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Détails du sujet

Modélisation et Analyse d'un Réseau Hydraulique pour l'Optimisation de la Distribution d'Eau : Cas d'Étude des Campus Moïse et Salomon de l'Université Libre des Pays des Grands Lacs (ULPGL-GOMA).


Résumé


Auteur : NSHOMBO KOKO
Niveau: TECH2
Département: Genie civil
Année Ac: 2023-2024 , | 2024-05-27 04:07:57

Mots clés

Modélisation hydraulique, Optimisation de la distribution d'eau, ULPGL-GOMA

Intérêt

L'étude de la modélisation et de l'analyse d'un réseau hydraulique pour l'optimisation de la distribution d'eau dans les campus Moïse et Salomon de l'ULPGL Goma revêt plusieurs intérêts significatifs, tant sur le plan académique que pratique :

1. Aspect académique et scientifique :
- Développement de modèles hydrauliques innovants : Cette étude vise à développer et à affiner des modèles hydrauliques capables de simuler avec précision le comportement des réseaux de distribution d'eau dans des environnements universitaires complexes. Cela contribue non seulement à la littérature académique, mais aussi à l'avancement des technologies de modélisation dans le domaine de l'hydraulique.
- Application de méthodes d'analyse et d'optimisation avancées : En utilisant des techniques de pointe pour l'analyse des performances hydrauliques et l'optimisation des réseaux, cette étude établit des benchmarks pour les futures recherches et interventions pratiques dans la gestion des ressources en eau.
- Contribution au savoir scientifique : Les résultats de cette étude enrichiront les connaissances existantes en gestion des réseaux hydrauliques, offrant des perspectives nouvelles et des solutions adaptées aux défis spécifiques des établissements universitaires.

2. Aspect pratique et opérationnel :
- Diagnostic précis et détaillé : Fournir à l'ULPGL Goma un diagnostic exhaustif de la situation actuelle de ses réseaux hydrauliques permet de comprendre les enjeux spécifiques et d'identifier les points critiques nécessitant une intervention.
- Solutions concrètes et adaptées : Proposer des solutions pragmatiques et quantifiables pour améliorer la distribution d'eau sur les campus Moïse et Salomon, répondant ainsi aux besoins immédiats et futurs de la communauté universitaire.
- Planification stratégique des investissements : Aider l'université à prioriser et planifier les investissements nécessaires dans ses infrastructures hydrauliques, assurant une allocation efficace des ressources financières et techniques.
- Amélioration des conditions de vie et d'étude : En optimisant la distribution d'eau, cette étude vise à améliorer les conditions de vie des étudiants et du personnel, créant un environnement plus propice à l'apprentissage et au travail.

3. Aspect sociétal et environnemental :
- Gestion durable des ressources en eau : Promouvoir des pratiques de gestion durable des ressources en eau, réduisant ainsi les gaspillages et préservant cette ressource précieuse pour les générations futures.
- Impact positif sur la santé publique : En assurant un accès fiable à l'eau potable et en améliorant les conditions d'hygiène sur les campus, cette étude contribue directement à la santé et au bien-être de la communauté universitaire.
- Sensibilisation et éducation : En mettant en lumière les défis liés à la gestion de l'eau et les solutions possibles, cette étude sensibilise la communauté universitaire et au-delà, encourageant des comportements responsables et durables.

En résumé, ce projet de modélisation et d'optimisation des réseaux hydrauliques des campus Moïse et Salomon de l'ULPGL Goma est d'une importance capitale. Il combine des aspects académiques rigoureux, des applications pratiques immédiates et des impacts sociétaux et environnementaux durables, visant à assurer une distribution d'eau optimale et pérenne au service de la communauté universitaire.

Problématique

L'approvisionnement en eau potable est un enjeu crucial pour toute institution, notamment pour les établissements d'enseignement supérieur comme l'Université Libre des Pays des Grands Lacs (ULPGL) à Goma. Les campus Moïse et Salomon de l'ULPGL Goma connaissent des défis récurrents liés à la distribution efficace et équitable de l'eau, impactant ainsi les activités académiques et la qualité de vie des étudiants et du personnel.

La problématique centrale réside dans l'optimisation du réseau hydraulique existant pour garantir une distribution d'eau fiable et continue sur les deux campus. Actuellement, des insuffisances telles que des pressions d'eau inégales, des coupures fréquentes et des pertes importantes d'eau dues à des fuites et à des infrastructures vieillissantes posent de sérieux problèmes. Ces défis sont exacerbés par une demande en eau croissante, due à l'augmentation de la population universitaire et aux besoins accrus en matière de salubrité et d'hygiène.

Il est donc impératif de procéder à une modélisation et à une analyse approfondie du réseau hydraulique afin d'identifier les points faibles et de proposer des solutions d'optimisation. La modélisation permettra de simuler différents scénarios et d'évaluer l'efficacité des interventions proposées, tandis que l'analyse des données collectées sur le terrain contribuera à une compréhension détaillée des dynamiques actuelles de la distribution d'eau.

En résumé, la problématique de cette étude est de déterminer comment améliorer le réseau hydraulique pour assurer une distribution d'eau optimale aux campus Moïse et Salomon de l'ULPGL Goma, tout en tenant compte des contraintes existantes et des futures exigences en matière de consommation d'eau.

Plan provisoire

Titre : « Modélisation et Analyse d'un Réseau Hydraulique pour l'Optimisation de la Distribution d'Eau : Cas d'Étude des Campus Moïse et Salomon de l'ULPGL-Goma » :

1 Introduction
1. Contexte et Justification de l'Étude:

- Importance de la gestion de l'eau dans les institutions universitaires.
- Présentation de l'ULPGL-Goma et des campus Moïse et Salomon.

- Problématique de l'approvisionnement en eau sur ces campus.

2. Objectifs de l'Étude:
- Objectif général.
- Objectifs spécifiques.

3. Hypothèses de Recherche:
- Présentation des hypothèses formulées.

4. Méthodologie:
- Description des étapes méthodologiques suivies.

5. Structure du Mémoire:
- Aperçu des différentes sections du mémoire.

Chapitre 1 : Revue de Littérature et Contexte:

1. Introduction à la Gestion des Réseaux Hydrauliques:
- Concepts fondamentaux et terminologie.
- Principes de fonctionnement des réseaux hydrauliques.

2. Modélisation des Réseaux Hydrauliques:
- Outils et techniques de modélisation.
- Avantages et limites des modèles numériques.

3. Optimisation des Performances des Réseaux:
- Stratégies d'optimisation.
- Cas d'études et exemples d'applications réussies.

4. Contexte Spécifique de la RDC et de Goma
- Situation hydrique en RDC.
- Défis spécifiques de l'approvisionnement en eau à Goma.

Chapitre 2 : Collecte et Analyse des Données, Modélisation

1. Collecte des Données:
- Inventaire des Infrastructures : Recenser les éléments constitutifs des réseaux hydrauliques (tuyaux, vannes, réservoirs, pompes, etc.) sur les deux campus.

- Mesures sur le Terrain : Réaliser des relevés de terrain pour mesurer les débits, pressions, et identifier les points de fuite et autres dysfonctionnements.

- Recueil des Plans et Données Historiques : Obtenir et analyser les plans existants des réseaux ainsi que les données historiques sur les consommations d'eau, les interventions de maintenance, etc.

2. Analyse des Données:
- Traitement des données collectées.
- Diagnostic initial des performances des réseaux.

3. Modélisation Hydraulique:
- Choix des Logiciels de Modélisation : Sélectionner un logiciel de modélisation hydraulique approprié (par exemple, EPANET ou WaterGEMS).

- Création du Modèle Numérique : Construire un modèle numérique du réseau à partir des données collectées, en intégrant les caractéristiques techniques des infrastructures.

- Calibration du Modèle : Ajuster le modèle pour qu'il reproduise fidèlement les conditions réelles observées sur le terrain.

- Simulation des Scénarios : Exécuter des simulations pour différentes conditions de fonctionnement (variations de la demande, pannes, etc.) afin d'identifier les zones problématiques.
- Évaluation des Performances : Analyser les résultats des simulations pour évaluer les performances du réseau en termes de débits, pressions, et continuité de l'approvisionnement.

Chapitre 3 : Solutions(Résultats) d'Optimisation et Recommandations:


1. Identification des Solutions d'Optimisation:
- Analyse des Alternatives : Proposer différentes solutions techniques, opérationnelles et organisationnelles pour améliorer les performances du réseau.
- Évaluation des Coûts et Bénéfices : Analyser les coûts de mise en œuvre et les bénéfices attendus pour chaque solution proposée.


2. Proposition de Recommandations:

- Priorisation des Actions : Hiérarchiser les solutions d'optimisation en fonction de leur impact, de leur faisabilité et des ressources ź sedisponibles.

- Plan d'Action : Élaborer un plan d'action détaillé pour la mise en œuvre des recommandations, incluant un calendrier, les responsabilités et les ressources nécessaires.
3. Validation et Implémentation:
- Validation avec l'Administration : Présenter les résultats et les recommandations à l'administration de l'ULPGL-Goma pour validation.
- Pilotage des Interventions : Assurer le suivi et l'accompagnement des premières phases de mise en œuvre des solutions recommandées.
4. Suivi et Évaluation:
- Suivi des Indicateurs de Performance : Mettre en place des indicateurs de performance pour évaluer l'efficacité des solutions mises en œuvre.
- Évaluation Continue : Réaliser des évaluations périodiques pour ajuster les actions en fonction des résultats obtenus et des évolutions du contexte.


Conclusion:
1. Résumé des Résultats
- Synthèse des principales conclusions de l'étude.


2. Perspectives Futures

- Recommandations pour des études ultérieures.
- Suggestions pour une gestion durable des ressources en eau à l'ULPGL-Goma.
3. Réflexion sur l'Impact de l'Étude
- Impact potentiel sur la communauté universitaire et au-delà.



Bibliographie :
- Liste des références et sources utilisées dans l'étude.


Annexes:
- Données supplémentaires.
- Plans et schémas des réseaux.
- Résultats détaillés des simulations.

Hypothèses

1. Hypothèse de Performance des Réseaux Hydrauliques :
- Les réseaux hydrauliques existants sur les campus Moïse et Salomon présentent des problèmes de performance liés à leur vétusté, à la présence de fuites et à un manque d'entretien, entraînant des discontinuités dans l'approvisionnement en eau et de faibles pressions.

2. Hypothèse sur les Données Techniques :
- L'absence de données fiables et de plans à jour sur les caractéristiques techniques des réseaux hydrauliques (tuyaux, vannes, réservoirs, etc.) constitue un frein majeur à leur analyse et à l'identification de solutions d'optimisation.

3. Hypothèse de Fiabilité des Modèles Hydrauliques :
- L'utilisation de modèles hydrauliques numériques permettra de mieux comprendre le comportement des réseaux, d'identifier les zones problématiques et de tester différentes stratégies d'amélioration.

4. Hypothèse d'Optimisation Technique et Organisationnelle :
- Des solutions d'optimisation techniques, opérationnelles et organisationnelles pourront être mises en œuvre pour améliorer les performances des réseaux hydrauliques en termes de débits, de pressions et de fiabilité de l'approvisionnement en eau.

5. Hypothèse d'Amélioration des Conditions de Vie :
- La mise en œuvre des solutions d'optimisation identifiées permettra de répondre aux besoins croissants en eau de la communauté universitaire des campus Moïse et Salomon, tout en améliorant les conditions de vie et d'études des étudiants et du personnel.

6. Hypothèse de Mobilisation de l'Administration :
- L'implication et la mobilisation de l'administration de l'ULPGL-Goma sont essentielles pour la réussite de la mise en œuvre des recommandations issues de cette étude.

7. Hypothèse de Réduction des Coûts :
- En identifiant et en corrigeant les inefficacités actuelles du réseau hydraulique, l'université pourra réaliser des économies significatives sur les coûts d'exploitation et de maintenance, permettant ainsi une allocation plus efficace des ressources financières.

8. Hypothèse de Gestion Durable des Ressources :
- La mise en œuvre des solutions proposées pour l'optimisation du réseau hydraulique contribuera à une gestion plus durable des ressources en eau, réduisant les gaspillages et préservant cette ressource précieuse.

9. Hypothèse d'Impact sur la Santé Publique :
- En assurant un accès fiable à l'eau potable et en améliorant les conditions d'hygiène sur les campus, cette étude contribuera directement à la santé et au bien-être de la communauté universitaire.

10. Hypothèse de Sensibilisation et d'Éducation :
- La réalisation et la publication des résultats de cette étude sensibiliseront la communauté universitaire à l'importance de la gestion durable de l'eau, favorisant l'adoption de comportements plus responsables et durables.

Méthodes

Voici une méthodologie détaillée pour la modélisation et l'optimisation des réseaux hydrauliques des campus Moïse et Salomon de l'ULPGL-Goma :

1. Collecte et analyse des données existantes :
- Rassembler les plans, schémas, données techniques et toute information disponible sur les réseaux hydrauliques des deux campus.
- Effectuer des relevés de terrain détaillés pour vérifier et compléter les informations manquantes (diamètres de tuyaux, matériaux, vannes, etc.).
- Collecter des données sur la consommation en eau (débits, pressions, variations journalières et saisonnières).
- Analyser et synthétiser ces informations pour avoir une vision globale de l'état actuel des réseaux.

2. Développement de modèles hydrauliques numériques :
- Construire des modèles hydrauliques fiables des réseaux des campus Moïse et Salomon à l'aide d'un logiciel de simulation hydraulique éprouvé, comme EPANET ou WaterGEMS.
- Intégrer dans les modèles toutes les données collectées concernant la topographie, les tuyaux, les vannes, les réservoirs, etc.
- Calibrer les modèles en les ajustant aux mesures de terrain (débits, pressions) pour s'assurer de leur représentativité.
- Simuler le comportement hydraulique actuel des réseaux (débits, pressions, pertes de charge) à l'aide des modèles calibrés.

3. Analyse des performances hydrauliques :
- Évaluer les performances des réseaux en termes de pressions, débits et pertes de charge à l'échelle des bâtiments et de l'ensemble des campus.
- Identifier et localiser les zones problématiques (faibles pressions, pertes élevées, zones de stagnation, etc.).
- Quantifier les déficits et les discontinuités dans l'approvisionnement en eau.
- Analyser les causes des dysfonctionnements hydrauliques (vieillissement des infrastructures, dimensionnement inadapté, etc.).

4. Développement de stratégies d'optimisation :
- Générer et tester différentes options d'amélioration des réseaux, telles que le remplacement de tuyaux, l'ajout de vannes ou d'interconnexions.
- Évaluer l'impact hydraulique des solutions proposées à l'aide des modèles numériques (évolution des débits, pressions, pertes de charge).
- Sélectionner les meilleures options en termes de faisabilité technique, d'efficacité hydraulique et de coût.
- Définir des scénarios d'optimisation à court, moyen et long terme.

5. Plan de mise en œuvre et de suivi :
- Élaborer un plan détaillé de mise en œuvre des solutions d'optimisation retenues, incluant les étapes, le calendrier, les ressources nécessaires et les responsabilités.
- Définir un système de suivi et d'évaluation des performances hydrauliques après la réalisation des travaux.
- Proposer des indicateurs de performance (débits, pressions, pertes de charge) et un protocole de mesures régulières.

6. Rédaction du mémoire et recommandations :
- Rédiger un mémoire complet présentant la démarche, les résultats des analyses, les solutions d'optimisation proposées et le plan de mise en œuvre.
- Formuler des recommandations techniques, opérationnelles et financières à l'attention de l'ULPGL-Goma pour la mise en œuvre des interventions.
- Fournir des estimations chiffrées des coûts d'investissement et des gains attendus en termes de performances hydrauliques.

Cette méthodologie rigoureuse vous permettra d'apporter des solutions durables et efficaces aux problèmes identifiés sur les réseaux hydrauliques des campus Moïse et Salomon.

Bibliographie

Bibliographie

I. Ouvrages et Articles Académiques
1. Davis, M. L., & Masten, S. J. (2014). Principles of Environmental Engineering and Science. McGraw-Hill Education.
2. Hwang, N. H. C., & Houghtalen, R. J.(1996). Fundamentals of Hydraulic Engineering Systems. Prentice Hall.
3. Chadwick, A., & Morfett, J. (1998). Hydraulics in Civil and Environmental Engineering. CRC Press.
4. Akan, A. O., & Houghtalen, R. J. (2003). Urban Hydrology, Hydraulics, and Stormwater Quality: Engineering Applications and Computer Modeling. Wiley.
5. Jeppson, R. W.(1976). Analysis of Flow in Pipe Networks. Ann Arbor Science Publishers.


II. Articles Scientifiques
1. Tanyimboh, T. T., & Templeman, A. B. (2000). "A Quantitative Assessment of the Sources of Uncertainty in Modelling and Simulation of Hydraulic Networks." Journal of Hydroinformatics, 2(4), 235-245.
2. Todini, E. (2000). "Looped Water Distribution Networks Design Using a Robustness Index." Urban Water, 2(2), 115-122.
3. Gupta, R., & Bhave, P. R.(1996). "Comparison of Methods for Predicting Head Loss in Pipelines." Journal of Hydraulic Engineering, 122(12), 752-756.
4. Walski, T. M., Chase, D. V., Savic, D. A., Grayman, W., Beckwith, S., & Koelle, E. (2003). Advanced Water Distribution Modeling and Management. Haestad Press.

III. Thèses et Mémoires
1. Mwamba, P. J.(2015). "Modélisation et Optimisation des Réseaux d'Adduction d'Eau Potable en Milieu Urbain : Cas de la Ville de Lubumbashi." Mémoire de fin d'études, Université de Lubumbashi.
2. Nkongolo, L. M.(2018). "Étude des Performances des Réseaux Hydrauliques en Milieu Universitaire : Application à l'Université de Kinshasa." Thèse de doctorat, Université de Kinshasa.

IV. Normes et Guides Techniques
1. CEN (Comité Européen de Normalisation). (2002). Eurocode 2: Design of Concrete Structures.
2. AWWA (American Water Works Association). (2017). Manual of Water Supply Practices M32 - Computer Modeling of Water Distribution Systèmes.
3. Ministère de l'Environnement et de la Protection de la Nature de la RDC. (2013). Guide Technique de Conception des Réseaux de Distribution d'Eau Potable.

V. Logiciels À Utilisés
1. EPANET. (2023). "Software for Modeling Water Distribution Piping Systems." United States Environmental Protection Agency (EPA).
2. WaterGEMS. (2023). "Advanced Water Distribution Modeling and Management." Bentley Systems.

VI. Sites Web et Ressources en Ligne
1. Hydraulic Modeling and Simulation. (2023). Water Environment Federation (WEF). Disponible à l'adresse : [www.wef.org](http://www.wef.org).
2. Gestion des Ressources en Eau en Afrique. (2023). African Water Association (AfWA). Disponible à l'adresse : [www.afwa-hq.org](http://www.afwa-hq.org).

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