Prévention du coup de bélier dans les canalisations grâce à l’utilisation de différents modèles de ventouses.

Bonjour et bienvenue sur Controlling Water, un espace où nous parlons de compteurs d’eau et partageons des informations intéressantes sur l’industrie de l’eau. À chaque épisode, nous recevons des professionnels du secteur spécialisés dans tout ce qui concerne les vannes, les compteurs et les bonnes pratiques dans le domaine de l’eau. Nous sommes ici avec Colin Kirkland, de BERMAD Australia, qui est l’un des ingénieurs chez BERMAD AU.

Il possède plus de 30 ans d’expérience dans le secteur, travaillant sur des canalisations pouvant être soumises à des coups de bélier. Colin, je suis vraiment ravi de discuter avec toi aujourd’hui du coup de bélier. C’est un terme que l’on entend souvent. C’est un problème très courant. Il peut avoir des conséquences importantes sur une canalisation dans de nombreux scénarios, donc c’est vraiment passionnant de pouvoir en parler en profondeur aujourd’hui.

Avant d’aborder certains scénarios, et je sais que j’ai moi-même une anecdote de coup de bélier à te raconter, qu’est-ce qu’un coup de bélier exactement ? Comment le décrirais-tu ?

Eh bien, le coup de bélier est un phénomène qui se produit dans toute canalisation d’alimentation en eau lorsque l’on observe une augmentation rapide du débit d’eau, bien au-delà de ce qu’il serait normalement, généralement causée par une variation rapide du débit. Ainsi, si l’on constate une variation rapide du débit, par exemple lorsqu’une vanne est fermée très rapidement, on observe généralement une montée très brusque de la pression, qui se répercute ensuite dans le système.

Ce coup de bélier peut alors se propager à des vitesses impressionnantes. Si une canalisation est entièrement remplie d’eau et que l’on circule, par exemple, dans une canalisation en acier, il peut se déplacer jusqu’à un kilomètre par seconde, soit mille mètres par seconde.

Waouh.

Mais s’il s’agissait d’une conduite plus flexible et à plus basse pression, comme du polyéthylène, la vague pourrait se déplacer à trois à quatre cents mètres par seconde, ce qui reste une onde de pression se propageant très rapidement dans le réseau, causée par la fermeture d’une vanne. Alors, qu’est-ce que le coup de bélier ? Il s’agit d’un changement rapide ou d’une augmentation rapide de la pression au-delà des conditions normales de fonctionnement, générée par une variation rapide du débit.

Tellement intéressant. Tellement intéressant. Et cela produit aussi, avec ce changement de pression, un son incroyable.

Oui, c’est possible. C’est aussi un peu effrayant.

Oui, ça peut arriver, ça peut arriver ! Je me souviens que je vivais dans un immeuble et nous avons eu un phénomène d’anti-bélier. C’était un très vieil immeuble, magnifique, avec de vieilles canalisations également. Et l’anti-bélier est apparu et c’était tellement perturbant, cela arrivait à toute heure du jour et de la nuit, complètement imprévisible, et on pensait que tout était calme puis on commençait à entendre les coups et on se disait non, pas encore.

Oui. Cette situation arrive souvent. Je me souviens encore de mon fils qui travaillait de nuit et qui rentrait à la maison pour prendre une douche le soir ; il fermait la douche et on entendait un bang, bang, bang chaque nuit, vous voyez ? Donc oui, cela arrive aussi bien dans le domestique que, comme dans votre cas, probablement Sarah était quelqu’un qui ouvrait et fermait les vannes très rapidement. Parce que si vous y pensez, il y a de nombreuses années, nous n’avions pas de robinets à levier. Donc, quand nous allions à l’évier, nous avions un robinet qu’il fallait tourner et qui mettait plus de temps à se fermer. Avant, nous n’avions pas autant de coups de bélier, mais aujourd’hui, nous générons beaucoup de choses qui provoquent des changements rapides de débit. C’est exactement ce que c’est. Donc, dans votre cas, il se peut que ce soit quelqu’un qui ouvrait et fermait des vannes. Il se peut aussi qu’il y ait eu de l’air dans le circuit d’eau chaude qui se comprimait. Cela peut être dû à de multiples raisons, mais c’est courant. C’est partout. Cela ne disparaîtra jamais, mais nous pouvons y faire face et nous pouvons le réparer.

Je suis heureux de l’apprendre. Alors, comment une ventouse dans une canalisation réduit-elle les effets du coup de bélier ?

Oui. Bonne question. Donc, même si je reviens à la question que vous aviez avec votre immeuble, presque tous les ingénieurs hydrauliques essaient toujours d’avoir un système. S’il y a une alimentation en eau, il faut qu’il n’y ait que de l’eau ; nous ne voulons pas d’air dedans, car si de l’air se trouve dans une conduite d’eau, il est compressible. Donc, s’il est compressible et que nous ouvrons une vanne pour laisser couler l’eau, puis que nous la fermons instantanément, cela peut créer un effet de rebond où les tuyaux tremblent et tout s’agite.

La même chose se produit dans un très grand bâtiment commercial, dans une mine ou dans une installation d’irrigation qui fonctionne exactement de la même manière. Comment une nouvelle vanne de dégazage s’intègre-t-elle dans ce système ? Une vanne de dégazage est conçue pour libérer automatiquement tout air emprisonné, s’il est présent, du produit ou de la conduite. Ainsi, il n’y a que de l’eau à l’intérieur, ce qui peut avoir un impact majeur.

Ceci n’est qu’un aspect. L’autre aspect, c’est que vous pouvez utiliser des vannes de dégazage pour la prévention du coup de bélier. Par exemple, si je remplis la conduite trop rapidement, je peux provoquer un coup de bélier. Si j’installe une vanne anti-bélier, je peux contrôler la vitesse de remplissage. Ainsi, l’eau sort à un débit contrôlé et on évite le coup de bélier.

Donc, les vannes de dégazage peuvent être utilisées dans une multitude d’applications différentes dans tout réseau d’eau pour garantir que nous minimisons le coup de bélier, c’est certain.

Je vais vous poser une question sur l’anti-bélier dans un instant, mais avant cela, vous avez mentionné ce type de vide avec de l’air dans une conduite. Y a-t-il des problèmes liés à la rupture du vide ?

Oui. Donc idéalement, comme je le disais précédemment, nous ne voulons pas d’air dans la conduite. Mais dans certaines conditions, si je devais vous donner l’application la plus basique, imaginez que nous avons une pompe située en bas d’une pente qui refoule l’eau au sommet d’une colline, puis, en redescendant de l’autre côté, l’eau s’écoule dans un réservoir. Si nous arrêtons la pompe, l’eau qui montait vers le sommet de la colline s’arrête, mais l’eau située au sommet s’écoule vers le réservoir. À ce moment-là, on génère une séparation de colonne. C’est un phénomène où la pression dans la conduite chute en dessous de la pression atmosphérique et l’air est aspiré dans la conduite.

Maintenant, lorsque cet air est aspiré et que la colonne se reconstitue, si l’air s’échappe trop rapidement, cela génère un coup de bélier. C’est le problème de la séparation de colonne. Nous pouvons donc installer une ventouse qui laisse entrer l’air très rapidement, mais le laisse sortir très lentement à un débit contrôlé pour éviter le coup de bélier. Et c’est, comme vous l’avez mentionné précédemment, ce que fait une vanne anti-bélier.

Hmm. Intéressant. Très intéressant. Donc, il semble que les ventouses puissent effectivement générer un coup de bélier dans certains cas.

Je suis vraiment attristé de dire que… donc oui, ils le peuvent, oui.

Il existe de nombreux logiciels de modélisation que les ingénieurs utilisent pour concevoir des canalisations et étudier les aspects liés au coup de bélier, et ils peuvent effectivement modéliser des situations où cette séparation de colonne se produit. Disposer d’une vanne spécialement conçue pour la séparation de colonne d’eau, comme une Fox RFP, que nous appelons vanne anti-coup de bélier ou vanne d’air à remplissage rapide, permet, comme je le disais, de laisser entrer l’air très rapidement, mais de façon contrôlée, puis de le relâcher. Et nous savons que c’est efficace. Aujourd’hui, il existe beaucoup plus d’informations sur la façon d’utiliser ces dispositifs et, si vous avez les bons critères, ils sont intégrés dans le logiciel de modélisation et vous pouvez constater que les résultats sont très, très bons.

C’est donc sûr et c’est prouvé aujourd’hui. Il y a 15 à 20 ans, c’était pratiquement inconnu. Mais aujourd’hui, avec l’évolution de la technologie, c’est une très bonne façon d’utiliser un produit pour minimiser le coup de bélier, et une vanne de dégazage dans l’ensemble du système est un composant très petit. Généralement, cela représente un pourcentage très, très faible du coût total d’un réseau, mais cela peut être extrêmement efficace. Et certaines personnes pensent que ce n’est pas assez cher, mais si vous l’intégrez dans le logiciel et que vous voyez les résultats, c’est prouvé.

Intéressant. Intéressant. Et ce logiciel semble vraiment permettre de réduire certains risques et de limiter certaines complications pouvant survenir avec le coup de bélier, tout en offrant une meilleure compréhension de votre situation grâce à la simulation.

Vous le voyez en temps réel, Sarah.

Donc, ce que vous voyez, c’est : arrêtons la pompe dans cinq secondes, puis arrêtons-la dans dix secondes, arrêtons-la dans vingt secondes et voyons comment l’onde de pression se comporte réellement. Voyons comment les composants fonctionnent dans cette situation. Et oui, cela réduit ou élimine le risque, ce qui est essentiel, car cela simule, espérons-le, ce qui va se passer, tant que vous saisissez les bonnes informations. Et c’est ce que nous savons très bien faire chez Bermad : aider les utilisateurs de ces produits à s’assurer qu’ils sont correctement modélisés, afin d’obtenir les bons résultats.

Tellement précieux.

Oui.

Faisons une courte pause avant de revenir discuter de la réduction du coup de bélier dans les installations complexes avec des topographies variées.

Vous écoutez Contrôler l’eau, le podcast Bermad. Votre source principale d’informations sur tout ce qui concerne la technologie de l’eau, les vannes et les compteurs. Pour plus d’informations sur l’un des produits ou sujets abordés dans cet épisode, ainsi qu’une large gamme de ressources et d’articles conçus pour vous accompagner en tant que professionnels de l’eau, rendez-vous sur https://www.bermad.com.au.

Et maintenant, retour à l’émission.

Je sais que nous avons déjà parlé de certains logiciels de modélisation dans un autre épisode consacré au coup de bélier. Nous ajouterons ces informations dans les notes de cet épisode, ce qui est enthousiasmant.

Super !

Formidable.

Donc, je veux te donner un scénario, Colin. Supposons que la conception de ta canalisation soit vraiment complexe, ou qu’elle se trouve sur une topographie escarpée. Quelles sont les solutions possibles auxquelles tu pourrais penser afin de minimiser l’anti-bélier dans cette situation ?

Exactement. Il existe donc une multitude de solutions différentes, potentiellement, Sarah. Ainsi, en topographie escarpée, on a généralement ce que l’on appelle des pressions statiques élevées. Donc, lorsque les pompes ne fonctionnent pas, il y a toujours une pression très élevée dans la conduite, mais lorsque les pompes démarrent, on augmente cette pression pour permettre à l’eau de circuler. Certaines des solutions possibles, selon les résultats, pourraient être ce que l’on appelle un réservoir anti-bélier ou un réservoir anti-bélier à sens unique. Ce sont de très grands réservoirs d’une taille spécifique, qui contiennent une vessie ou de l’air sous pression, ce qui aide à absorber l’onde de retour et à éviter que de l’air n’entre dans le réseau. Ils comblent le vide en cas de séparation de colonne, c’est une technologie très efficace et éprouvée, coûteuse, très volumineuse, d’excellentes solutions, mais dans certains cas pratiques, ce n’est pas réalisable.

Par exemple, si nous étions dans une grande ville et que nous avions une grande station de transfert et qu’il fallait installer deux réservoirs de 20 000 litres au bord d’une route, ce ne serait pas pratique. Quelles sont donc les autres solutions ? Il pourrait y avoir des soupapes de décharge de pression. Autrement dit, des soupapes de décharge très, très rapides qui peuvent instantanément éliminer cette surpression. Ou nous pourrions avoir des ventouses qui permettent à l’air d’entrer et de contrôler son évacuation. Ou encore, nous pourrions avoir un produit qui se fixe sur une pompe pour éviter que la pompe ne s’arrête trop rapidement ; cela s’appelle le contrôle de pompe. Ainsi, lorsque la pompe démarre, nous allons laisser la vanne s’ouvrir très lentement et progressivement pour permettre à l’eau de remplir le réseau petit à petit. Et lorsqu’elle s’arrête, ou plutôt juste avant qu’elle ne s’arrête, nous allons fermer cette vanne très lentement et progressivement, puis arrêter la pompe une fois que le débit est presque nul. Il existe donc de nombreuses solutions pour différentes applications, pour différentes qualités d’eau, différents segments de marché, qui permettent de trouver la bonne solution, au bon prix, et adaptée au problème qui peut survenir.

Fascinant, alors, retournons un peu le scénario.

Bien sûr.

Supposons que vous ayez une topographie plate. Quelles solutions seraient appropriées ?

Oui. Il y a donc deux situations très différentes. Prenons un exemple concret d’une exploitation agricole située dans une région rurale très plate, avec un réseau de canalisations très long alimentant, par exemple, des arroseurs. Lorsque vous ne disposez pas de beaucoup de pression statique, c’est-à-dire la pression présente lorsque les pompes sont arrêtées, il y a une probabilité très élevée de séparation de colonne. C’est-à-dire que la pression dans la canalisation descend en dessous de zéro, l’air est aspiré en grande quantité. Et bien sûr, lorsque cet air se trouve dans la canalisation, il est compressible et peut provoquer un coup de bélier. Nous avons donc besoin de produits capables de vraiment atténuer ce phénomène et de libérer l’air à un débit contrôlé.

Ainsi, même si des dispositifs comme des réservoirs anti-bélier seraient idéaux dans cette situation, ils peuvent être tellement grands et coûteux qu’ils ne sont pas pratiques pour un producteur en irrigation.

D’accord.

Mais s’il s’agissait d’une autorité de l’eau, ils pourraient décider, eh bien, non, nous avons le terrain, nous avons l’espace. Nous pourrions décider de le faire. Donc, cela dépend de ce qui est pratique pour chaque installation. Il n’y a rien contre l’une ou l’autre option, il s’agit de choisir ce qui convient le mieux à chaque situation.

Absolument. Absolument. Et existe-t-il des options à faible coût ?

Oui.

Est-ce que cela existe ?

Absolument. Eh bien, les ventouses sont un excellent exemple de ce cas, car une ventouse installée sur une canalisation de cinq kilomètres peut ne représenter qu’un investissement de 5 000 $ dans une infrastructure de 10 millions de dollars. Mais l’efficacité de ce produit à fonctionner réellement et à contrôler l’évacuation de l’air peut être remarquable et elle est prouvée. Cela peut être modélisé. Cela peut être observé. Et aujourd’hui, la technologie qui a évolué pour vraiment démontrer le bon fonctionnement et l’efficacité de ces produits est éprouvée. Nous sommes donc très fiers d’être associés à ce type de produit, mais il ne s’agit pas seulement d’avoir un produit, il faut aussi savoir l’installer dans la bonne application, au bon endroit, et qu’il puisse être modélisé correctement et sembler fonctionner comme il a été conçu, adapté à son usage.

Absolument. Il semble en effet que bien évaluer et comprendre tous les facteurs en jeu soit essentiel pour trouver la solution adéquate. J’aimerais donc parler des ventouses anti-coup de bélier.

Quels sont les différents types de ventouses intégrées dans les ventouses anti-coup de bélier qui permettent d’éviter le coup de bélier ?

Absolument. En Australie, Sarah, il existe toute une sous-section qui décrit les différentes fonctions. Il y a probablement quatre ou cinq principaux types de conceptions que de nombreux fabricants intègrent, mais en général, cela se résume à deux fonctions principales. L’une d’elles, communément appelée dans l’industrie RFP, pour prévention du remplissage rapide, signifie généralement : je vais permettre l’évacuation de l’air à un débit contrôlé et à un niveau sûr, mais si cela atteint un niveau non contrôlé, c’est-à-dire si la vitesse de sortie de la ventouse est trop élevée et que je risque de générer un coup de bélier, je vais vous ralentir.

D’accord.

Donc, il est indiqué qu’il est adapté à l’usage prévu. Bien. Je laisse la vanne se remplir et c’est vraiment excellent. Et cela permet à de grandes quantités d’air de revenir dans la conduite, mais c’est sans danger. L’autre situation que nous avons, c’est ce que nous appelons une ventouse anti-coup de bélier, qui est conçue pour les problèmes de coup de bélier. C’est là que nous avons une séparation de colonne. C’est là que de grandes quantités d’air pénètrent très rapidement dans la conduite pour éviter le vide. Ensuite, nous avons un très petit orifice qui évacue l’air à un débit très, très lent et contrôlé. Ainsi, la poche d’air à l’intérieur de la conduite est utilisée pour se comprimer et permettre aux deux colonnes d’eau de se rejoindre très doucement.

D’où le terme anti-bélier.

Anti-bélier ! Exactement, c’est bien cela, car même si cela me déplaît, les ventouses peuvent provoquer des coups de bélier. Mais les ventouses anti-bélier sont conçues pour éviter cela.

Fantastique. Très intéressant. Donc, si un orifice de décharge fixe, comme l’anti-bélier, est préférable, devrions-nous utiliser ce type de ventouse sur toute la longueur de la canalisation ?

Écoute, c’est possible, Sarah, en général c’est bien mais ce n’est pas pratique car la plupart des canalisations restent entièrement remplies pendant la majeure partie de leur durée de vie. Elles ne sont vraiment vidées que lors de la maintenance ou lorsqu’un événement majeur survient. Cela dit, il existe de nombreuses canalisations, par exemple les conduites de refoulement d’eaux usées, qui démarrent et s’arrêtent 300 fois par jour et qui se remplissent et se vident partiellement chaque jour.

Donc, si nous installons des clapets anti-coup de bélier à chaque emplacement, comme ils disposent d’un petit orifice limité pour l’évacuation de l’air, il pourrait falloir trop de temps pour remplir la conduite. Il n’est donc généralement pas pratique de les installer partout, sauf si la conduite reste entièrement chargée en permanence. Nous privilégions donc généralement l’installation de clapets anti-coup de bélier à orifice fixe à des endroits stratégiques où c’est critique : à une station de pompage, à un point où une séparation de colonne a été modélisée, ou peut-être avant une vanne principale, afin que, lorsqu’on ferme physiquement une très grande vanne, on s’assure que la séparation de colonne se referme très lentement. C’est donc plutôt une vanne stratégique conçue pour résoudre un problème de coup de bélier.

Et il semble que, pour revenir à l’expérience dont dispose Bermad ainsi qu’au logiciel de modélisation dont nous parlions, la capacité à prendre des décisions stratégiques quant à l’emplacement de ce type particulier de vanne devient essentielle.

Et c’est précisément ce qu’un logiciel de modélisation peut faire avec précision, alors que moi, je ne le peux pas. J’ai une bonne intuition sur l’endroit où cela va se produire, mais le logiciel vous l’indiquera précisément à cet emplacement. Parfois, on regarde le rapport et on se dit que cela ne semble pas correct, mais c’est pourtant la réalité. C’est pourquoi, lors de l’installation, il arrive que des personnes s’interrogent et disent qu’elles ne comprennent pas pourquoi ce n’est pas installé ici, mais quoi qu’il en soit, c’est ce que nous allons faire. Mais le logiciel l’identifie vraiment.

Fantastique, intéressant. Colin, merci de m’avoir rejoint aujourd’hui. Ce fut une excellente discussion sur le coup de bélier. J’ai beaucoup appris.

C’est un plaisir. Merci.

Pour en savoir plus sur l’industrie de l’eau, y compris les produits, conseils, installations, techniques d’exploitation et de maintenance, rendez-vous dès aujourd’hui sur Bermad.com. Vous pouvez également vous abonner à notre newsletter sectorielle. Vous rejoindrez plus de 3000 professionnels du secteur et bénéficierez de l’expertise de l’équipe Bermad composée de spécialistes expérimentés.

Merci d’avoir suivi cet épisode de Controlling Water. Pour plus d’épisodes, de ressources et d’informations, rendez-vous sur https://www.bermad.com.au dès aujourd’hui.