Toute panne entraîne des perturbations dans le fonctionnement normal du système ainsi que des coûts liés à l'achat des pièces nécessaires et à la réalisation des réparations. Bien entendu, dans la plupart des cas, la défaillance est due au hasard. Il existe toutefois de nombreux risques qui peuvent être évités grâce à une attention et une planification appropriées. Dans le cas des installations d'alimentation en eau et de tous les systèmes hydrauliques, l'un des principaux risques est l'apparition de ce que l'on appelle le coup de bélier. Comme le montrent les études, ce phénomène est responsable de près de 80 % de toutes les pannes survenant sur les conduites des réseaux d'eau dépourvues de dispositifs de protection. Mais qu'est-ce qu'un coup de bélier ? Quelle en est la cause ? Et que faire pour le prévenir ? Nous répondons à ces questions et à bien d'autres dans notre article.
Coup de bélier - bases théoriques du phénomène
Le coup de bélier est un terme qui désigne une augmentation soudaine de la pression provoquée par une variation imprévue, rapide et imposée en peu de temps de la vitesse d'écoulement dans une conduite. Le nom même du phénomène vient du bruit caractéristique qui se produit au cours du processus et qui rappelle des coups de marteau. Selon la définition spécialisée, le coup de bélier est « provoqué par l'inertie de la masse de liquide se déplaçant dans une conduite, dont la vitesse d'écoulement subit une variation soudaine ». En outre, « la variation brutale de la vitesse et du débit volumique du liquide en écoulement entraîne une modification locale de la part de l'énergie cinétique et potentielle dans l'énergie totale de la section, qui se traduit par une augmentation ou une diminution de la pression dans le flux. Lorsque la vitesse du flux est fortement freinée, l'énergie cinétique diminue brutalement, ce qui entraîne une augmentation de l'énergie potentielle, se manifestant par une forte hausse de la pression ».
Selon la nature du phénomène, il peut s'agir d'un coup de bélier positif (augmentation de la pression) ou d'un coup de bélier négatif (baisse soudaine de la pression). Quel que soit son type, le coup de bélier peut être à l'origine de nombreux problèmes, notamment :
- destruction de la conduite,
- endommagement de la pompe,
- endommagement du moteur,
- endommagement des clapets anti-retour,
- interruption de l'écoulement de l'eau.
Quelles sont les causes du problème ?
Qu'est-ce qui provoque le phénomène négatif qu'est le coup de bélier ? Les causes peuvent être nombreuses, mais la pratique montre que les deux principaux facteurs sont les suivants :
- une situation dans laquelle le clapet anti-retour installé sur la conduite partant de la pompe se trouve à plus de neuf mètres au-dessus du niveau de la surface de l'eau,
- une situation dans laquelle le clapet anti-retour installé sur la conduite partant de la pompe n'est pas étanche, tandis que le clapet anti-retour suivant, installé au-dessus du précédent, reste étanche.
D'autres causes pouvant entraîner des problèmes sont :
- les pannes, telles que la rupture d'une conduite, le blocage soudain de la pompe, la torsion de la tige ou l'arrachement du filetage de la vanne, ainsi que les vibrations des éléments soumis à des déformations,
- le phénomène de cavitation, provoqué par une vitesse excessive de l'écoulement de l'eau, une grande différence entre la pression et la pression de vaporisation du liquide à une température donnée, la fermeture d'une vanne ou l'emplacement élevé d'un point du réseau,
- les événements accidentels, notamment une coupure soudaine de l'alimentation électrique, une modification des conditions initiales d'écoulement, une modification des débits nodaux, ou une variation du niveau d'eau dans les réservoirs initiaux ou intermédiaires du réseau,
- une exploitation incorrecte du système, se manifestant par l'arrêt soudain de toutes les pompes alimentant cette même conduite, la fermeture ou l'ouverture incorrecte des vannes, ainsi qu'une maintenance et des réparations inadéquates,
- les vibrations liées au fonctionnement irrégulier des pompes ou au fonctionnement des vannes à flotteur.
Mais ce n'est pas tout. Une autre cause du problème peut également être l'utilisation de solutions inadaptées, comme l'introduction, à l'intérieur d'une ancienne conduite, d'une nouvelle conduite de plus petit diamètre (ce qui augmente la vitesse d'écoulement du liquide). Il convient de se rappeler que toute modification peut entraîner des dommages imprévus. Les nouvelles solutions doivent donc être choisies en fonction des caractéristiques du système analysé.
Comment prévenir le phénomène ?
Il est important de souligner qu'il est possible de prévenir les coups de bélier et, par conséquent, les problèmes qui y sont liés. Voici quelques méthodes :
- choisir des sections et des dispositifs de protection appropriés, sélectionner les vannes adéquates et prendre des mesures contre le phénomène de résonance,
- tenter d'éliminer le phénomène de coup de bélier en modifiant directement la configuration du système, notamment le tracé, la longueur des conduites, leurs diamètres, le matériau des conduites, les raccordements ou les dérivations,
- intégrer au système différents dispositifs et mécanismes permettant de décharger le liquide de la conduite ou de le retenir dans un espace donné à l'extérieur du système ; cela implique l'utilisation de réservoirs hydropneumatiques, de réservoirs hydropneumatiques dotés d'un diaphragme différentiel installé sur l'évacuation, de vannes d'admission d'air ou de soupapes de sécurité.
