Il se caractérise par des variations brutales de pression, un bruit particulier et des vibrations plus ou moins importantes des conduites. Les autres méfaits du coup de bélier, s'ils ne sont pas perceptibles, sont beaucoup plus importants : usure prématurée des conduites et des joints, fortes poussées de pression sur tout le matériel (pompes, robinetterie, etc.).
Origine du coup de bélier
Le coup de bélier d’onde a deux origines principales :
1) sur une conduite de refoulement : arrêt ou disjonction des pompes,
2) sur une conduite de distribution : fermeture brutale d’une vanne.
Dans le cas 1, au temps T d’arrêt de pompe, la conduite n’est plus alimentée en eau ; la vitesse d’écoulement du fluide étant établie, il y a mise sous vide des installations (cavitation), d’où tendance à l’écrasement des conduites : c’est la phase de dépression.
Au retour, cette onde de dépression s’est inversée et revient à son point de départ sous forme d’onde de surpression. Le phénomène inverse se produit et là, il y a risque d’éclatement : c’est la phase de surpression.
[Photo :
A – Conduite de refoulement
L’anti-bélier est à placer à la station, en aval immédiat des pompes
B – Conduite gravitaire
L’anti-bélier est à prévoir en amont immédiat de la vanne de sectionnement
1) emplacement optimum
2) emplacement acceptable, le cas échéant]
Ces valeurs théoriques de dépression et de surpression peuvent s’estimer par la formule
ΔH = ± (a – U₀) / g
mesurées à partir de la pression statique.
ΔH étant l’amplitude du coup de bélier d’onde,
a étant la célérité d’onde dans les conduites (ex. : 1 200 m/s dans la fonte),
U₀ étant la vitesse du fluide en régime permanent,
g étant l’accélération de la pesanteur, soit 9,81.
Dans le cas 2, au temps T’ de fermeture d’une vanne, le régime établi est stoppé brutalement. Nous aurons donc :
— surpression, donc risque d’éclatement,
— dépression, donc risque d’écrasement. Il est à noter que dans ce cas, le risque d’écrasement peut, selon le cas de figure, être moins important que dans le cas 1.
L’amplitude du coup de bélier se mesure avec la même formule :
(a – U₀) / g
Les dispositifs de protection contre les coups de bélier
Il est aisé de voir que pour combattre un coup de bélier, il est impératif de connaître son origine.
Dans le cas 1 ci-avant, il faudra que le dispositif anti-bélier fournisse de l’eau à la conduite pour éviter la cavitation au temps T, et la réabsorbe au retour pour éviter une surpression au temps T’.
Dans le cas 2 au contraire, il faudra qu’il absorbe de l’eau pour limiter la surpression, et la restitue à la conduite au moment de la réflexion de l’onde.
Le même dispositif peut donc convenir pour ces deux types de protection.
Les deux anti-béliers les plus généralement utilisés sont les cheminées d’équilibre et les réservoirs hydropneumatiques.
Si l’on ne peut pas nier l’efficacité des cheminées, elles sont quand même très onéreuses, pas ou peu esthétiques et difficiles à mettre en œuvre dans certains cas.
Le réservoir anti-bélier, lui, sera de capacité beaucoup plus réduite, plus esthétique, de mise en œuvre plus aisée et surtout moins onéreux.
Depuis longtemps déjà, les anti-béliers à vessie, dont notre société s’est fait une spécialité, ont pris le pas sur les réservoirs hydropneumatiques classiques. L’eau et l’air n’étant plus en contact, il n’y a plus à craindre de dissolution gazeuse et le rapport air-eau reste ainsi constant. L’eau étant isolée par la vessie, il n’existe pas de risques de corrosion ; il en résulte donc une longévité accrue du matériel ; la vessie étant de qualité alimentaire, l’eau potable n’est pas altérée.
On trouvera sur la figure des indications sur les meilleurs emplacements à retenir pour la pose des anti-béliers, d’une part sur une conduite de refoulement, et d’autre part sur une conduite gravitaire. Il est toutefois préférable de faire précéder cette opération d’une étude réalisée par un service technique spécialisé disposant des moyens informatiques nécessaires.
