نموذج مباراة توظيف مهندس من الدرجة الأولى — المجلس الإقليمي لتازة — الهندسة المدنية (القناطر والطرق، الهيدروليك) — 9 يوليوز 2017

Ce modèle regroupe les épreuves écrites du concours d'accès au grade d'ingénieur de 1er grade, option génie civil (ponts et chaussées, hydraulique), du Conseil provincial de Taza (Ministère de l'Intérieur), session du 9 juillet 2017 à la Faculté polydisciplinaire de Taza. Il contient :

• le sujet général (matinée, 2 heures, en arabe) : « La responsabilité de l'ingénieur dans la gestion et la réalisation des projets de développement dans les collectivités territoriales » ;
• l'épreuve de spécialité (3 heures, coefficient 3, en français), en deux options : hydraulique (16 questions) et ponts et chaussées (14 questions). Chaque candidat traite l'option correspondant à son profil.

Voici une correction proposée.

Sujet général — مسؤولية المهندس في تدبير وإنجاز المشاريع التنموية بالجماعات الترابية

💡 Le sujet peut être traité en arabe. Le mot-clé est responsabilité : ne faites pas un simple exposé des tâches de l'ingénieur ; montrez de quoi il répond (technique, financière, juridique, éthique) et comment il l'assume.

Introduction

Avec la régionalisation avancée et les lois organiques de 2015 (n° 111-14 pour les régions, n° 112-14 pour les préfectures et provinces, n° 113-14 pour les communes), les collectivités territoriales portent une part croissante des projets de développement : routes et pistes rurales, eau potable, assainissement, équipements sociaux. L'ingénieur territorial en est la cheville ouvrière. Problématique : quelles responsabilités pèsent sur lui à chaque étape du projet, et quelles conditions lui permettent de les assumer ?

I. Une responsabilité à toutes les étapes du projet

• Identification et programmation : diagnostic des besoins, hiérarchisation des priorités dans le programme de développement de la collectivité, études de faisabilité et d'opportunité, estimation réaliste des coûts.
• Conception : qualité des études techniques (géotechnique, hydraulique, dimensionnement), choix de solutions adaptées au contexte local (relief, climat, entretien possible), respect des normes.
• Passation des marchés : dossiers d'appel d'offres complets et clairs, estimation confidentielle sérieuse, égalité d'accès et transparence, conformément à la réglementation des marchés publics.
• Exécution et contrôle : suivi du chantier, contrôle de la qualité (essais, réception des matériaux), respect des délais et des coûts, attachements et décomptes exacts, sécurité du chantier, réceptions provisoire et définitive.
• Exploitation : entretien, gestion patrimoniale, évaluation de l'impact réel sur la population.

II. Les dimensions de cette responsabilité et les conditions de sa réussite

• Technique : la solidité et la durabilité des ouvrages ; les défauts de conception ou de contrôle engagent la responsabilité des intervenants (garantie décennale des constructeurs).
• Financière : bonne utilisation des deniers publics, économie des moyens, lutte contre les dépassements.
• Juridique et administrative : respect des procédures, des lois d'urbanisme et de l'environnement ; l'ingénieur peut être appelé à rendre compte devant les organes de contrôle (inspections, Cour régionale des comptes) : c'est le principe constitutionnel de corrélation entre responsabilité et reddition des comptes.
• Éthique : intégrité, refus des conflits d'intérêts, neutralité face aux pressions.
• Managériale : coordination avec les élus, les services déconcentrés, les bureaux d'études et les entreprises ; concertation avec la population.
• Conditions : formation continue, moyens humains et matériels suffisants, clarté des délégations, systèmes d'information et de suivi, valorisation des compétences.

Conclusion

L'ingénieur territorial n'est pas un simple exécutant technique : il est garant de la qualité, de la légalité et de l'utilité des projets. Ouverture : renforcer l'ingénierie territoriale (agences d'exécution des projets, mutualisation entre collectivités) est une condition de réussite de la régionalisation avancée.

Option hydraulique

1. Définitions

• HMT (hauteur manométrique totale) : énergie par unité de poids que la pompe doit fournir au liquide, en mètres de colonne d'eau : HMT = hauteur géométrique + pertes de charge (aspiration et refoulement) + pression résiduelle exigée à l'arrivée − pression disponible à l'aspiration.
• NPSH (Net Positive Suction Head, charge nette à l'aspiration) : marge de pression absolue à l'entrée de la pompe au-dessus de la tension de vapeur du liquide. On compare le NPSH disponible (fixé par l'installation) au NPSH requis (donné par le constructeur) : il faut NPSH_d > NPSH_r (avec une marge d'environ 0,5 m) pour éviter la cavitation.
• Pertes de charge : énergie dissipée par frottement pendant l'écoulement. Pertes linéaires le long des conduites (Darcy-Weisbach : ΔH = λ (L/D) V²/2g) et pertes singulières dans les coudes, vannes, rétrécissements (ΔH = K V²/2g).
• Écoulement laminaire : écoulement en filets parallèles, sans mélange, à faible vitesse ; nombre de Reynolds Re = VD/ν < 2 000 environ ; λ = 64/Re.
• Coup de bélier : onde de surpression puis de dépression provoquée par une variation brusque du débit (fermeture rapide d'une vanne, arrêt d'une pompe). Amplitude maximale (Joukowsky) : ΔH = a ΔV / g, où a est la célérité de l'onde. Protections : réservoir anti-bélier, soupapes de décharge, fermeture lente, volant d'inertie.

2. Tranchées d'assainissement en milieu urbain

a. Essais :

• Identification et classification du sol : analyse granulométrique, limites d'Atterberg, valeur au bleu du sol, teneur en eau naturelle, teneur en matières organiques (classement du matériau, aptitude au réemploi).
• Référence de compactage en laboratoire : essai Proctor (normal ou modifié), qui donne la densité sèche maximale et la teneur en eau optimale.
• Contrôle en place : mesure de la densité sèche en place (gammadensimètre, densitomètre à membrane ou au sable), pénétromètre dynamique, essai de plaque.

b. Contrôle du compactage :

• Avant : nature et état hydrique du matériau de remblai (pas de matériaux organiques ni de blocs) ; qualité du fond de fouille et du lit de pose ; choix des engins et, si besoin, planche d'essai (nombre de passes, épaisseur des couches).
• Pendant : enrobage de la conduite compacté à la main ou avec un engin léger, sans choc sur le tuyau ; épaisseur des couches (20 à 30 cm) ; teneur en eau proche de l'optimum ; nombre de passes respecté ; contrôles de densité couche par couche.
• Après : vérification que les objectifs de densité sont atteints sur toute la hauteur (pénétromètre, densité, essai de plaque sous chaussée) ; absence de tassement ; inspection de la conduite (caméra, essai d'étanchéité) ; réfection de la chaussée.

3. Dimensionnement d'une conduite en charge

1. Calculer le débit à transiter (besoins de pointe à l'horizon du projet).
2. Choisir une vitesse admissible (en général 0,5 à 1,5 m/s) et en déduire D = √(4Q/πV) ; pour une conduite de refoulement, on cherche le diamètre économique (formule de Bresse D ≈ 1,5 √Q comme première approche, puis comparaison coût d'investissement / coût d'énergie).
3. Calculer les pertes de charge (Darcy-Weisbach avec Colebrook, ou Hazen-Williams).
4. Vérifier les pressions : pression minimale suffisante en tout point, pression maximale compatible avec la classe de la conduite (PN), y compris la surpression due au coup de bélier.
5. Choisir le diamètre commercial normalisé et le matériau.

4. Réseau d'eau potable et réseau d'assainissement

Le réseau d'eau potable fonctionne en charge : les conduites sont pleines, sous pression, et peuvent suivre le relief en montant et en descendant. Le réseau d'assainissement fonctionne en principe gravitairement, à surface libre : les conduites sont partiellement remplies, l'écoulement dépend de la pente (sauf les tronçons en refoulement).

5. Cinq matériaux de conduites d'eau potable

6. Trois procédés d'épuration des eaux usées

Boues activées (culture bactérienne libre aérée, puis décantation) ; lagunage (naturel ou aéré, en bassins successifs) ; lits bactériens (culture fixée sur un support). On peut citer aussi les disques biologiques et l'infiltration-percolation.

7. Trois rôles d'un réservoir d'eau potable

• Régulation : il compense l'écart entre un débit de production constant et une consommation variable dans la journée.
• Mise en pression du réseau : sa cote fixe la charge disponible chez les abonnés.
• Réserve : réserve d'incendie et réserve de sécurité en cas de panne de l'adduction ou de la station.

8. Contraintes de l'assainissement liquide d'une agglomération

Topographie (pentes suffisantes, points bas nécessitant des stations de relevage) ; vitesses à respecter (autocurage et non-abrasion) ; profondeurs de pose (protection, raccordement des immeubles) ; encombrement du sous-sol par les autres réseaux ; nature du sol et présence de nappe ; débits pluviaux importants lors des orages ; rejet dans le milieu naturel et normes de rejet ; formation d'H₂S (odeurs, corrosion) ; extension future de l'urbanisation ; coûts d'investissement et d'exploitation.

9. Influence de la vitesse sur les conduites de transit

• Vitesse trop faible : dépôts, stagnation, dégradation de la qualité de l'eau, diamètre surdimensionné et coûteux.
• Vitesse trop forte : pertes de charge élevées (elles croissent comme V²), donc plus d'énergie de pompage ; coups de bélier plus violents (ΔH = aΔV/g) ; érosion des parois et des joints ; bruit.
• On se tient donc en général entre 0,5 et 1,5 m/s environ.

10. Systèmes d'assainissement et critères de choix

Unitaire (eaux usées et pluviales dans une même conduite) ; séparatif (deux réseaux distincts) ; pseudo-séparatif (une partie des eaux pluviales, celles des toitures et cours, rejoint le réseau d'eaux usées). Critères : réseau existant, topographie, pluviométrie, sensibilité du milieu récepteur, contraintes de la station d'épuration (dilution, débits de pointe), densité urbaine, coûts d'investissement et d'exploitation.

11. Autocurage et abrasion

• Autocurage : la vitesse doit être suffisante pour entraîner les dépôts, même aux faibles débits. En pratique, on vise une vitesse de l'ordre de 0,6 m/s pour un remplissage partiel courant et au moins 0,3 m/s aux très faibles débits, ce qui impose une pente minimale.
• Abrasion : la vitesse ne doit pas dépasser environ 4 m/s à pleine section, sinon les particules transportées usent le radier des conduites ; au-delà, on crée des chutes (regards de chute) pour casser la pente.

12. Équipements d'un réseau de distribution d'eau potable

Robinets-vannes de sectionnement ; ventouses aux points hauts (évacuation de l'air) ; vidanges aux points bas ; poteaux et bouches d'incendie ; réducteurs ou régulateurs de pression ; clapets anti-retour ; compteurs et débitmètres ; branchements ; réservoirs anti-bélier.

13. Canalisations d'assainissement et critères de choix

Béton (non armé, armé, centrifugé) ; PVC (compact ou structuré) ; PEHD et polypropylène annelés ; grès vitrifié ; fonte d'assainissement ; polyester renforcé de fibres de verre (PRV). Critères : diamètre et débit ; résistance mécanique (profondeur, charges roulantes) ; résistance à l'agressivité des effluents et à l'H₂S ; résistance à l'abrasion ; étanchéité des joints ; rugosité hydraulique ; nature du sol et nappe ; coût de fourniture et de pose.

14. Pompe centrifuge

Données : à l'aspiration, pression 65 mce à la cote 350 m ; à l'arrivée, réservoir à la cote 420 m sous une pression de 32 mce ; Q = 5 L/s ; refoulement en PVC DN 110 de 3,7 km ; pertes de charge 7 m/km.

a. HMT (charges hydrauliques, en négligeant les termes de vitesse) :

• Charge à l'entrée de la pompe : 350 + 65 = 415 m.
• Charge exigée à l'arrivée : 420 + 32 = 452 m.
• Pertes de charge au refoulement : 7 × 3,7 = 25,9 m.
• HMT = 452 − 415 + 25,9 = 62,9 m.

b. Puissance hydraulique : P = ρ g Q HMT = 1 000 × 9,81 × 0,005 × 62,9 ≈ 3 085 W ≈ 3,1 kW. (La puissance absorbée sur l'arbre vaut P/η : par exemple 3,1/0,7 ≈ 4,4 kW pour un rendement de 70 %.)

15. Documents d'assainissement

Schéma directeur d'assainissement liquide (SDAL) ; plan de zonage ; plans des réseaux existants et projetés ; profils en long des collecteurs ; plans de détail des ouvrages (regards, déversoirs, stations de relevage) ; note de calcul hydraulique ; étude d'impact sur l'environnement ; rapport géotechnique ; documents du marché (CPS, bordereau des prix, détail estimatif).

16. Données de base pour les besoins de pointe en eau potable

• Population actuelle et projetée à l'horizon du projet (taux d'accroissement).
• Dotations unitaires (L/hab/j) selon le type d'habitat et de branchement.
• Besoins des équipements (administratifs, scolaires, sanitaires), de l'industrie, du tourisme, de l'arrosage.
• Rendement du réseau (pertes) et de l'adduction.
• Coefficients de pointe journalière et horaire, qui passent du besoin moyen au besoin de pointe.

Option ponts et chaussées

1. Paramètres d'état d'un sol

Poids volumiques (humide γ, sec γ_d, des grains γ_s, saturé γ_sat, déjaugé γ') ; teneur en eau w ; indice des vides e ; porosité n ; degré de saturation S_r ; pour les sols grenus, l'indice de densité (densité relative) ; pour les sols fins, l'indice de consistance (par rapport aux limites d'Atterberg).

2. Essais de laboratoire pour caractériser un sol

• Identification : teneur en eau, analyse granulométrique (tamisage et sédimentométrie), limites d'Atterberg, valeur au bleu, équivalent de sable, teneur en matières organiques, teneur en carbonates.
• Compactage et portance : essai Proctor (normal, modifié), essai CBR.
• Mécanique : essai œdométrique (compressibilité, tassement), cisaillement à la boîte de Casagrande, essai triaxial.

3. Le tassement

C'est l'enfoncement vertical d'un sol sous l'effet d'une charge, dû à la diminution de son volume : réarrangement des grains et surtout, pour les sols fins saturés, expulsion de l'eau des pores (consolidation), qui peut durer des années. Causes principales : charges apportées (bâtiment, remblai) ; présence de couches compressibles (argiles, vases, tourbes) ; abaissement de la nappe ; compactage insuffisant des remblais ; dessiccation des argiles ; vibrations ; hétérogénéité du sol ; dissolution ou affouillement.

4. Terminologie routière

• Chaussée : partie de la route aménagée pour la circulation des véhicules.
• Accotements : bandes latérales de part et d'autre de la chaussée (arrêt d'urgence, butée latérale de la chaussée).
• Plateforme : surface comprenant la chaussée et les accotements (éventuellement le terre-plein central).
• Fossés : excavations longitudinales qui recueillent et évacuent les eaux de ruissellement.
• Dévers : pente transversale de la chaussée (évacuation de l'eau en alignement droit, et en courbe inclinaison vers l'intérieur pour compenser la force centrifuge).
• Assiette : surface de terrain effectivement occupée par la route et ses annexes (plateforme, fossés, talus).
• Emprise : surface de terrain juridiquement affectée à la route (domaine public), au moins égale à l'assiette.
• Remblais / déblais : remblai = apport de terre au-dessus du terrain naturel ; déblai = excavation sous le terrain naturel.
• Talus : surface inclinée qui raccorde la plateforme au terrain naturel, en remblai ou en déblai.

5. Structure d'une chaussée

De haut en bas : couche de surface (couche de roulement, éventuellement couche de liaison) ; corps de chaussée : couche de base puis couche de fondation ; couche de forme ; sol support (partie supérieure des terrassements, plateforme support).

6. Paramètres de dimensionnement des chaussées neuves

Le trafic poids lourds (trafic à la mise en service, taux de croissance, durée de vie, trafic cumulé) ; la portance du sol support (CBR, classe de plateforme) ; les caractéristiques des matériaux (modules, résistances, coefficients d'équivalence) ; le climat et l'environnement (température, pluviométrie, drainage) ; la durée de vie et le niveau de risque accepté. Au Maroc, on s'appuie sur le catalogue des structures types de chaussées neuves.

7. Pourquoi dimensionner uniquement par rapport aux poids lourds ?

L'agressivité d'un essieu croît très vite avec sa charge, à peu près comme la puissance 4 du rapport à l'essieu de référence (loi issue des essais AASHO). Un essieu de voiture (moins d'une tonne) est donc des milliers de fois moins endommageant qu'un essieu de 13 t : l'endommagement de la chaussée est dû presque entièrement aux poids lourds, et les véhicules légers sont négligeables.

8. La méthode CBR

• Essai : on compacte le sol dans un moule à la teneur en eau et à la densité de l'essai Proctor modifié, on l'imbibe généralement 4 jours, puis on l'enfonce avec un piston de 19,3 cm² à vitesse constante (1,27 mm/min). On relève les efforts à 2,5 mm et à 5 mm d'enfoncement et on les rapporte aux efforts de référence (13,35 kN et 19,93 kN) : l'indice CBR est la plus grande des deux valeurs, en %.
• Méthode de dimensionnement : une formule empirique donne l'épaisseur équivalente totale de chaussée en fonction du CBR du sol, de la charge par roue et du trafic PL ; cette épaisseur est ensuite répartie entre les couches au moyen de coefficients d'équivalence des matériaux (e_éq = Σ a_i e_i).

9. Classement des ouvrages

• Clouage : ouvrage géotechnique de soutènement (renforcement des talus et parois de fouille).
• Station d'épuration : ouvrage hydraulique d'assainissement (génie sanitaire).
• Salle de sport : bâtiment (équipement public).
• Tunnel : ouvrage d'art souterrain (infrastructure de transport).

10. Métré et devis quantitatif

Le métré est l'opération (et le document) de mesure et de calcul détaillé des quantités d'ouvrages, à partir des plans (avant-métré) ou sur le chantier (métré des travaux exécutés), avec les dimensions et le détail des calculs. Le devis quantitatif (détail quantitatif) est le récapitulatif des ouvrages classés par article, avec leur unité et leur quantité, sans le détail des calculs ; en y ajoutant les prix unitaires, on obtient le devis quantitatif-estimatif.

11. Dimensionnement d'une chaussée par la méthode CBR

Données : TMJA₂₀₁₁ = 25 737 v/j ; Z = 50 % de PL ; τ = 4 % ; mise en service 2014 ; durée de vie 20 ans ; CBR = 3,2.

11-2. Trafic poids lourds (on calcule d'abord le trafic, nécessaire à 11-1) :

• TPL₂₀₁₁ = 25 737 × 0,50 = 12 869 PL/j.
• TPL₂₀₃₄ = TPL₂₀₁₁ × (1,04)²³ = 12 869 × 2,465 ≈ 31 717 PL/j (2034 = fin de la durée de vie de 20 ans à partir de 2014 ; pour mémoire, TPL₂₀₁₄ ≈ 14 475 PL/j).

11-1. Épaisseurs. Formule CBR avec trafic :

e = [100 + √P (75 + 50 log(N/10))] / (I_CBR + 5)

avec P = 6,5 t (charge par roue d'un essieu de 13 t) et N = 31 717 PL/j (trafic à l'horizon du projet) :

• log(N/10) = log(3 171,7) = 3,50 ⇒ 75 + 50 × 3,50 = 250,1
• √6,5 = 2,55 ⇒ 2,55 × 250,1 = 637,6
• e = (100 + 637,6) / (3,2 + 5) = 737,6 / 8,2 ≈ 90 cm d'épaisseur équivalente.

Répartition avec les coefficients d'équivalence usuels (béton bitumineux BB : 2 ; grave-bitume GB : 1,5 ; grave concassée GC : 1) :

💡 Avec un CBR de 3,2 (sol très médiocre), l'épaisseur est forte : en pratique on prévoit une couche de forme qui relève la portance de la plateforme et réduit la couche de fondation. Indiquez sur la copie la charge par roue et le trafic N que vous avez retenus : le correcteur note la démarche.

12. Fondations pour un ancrage 3 < H ≤ 7 m

Ce sont des fondations semi-profondes : puits (gros béton ou béton armé) coulés jusqu'au bon sol et surmontés d'une semelle ou d'une longrine, ou barrettes courtes.

        poteau
          |
   ===[ semelle / longrine ]===   terrain naturel
        |        |
        |  puits |   H entre 3 et 7 m
        | (gros  |   (sol médiocre)
        | béton) |
   -----+--------+-----  bon sol

13. ELS et ELU pour une semelle

• ELU (état limite ultime) : on vérifie que la semelle et le sol ne rompent pas. Combinaison N_u = 1,35 G + 1,5 Q ; calcul des armatures (méthode des bielles), vérification du poinçonnement et de la portance ultime du sol.
• ELS (état limite de service) : on vérifie le bon comportement en service. Combinaison N_ser = G + Q ; contrainte sur le sol ≤ contrainte admissible, tassements acceptables, fissuration limitée (aciers dont la contrainte est bornée si la fissuration est préjudiciable).

14. Semelle isolée circulaire

Données : G = 65 kN ; Q = 25 kN ; poteau b = 40 cm ; H = 1,65 m ; γ_sol = 19 kN/m³ ; γ_béton = 25 kN/m³ ; σ_sol = 0,65 bar = 65 kN/m² ; poids des terres et de la semelle = 30 kN.

14-1. Effort normal

• Sans le poids des terres et de la semelle : N_u = 1,35 × 65 + 1,5 × 25 = 125,25 kN ; N_ser = 65 + 25 = 90 kN.
• Avec les 30 kN (charge permanente) : N_u = 1,35 × (65 + 30) + 1,5 × 25 = 165,75 kN ; N_ser = 95 + 25 = 120 kN.

14-2. Diamètre (vérification du sol à l'ELS) :

π ز/4 ≥ N_ser/σ_sol = 120 / 65 = 1,846 m² ⇒ Ø ≥ √(4 × 1,846 / π) = 1,53 m ⇒ on retient Ø = 1,60 m (surface 2,01 m², contrainte 120 / 2,01 = 59,7 kN/m² ≤ 65 ✔).

14-3. Hauteur par la condition de rigidité

d ≥ (Ø − b)/4 = (1,60 − 0,40)/4 = 0,30 m ⇒ h = d + 5 cm = 0,35 m. La semelle est rigide, et l'on peut appliquer la méthode des bielles pour le ferraillage.