Le Bélier Hydraulique

Le Bélier Hydraulique:
Ce sont les frères Mongolfier qui ont les premiers, en 1792 ou 1796 suivant les littératures,
utilisé ce phénomène en imaginant un système pour élever de l'eau. En effet, l'onde de choc
contre les parois d'une conduite d'eau est d'autant plus violente que la fermeture d'une vanne
est rapide, en effet l'eau est incompressible. Ce système à longtemps été utilisé dans les
chateaux pour alimenter les fontaines des jardins ainsi que dans les exploitations agricoles
pour l'irrigation ou pour l'eau de consommation. Certains béliers hydrauliques ont fonctionné
près d'un siècle, le système est relativement simple et il ne comporte que peu de piéces
mécanique en mouvement, donc il est d'un entretient assez aisé.
1 - Principe :
Lorsque l'on interrompt brutalement l'écoulement d'un liquide dans une conduite, par la
fermeture d'un clapet, l'énergie cinétique du liquide se transforme en énergie de pression et
une onde de choc prend naissance. Une dépression se crée lors de l'ouverture rapide d'un
clapet. Ces phénomènes sont connus sous le nom de " coup de bélier " et sont accompagnés
d'un bruit de claquement; c'est ce même bruit que l'on peut entendre dans les canalisation
actuelles d'eau sanitaire lorsque l'on ferme trop brutalement un robinet ou que celui-ci est un
peu défectueux.. A cause de l'onde de choc, ce phénomène peut-être très destructeur si les
tuyaux, les soudures sont faibles ou de mauvaise qualité. Voyons le principe de
fonctionnement du bélier hydraulique.
2 - Explication hydromécanique:
La canalisation emmène l'eau du bassin situé à une hauteur h , l'eau peut donc s'écouler
vers la gauche si la soupape B est ouverte. Cette soupape est incomplètement équilibrée par le
lest M et, par conséquent toujours sollicité à l'ouverture. A l'arrêt, la soupape B est maintenue
fermée par la pression crée par la colonne d'eau h . Si l'on exerce une pression sur la
mandoline, à l'opposé du lest M , l'eau s'écoule par la soupape B en prenant progressivement
de la vitesse, lorsque que cette dernière est suffisante, la soupape B se referme et l'écoulement
est brusquement interrompu. L'énergie cinétique ce transforme alors en énergie de pression
(onde de choc), le fluide (eau) étant incompressible et la canalisation suffisament rigide, le
seul échappement possible est par le clapet A qui est soulevée par la surpression et une
certaine quantité d'eau pénètre dans le réservoir R tout en comprimant l'air qui se trouve dans
sa partie supérieure. L'énergie de pression étant presque totalement absorbée par le réservoir
R , le clapet A se referme. L'écoulement est à nouveau stoppé dans la canalisation, l'énergie
cinétique résiduelle est devenue trop faible pour soulever A mais provoque un retour de l'eau
vers le bassin. Il se crée alors une dépression sous la soupape B qui va s'ouvrir jusqu'à ce que
la vitesse de l'eau qui s'échappe soit suffisante pour entraîner sa fermeture brutale et le cycle
recommence. La hauteur d'eau H peut-être bien supérieure à la hauteur d'eau h ; les essais que
j'ai effectué avec une colonne d'eau h de 2 mètres (200 grammes de pression) m'ont permis
d'élever la colonne d'eau H à 50 mètres soit 5 Kg de pression avec un débit beaucoup plus
faible que celui de l'alimentation, cela va de soi. La fréquence des coups de bélier était de
l'ordre de 4 à 5 coups par seconde.
3 - Un peut de théorie:
Dans un cas parfait, le rapport des débits est égal au rapport des hauteurs : D/d = H/h d'ou,
D*h = d*H. Ces deux grandeurs peuvent être assimilées à des puissances ou D*h est la
puissance fournie (Pf) et d*H est la puissance utile (Pu). Le rapport de Pu sur Pf nous donne
le rendement (µ ) donc finalement :
µ*D*h = d*H
La chute du rendement est principalement due aux pertes de charges dans les clapets, aux
pertes de charges dans la canalisation et surtout dans l'échappement de l'eau par la soupape B .
Il est à noter que si la canalisation d'alimentation est trop longue (> à 100m) il se produit un
phénomène d'écho de l'onde de choc principale qui remonte la canalisation d'alimentation et
vient, au passage, perturber et désynchroniser le fonctionnement du bélier qui peut s'arrêter de
fonctionner.
Le progrès aidant, les béliers hydrauliques ont quasiment disparu au profit des pompes
électriques. La magie du bélier n'a d'égal que sa simplicité d'autant que pour fonctionner il n'a
besoin d'aucun apport d'énergie si ce n'est l'énergie potentielle contenue dans un bassin de
rétention.
Bonnes bidouilles F4DXU