fluide en augmentant sa pression. Et les pompes, en particulier la taille des pompes qui desservent des villes entières, sont chères. Donc, si vous êtes chargé de choisir la taille de la pompe dont vous avez besoin pour votre système d’eau public, que faites-vous? Peut-être que vous mesurez la quantité d’eau que la ville utilise un jour donné et que vous sélectionnez une pompe qui peut correspondre à ce débit. Voyons comment cela fonctionnerait.

Il est minuit dans votre ville et la plupart de vos consommateurs d’eau dorment. Outre les clients industriels qui fonctionnent 24h / 24 et 7j / 7, les demandes en eau sont minimes et votre pompe n’a aucun mal à y répondre. Mais vers 5 heures du matin, les systèmes de gicleurs automatiques commencent à se mettre en place. Vers 6 heures du matin, les gens commencent à se réveiller, à prendre des douches, à se brosser les dents, à préparer le petit-déjeuner, tout ce qui nécessite de l’eau. Il ne faut pas longtemps avant que la demande en eau dépasse la capacité de votre pompe. Presque dès le départ, votre nouvelle pompe ne peut pas répondre à la demande de votre système, car elle n’a été dimensionnée que pour la moyenne. La demande en eau dans les grandes zones urbaines peut varier considérablement au cours d’une journée normale, la demande horaire de pointe (généralement le matin ou le soir) pouvant parfois atteindre 5 fois la demande quotidienne moyenne. Ainsi, si vous essayez de répondre aux besoins en eau de vos clients en utilisant uniquement des pompes, au lieu d’une seule, vous pourriez avoir besoin de cinq pompes (ou d’une énorme pompe pouvant faire le travail de cinq). Et pas seulement cela, vous devrez constamment activer et désactiver les pompes pour répondre à la demande variable, augmentant ainsi l’usure de votre équipement. Et c’est ici que le stockage entre en jeu. Ajoutons un château d’eau au système et réessayons cette expérience.

Il est minuit et la demande est faible, mais votre pompe fonctionne plein grand ouvert. Au lieu que l’eau coule des clients, elle coule dans votre château d’eau, remplissant le réservoir lentement mais sûrement. Lorsque le matin arrive et que la demande commence à augmenter, votre pompe continue de fonctionner. Il n’est pas en mesure de répondre à la demande à lui seul, mais l’eau stockée dans le réservoir fait la différence. Tous vos clients reçoivent l’eau dont ils ont besoin.Alors que les gens commencent leur journée, la demande redescend en dessous de la moyenne. Mais, la pompe continue de fonctionner et le débit supplémentaire entre dans le réservoir. La demande recommence à monter alors que les habitants de la ville commencent à préparer le dîner, à prendre des bains et à arroser les plantes. Toute cette consommation d’eau supplémentaire vide à nouveau le réservoir avant que la plupart des gens ne se couchent et le cycle recommence.

Il est assez facile de voir comment le stockage rend votre système d’eau plus efficace . Il atténue les pics et les creux de la demande en eau non seulement sur vos pompes mais sur toute votre infrastructure en amont, y compris votre usine de traitement d’eau et votre approvisionnement en eau brute. Sans stockage, toutes ces installations devraient être dimensionnées pour répondre à la demande de pointe, ce qui augmenterait leur coût. Avec suffisamment de stockage, les pompes et autres infrastructures peuvent être dimensionnées pour des demandes moyennes, ce qui permet non seulement de réduire les coûts, mais aussi la complexité, car vous n’avez pas à prévoir les changements de la demande et à réagir en conséquence. Parfois, ces pics et vallées sont prévisibles, mais parfois ils ne le sont pas. Certaines des plus grandes demandes en eau dans les zones urbaines sont dues aux incendies. Sans une force de lutte contre les incendies et suffisamment d’eau pour les approvisionner, les incendies peuvent devenir incontrôlables dans les zones urbaines denses. En fait, bon nombre des catastrophes les plus meurtrières de l’histoire étaient des incendies dans les villes avant les systèmes d’eau modernes. Maintenant, la plupart des municipalités et des codes du bâtiment ont des exigences minimales pour la quantité d’eau qui doit être disponible pour les pompiers. Et avoir de l’eau stockée et prête, comme dans un château d’eau, contribue grandement à être en mesure de répondre à une urgence.

Vous pensez peut-être, allez Grady . Cela n’a rien de nouveau. Le stockage est la solution ancestrale à toute situation où l’offre ne correspond pas à la demande. Et, oui, ce n’est peut-être rien de remarquable de stocker de l’eau dans un grand réservoir. Mais les châteaux d’eau ne sont pas que de gros réservoirs, ce sont de gros réservoirs élevés au-dessus du sol. Et c’est parce que les châteaux d’eau ne se contentent pas de stocker de l’eau; ils stockent également de l’énergie. Les systèmes de distribution d’eau dépendent de la pression pour amener l’eau là où elle va. Si vous avez déjà pris une douche avec une faible pression d’eau, vous savez à quel point cela peut être frustrant, car vous ne pouvez tout simplement pas obtenir suffisamment d’eau du robinet. La mise sous pression d’un système d’eau est également importante pour la santé publique. Sans une pression suffisante dans les tuyaux, des contaminants pourraient pénétrer dans le système par des robinets ou de petites fuites. La plupart des systèmes d’eau obtiennent leur pression des pompes et il faut beaucoup d’énergie pour maintenir cette pression. Ainsi, avoir la capacité de stocker non seulement l’eau elle-même, mais aussi l’énergie qui lui a été transmise par les pompes est important. Dans certaines régions, où les coûts d’électricité varient en fonction de la demande, vous pouvez faire fonctionner les pompes la nuit lorsque l’électricité est bon marché pour remplir votre château d’eau. Ensuite, laissez les pompes éteintes pendant la journée lorsque l’électricité est plus chère, ce qui permet uniquement à la tour de pressuriser le système et de servir vos clients. Le stockage d’énergie de cette manière est également effectué à plus grande échelle pour aider à la fiabilité du réseau électrique, mais c’est un sujet pour une autre vidéo. Un stockage surélevé est également bénéfique lors d’une panne de courant, en maintenant le système sous pression même lorsque les pompes sont hors service.

Mais à quel point doivent-ils être élevés? Vous savez peut-être que la pression dans un plan d’eau est liée à la profondeur. Plus vous allez en profondeur, plus la pression est grande. Tout comme dans une piscine ou dans l’océan, un système de distribution d’eau a la même relation entre la profondeur et la pression. Il se trouve simplement qu’il est confiné dans une série de tuyaux. Ainsi, vous pouvez imaginer un système de distribution d’eau comme un océan virtuel sous lequel nous vivons tous, et la surface de l’eau dans les réservoirs de stockage surélevés représente la surface de l’océan virtuel. Imaginer un système d’eau de cette façon permet de voir facilement le défi de fournir de l’eau aux clients à la bonne pression. Si nos villes étaient plates, ce serait assez simple. Tous les bâtiments se trouveraient à la même profondeur dans l’océan virtuel. Mais la plupart des zones ont au moins une certaine quantité de relief topographique. Les clients à basse altitude sont au fond de l’océan virtuel, où les pressions peuvent être trop élevées. Vous pourriez penser que c’est une bonne chose, mais les tuyaux et les appareils de plomberie ne sont évalués que pour certaines pressions, de sorte que le dépassement de ces valeurs peut causer de graves dommages. Parfois, les bâtiments à basse altitude seront équipés de vannes spéciales pour réduire la pression. Les clients à haute altitude seront près de la surface de l’océan virtuel, ayant une pression d’eau très basse. Comme je l’ai mentionné, cela peut être non seulement frustrant, mais aussi entraîner une contamination du système. Pour résoudre ce problème, de nombreuses grandes villes maintiennent des systèmes de distribution séparés appelés zones de pression, chacun avec son propre château d’eau, pour servir les clients à différentes altitudes dans la ville.

Mais , que se passe-t-il si vous devez servir des clients à différentes altitudes au même endroit?Les grands immeubles, comme les gratte-ciel, peuvent avoir une pression d’eau adéquate aux étages inférieurs, tandis que les étages supérieurs peuvent monter près de la surface ou même au-dessus de l’océan virtuel dans le système de distribution d’eau. Ainsi, au lieu de dépendre de la pression de l’eau de la ville, la plupart des immeubles de grande hauteur utilisent leurs propres pompes pour fournir de l’eau aux étages supérieurs. Et certaines villes, comme New York, exigent même que chaque bâtiment ait son propre réservoir de stockage surélevé.

Toutes les villes n’utilisent pas de châteaux d’eau. Certains ont toute leur alimentation en eau à une altitude plus élevée, ce qui minimise le besoin d’ajouter de la pression au système. Et, parfois, il est plus logique de se fier uniquement aux pompes pour maintenir le système opérationnel. Après tout, les châteaux d’eau ne sont pas bon marché, ils prennent beaucoup de place et ils peuvent permettre à l’eau de stagner si elle ne circule pas suffisamment. Mais, avec l’approvisionnement public en eau, la fiabilité est essentielle. Et cela fait longtemps que la gravité n’a pas été mise hors ligne à cause d’un orage, donc les réservoirs de stockage surélevés (sous une forme ou une autre) sont définitivement là pour rester. Merci d’avoir regardé et dites-moi ce que vous en pensez!