Un peu d'histoire

Alimenter la ville en eau est une nécessité aussi ancienne que la ville elle-même.

Les activités qui exigeaient de grandes quantités d'eau s'installaient sur l'eau (Le moulin du Got à Saint Léonard de Noblat, Eymoutiers, cité des tanneurs par exemple).

Parfois, c'est le cas dans de nombreuses villes romaines, il était nécessaire, pour alimenter des fontaines ou des thermes, de concevoir des constructions plus complexes : des réservoirs (les castella), des aqueducs[*], des canalisations souterraines.

C'est au cours de la deuxième moitié du XIXe siècle, avec la croissance de la ville industrielle, que les besoins en eau augmentent considérablement. La demande est d'abord industrielle et ferroviaire. Ceux-ci prennent la forme des grands cubes installés sur le toit ou de véritables châteaux d'eau. Pour remplir rapidement les chaudières des locomotives à vapeur les compagnies de chemin de fer doivent équiper les gares de réservoirs d'eau. Le château d'eau, souvent d'assez faible hauteur, devient un élément du paysage ferroviaire. Mais c'est surtout pour alimenter les villes en eau courante sous pression (capable de monter dans des immeubles de plus en plus hauts) que le réservoir haut perché devient indispensable.

Château d'eau permettant de refaire le plein d'eau d'une locomotive à vapeur
Château d'eau - Gare

Les composantes

Le château d'eau a un rôle de réserve et d'organe régulateur de la pression[*] dans le réseau. Seul le défaut de relief dans la zone où doit être implanté le réservoir impose de construire ce dernier sur tour. Structurellement, le château d'eau est donc une cuve surélevée, placée sur un support. Il faut y ajouter la fondation[*] sous ce dernier, importante en raison de la masse[*] de l'ouvrage.

La protection des tuyauteries impose de les loger dans une enceinte fermée, du sol à la cuve ; ce fût[*] participe souvent au soutien du réservoir. Il comporte des planchers régulièrement espacés. Un escalier en colimaçon ou parfois des échelles, permet l'accès à tous les niveaux, de la cave en haut de la cuve.

Les techniques de construction

Classiquement, le château d'eau en béton[*] est construit à l'aide d'un échafaudage[*]. En raison de la hauteur de l'ouvrage, de l'étendue de la cuve, l'échafaudage[*] provisoire doit être robuste,volumineux, mais il représente un coût important.

1re étape :

• Le coffrage[*] grimpant permet la réalisation, par tranches verticales successives, du fût[*] du château d'eau. Il comporte les passerelles de travail nécessaires et prend appui sur la structure même.

• Il en est de même du coffrage[*] glissant, à cette différence que ce dernier monte de façon continue, jour et nuit, de la base au sommet du fût[*]. Quelques jours suffisent pour atteindre une hauteur de plusieurs dizaines de mètres.

• Ces méthodes s'appliquent le plus facilement à des éléments prismatiques[*] ou de section peu variable.

2e étape :

Pour éviter l'utilisation d'un échafaudage[*], les entreprises construisent au sol le coffrage[*] d'ensemble de la cuve, autour du fût[*]. La cuve est hissée le long du fût[*] par des câbles et des vérins[*] placés au sommet de celui-ci. La cuve mise en place est fixée au fût[*] par des éléments précontraints[*].

Exemple de construction d'un château d'eau

Localisation : Saint Quentin en Yvelines (78)

Année de construction : 1982 – 1983

Le château d'eau est constitué de différents éléments :

  • le radier[*] circulaire,

  • le fût[*] circulaire,

  • quatre poteaux symétriquement disposés en partie dans l'épaisseur du fût[*],

  • une dalle intermédiaire en partie haute du fût[*],

  • le réservoir constitué d'une dalle, d'un cône et d'un couvercle.

Caractéristiques :

  • hauteur : 50 m,

  • capacité : 4 500 m3 d'eau,

  • radier[*] : diamètre : 9 m, hauteur : 1,80 m,

  • poteaux rectangulaires : dimensions : 1 m x 0,6 m,

  • fût[*] circulaire : diamètre : 6 m, hauteur : 40 m,

  • réservoir : la dalle circulaire : 6 m,

  • hauteur : 0,2 m

  • cône : hauteur : 10 m

  • couvercle : diamètre : 40 m,

  • épaisseur : 0,1 m.

Quantités principales :

Procédés d'exécution :

  • fondations sur barrettes,

  • fût[*] béton armé réalisé par levées successives,

  • cuve en béton précontraint coulée sur échafaudage au sol,

  • accrochage de la cuve sur le fût[*] par clouage vertical au moyen de câbles de précontrainte,

  • la cuve est levée par vérinage[*] sur 40 m de hauteur le long du fût[*]. Poids levé : 1 600 tonnes[*].

Comment ça fonctionne ?

Dans le château d'eau, c'est un peu comme dans une baignoire :

1 : Un gros tuyau mène l'eau au sommet de la tour dans une grande cuve.

2 : Un autre tuyau permet à l'eau de redescendre, comme pour l'évacuation de l'eau d'une baignoire.

3 : Enfin, un dernier tuyau permet d'évacuer l'eau en cas de débordement. Dans la baignoire ce serait le petit trou qui se trouve en haut, généralement juste sous le robinet parfois caché par le dispositif de fermeture du bouchon.

Comme une baignoire, le château d'eau se remplit et se vide. Mais contrairement à la baignoire, on ne le vide complètement que lorsqu'on veut nettoyer la cuve. La réserve d'eau permet de faire face à une consommation moyenne du réseau (les voisins) d'une demi-journée en général, soit le temps nécessaire à une éventuelle réparation sans que les consommateurs viennent à manquer d'eau chez eux.

A quoi il sert ?

Le château d'eau n'est qu'un des maillons de la distribution d'eau. Parce qu'il est très visible dans le paysage, on pense qu'il s'agit d'une étape primordiale et obligatoire. Ce n'est pas le cas. Le château d'eau est un réservoir surélevé.

Il a deux fonctions, il permet :

  • de constituer une réserve d'eau,

  • de maintenir une certaine pression.

Sa hauteur ?

Elle est variable. Dans le paysage de nos campagnes, on a pour habitude de voir deux silhouettes dominer : celle du clocher de l'église et celle du château d'eau. Le principe est simple : le château d'eau doit être plus haut que l'ensemble des bâtiments qu'il alimente. Mais bien sûr, il n'y a pas besoin d'amener l'eau à la hauteur des cloches de l'église.

Sa capacité

C'est la quantité d'eau qu'il peut contenir lorsqu'il est rempli au maximum.

La capacité est variable. Elle est calculée en fonction des besoins aux alentours : un petit hameau ou un grand village? Mais il y a des limites, car les matériaux utilisés pour la construction doivent supporter le poids de l'eau.

Les vases communicants

Le principe de fonctionnement du château d'eau est calqué sur celui des vases communicants :

Sur Terre, l'eau sait descendre sous l'influence de son propre poids. Elle peut aussi se maintenir à la même hauteur que celle qui lui est donnée à l'origine comme, par exemple, dans ce tuyau (ci-contre). Par contre, elle ne peut pas monter plus haut que son niveau initial sans un petit coup de main. Cette aide, c'est le système de pompage qui va la lui fournir. Mais dans la distribution d'eau, un système de pompage n'est pas toujours nécessaire, car les concepteurs essayent de profiter au maximum de dénivelés du terrain. Le système de pompage nécessite une dépense d'énergie (électricité), ce qui a un coût.

Animation sur le principe des vases communicants
Principe des vases communicants

La pression et le débit

Le château d'eau permet donc de faire circuler l'eau dans les conduites vers les maisons.

L'eau voyage ainsi en quantité suffisante avec une certaine force (pression) et une certaine vitesse (débit).