Prévention du coup de bélier dans les stations de pompage en cas de coupure de courant.

Bonjour et bienvenue sur Controlling Water, un espace où nous parlons de vannes, de compteurs d’eau et d’analyses intéressantes sur l’industrie de l’eau. À chaque épisode, nous sommes rejoints par des professionnels du secteur spécialisés dans tout ce qui concerne les vannes, les compteurs et les bonnes pratiques dans l’industrie de l’eau. Nous sommes ici avec Colin Kirkland de BERMAD Australia, qui est le responsable produit des ventouses en Australie.

Fort de plus de 30 ans d’expérience dans le secteur, Colin nous rejoint aujourd’hui pour parler de la prévention du coup de bélier dans les stations de pompage en cas de panne de courant. Auparavant, nous avons abordé les méthodes de contrôle du coup de bélier lors des démarrages et arrêts réguliers des pompes, ainsi que certaines solutions efficaces proposées.

Dans l’épisode d’aujourd’hui, nous allons explorer ce qui se passe en cas de panne de courant dans une station de pompage et quelles en sont les conséquences. Colin, vous êtes un expert dans ce domaine. Pourriez-vous nous expliquer à quoi ressemble une panne de courant et quelles pourraient en être les conséquences ?

Alors, dans les épisodes précédents, Sarah, nous avons parlé de la réduction du coup de bélier aux stations de pompage en utilisant des vannes motorisées pour ouvrir et fermer lentement afin d’éviter cela.

Le principal problème lors d’une coupure de courant à une station de pompage, c’est que si l’on pense aux stations de pompage typiques, elles sont utilisées pour l’alimentation en eau, l’irrigation, l’exploitation minière dans les bâtiments, elles jouent toutes un rôle essentiel. Et toute l’ingénierie derrière la station de pompage, la conduite et tout le reste, doit être sûre et adaptée à l’usage dans toutes les conditions de fonctionnement. Cela concerne le démarrage et l’arrêt normaux de la pompe, mais aussi en cas de panne de courant ou d’arrêt instantané. En résumé, s’il n’y a aucun contrôle lorsque la pompe s’arrête brusquement, l’eau qui était en train de monter la colline ou le bâtiment possède beaucoup d’énergie. Et lorsque l’on s’arrête instantanément, cette énergie revient rapidement vers la station de pompage et provoque un important coup de bélier.

Je voudrais partager une histoire vraie qui remonte à de nombreuses années, lorsque j’ai été appelé à intervenir dans une station de pompage en Nouvelle-Galles du Sud où ils avaient de sérieux problèmes de coup de bélier. Les opérateurs m’ont emmené dans le bâtiment de la station de pompage et m’expliquaient où se situait le problème. Ils m’ont demandé, et ils ont dit : Colin, avant que nous ne vous montrions le coup de bélier, pouvons-nous simplement nous décaler sur le côté ?

J’ai répondu d’accord. Ils ont alors arrêté la pompe et il y a eu un coup de bélier important. Cela a fait beaucoup de bruit. Je leur ai demandé pourquoi ils m’avaient demandé de me déplacer. Ils m’ont répondu qu’autrefois, le coup de bélier avait été si violent que, lorsque le clapet anti-retour s’est fermé, l’un des bras de la vanne s’est détaché et a traversé l’arrière du bâtiment, à l’endroit où vous étiez debout.

C’était donc une situation bien réelle. Il ne s’agit donc pas seulement de protéger l’équipement, la station de pompage et tout le reste, mais il s’agissait là d’un événement rare qui aurait pu avoir des conséquences terribles. J’étais vraiment content qu’il m’ait demandé de me mettre sur le côté.

Oui, tout à fait.

Donc, pour être sérieux, cela peut être assez terrifiant si vous vous trouvez dans une très grande station de pompage et que cela se produit, car cela s’accompagne de beaucoup de bruit. La conduite et les stations de pompage sont soumises à de fortes surpressions, vous savez, au point que cela peut déplacer les pompes de leurs supports, et cela sollicite la conduite ainsi que tous les composants. Ainsi, lorsque vous concevez quelque chose comme cela, vous devez prendre en compte ce qui se passe en cas de coupure de courant.

Si cela signifie que la pression va doubler ou tripler, alors je dois dimensionner tous les composants et la conduite avec un niveau de sécurité bien plus élevé. Et ce n’est généralement pas très pratique. Donc, ce que beaucoup de concepteurs et d’ingénieurs vont examiner, c’est de se demander : d’accord, que faisons-nous en cas de panne de courant ? Et quelles sont les mesures à prendre pour garantir la sécurité ?

Alors, quels sont les effets nets en cas de panne de courant ? Je suppose que c’est une préoccupation majeure pour la plupart des stations de pompage.

Oui, c’est le cas. L’élément clé ici est qu’en cas de coupure soudaine d’alimentation, nous allons observer d’importants coups de bélier, des phénomènes d’anti-bélier et du bruit. Chaque pompe aura ce que l’on appelle sa propre inertie, ce qui signifie qu’en cas d’arrêt dû à une panne de courant, la pompe ne s’arrêtera pas instantanément. Elle peut continuer à tourner pendant une courte période. On observe donc une réduction progressive, selon la conception de la pompe.

Mais en fin de compte, nous allons subir des coups de bélier ici et il faut s’assurer que la conception est adaptée à l’usage. En général, la contrainte exercée sur l’ensemble du système atteint son niveau maximal. L’ingénierie doit donc être réalisée avec précision et rigueur, afin que nous puissions vraiment planifier les actions à entreprendre par la suite.

Bien sûr. Colin, selon vous, quels sont certains des éléments qu’un concepteur devrait prendre en compte pour aider à atténuer les conséquences qui surviennent lors d’un événement aussi rare ?

C’est une très bonne question, Sarah, car tout repose sur la planification. Chez Bermad, nous disposons d’un logiciel spécifique dans lequel nous pouvons saisir de nombreuses caractéristiques de conception de la canalisation et des stations de pompage. Nous pouvons en fait anticiper cela en modélisant les effets attendus. Ainsi, nous pouvons voir que si nous arrêtons la pompe à cinq secondes, nous obtiendrons ce résultat. Si nous l’arrêtons à 4, 3, 2 secondes, nous verrons quels seront les résultats.

Le meilleur conseil que je puisse donner à tout le monde est d’obtenir de bons rapports et des analyses sur ce que vous savez qui va se produire. Aujourd’hui, la plupart des logiciels bénéficient de nombreuses années d’expérience. Nous disposons d’un logiciel limité qui nous donne un aperçu très précis. Et je tiens à souligner que ce que nous proposons chez BERMAD AU n’est pas une analyse complète du coup de bélier, mais c’est un aperçu très bon et assez précis de ce que nous pensons observer. Donc, le meilleur conseil est d’obtenir de bonnes informations avant que cela n’arrive, afin que nous puissions planifier les bons produits.

Donc, il semble que c’est quelque chose que Bermad fournit aux utilisateurs potentiels. Est-ce très compliqué ?

Ce n’est pas très compliqué. Il s’agit essentiellement d’une série d’environ 8 à 10 questions que nous poserons aux personnes qui souhaitent l’utiliser. Il s’agit principalement de la vitesse de la pompe, de la vitesse de leur moteur, du matériau de la canalisation, de sa longueur et de sa pression nominale. Il y a plusieurs éléments que nous demanderons, mais une fois que nous aurons recueilli ces informations, nous pourrons alors voir à quoi ressemblera le potentiel anti-bélier.

Et il existe vraiment une multitude d’options différentes que nous pouvons utiliser pour essayer de l’atténuer. Il s’agit donc d’obtenir les bonnes informations. Nous savons quelles questions poser, ce qui est l’essentiel.

Faisons une courte pause. Si vous avez des questions auxquelles vous souhaitez obtenir une réponse pendant ce podcast, n’hésitez pas à nous contacter via notre site web https://www.bermad.com.au ou à nous envoyer un e-mail à info.au@bermad.com et Colin se fera un plaisir d’y répondre. Maintenant, retour à l’émission.

Donc, supposons que vous receviez ce rapport d’anti-bélier. Quelles sont les solutions que vous pouvez proposer pour réduire les effets du coup de bélier ?

Ce que nous faisons, c’est essentiellement analyser les résultats pour commencer. Il existe des solutions qui peuvent aller de très peu coûteuses à des infrastructures extrêmement onéreuses pour y faire face. Il y a donc environ trois à quatre solutions clés que nous pouvons proposer. La première consiste, lorsque nous examinons ce rapport sur les coups de bélier, à chercher à comprendre à quelle vitesse le retour du coup de bélier va revenir à la station de pompage et dans quel délai cela va se produire.

Nous examinons également très précisément quelle sera la pression à la station de pompage. Dans de nombreux cas, si nous avons une station de pompage qui ne génère pas beaucoup de pression et qu’elle se trouve dans une région relativement plate, nous pouvons observer une séparation de colonne. La séparation de colonne se produit lorsque la pompe s’arrête et que la pression dans la conduite principale chute à la pression atmosphérique.

Si nous avions une ventouse à ce point, c’est là que la ventouse va permettre à de grands volumes d’air d’être aspirés dans la canalisation. Puis, lorsque la colonne revient vers la station de pompage, cela va libérer l’air. Si nous avons une séparation de colonne et que nous pouvons l’identifier dans le rapport, la manière la plus simple, facile et efficace de procéder est d’utiliser ce que nous appelons une ventouse anti-bélier. Nous avons déjà parlé de ces dispositifs dans des épisodes précédents pour une utilisation sur la canalisation, mais ils peuvent également être utilisés à la station de pompage. Et ce que fait la ventouse anti-bélier, de manière très simple et sans aucune utilisation d’énergie ou d’alimentation, c’est que lorsque la pompe s’arrête et que la pression tombe à zéro, de grands volumes d’air sont aspirés dans la canalisation. Nous avons donc maintenant une grande bulle d’air à l’intérieur du tuyau. Et lorsque cette colonne revient vers la station de pompage, cette bulle d’air cherche maintenant à s’échapper très rapidement.

Une ventouse anti-bélier permet à l’air de s’échapper à un débit très lent et contrôlé, de sorte que nous utilisons en fait l’air qui a été aspiré dans la conduite pour qu’il ressorte très lentement. Elles libèrent donc l’air à un débit très lent et contrôlé. C’est extrêmement efficace et cela a été prouvé dans de nombreuses applications au fil des années. Et surtout, cela peut être modélisé dans des logiciels et autres outils pour garantir que la solution sera adaptée à l’usage et sûre.

Les ventouses anti-bélier sont donc une très bonne option uniquement en cas de séparation de colonne.

D’accord, donc s’il n’y a pas de séparation de colonne mais que la pression reste positive, existe-t-il une solution alternative ?

Oui, donc des ventouses anti-coup de bélier dans un emplacement comme celui-ci n’auront aucun effet. Ce que nous allons donc constater dans ces conditions, c’est que lorsque la pompe s’arrête, exactement comme vous l’avez dit, la pression va chuter, mais elle restera tout de même en mode positif. Mais ce que nous allons observer, c’est que lorsque la colonne d’eau revient vers la station de pompage et qu’elle va comprimer toute cette énergie, nous allons voir un pic rapide à cet endroit.

De notre point de vue, il existe trois solutions clés que nous pouvons proposer. L’une d’elles s’appelle une vanne de décharge de pression à action rapide. Par exemple, si nous avions une conduite très courte, de seulement 800 mètres de long, et que nous subissions cette onde de retour en moins de 0,8 seconde, alors nous disposons de vannes de décharge à action très rapide qui dissiperont instantanément cette énergie dès qu’elle dépasse la condition normale.

Pour nous, il s’agit de la vanne de décharge à action directe VRCA, qui est simple, très efficace et fonctionne très bien dans ce type de situation. Si la conduite était plus longue et que nous subissions peut-être une onde de retour qui revenait en 3, 4 ou 5 secondes, nous pourrions utiliser une vanne appelée vanne anti-bélier anticipatrice. Il s’agit d’une technologie que nous utilisons chez Bermad depuis de nombreuses années. Elle a fait ses preuves et est très efficace, et ce qu’elle fait essentiellement, c’est qu’elle anticipe l’arrivée de cette onde de retour, d’où son nom de vanne anti-bélier anticipatrice. Elle s’ouvre donc lorsqu’une onde de basse pression est détectée, puis, à mesure que l’onde de retour arrive, l’énergie se dissipe par la vanne de décharge, puis la vanne se referme lentement.

On l’appelle vanne anti-bélier anticipatrice, il existe donc de nombreuses façons de la configurer, mais elle est très sûre. C’est en quelque sorte un fusible hydraulique dans la conduite, qui va simplement s’assurer que nous anticipons l’arrivée de l’onde de retour, que nous la relâchons, puis que nous refermons très lentement et de manière très contrôlée pour éviter de générer une onde secondaire. C’est une solution éprouvée pour résoudre ce problème.

La troisième solution pourrait simplement être que nous subissons une légère augmentation de pression, et que celle-ci va revenir très lentement parce que la conduite est peut-être en PVC ou en polyéthylène, donc l’onde pourrait revenir vers la station de pompage en 60 à 70 secondes. Nous avons alors la possibilité d’installer une vanne de décharge de pression standard, qui, pour nous, s’ouvrira autant que nécessaire pour évacuer cette énergie et se refermera très lentement et en douceur afin d’atténuer ce coup de bélier.

Pour nous, il existe donc 3 ou 4 solutions clés qui sont relativement peu coûteuses. Nous savons qu’elles fonctionnent de manière factuelle et qu’elles peuvent être modélisées et intégrées dans des logiciels pour anticiper leurs effets. Et bien sûr, tout repose sur l’expérience et le savoir-faire pour les concevoir et les installer correctement.

Voici donc quelques solutions éprouvées contre le coup de bélier que nous avons assurément utilisées.

Absolument. Donc, si je comprends bien, cette vanne hydraulique dont vous parliez n’est pas connectée à l’électricité et ne dispose pas non plus d’une alimentation de secours par batterie. Est-ce exact ?

Absolument. L’un des éléments clés qui est vraiment important ici, Sarah, c’est que nous partons du principe qu’il y a eu un impact de foudre, une coupure de courant et qu’il n’y a plus d’alimentation électrique. Nous voulons une solution hydraulique qui fonctionne précisément dans ces conditions.

Maintenant, dans certains réseaux de canalisations très complexes, il nous arrive effectivement d’installer une batterie de secours et également un solénoïde sur la vanne. Nous faisons cela si nous savons que nous allons observer des ondes secondaires qui reviennent, car parfois, dans des réseaux très complexes, cette recherche n’est pas une solution simple et rapide, cela peut être assez compliqué. Mais en général, nous n’avons pas besoin de secours d’alimentation. Il s’agit donc, en règle générale, d’une solution purement hydraulique de notre point de vue.

Fantastique. Colin, il semble que la vanne d’anticipation de coup de bélier soit une conception flexible et efficace qui peut réduire l’effet du coup de bélier dans toutes les conditions de station de pompage. Cette technologie est-elle éprouvée et fiable pour que les ingénieurs et les concepteurs puissent l’envisager ?

Absolument, Sarah. Cette technologie existe depuis longtemps. Pendant de très nombreuses années, j’ai travaillé sur des vannes anti-bélier et des vannes de décharge de pression. Et l’élément le plus important ici, c’est qu’il ne s’agit pas simplement d’ouvrir un catalogue et de suggérer un produit. Il faut comprendre ce que signifie réellement le rapport sur le coup de bélier. Et si vous comprenez vraiment l’ampleur et le calendrier de retour de ces coups de bélier vers la station de pompage, et que vous avez posé les bonnes questions dès le départ, et que vous disposez de tous ces outils, vous pouvez réellement concevoir la façon dont la vanne est installée et comment elle dissipe l’eau, car dans de nombreux cas, nous pouvons nous débarrasser de cette eau. Mais si nous ne l’éliminons pas assez rapidement, alors la réaction n’est pas assez rapide et nous avons un pic de pression.

Je peux encore me rappeler d’une situation où nous avions une vanne anti-bélier et l’eau s’écoulait par notre vanne à travers une grande conduite de décharge, à environ 50 mètres plus bas dans la rivière. Et lorsque la vanne se refermait, une fois le coup de bélier dissipé, nous avons créé tellement de vide dans la conduite en aval qu’elle s’est effondrée. On peut très facilement éviter cela en installant un brise-vide et en réalisant de nombreux autres types de conceptions pour garantir la sécurité de l’installation. Ce que je veux dire, c’est que l’expérience fait toute la différence.

Nous avons énormément d’expérience dans ce domaine et nous le faisons bien. La différence avec Bermad, c’est que non seulement nous allons concevoir et fabriquer le produit adapté à l’application, mais nous allons aussi aider le concepteur à s’assurer qu’il l’installe correctement, à mettre les vannes d’isolement associées, la tuyauterie, les blocs de butée et tout le reste pour garantir que, lorsque cela fonctionne, cela fonctionne de manière fiable. Parce qu’au final, si vous vous trompez, vous allez casser quelque chose.

Nous apprenons de nos erreurs, et je ne dis pas que nous n’en avons jamais fait, mais nous essayons assurément de ne jamais les répéter.

Bonne réflexion. C’est une bonne réflexion. Eh bien, il est certain que toi et l’équipe Bernard possédez une grande expérience en matière de réduction du coup de bélier dans les stations de pompage, Colin, surtout en cas de coupure de courant. Cela a été très instructif. Merci beaucoup d’avoir discuté avec moi. J’attends avec impatience la prochaine fois.

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