Coup de bélier dans le système hydraulique: Causes, dommages et solutions.

Un son sourd, comme celui produit par un marteau lorsqu'il frappe un coup. Il n'est pas rare d'entendre ce type de bruit dans un système hydraulique, et tout professionnel sait à quel point il est important de ne pas le sous-estimer. Le coup de bélier est un phénomène qui peut être simplement résumé par un pic de pression causé par une variation rapide de la vitesse d'écoulement dans la conduite. De petits coups de bélier peuvent être normaux, mais il est néanmoins essentiel de les contenir autant que possible avec des précautions appropriées lors de la phase de conception pour éviter des dommages au système.

Les conséquences du coup de bélier sont en effet multiples et peuvent concerner des dommages aux conduites, aux réservoirs d'expansion, aux raccords de jonction et aux équipements installés dans le système.

Qu’entend-on par coup de bélier ?

Voyons maintenant plus en détail en quoi consiste ce phénomène. Le coup de bélier est une onde de surpression qui se produit, par exemple, lorsque l'on arrête rapidement uneélectropompe ou lorsque l'on ferme soudainement une vanne hydraulique. La vitesse de la manœuvre provoque une perturbation de la pression du liquide qui se propage dans la conduite à partir du dispositif d'arrêt et remonte vers l'amont, se réfléchissant contre d'autres dispositifs et les courbes du circuit avant de s'amortir progressivement en descendant vers l'aval.

La vitesse à laquelle l'onde se propage en sens inverse le long de la conduite est proche de celle du son dans les liquides (environ 300 m/s) ; il convient toutefois de considérer que l'ampleur du phénomène dépend de plusieurs facteurs. Certainement de la vitesse de fermeture des appareils, mais aussi de la vitesse et de la viscosité du fluide, de la forme, des dimensions et des matériaux des conduites.

Si les tuyaux sont sous-dimensionnés, c'est-à-dire s'ils ont un diamètre plus petit que celui de la pompe, la vitesse du fluide diminue mais la pression est plus élevée. La force de la pression est également plus grande au niveau des courbes, c'est-à-dire dans les raccords coudés de l'installation, qui sont souvent présents dans les circuits de faible dimension, comme ceux domestiques.

Pour protéger l'installation hydraulique du redouté coup de bélier, plusieurs méthodes existent :

Des dispositifs tels que les pressostats ou les pressoflussostats, en assurant le fonctionnement du circuit dans des paramètres spécifiés, exercent une fonction de sécurité car ils aident à prévenir les pics de surcharge du système.

Une autre solution est représentée par les clapets anti-retour à installer le long des tuyaux.

Les clapets anti-retour, en particulier, servent à empêcher que les ondes de surpression n'atteignent les électropompes et sont donc installés immédiatement en aval, un pour chaque pompe.

Les clapets sont généralement installés en complément de réservoirs d'expansion anti coup de bélier spécifiques.

Ces dispositifs sont également appelés amortisseurs anti coup de bélier, en raison de leur mécanisme de fonctionnement. Il s'agit de récipients cylindriques rigides constitués de deux chambres, l'une remplie du fluide du circuit, et l'autre contenant de l'air sous pression. Les deux chambres sont séparées par une membrane élastique. Comme l'air est compressible, il agit comme un amortisseur des pics de surpression, compensant les changements et protégeant l'installation des conséquences du choc hydraulique.

Pourquoi utilisons-nous l'expression coup de bélier pour définir ce phénomène hydraulique ? Le bélier était une ancienne machine de guerre, dans sa forme la plus simple constituée d'une longue et robuste poutre en bois, avec une tête de bélier en fer fixée à l'extrémité. Il semble que ce soient les Carthaginois qui l'ont utilisée en premier. Elle servait à enfoncer les portes et les murs des villes avec une succession de coups violents, comme ceux que l'on ressent dans les tuyaux lorsque le flux de fluide subit un changement soudain.