Avaloir (HU)

Traduction anglaise : Inlet

Dernière mise à jour : 03/01/2024

Ouverture située en bordure de trottoir (ou parfois en milieu de chaussée) permettant aux eaux de ruissellement de pénétrer dans le système souterrain d'évacuation des eaux pluviales en utilisant une bouche d’engouffrement.

Différents types d'avaloirs

En France, les avaloirs, également appelés bouches-avaloirs, ou encore grilles-avaloirs s'ils sont munis d'une grille, sont classés en trois catégories (voir la figure 1) :

• les avaloirs à prise latérale, situés le long des bordures de trottoirs (curb inlet ou kerb inlet en américain) ;
• les avaloirs à prise en dessous, situés soit le long des trottoirs soit dans un point bas sur une chaussée, un parking, etc. (grate inlet) ;
• les avaloirs mixtes associant une prise latérale et une prise en dessous (combination inlet).

Voir également Bouche d'égout.

Figure 1 : Différents types d'avaloirs.

La typologie anglo-saxonne est plus riche et distingue d’autres types d’avaloirs, en particulier :

• Les avaloirs à débit régulé (Sag pit, Terminal pit), qui désignent des avaloirs situés dans une dépression ou un point bas et conçus de telle sorte que l’eau qui ne peut pas pénétrer immédiatement dans l’avaloir va se stocker en surface sur place (voir le § Notion de réseau mineur et de réseau majeur).
• Les avaloirs de pente (On-grade pit, Intermediate pit) qui désignent des avaloirs localisés sur une pente, de sorte que l'eau de pluie non capturée par l'avaloir soit déviée, et coule vers un autre point de collecte.

Le mauvais fonctionnement des avaloirs (mauvais positionnement, bouchage, etc.) est responsable de nombreux dysfonctionnements lors des pluies.

Conception et dimensionnement des avaloirs

Le choix du type et le dimensionnement des avaloirs doit tenir compte du débit à absorber, des déchets à retenir ou non en surface de voirie, de l'emprise nécessaire sous trottoir ou sous caniveau, mais également de considérations visant au confort et à la sécurité des usagers de la voirie (sens et espacements des grilles, utilisation de facettes antidérapantes, etc.).

La plupart des concepteurs se contentent de règles empiriques très basiques reposant soit sur une capacité d’absorption constante, généralement choisie entre 10 L/s et 40 L/s, soit, de façon encore plus simple sur un nombre d'avaloirs par unité de surface, par exemple 1 avaloir pour 400 à 600 m².

Pourtant la capacité d'absorption d'un avaloir est très loin d'être constante et dépend de multiples facteurs qui sont fonctions de l'avaloir lui-même, mais également du contexte de son utilisation :

• longueur de la bouche (pour les avaloirs à prise latérale) ou nombre, longueur, largeur et orientation des espaces entre les grilles ;
• forme et dimension des barreaux (pour les avaloirs à prise en dessous ou pour les avaloirs mixtes) ;
• pentes longitudinale et transversale au droit de l'avaloir, rugosité du caniveau, etc.

La plupart des fabricants fournissent des tables, voire proposent des logiciels de calcul, permettant de déterminer le débit susceptible d'être absorbé en fonction des dimensions et des conditions d'utilisation. Le paragraphe suivant présente quelques éléments relatifs à leur modélisation hydraulique.

Modélisation hydraulique

Plusieurs chercheurs ont travaillé sur la modélisation hydraulique des avaloirs (en particulier sur les avaloirs à prise en dessous ou les avaloirs mixtes qui sont les plus compliqués), souvent en lien avec des constructeurs (Anceaux, 1995). L'une des difficulté, pour les avaloirs à prise en dessous, est que l’écoulement à travers une grille peut prendre plusieurs formes. Si le débit d'arrivée est faible, l’eau s’écoule directement dans les espaces entre les grilles, comme pour une chute ou un seuil. Si le débit augmente, la grille peut être entièrement recouverte et l’écoulement s’apparente à celui d’un d’orifice noyé comparable à celui d'un déversoir d'orage à ouverture dans le radier.

Formules ne prenant en compte que les caractéristiques de l'avaloir

La formule la plus classique est celle d'un seuil ou d'un orifice ; elle est applicable pour tout type d'avaloir :

$ Q=C.\sqrt{2.g.h}\quad (1) $

Avec :

• $ h $ : hauteur d'eau (m) ;
• $ g $ : accélération de la pesanteur (m/s²) ;
• $ C $ : coefficient dépendant du type d'avaloir (m²).

Bourrier (1991) indique que cette relation est valable pour des hauteurs d'eau inférieures à 0,10 m et que, dans ce cas, les valeurs de $ C $ peuvent être calculées de la façon suivante :

Pour un avaloir à prise latérale :

$ C = 0,4.L.h_e\quad (2) $

Avec :

• $ L $ : longueur d'engouffrement (m) ;
• $ h_e $ : hauteur d'engouffrement (m).

Pour un avaloir à grille avec prise en dessous :

$ C = 0,6.n.s.k\quad (3) $

Avec :

• $ n $ : nombre d'ouvertures de la grille ;
• $ s $ : section d'une ouverture (m²) ;
• $ k $ : coefficient d'obturation compris entre 0,8 et 1, tenant compte du colmatage partiel.

Formules prenant principalement en compte les caractéristiques du caniveau

Une approche diamétralement opposée à la précédente consiste à considérer que le débit susceptible d'être avalé dépend principalement des caractéristiques du caniveau. Par exemple Robert et Tossou (2006) proposent une formule générale totalement empirique :

$ Q = a_0.Q_{amont}^{a_1}.I^{a_2}.θ^{a_3}\quad (4) $

Avec :

• $ Q_{amont} $ : débit incident dans le caniveau (m³) ;
• $ I $ : pente longitudinale du caniveau (m/m) ;
• $ θ $ : pente transversale du caniveau (m/m) ;
• $ a_0 $, $ a_1 $, $ a_2 $, $ a_3 $ : paramètres empiriques sans dimension fonction de l'avaloir.

Les valeurs des coefficients $ a_0 $, $ a_1 $, $ a_2 $ et $ a_3 $ sont cependant extrêmement variables d'une grille à l'autre ce qui rend la relation (4) difficile à utiliser.

Formules faisant intervenir la hauteur critique

Une approche intermédiaire (Wertel et al, 2010) consiste à considérer que si l'analogie avec un seuil est correcte alors la hauteur critique dans le caniveau au droit de la grille doit jouer un rôle déterminant. En conséquence les auteurs proposent des formules de la forme :

$ Q = k(hc).hc^{3/2}\quad (5) $

ou

$ Q = k(Hc).Hc^{3/2}\quad (6) $

avec :

• $ hc $ : hauteur critique (m) dans le caniveau ; voir relation (7) ;
• $ Hc $ : charge critique (m) ; voir relation (8) ;
• $ k(hc) $ ou $ k(HC) $ : constante dépendant de la hauteur critique (ou de la charge critique) et des caractéristiques de l'avaloir.

Calcul de la charge critique

La hauteur critique $ hc $, correspond à la hauteur qui vérifie :

$ Q_{amont}^2.B_{amont}=g.S_{amont}^3 \quad (7) $

Avec :

• $ Q_{amont} $ : débit dans le caniveau (m³/s</math>) ;
• $ B_{amont} $ : largeur miroir (m) ;
• $ g $ : accélération de la pesanteur (m²/s) ;
• $ S_{amont} $ : section mouillée (m²).

La charge critique $ Hc $ se calcule par la relation (8) :

$ Hc = hc + \frac{Q_{amont}^2}{2.g.S_{amont}^2}\quad (8) $

Évaluation du coefficient k

Une évaluation expérimentale de la relation entre le coefficient $ k $ et la charge critique $ Hc $ doit être effectuée par le constructeur sur pilote pour chaque grille particulière, ceci pour des pentes transversale et longitudinale données (respectivement 2% et 3% dans le cas étudié ; voir figure 2).

Figure 2 : Exemple de relation expérimentale entre $ k $ et $ Hc $ pour une petite grille standard ; Source : Wertel et al, 2010.

La valeur du coefficient $ k $ est peu sensible à la pente longitudinale du fait de sa formulation faisant intervenir $ Hc $. En revanche elle est plus sensible à la pente transversale ; (Wertel et al, 2010) proposent donc d'utiliser un terme correcteur de la forme :

$ (\frac{θ}{θc})^α\quad (7) $

Avec :

• $ θ $ : pente transversale du caniveau (m/m) ;
• $ θc $ : pente transversale utilisée pour le calage expérimental (m/m) ;
• $ α $ : coefficient à caler (0,3 dans l'étude présentée).

Soit :

$ Q = k(Hc).Hc^{3/2}.(\frac{θ}{θc})^α\quad (8) $

Précautions à prendre

Premier maillon de l'évacuation des eaux de ruissellement, en particulier dans les systèmes classiques d'évacuation par un réseau souterrain, les avaloirs doivent concilier de manière cohérente les besoins de la voirie et les besoins de l'assainissement pluvial. Malheureusement, la conception des avaloirs et le choix de leur implantation sont généralement faits dans le cadre de la conception des voiries, sans réelle réflexion hydraulique ou hydrologique. Installés dans des rues à pente forte, de dimensions souvent insuffisantes, protégés par des grilles qui piègent parfois trop les flottants et limitent leur capacité d'engouffrement, ils peuvent être à l'origine d'inondations localisées lors des fortes précipitations.

A l'opposé, des avaloirs de capacité limitée peuvent être utilisés pour contrôler les débits entrant dans le système d'assainissement en augmentant la rétention en surface. Pour être efficace, cette régulation des débits introduits dans le réseau doit être prévue et maîtrisée, les voiries étant dans ce cas considérées comme un réseau majeur d'évacuation des eaux pluviales pour les pluies extrêmes. Ce principe, régulièrement utilisé en Amérique du Nord ou en Australie depuis les années 1990 commence à se répandre en France. Une telle solution implique bien évidement une conception globale de l'aménagement urbain, les voiries devant être conçues pour évacuer l'excédent de débit sans provoquer de nuisances aux véhicules (vitesse et hauteur faibles) ni aux habitations riveraines.

Bibliographie :

• Anceaux, D. (1995). Détermination de la capacité d'absorption des grilles et avaloirs de Saint Gobain/Pont à mousson ; Rapport technique interne de Saint Gobain/Pont à mousson.
• Bourrier, R. (1991) : Les réseaux d’assainissement ; Ed. Lavoisier ; Paris ; 534 p.
• Robert, J., Tossou, E. (2006) : Evaluation expérimentale de la capacité hydraulique des grilles d'égouts pluviaux ; Université Laval ; Département de génie civil.
• Wertel, J., Vazquez, J., Boca, J., Cuny, A., Morcel, Y. (2010) : Amélioration des modèles hydrauliques des grilles avaloirs et étude de sensibilité aux paramètreshydrauliques ; Novatech 2010 ; session 2.4 ; 10p. ; disponible sur documents.irevues.inist.fr

Voir aussi : Aménagement urbain et hydrologie.