Modèle de concours : Techniciens de 3e grade — ORMVA du Gharb — Génie rural / gestion et maîtrise de l'eau 2012

Ce modèle est l'épreuve écrite n° 1 du concours de recrutement de techniciens de 3e grade, option Génie rural ou gestion et maîtrise de l'eau, organisé le 25 novembre 2012 par l'Office Régional de Mise en Valeur Agricole du Gharb (ORMVAG). Durée 3 heures, coefficient 3. Huit questions notées sur 20, dont deux exercices de calcul hydraulique (canal et station de pompage). Voici une correction proposée ; on prend g = 9,81 m/s².

1. Évapotranspiration potentielle et humidité à la capacité au champ (2 points)

• Évapotranspiration potentielle (ETP) : quantité maximale d'eau perdue par évaporation du sol et transpiration d'un couvert végétal bas, dense, en pleine croissance et abondamment alimenté en eau. Elle ne dépend que des conditions climatiques (rayonnement, température, humidité de l'air, vent) et s'exprime en mm/jour ou mm/mois. Elle sert à calculer les besoins des cultures : ET_c = K_c × ETP.
• Humidité à la capacité au champ (H_cc) : teneur en eau que retient un sol bien drainé, 2 à 3 jours après une pluie ou une irrigation abondante, une fois l'eau de gravité évacuée. C'est la limite supérieure de la réserve utile (qui va de H_cc au point de flétrissement).

2. Le débit fictif continu (2 points)

Le débit fictif continu (dfc) est le débit qu'il faudrait fournir en continu, 24 h/24, pendant toute la période considérée (en général le mois de pointe) pour satisfaire les besoins en eau d'un hectare de culture. Il sert au dimensionnement des réseaux d'irrigation.

dfc = besoin brut de la période (m³/ha) / durée de la période (s).

Unité : l/s/ha. Exemple : un besoin brut de 2 000 m³/ha au mois de juillet (31 jours) donne 2 000 000 l / (31 × 86 400 s) ≈ 0,75 l/s/ha.

3. Écoulement à surface libre et écoulement en charge (2 points)

• Écoulement à surface libre : l'eau présente une surface en contact avec l'atmosphère (pression atmosphérique) ; il se fait sous l'effet de la gravité et de la pente. Exemples : canaux d'irrigation, séguias, rivières, collecteurs d'assainissement partiellement remplis.
• Écoulement en charge : l'eau remplit toute la section d'une conduite fermée, à une pression différente de la pression atmosphérique ; il est entretenu par une différence de charge (réservoir en hauteur ou pompe). Exemples : conduite de refoulement d'une station de pompage, réseau d'irrigation sous pression, conduite d'adduction d'eau potable, siphon.

4. Ouvrages d'un réseau d'irrigation gravitaire et leur rôle (2 points)

• Ouvrage de prise (sur barrage, barrage de dérivation ou oued) : dériver l'eau vers le réseau.
• Canaux principaux, secondaires, tertiaires et quaternaires (à ciel ouvert ou portés) : transporter puis distribuer l'eau jusqu'aux parcelles.
• Ouvrages de régulation : vannes à niveau amont constant (AMIL) ou aval constant (AVIS, AVIO), déversoirs : maintenir les niveaux et adapter les débits.
• Ouvrages de répartition et de mesure : partiteurs, modules à masques, déversoirs de mesure : partager et mesurer les débits livrés.
• Prises parcellaires (vannettes) : livrer l'eau à la parcelle.
• Ouvrages de franchissement : siphons, aqueducs (ponts-canaux), dalots : traverser routes, oueds et dépressions.
• Chutes et coursiers : dissiper l'énergie lorsque la pente du terrain est forte.
• Ouvrages de sécurité et de vidange : déversoirs latéraux, vannes de vidange : protéger contre les débordements et permettre l'entretien.
• Réseau de drainage et d'assainissement : évacuer les eaux excédentaires.

5. Définitions (2 points)

• Assainissement agricole : ensemble des ouvrages et techniques (fossés, collecteurs, drains enterrés) qui évacuent l'excès d'eau des terres agricoles : eaux de surface (pluies, colatures d'irrigation) et eaux de la nappe. Utilité : éviter l'engorgement et l'asphyxie des racines, rabattre la nappe, lutter contre la salinisation en évacuant les sels lessivés, permettre l'accès des engins et le travail du sol en temps voulu, et donc améliorer les rendements.
• Perte de charge singulière : perte d'énergie localisée, due à une singularité de la conduite qui perturbe l'écoulement : coude, rétrécissement ou élargissement, vanne, té, clapet, entrée ou sortie de réservoir. Elle s'écrit ΔH = K × V²/2g, K étant le coefficient propre à la singularité.

6. Avantages et inconvénients de l'irrigation goutte-à-goutte (2 points)

Avantages : forte économie d'eau (efficience de l'ordre de 90 %) ; eau apportée au pied de la plante, à la demande ; fertigation possible ; meilleurs rendements et qualité ; pas de nivellement nécessaire, adapté aux terrains en pente et aux sols légers ; moins de mauvaises herbes et de maladies du feuillage ; économie de main-d'œuvre et automatisation ; utilisation d'eaux plus salines.

Inconvénients : coût d'investissement élevé ; risque de colmatage des goutteurs (nécessité d'une filtration et d'un entretien réguliers) ; besoin d'énergie pour la mise en pression ; accumulation de sels en périphérie du bulbe humide ; développement racinaire limité au bulbe ; technicité exigée de l'agriculteur ; dégâts possibles par les rongeurs et le matériel.

7. Équation de Manning-Strickler V = K·R^2/3·I^1/2 (4 points)

Paramètres :

• V : vitesse moyenne de l'écoulement (m/s) ;
• K : coefficient de rugosité de Strickler (m^1/3/s), K = 1/n avec n coefficient de Manning ;
• R : rayon hydraulique (m), R = S / P (section mouillée / périmètre mouillé) ;
• I : pente du fond (ou de la ligne d'énergie) en m/m.

Domaine d'utilisation : écoulements à surface libre, permanents et uniformes (turbulents rugueux) : dimensionnement des canaux, fossés, collecteurs d'assainissement et cours d'eau aménagés.

Calcul du débit du canal rectangulaire (b = 12 m, h = 2,5 m, I = 2,8 ‰ = 0,0028, n = 0,013) :

• Section mouillée : S = b × h = 12 × 2,5 = 30 m²
• Périmètre mouillé : P = b + 2h = 12 + 5 = 17 m
• Rayon hydraulique : R = 30 / 17 = 1,765 m ; R^2/3 = 1,460
• K = 1 / 0,013 = 76,9 ; I^1/2 = √0,0028 = 0,0529
• V = 76,9 × 1,460 × 0,0529 ≈ 5,94 m/s
• Q = V × S = 5,94 × 30 ≈ 178 m³/s

💡 Le résultat est élevé pour un canal d'irrigation parce que la pente de 2,8 ‰ est forte pour un tel gabarit (vitesse proche de 6 m/s, érosive pour un canal non revêtu). Présentez le calcul tel quel : c'est la méthode qui est notée.

8. Station de pompage (4 points)

Données : Q = 20 l/s = 0,020 m³/s ; L = 600 m ; V = 1 m/s ; cote d'aspiration 142,15 m NGM ; cote de refoulement 149,43 m NGM ; λ = 0,02.

a) Diamètre de la conduite de refoulement

Q = V × πD²/4 ⇒ D = √(4Q / πV) = √(4 × 0,020 / (π × 1)) = √0,02546 = 0,1596 m ≈ 160 mm (on retiendra le diamètre commercial le plus proche, par exemple 160 mm).

b) Hauteur géométrique

H_g = 149,43 − 142,15 = 7,28 m

c) Pertes de charge totales (calcul avec D = 0,16 m et V = 1 m/s ; V²/2g = 1 / 19,62 = 0,0510 m)

• Pertes linéaires unitaires : J = λV² / (2gD) = 0,02 × 1 / (19,62 × 0,16) = 0,00637 m/m ; sur 600 m : ΔH_lin = 0,00637 × 600 ≈ 3,82 m.
• Pertes singulières (une singularité de chaque type) : ΣK = 0,3 + 0,27 + 0,12 + 0,5 + 2 + 1 = 4,19 ; ΔH_sing = 4,19 × 0,0510 ≈ 0,21 m.
• Pertes totales : ΔH = 3,82 + 0,21 ≈ 4,04 m (avec D = 0,1596 m exact : 3,83 + 0,21 = 4,05 m).

d) Hauteur manométrique totale

HMT = H_g + ΔH = 7,28 + 4,04 ≈ 11,3 m

💡 Si le sujet prévoit plusieurs coudes ou vannes, multipliez chaque coefficient K par le nombre de singularités ; ici, sans indication, on compte une singularité de chaque type.