CAPET Externe - SII - 2020 - Option ingénierie mécanique - Étude d'un système, d'un procédé ou d'une organisation

CAPET concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
Option ingénierie mécanique

Support : Vanne Hydrodynamique Autonome

Présentation

Le réchauffement climatique pose un sérieux problème de résilience à l’écosystème, les équilibres climatiques habituels étant modifiés par l’augmentation des températures. Certains phénomènes deviennent plus violents, plus fréquents, plus imprévisibles. C’est le cas notamment des inondations, qui sont responsables chaque année de plusieurs centaines de millions d’euros de dégâts.
L’urbanisation croissante accentue l’imperméabilisation des sols, et accélère les écoulements non-maîtrisés ce qui génère des coûts d’entretien et de traitement de plus en plus élevés. La figure 1 illustre les inondations dans la ville d’Antibes en novembre 2014.

Ainsi, amoindrir la vulnérabilité du territoire face aux risques naturels ou technologiques fait partie d’une stratégie de développement durable qui prend en compte les changements déjà opérants ainsi que les changements inévitables à venir. Fondée en 2014, et lauréate du prix Med’Innovant en 2015, la société F-Reg (Flow Regulation Systems) souhaite limiter le risque d’inondation urbaine par une meilleure gestion des eaux pluviales. La plupart des inondations sont causées par la saturation et le débordement des réseaux durant des épisodes de pluie de plus en plus intenses (voir figure 2).

F-Reg répond à ce problème de manière simple et efficace en utilisant le volume des canalisations qui collectent les eaux de pluie pour ajouter à leur fonction d’évacuation une fonction de stockage temporaire. Elle conçoit et propose l’implantation de Vannes Hydrodynamiques Autonomes (VHA) sur le réseau des eaux pluviales. Les Vannes Hydrodynamiques Autonomes agissent comme un frein hydraulique des écoulements dans les réseaux en stockant une partie du volume d’eau au sein des collecteurs au moment des pics de débit (voir figure 3). Elles la restituent en temps différé.

Les avantages de ce système sont :

• la facilité de mise en oeuvre (installation dans un simple regard de visite) ;
• la maintenance simplifiée (plus de risque de colmatage ni d’obstruction, et sans conséquence sur l’écoulement de temps sec) ;
• l’adaptabilité à la topographie ;
• la mise en place du système sous la voirie sans nécessiter d’emprise foncière ;
• la réduction des coûts de 40 % par rapport à un bassin de rétention classique ;
• l’autonomie complète (aucun besoin en électricité ni supervision).

Un exemple d’implantation de VHA et de stockage d’eau correspondant est fourni en annexe dans le sujet.

Chaque VHA est conçue et dimensionnée sur-mesure pour s’adapter aux besoins liés à la topographie du terrain, à la géométrie des collecteurs déjà existants, aux choix d’implantation des différentes VHA et aux relevés hydrologiques de la zone étudiée.

Le sujet aborde en premier lieu la pertinence de l’implantation de ces dispositifs dans l’écoquartier Smartseille afin de juguler une pluie décennale. En second lieu le dimensionnement des composants d’une vanne est validé afin de garantir les débits d’eaux pluviales imposés dans le cahier des charges. En troisième lieu le système de verrouillage est étudié afin de vérifier si un déverrouillage manuel est possible lors des opérations de maintenance. Enfin, une étude sur l’évolution de la VHA en vanne de chasse est proposée.