Dimensionnement des canalisations dans les réseaux d’irrigation agricole : choix des diamètres et calcul des pertes de charge
Le dimensionnement des canalisations dans les réseaux d’irrigation agricole est une étape technique essentielle qui garantit une distribution homogène et fiable de l’eau vers les différentes zones cultivées. Un mauvais choix des diamètres ou une estimation imprécise des pertes de charge peut compromettre le rendement du système et engendrer des surcoûts. Dans cet article technique, nous détaillons les méthodes de calcul des diamètres et des pertes de charge dans un réseau d’irrigation, avec des exemples numériques précis.
Objectifs du dimensionnement des canalisations
Le dimensionnement consiste à déterminer le diamètre optimal des conduites afin de :
- Garantir le débit requis à chaque point du réseau
- Limiter les pertes de charge à des valeurs acceptables
- Optimiser le coût du réseau (équilibre entre diamètre et énergie de pompage)
Un bon dimensionnement repose donc sur un compromis technique et économique.
Critères de choix des diamètres
Le choix du diamètre d’une canalisation dépend de :
- Le débit à transporter (Q)
- La longueur de la conduite (L)
- La pente disponible
- Le matériau de la conduite (PVC, PEHD, acier…)
- La vitesse admissible (V)
- Les pertes de charge admissibles (hf)
En général, la vitesse dans les conduites d’irrigation sous pression est recommandée entre 0,5 et 2,5 m/s.
Formule de continuité pour le calcul du diamètre
On utilise la relation :
Q = V × S
Avec :
- Q : débit (m³/s)
- V : vitesse de l’eau (m/s)
- S : section de la conduite (m²)
La section se calcule par :
S = (π × D²) / 4
On peut donc déduire le diamètre intérieur requis :
D = √( (4 × Q) / (π × V) )
Exemple numérique : Calcul du diamètre d’une canalisation PVC
Données :
- Débit Q = 6 l/s = 0,006 m³/s
- Vitesse admissible V = 1,2 m/s
Calcul :
D = √( (4 × 0,006) / (π × 1,2) )
D = √(0,024 / 3,7699) = √(0,00637) = 0,0798 m
Soit un diamètre intérieur de 80 mm.
On retiendra un tube PVC Ø90 mm (épaisseur 5 mm) pour un diamètre intérieur de 80 mm.
Calcul des pertes de charge
Les pertes de charge représentent la diminution de pression causée par les frottements de l’eau contre les parois de la conduite et les accessoires (vannes, coudes…). Elles se distinguent en :
- Pertes linéaires (sur la longueur de la conduite)
- Pertes singulières (aux accessoires)
Formule de Hazen-Williams pour pertes linéaires
La formule de Hazen-Williams est la plus utilisée en irrigation sous pression :
hf = 10,67 × (L / C1,852 × D4,87) × Q1,852
- hf : perte de charge (m)
- L : longueur de la conduite (m)
- C : coefficient de rugosité (PVC : 150)
- D : diamètre intérieur (m)
- Q : débit (l/s)
Exemple numérique : Pertes dans une conduite PVC de 80 mm
Données :
- L = 200 m
- D = 0,08 m
- C = 150
- Q = 6 l/s
Calcul :
hf = 10,67 × (200 / 1501,852 × 0,084,87) × 61,852
Calculons étape par étape :
1501,852 ≈ 8075
0,084,87 ≈ 1,175 × 10-4
61,852 ≈ 25,8
hf = 10,67 × (200 / (8075 × 1,175×10-4)) × 25,8
200 / (8075 × 1,175×10-4) ≈ 200 / 0,949 ≈ 210,7
hf ≈ 10,67 × 210,7 × 25,8 ≈ 58105 m
Ce résultat indique une perte démesurée, preuve que pour cette longueur et ce débit, un diamètre supérieur est nécessaire pour rester dans des valeurs admissibles (typiquement <10 m).
Pertes singulières
Les pertes singulières se calculent par :
hs = K × (V² / 2g)
- K : coefficient de perte (selon accessoire)
- V : vitesse (m/s)
- g : accélération gravitationnelle (9,81 m/s²)
Exemple : pour un coude à 90°, K = 0,5
Conclusion
Le dimensionnement rigoureux des canalisations dans un réseau d’irrigation agricole permet d’assurer une distribution uniforme de l’eau avec des pertes de charge maîtrisées. Le choix des diamètres se base sur la vitesse admissible et le débit à transporter, tandis que les pertes de charge doivent être calculées pour chaque tronçon et accessoire. L’utilisation de la formule de Hazen-Williams permet d’obtenir des estimations précises adaptées aux matériaux utilisés. Pour des installations performantes, il est recommandé d’équilibrer débit, vitesse et pertes admissibles, et de vérifier chaque tronçon par des exemples numériques concrets.
TravauxNova.com vous conseille de toujours prévoir une marge de sécurité sur les diamètres et les débits, et de réaliser un schéma hydraulique détaillé avant l’exécution du réseau.
