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نموذج مباراة توظيف مهندس في الهندسة الهيدرولوجية - وكالة الحوض المائي لسبو - دورة 17 فبراير 2019

🏢 وكالة الحوض المائي لسبو 👤 مهندس 🎯 الهندسة الهيدرولوجية 📅 دورة 17 فبراير 2019 👁️ 4 مشاهدة

باختصار

هذا نموذج امتحان كتابي سابق لمباراة مهندس لدى وكالة الحوض المائي لسبو (دورة 17 فبراير 2019)، منشور على وظيفة إنفو للاطلاع والتحميل المجاني بصيغة PDF مع تصحيح مقترح.

الجهة المنظمة
وكالة الحوض المائي لسبو
الدرجة
مهندس
التخصص
الهندسة الهيدرولوجية
الدورة
دورة 17 فبراير 2019
عدد الصفحات
9
لغة الأسئلة
الفرنسية
التصحيح
تصحيح مقترح متوفر في هذه الصفحة
الاختبار الكتابي الخاص (4 ساعات): هيدرولوجيا وهيدروجيولوجيا وسدود، 9 صفحات من أصل 12. تنبيه: النسخة تحمل علامات مترشح على بعض الأجوبة.
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📝 نص أسئلة النموذج (مستخرج آلياً من الصفحات الممسوحة)

استُخرج هذا النص آلياً من صور الامتحان وقد يحتوي على أخطاء في القراءة — الصور أعلاه هي المرجع.

Agence du Bassin Hydraulique du Sebou
Concours de recrutement d’un Ingénieur en |
Génie Hydraulique 1
١ Session : 17 février 9
1 | Epreuve Ecrite Spécifique
Durée : 4 heures
7 A/ Hydrologie |
1/ Quels sont les types d'écoulement en hydrauliques ? 1 1
-2/ La pression d’un fluide est-elle la même dans toutes les directions ? 111 |
3/ Entre quels types d'écoulement le nombre de Froude permet de distinguer ? | \ À
4/ Entre quels types d'écoulement le nombre de Reynolds permet de distinguer ? 1 |
5/ Comment s'appelle le phénomène de réduction de capacité de barrage dusfait du 1 | 1
transport solide ? 1
6/ Définir le temps de concentration. | ‏ا‎
‎7/ Donner les différents types des barrages. ||
8/Dans quel domaine est utilisée la méthode de Bishop ? |! 6
‎Exercice 2 (2.5 points) : |
L’oued Sebou draïne un bassin versant À d’une superficie de 3700 Km? au point P. |
Le bassin peut être décomposé en 2 sous bassins : |
- 3171 d’une superficie de 1700 km? et une pluie moyenne annuelle de 600 mm: 0 ١
- BV2 d'une superficie ‏عل‎ 2000 km? et une pluie moyenne annuelle ‏عل‎ 450:mm: | | |
On considère que le coefficient de ruissellement pour ce bassin est de 28%: | |
1/ Calculer la pluie moyenne annuelle du bassin versant A ; 00
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2 ‏متا‎ déduire name ruselé annuelle ‏مه‎ mm. Caleuler ‏ها‎ volume annuel
| Correspondant en millions de m°.
| | L'hydrogramme de la crue de projet à l’'exutoire du bassin À se présente comme suit:
/ RE ‏ال 9ل‎
2 nfiso ‏بالقنا = اللا‎ ١
sr ‏ا لك اح‎
2 | os |
[8 [2500 FRS L'ne = |
3/1 Tracer Dhydrogramme de crue et en déduire le temps de base, le temps de montéelet
/ le débit de pointe (utiliser la feuille en annexe 1).
4/ Calculer le volume de la crue en millions de m3. ,
Sachant que la crue a une concentration en matières solides de 2 g/litres. }
5/. Calculer le volume de transport solide drainé par la crue. |
Exercice3 (3 points) :
| Les débits maximums instantanés annuels au niveau d'une station hydrologique se 0
| présentent comme suit : 1
1988-1989 677 2003-2004 232% Al
1989-1990 27840 2004-2005 32645 — | A
k 1990-1991 73m 2005-2006 289% | à
‏ا‎ - 1991-1992 4817 2006-7 148751 | +
| . 1992-1993 114 © 2007-2008 380% ! | Ù
| 1993-1994 415 2008-2009 146 |
| 1994-1995 835 2099-2010 149 1
| 1995-6 143. 2010-1 ‏مس467‎ |
fl 1996-1997 404 29112027 29. A |
| 1997-1998 461 2062272015 ‏ضراع‎ |
| 1998-1999 517 2013-2014 135 | |
| 1999-2000 174 2014-2015 261-45 NU!
/ 2000-2001 2031 2015-2016 «570 | À
[| -2001-2002 + 132—12- 2016-2017 143 ‏مص‎ | 1h |
| 2002-2003 162-44 2017-8 54562 0
: 212 Mi }
wadifa-info.com gù5) AUD 4 a sa Ce Ci jladll 7 Lai

F 1 17 Calculer tes ‏رس محنارد‎ eratéetiones de la série des débits maximums instantanés
5 ‘annuels Suivants : la valeur moyenne, la valeur médis 06811662 0
| 2/ Donner la probabilité de dépassement des débits de la série en utilisant la formule
17 ‏لاا اا العا‎ TO 08
‏إ‎ La fréquence empirique de Hazen F(i) : FO = = |
À Où r(i) : est le rang d'une valeur i dans la série de données classée par ordre croissant. |
1 ‘etn : la taille de l'échantillon. |
/ / 3//Ajuster la série des débits maximums instantanés annuels selon la distribution de
f | Gumbel en utilisant le papier de Gumbel fourni.
A 4/ Estimer les débits de pointe instantanés de période de retour : 10, 50; 100, 1000:
A" 1 S/Dans quels distributions la ‏عل زم‎ Gumbel est communément utilisée.
| Exercice 4 (4,5 points) :
1 Un barrage est dimensionné pour satisfaire : 7: à
1 5 Les besoins enteau potable d’une ville qui compte 390 000 habitants\en 2019, 1©
taux d’accroïssement de la population de la ville est de 1%. La dotation en eau
potable par habitant est de 80 Vhab/jour. La ville voit annuellement sa
Population augmenter de 20% durant la période:estivale (juin ->août).
= Les besoins enirrigation d'une plaine de 7.750 ha. Les lames d'eau mensuelles 4
nécessaires pour irriguer cette plaine se présentent comme suit:
Besoin mensuel net 70 70
0 0 0 0 20 45 "5 |
bp eneau (en mm) ‏بس نا اما الب‎ 7
| 20A | = 1.8 Ville sera desservie par une adduction de rendement 93% et un réseau de 5
١ distribution de rendement 82.5%. LE
= La plaineirriguée sera desservie directement à partir du barrage par un réseau 0:
de distribution de rendement 85%. à
1/ Calculer le besoïn annuel en eau potable au pied de barrage en 2089. |
2/ Calculer les besoins mensuels et annuel d'irrigation au pied de barrage. 0
Le barrage contrôle un bassin versant ‏بخصنا 2900 = 5 عل‎ la dégradation spécifique au |
niveau du bassin versant contrôlé est de Ds = 56 ‏اقسلا‎ la densité des matériaux
| déposés est y:= 1.7 Umÿ.
| 3/ Calculer le volume de la tranche morte en considérant que la durée de vie du |
‏ل‎ barrage est de 70 ans ‏أ‎ que 9096 des matériaux reste dans la retenue. |
Î ١ Îs
| 3/12 }
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/ fonction du volume de retenue comme suit (en considérant que la vi dange de fond se
d trouve dans l'emplacement adéquat):
| Ho LL
0 . mn _ ‏ال‎ |
. ‏اد‎ ١
‏حا ل - 1 7 ٍ ا‎ 1
12 ‏ا نمثل ا ال‎ |
À nn mn |
ot ‏از‎ 2 20 7
/ 4/ Donner le volume de retenue normale qui permet la satisfaction des besoins en
au potable et dhirrigation ainsi que de réserver une tranche de 20 Mm3 dans la |
retenue pour 18 protection contre les inondations à l'aval du'barrage. ‏ل‎
‎On décide ‏عل‎ retenir la Variante avec un volume de retenue normale de 101.25 Mm3:
Le volume de la retenue est donné par la relation suivante:
V=0.05*(H-H5Ÿ L
OùH : la hauteur de retenue et Ho 120 m. 1 $/En considérant les hypothèses précédentes, calculer les hauteurs Hrde la Vidange de fond, Hende la retenue normale et Hi.c de la base de la tranche de laminage |
des crues. |
On considère une averse de la même intensité tombe sur le bassin versant du barrage: |
01H 10 LS
02H 3
03H 2 |
04H 10 |
05H 2 |
06H 12 | |
07H 3 |
o8H 10 |
1 4/12 |
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© lame ruielée (PB), au niveau du bassin versant, suit ‏ما‎ loi mal and Constant
7 Si Lol > ‏انما‎ = 0
F{ 1 ‏يا = ام < بز‎ - / |
; Si: ‏ال مط‎ 2 la: { SiP<f:P = 0 | |
2 Où : ‏:رمأل‎ le cumul des précipitations du début de l'averse à l'instant t le
' 1 ‘et P; : l'intensité des précipitations à l'instant L
1 6/ Donner la lame ruisselée pour chaque heure en considérant ‏حاضيا‎ mm et f=6
Dihydrogramme unitaire dulbassin versant du barrage se présente comme suit :
‏)مادا‎
‎1 1 —+— plule ris solde
240 +
‏نا‎ bydrogrameme unitaire
Ps Î 7 1 Se 1 1 1 |
40 | 7 1 + . + 1 |
0 #7 : + + 1 0
0 2 4 6 8 10 12 |
7/ Calculer l'hydrogamme entrant au niveau dubarrage. 1 >»
8/ Calculer le coefficient de ruissèlement. | Le débit déversé par l'évacuateur des crues suit la loi suivante :Q = 25) - 1 Ipn) /2
| 9/ Effectuer le calcul du laminage de la crue en utilisant la méthode de Puls | 1
| avec un pas de temps : At = 2 hr, sur une durée de 16 heures et en considérant un + ١
| creux dans la retenue de 20 Mm:.
| Onrappelle la méthode de Puls consiste chercher la valeur de H,44: qui vérifie |
| l'équation suivante : 1
1 Le + ‏عبرا‎ CA 2 |
| ‏ا ال‎ at) VASE ‏حدر‎ At D à
| 5/12 1
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‎débits entrant et sortant de retenue et V : le volume de la retenue.‏ ندا © اه اع
‎à 0) rcice (2.5 points}: =‏ ْم
‎PE ‘On souhaite installer une centrale hydroélectrique au fil de l'eau à une altitude Züsine |‏
‎À Na La centrale est alimentée par une conduite en fonte ductile d’une |‏
‎longueur L=S km et d’un diamètre de 0.75m. Une prise d’eau libre alimente la‏ | | 4
‎MNGM. La rugosité de la conduite est de‏ 1242= م2 ‎conduite se situe à la côte‏ \ -
‎mm.‏ اكع
‎Pour les applications numériques, on suppose la viscosité dynamique de l'eau |‏ | 1
‎HS 10%kg/(m.s), la masse volumique de l'eau p= 1000kg/m3 et l'accélération de la LE‏
‎pesanteur g=9.81 m/s2. ST‏
‎É AA‏
‎Prise d’eau |‏ 1
‎١ 6 Fe‏
‎hydroélectrique m NGM 0‏ |
1005 24
‎Pour une vitesse d'écoulement V dans la conduite, exprimer la charge totale à |. \‏ /1
‎en déduire la ٠ À‏ اس ىمو افع ‎l'entrée et la sortie de la conduite en fonction de V,‏
‎différence de charge AHau niveau de la conduite entre la prise d'eau en amont et la | |‏
‎centrale hydroélectrique (on suppose que la pression à l’intérieur de la centrale estila AN |‏
م | ‎pression atmosphérique):‏
| | | 290 ٠؟‏ = ‎On rappelle que AHinsaire‏
‎la conduite, D : le diamètre hydraulique et £ : le coefficient de mn‏ عل ‎Où L : la longueur‏ |
‎friction.‏
‎Moody.(en annexe), caleuler le débit maximum de nn |‏ عل ‎2/En'utilisant le diagramme‏ ا
‎l'écoulement dans la conduite (supposer que l'écoulement est rugueux et vérifier cette 1‏ |
‎hypothèse par la suite). |‏ |
‎La puissance délivrée par la centrale est la suivante : | | |‏ |
‎P = p:9:0:(@H - AHinéaire = KS 3) |‏ |
‎Avec Ks= 51 coefficient de pertes de charge singulières induite par la centrale. | |‏ 11
‎ui‏ أ ‎î‏ =
6/12
‎à 11 =‏
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‎le diagramme de Moody, exprimer en fonction de D, AH:£.L et —. |‏ تسممنانا وو
‎Prax la 5‏ اك ‎qui maximise la puissance au niveau de la centrale. Calculer‏ م لاف
‎Pression maximale qui peut être délivrée par lacentrale.‏ » 4
‎Exercice 6 (2.5 points) : L‏ | °
‎à | (Un débit de 40 m3/s transite par un canal rectangulaire de largeur 10m de coefficient‏
كيس | .0-0012 ‎n |! ‘de Manning‏
‎À On considère que l'énergie spécifique s'écrit SOUS la forme suivante: َ‏
‏+ روحم |
‎2g‏ 77 |(
‎Eton rappelle que le nombre de Froude d'écrit dans le cas d'un canal rectangulaire‏ |
‎comme suit : F = = où v : la vitesse moyenne d'écoulement et y : la profondeur:‏ ;
‎largeur. 3‏ عل ‎le débit par unité‏ 1/106160071026 /
‎Pour un débit de 40 m3/s, calculer la profondeur critique, la vitesse critique et la €‏ ]3
‎provoqueun écoulement critique (on considère que le canal a une pente‏ تصق نسل ‎pente‏
‎uniforme).‏
‎Sachant que la pente du canal est inférieure à la pente critique, quel est le régime‏ /3 |
‎d'écoulement dans le canal ?‏ |
‎On introduit une surélévation de 0.5 m sur toute la largeur ducanal, on augmenteile |‏ /4 |
‎on mesure hauteur d'eau à l'amont immédiat de lu surélévation: |‏ ك لقصف ‎débit dans le‏ |
‎On remarque que le niveau d'eau en amont reste stable jusqu’à une hauteur d'eau de |‏ |
‎h1 où le niveau d'eau commence à augmenter. Expliquer ce phénomène: ١‏ |
‎débit qui transite est de 45 m3/s. | |‏ عا آذ ل ‎5/(Calculer la hauteur d'eau‏ |
ير 1
| 17712
| اله
0 ت ‎a‏ ؛ ظيفة از ‎wadifa-info.com‏
‎Slaï‏ 7 ل ل ل ل

/ Hydrogéologie (3 points |
La nappe côtière de Mnasra, relevant de la province de Kenitra, est une nappe 1
6 = ee >, 1
: “ibre dont la superficie est de 600 km2. Elle est limitée par oued Sebou à l'Est et'au |
À "Sud, par l'océan atlantique à l'Ouest, par la nappe du Gharb au Nord Est. Les
{it formations lithologiques en surface sont récentes et de très bonne perméabilité. Son |
4 aquifère, constitué essentiellement de sable et de calcarénite, a une puissance moyenne |
D de 80 m. Cette nappe est réputée avoir une très bonne productivité. Le sens |
d'écoulement des eaux de la nappe se fait de l'Est vers l'Ouest. Elle est utilisée
, 1 essentiellement à l'irrigation de 38000 ha. Sa pluviométrie moyenne est de 500
mm/an. |
‏ل‎ Etude de Modélisation de ‏دا‎ Nappe 0
‏مممموم‎ de Mnasra
‏ب‎ Résa fiydrographiquu 7 ‏ا 1 حل‎ 1
ْ' ‏م‎ 0
| ai modèle RARES Ne: SEE ES SES EEES 0/١١ |
| ‏د‎ LL SFR ١
= ? RTS D TEE ‏ب‎ |
| 8 = fi LÉ re 1
+ x, ANSE CEE À Al
| 0 ‏حم € لض‎ ARR ‏انب‎ |
| Le © Es ‏ال‎ 0
١ 3 2 ‏حا ا‎ |
E LEP à > CT] ‏1ه‎ Qunes ‏عم فلات كعمد مده‎ | 01 +
| | e VE > PRE 2S 1 [ am Sables Sos dunes ktériaures |
= mA — À AE 7 ESS ait Lions et argtes (60 Ghincb) ‏ل‎
‎١ ِ ‏حر‎ TE 8 VE } 12M; Formations de ‏نا‎ M ‏كم شه‎ |
he =: DATE TES L 0
| | | eve so Agence du Bassin Hydraulique |
| | ‏تن‎ 1) Les caractéristiques hydrodynamiques de la nappe sont la transmissivité )1( et 7
| pr le coefficient d’emmagasinement (S) l ١
‏ا‎ SJ 1 1 : ٍ
‏أ لح‎ 8/12
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' ‏وم‎ quel moyen peut-on déterminer 1 et 89 décrire brièvement la
= méthodologie. _ |
“b. Quelle valeur peut être attribuée à T : 10 ou 10° m/s | |
"©. Quelle valeur peut être attribuée à S : 5% ou 005%. |
4. La diffusivité caractérise la vitesse de réaction d'un aquifère. Déterminer | 0
À la diffusivité de cet aquifère ? ١ |
7 1 ‏.ع‎ Quelle valeur peut être attribuée au coefficient d'infiltration: 5% ou |
F 20 % \ |
/à f Calculer le volume annuel d'eau infiltré à la nappe | d 0
7 ‏.ع‎ Calculer les réserves totales de la nappe (Si on suppose que la porosité | |
] efficace = coefficient d'emmagasinement) \ À
‎3. Si on admet une baisse moyenne générale du niveau de la nappe de À |
0:8m/an d'après le piézomètre ci après. calculer la variation des réserves ١ 2
annuelles de lanappe. Que peut-on déduire sur le bilan hydraulique ‏عل‎ |
: nappe ? 10
ْ | Plézo:3729/8 | ١ il. |
: NADIA ‏مت 26/3/2018 18/10/2022 10/7/0022 لس 23/13/2011 14/9/2023 لشب ا‎ | ox
| 500 1 0
132 ‏سسسب - ا‎ À | | ‏"بال ل سس لل تي .صا ما‎ ١ 1
‏ابااا بآالسسستييي. حا يقد‎ "(0
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: 132 [2 + 2 3 . 0
14 ‏إٍْ‎ —————— —— — À ‏بست‎ ١
| ‏و اس‎ > E 1
| L TEE ‏بت = بو‎ | 0
1 b. Quels sont les principaux térmes d’un bilan hydraulique d'une nappe ? 0 |
! c. La nappe de Mnasra est menacée par l'intrusion marine. A votre avis |
| | quelles sont les principales causes de cette intrusion ? |
| d. Quelles sont les différentes actions à entreprendre par l'administration | pour faire face à cette intrusion ? à | |
das 92 |
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✅ التصحيح المقترح

هذا تصحيح مقترح من إعداد فريق wadifa-info لمساعدتك على فهم منهجية الإجابة — وليس تصحيحاً رسمياً صادراً عن الإدارة المنظِّمة. أسئلة هذا الامتحان محررة بالفرنسية، لذلك التصحيح محرر بالفرنسية أيضاً.

Ce modèle est l'épreuve écrite spécifique du concours de recrutement d'un ingénieur en génie hydraulique de l'Agence du Bassin Hydraulique du Sebou, session du 17 février 2019. Durée : 4 heures. Partie A — Hydrologie et hydraulique (6 exercices, 17 points) ; Partie B — Hydrogéologie (3 points). Les annexes (feuille pour l'hydrogramme, papier de Gumbel, diagramme de Moody) ne figurent pas dans le document : les lectures graphiques sont remplacées ici par le calcul.

💡 Épreuve longue : 4 heures pour 6 exercices chiffrés. Traitez d'abord les questions de cours (exercice 1) et les calculs directs (exercices 2, 6, hydrogéologie), puis les calculs itératifs (laminage de Puls, exercice 5). Écrivez toujours la formule avant l'application numérique et l'unité du résultat.

A/ Hydrologie

Exercice 1 (2 points) — Questions de cours

  1. Types d'écoulement : en charge (conduites pleines) ou à surface libre (canaux, rivières) ; permanent ou non permanent (variable dans le temps) ; uniforme ou non uniforme (graduellement ou brusquement varié) ; laminaire ou turbulent ; fluvial, critique ou torrentiel.
  2. Oui : en un point d'un fluide au repos, la pression est la même dans toutes les directions (isotropie de la pression, principe de Pascal) ; c'est une grandeur scalaire, qui ne varie qu'avec la profondeur (hydrostatique).
  3. Nombre de Froude Fr = V / √(g·y) : distingue l'écoulement fluvial (Fr < 1), critique (Fr = 1) et torrentiel (Fr > 1) dans les écoulements à surface libre.
  4. Nombre de Reynolds Re = ρ·V·D / μ : distingue l'écoulement laminaire (Re < 2 000 environ en conduite), transitoire et turbulent (Re > 4 000 environ).
  5. L'envasement (alluvionnement, sédimentation) de la retenue.
  6. Temps de concentration : temps mis par une goutte de pluie tombée au point hydrauliquement le plus éloigné du bassin versant pour atteindre l'exutoire ; au-delà de cette durée d'averse, tout le bassin contribue au débit à l'exutoire.
  7. Types de barrages : barrages en béton — poids (béton conventionnel ou BCR), voûte, poids-voûte, à contreforts ; barrages en remblai — en terre (homogène ou zonée), en enrochements (à noyau argileux ou à masque amont en béton) ; barrages mobiles (seuils vannés).
  8. La méthode de Bishop est utilisée en géotechnique : calcul de la stabilité des talus (glissement circulaire, méthode des tranches), notamment des talus amont et aval des barrages en remblai.

Exercice 2 (2,5 points) — Bassin du Sebou au point P

1. Pluie moyenne annuelle (moyenne pondérée par les surfaces) :

P = (1700 × 600 + 2000 × 450) / 3700 = 1 920 000 / 3700 ≈ 518,9 mm

2. Lame ruisselée et volume : Lr = C × P = 0,28 × 518,9 ≈ 145,3 mm ; V = 0,1453 m × 3700 × 10⁶ m² ≈ 537,6 × 10⁶ m³, soit ≈ 538 Mm³/an.

3. Lecture de l'hydrogramme (tracé Q en fonction de t) :

  • Débit de pointe : Qp = 2 500 m³/s ;
  • temps de montée : tm = 8 h (de 0 à la pointe) ;
  • temps de base : tb ≈ 17 h (le tableau s'arrête à 17 h avec 90 m³/s ; en prolongeant la décrue, la fin du ruissellement se situe vers 18 h).

4. Volume de la crue (méthode des trapèzes, Δt = 1 h = 3 600 s) :

V = 3600 × [ (0 + 90)/2 + 50 + 150 + 300 + 500 + 1020 + 1500 + 2000 + 2500 + 2100 + 1800 + 1500 + 1200 + 1000 + 500 + 200 + 100 ] = 3600 × 16 465 ≈ 59,3 × 10⁶ m³, soit ≈ 59,3 Mm³ (+0,16 Mm³ si l'on ajoute la fin de décrue après 17 h).

5. Transport solide : 2 g/l = 2 kg/m³, d'où une masse M = 59,3 × 10⁶ × 2 ≈ 118,5 × 10⁶ kg ≈ 118 500 t. Converti en volume avec une densité des dépôts de 1,7 t/m³ (valeur utilisée dans l'exercice 4) : ≈ 118 500 / 1,7 ≈ 69 700 m³ (réponse probable : l'énoncé ne donne pas la densité ; avec la densité des grains, 2,65 t/m³, on trouverait ≈ 44 700 m³).

Exercice 3 (3 points) — Débits maximums instantanés annuels (30 ans, 1988-2018)

1. Indicateurs statistiques (n = 30, somme = 8 778 m³/s) :

  • Moyenne = 8 778 / 30 = 292,6 m³/s ;
  • médiane = moyenne des 15e et 16e valeurs classées = (232 + 261) / 2 = 246,5 m³/s ;
  • écart type (estimateur à n − 1) = 189,5 m³/s (186,3 m³/s avec n). Coefficient de variation ≈ 0,65 : forte irrégularité interannuelle ; moyenne > médiane : distribution dissymétrique vers les fortes crues.

2. Fréquences de Hazen F(i) = (r − 0,5)/30 (non-dépassement) et probabilité de dépassement 1 − F ; la dernière colonne donne la variable réduite de Gumbel u = −ln(−ln F) utile pour la question 3 :

Rang rQ (m³/s)F (non-dépassement)1 − F (dépassement)u de Gumbel
1290,0170,983-1,41
2810,0500,950-1,10
31140,0830,917-0,91
41320,1170,883-0,76
51350,1500,850-0,64
61430,1830,817-0,53
71430,2170,783-0,42
81460,2500,750-0,33
91480,2830,717-0,23
101490,3170,683-0,14
111620,3500,650-0,05
121730,3830,6170,04
131740,4170,5830,13
142030,4500,5500,23
152320,4830,5170,32
162610,5170,4830,41
172780,5500,4500,51
182890,5830,4170,62
193260,6170,3830,73
203560,6500,3500,84
213670,6830,3170,97
223800,7170,2831,10
234010,7500,2501,25
244150,7830,2171,41
254610,8170,1831,60
264810,8500,1501,82
275170,8830,1172,09
285700,9170,0832,44
296770,9500,0502,97
308350,9830,0174,09

3. Ajustement de Gumbel Q = u₀ + α·u. Sur papier de Gumbel, les points (u, Q) s'alignent correctement. Par la méthode des moments (contrôle du tracé) : α = s·√6/π = 189,5 × 0,780 ≈ 147,7 ; u₀ = Q̄ − 0,5772·α = 292,6 − 85,3 ≈ 207,3. D'où Q = 207,3 + 147,7·u (un ajustement graphique ou par moindres carrés sur les points de Hazen donne une droite très proche : Q ≈ 207,6 + 149,7·u).

4. Débits de période de retour T, avec u = −ln(−ln(1 − 1/T)) :

T (ans)uQ (m³/s), momentsQ (m³/s), droite ajustée sur les points
102,250≈ 540≈ 545
503,902≈ 784≈ 792
1004,600≈ 887≈ 896
10006,907≈ 1 228≈ 1 242

5. La loi de Gumbel (loi des valeurs extrêmes de type I) s'applique aux séries de maxima : débits maximums annuels (crues), pluies maximales journalières ou horaires, vitesses de vent maximales, niveaux marins extrêmes.

Exercice 4 (4,5 points) — Dimensionnement d'un barrage

1. Besoin annuel en eau potable au pied du barrage en 2089

  • Population 2089 : P = 390 000 × 1,01⁷⁰ ≈ 390 000 × 2,0068 ≈ 782 640 hab.
  • Besoin journalier à la ville : 782 640 × 0,080 ≈ 62 611 m³/j.
  • Annuel à la ville (majoration de 20 % en juin, juillet, août, soit 92 jours) : 62 611 × 365 + 0,20 × 62 611 × 92 ≈ 22,85 + 1,15 ≈ 24,0 Mm³.
  • Au pied du barrage (rendements adduction et distribution) : 24,0 / (0,93 × 0,825) = 24,0 / 0,767 ≈ 31,3 Mm³/an.

2. Besoins d'irrigation au pied du barrage : 1 mm sur 1 ha = 10 m³, donc volume net = lame (mm) × 10 × 7 750, puis division par le rendement 0,85.

MoisLame nette (mm)Besoin net (Mm³)Besoin au barrage (Mm³)
Septembre503,8754,56
Octobre251,9382,28
Novembre à mars000
Avril201,5501,82
Mai453,4884,10
Juin554,2635,01
Juillet705,4256,38
Août705,4256,38
Total33525,9630,54

3. Tranche morte (volume des sédiments piégés en 70 ans) :

Vm = S × Ds × durée × 0,9 / γs = 2900 × 56 × 70 × 0,9 / 1,7 = 10 231 200 t / 1,7 ≈ 6,02 × 10⁶ m³, soit ≈ 6,0 Mm³.

4. Volume de la retenue normale. Volume à régulariser = AEP + irrigation ≈ 31,3 + 30,5 ≈ 61,8 Mm³/an. Sur la courbe de régularisation, un volume régularisé de ≈ 62 Mm³ correspond à un volume de retenue (utile) d'environ 43 Mm³ (entre les points 40 → 59 et 60 → 78 Mm³). On ajoute la tranche morte et la tranche de protection contre les crues : V_RN ≈ 6,0 + 43 + 20 ≈ 69 Mm³ (réponse probable : la valeur dépend de la lecture du graphique et du fait que la courbe soit exprimée en volume utile). La variante retenue par l'énoncé (101,25 Mm³) est donc plus large que ce minimum, ce qui donne une marge pour l'évaporation, les années sèches et la croissance des besoins.

5. Hauteurs caractéristiques, à partir de V = 0,05 (H − 120)² (V en Mm³), soit H = 120 + √(V/0,05) :

  • Vidange de fond (au niveau de la tranche morte, V = 6,02 Mm³) : H_vf = 120 + √120,4 ≈ 131,0 m ;
  • retenue normale (V = 101,25 Mm³) : H_RN = 120 + √2025 = 120 + 45 = 165,0 m ;
  • base de la tranche de laminage (V = 101,25 − 20 = 81,25 Mm³) : H_LC = 120 + √1625 ≈ 160,3 m.

6. Lame ruisselée horaire (Ia = 15 mm, fc = 6 mm/h) :

Heure12345678
Pt (mm/h)103210212310
Cumul (mm)1013152527394252
Pr (mm)000 (Pt ≤ fc)40604

Tant que le cumul est inférieur à 15 mm (heures 1 et 2), rien ne ruisselle ; ensuite seule la part de l'intensité au-dessus de 6 mm/h ruisselle. Lame ruisselée totale = 14 mm.

7. Hydrogramme entrant. L'hydrogramme unitaire correspond à 1 mm de pluie ruisselée en 1 h (vérification : son volume, ≈ 400 × 7 200 s ≈ 2,9 Mm³, est bien 1 mm sur 2 900 km²). Ordonnées lues toutes les 2 h (0 ; 40 ; 200 ; 120 ; 40 ; ≈ 0), interpolées au pas horaire : u = 0, 20, 40, 120, 200, 160, 120, 80, 40, 20, 0 m³/s pour t = 0 à 10 h. Par convolution Q(t) = 4·u(t − 3) + 6·u(t − 5) + 4·u(t − 7) :

t (h)0-34567891011121314151617
Q (m³/s)0801606001 0401 4401 8401 7601 6801 200720440160800

Pointe ≈ 1 840 m³/s à t = 9 h ; volume ≈ 11 200 × 3 600 ≈ 40,3 Mm³ (= 14 mm × 2 900 km², aux arrondis de lecture près).

8. Coefficient de ruissellement de l'averse : C = 14 / 52 ≈ 0,27 (27 %).

9. Laminage par la méthode de Puls (Δt = 2 h = 7 200 s). Au début de la crue, la retenue est à 20 Mm³ sous la RN : V₀ = 81,25 Mm³, H₀ = 160,31 m, Θ = 0 tant que H ≤ H_RN = 165 m, puis Θ = 25 (H − 165)^1,5. À chaque pas on cherche H(t+Δt) tel que (I_t + I_{t+Δt})/2·Δt + V_t − Θ_t/2·Δt = V(H) + Θ(H)/2·Δt (résolution par essais successifs) :

t (h)I (m³/s)H (m)V (Mm³)Θ déversé (m³/s)
00160,3181,250
20160,3181,250
480160,3881,540
6600160,9883,990
81 440162,7491,330
101 760165,35102,83≈ 5
121 200167,56113,10≈ 102
14440168,59118,02≈ 170
1680168,71118,64≈ 179

Conclusion : le creux de 20 Mm³ absorbe la première moitié de la crue ; le déversement ne commence qu'après 10 h. Le débit déversé maximal, atteint quand Θ = I (entre 14 et 16 h), est d'environ 180 m³/s pour une pointe entrante de plus de 1 700 m³/s : l'écrêtement est de l'ordre de 90 %. Plus hautes eaux ≈ 168,7 m, soit ≈ 3,7 m au-dessus de la RN. (Au pas de 2 h on échantillonne les entrées aux heures paires ; le pic horaire de 1 840 m³/s à 9 h n'est pas pris en compte, ce qui reste dans la précision de la méthode.)

Exercice 5 (2,5 points) — Centrale hydroélectrique au fil de l'eau

1. Charges. Avec la pression atmosphérique à l'entrée (prise d'eau libre) et à la sortie (centrale), et la même vitesse V dans la conduite de diamètre constant :

H_entrée = Z_prise + V²/2g ; H_sortie = Z_usine + V²/2g ; ΔH = Z_prise − Z_usine = 1242 − 1005 = 237 m.

2. Débit maximum. Le débit est maximal quand toute la charge est dissipée par frottement : ΔH = ξ·L·V²/(2g·D). Écoulement rugueux supposé : ε/D = 1/750 ≈ 0,0013, et le diagramme de Moody (ou la formule de Kármán-Nikuradse 1/√ξ = −2 log(ε/3,7D)) donne ξ ≈ 0,021.

V = √(2g·D·ΔH / (ξ·L)) = √(2 × 9,81 × 0,75 × 237 / (0,021 × 5000)) ≈ 5,75 m/s ; Q = V × πD²/4 = 5,75 × 0,442 ≈ 2,54 m³/s.

Vérification : Re = ρVD/μ = 1000 × 5,75 × 0,75 / 10⁻³ ≈ 4,3 × 10⁶ ; pour ε/D = 0,0013 on est bien dans la zone de turbulence rugueuse du diagramme de Moody (ξ ne dépend plus de Re). (Si l'on inclut déjà les pertes singulières de la centrale, Ks = 51, on trouverait V ≈ 4,93 m/s et Q ≈ 2,18 m³/s.)

3. Débit optimal et puissance maximale. Avec V = Q/A : P = ρgQ·[ΔH − (ξL/D + Ks)·Q²/(2gA²)]. dP/dQ = 0 donne ΔH = 3·(ξL/D + Ks)·Q²/(2gA²), c'est-à-dire que les pertes valent ΔH/3 à l'optimum :

Q_opt = (πD²/4) · √( 2g·ΔH / (3·(ξ·L/D + Ks)) ) et P_max = (2/3)·ρ·g·Q_opt·ΔH.

Application : ξL/D = 0,021 × 5000 / 0,75 ≈ 140,6 ; ξL/D + Ks ≈ 191,6 ; V_opt = √(2 × 9,81 × 237 / (3 × 191,6)) ≈ 2,84 m/s ; Q_opt ≈ 2,84 × 0,442 ≈ 1,26 m³/s ; P_max ≈ (2/3) × 1000 × 9,81 × 1,26 × 237 ≈ 1,95 × 10⁶ W ≈ 1,95 MW (puissance hydraulique, avant rendement de la turbine). L'énoncé écrit « pression maximale » : il s'agit de la puissance maximale.

Exercice 6 (2,5 points) — Canal rectangulaire (b = 10 m, n = 0,012)

1. Débit par unité de largeur : q = Q/b = 40/10 = 4 m²/s.

2. Régime critique :

  • yc = (q²/g)^(1/3) = (16/9,81)^(1/3) ≈ 1,18 m ;
  • Vc = q/yc = √(g·yc) ≈ 3,40 m/s ;
  • pente critique (Manning, avec A = 11,77 m², P = 12,35 m, R = 0,953 m) : Ic = (Q·n / (A·R^(2/3)))² = (40 × 0,012 / (11,77 × 0,968))² ≈ 1,77 × 10⁻³, soit ≈ 1,8 ‰.

3. Pente du canal < pente critique : la hauteur normale est supérieure à yc, l'écoulement est fluvial (Fr < 1).

4. Explication. Tant que l'énergie spécifique disponible à l'amont suffit pour franchir la surélévation de 0,5 m en restant fluvial, le seuil n'a pas d'influence sur le niveau amont (la surface s'abaisse seulement au-dessus du seuil) : le niveau amont reste celui imposé par l'écoulement dans le canal. Lorsque le débit augmente, l'énergie minimale nécessaire pour passer le seuil (Ec + Δz) finit par égaler l'énergie amont : l'écoulement devient critique sur le seuil, qui devient une section de contrôle. Au-delà, pour faire passer le débit, l'eau doit s'exhausser à l'amont (courbe de remous) : le niveau amont se met à augmenter à partir de h1.

5. Hauteur h1 pour Q = 45 m³/s (écoulement critique sur le seuil) :

  • q = 4,5 m²/s ; yc = (4,5²/9,81)^(1/3) ≈ 1,273 m ; Ec = 1,5·yc ≈ 1,910 m ;
  • énergie amont : E1 = Ec + Δz = 1,910 + 0,5 = 2,410 m ;
  • on résout (racine fluviale) h1 + q²/(2g·h1²) = 2,410, soit h1 + 1,032/h1² = 2,410 ⇒ h1 ≈ 2,20 m (Fr ≈ 0,44, fluvial).

B/ Hydrogéologie (3 points) — Nappe côtière de Mnasra

1.a Détermination de T et S : par essais de pompage. On pompe à débit constant Q dans un puits et on mesure le rabattement s dans le puits et dans un ou plusieurs piézomètres à distance r. Interprétation en régime transitoire par la méthode de Theis ou l'approximation logarithmique de Cooper-Jacob : sur le graphe s = f(log t), la pente Δs par cycle log donne T = 0,183·Q/Δs, et l'ordonnée à l'origine t₀ donne S = 2,25·T·t₀/r² (S exige un piézomètre d'observation). Les essais de courte durée (essais de puits) renseignent aussi sur le débit critique.

1.b T = 10⁻³ m²/s : aquifère sableux et calcarénitique de 80 m d'épaisseur, réputé très productif (10⁻⁵ m²/s correspondrait à un aquifère médiocre ; ici K ≈ 1,25 × 10⁻⁵ m/s).

1.c S = 5 % : pour une nappe libre, S est égal à la porosité efficace, de l'ordre de quelques pourcents ; 0,05 % (5 × 10⁻⁴) est un ordre de grandeur de nappe captive.

1.d Diffusivité : D = T/S = 10⁻³ / 0,05 = 0,02 m²/s.

1.e Coefficient d'infiltration : 20 %, cohérent avec des formations superficielles récentes (sables dunaires) de très bonne perméabilité.

1.f Infiltration annuelle : 0,20 × 0,5 m × 600 × 10⁶ m² = 60 × 10⁶ m³/an, soit 60 Mm³/an.

1.g Réserves totales : S × épaisseur × surface = 0,05 × 80 × 600 × 10⁶ = 2,4 × 10⁹ m³, soit 2 400 Mm³.

2.a Variation annuelle des réserves : ΔV = S × Δh × A = 0,05 × 0,8 × 600 × 10⁶ = 24 Mm³/an de déstockage. Le bilan est déficitaire : les sorties (surtout les prélèvements pour l'irrigation de 38 000 ha) dépassent les entrées d'environ 24 Mm³/an ; la nappe est surexploitée.

2.b Termes du bilan : entrées — infiltration efficace des pluies, retours d'irrigation, infiltration depuis l'oued et les canaux, apports latéraux souterrains (nappe du Gharb) ; sorties — prélèvements (puits, forages), écoulements vers l'océan et drainage par l'oued et les canaux d'assainissement, évapotranspiration là où la nappe est proche du sol, sorties latérales ; et la variation de stock : Entrées − Sorties = ΔV.

2.c Causes de l'intrusion marine : surexploitation et baisse piézométrique qui inverse le gradient près du littoral ; concentration de forages près de la côte ; recharge réduite par les sécheresses ; forte perméabilité des sables dunaires ; élévation du niveau marin à long terme.

2.d Actions de l'administration : contrôle des prélèvements (autorisations, compteurs, police de l'eau, dans le cadre de la loi n° 36-15 relative à l'eau) ; interdiction de nouveaux forages dans la bande côtière ; réseau de surveillance piézométrique et de salinité ; contrat de nappe avec les usagers ; économie d'eau en irrigation (goutte-à-goutte) ; substitution partielle par les eaux de surface ou non conventionnelles (dessalement, eaux usées épurées) ; recharge artificielle ; modélisation de la nappe pour fixer un volume exploitable.

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