Coup de bélier dans les conduites de transfert d’eau.

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, l’un des ingénieurs de BERMAD AU. Colin possède plus de 30 ans d’expérience dans le secteur, notamment dans le travail sur des canalisations pouvant être soumises à des coups de bélier.

Colin, je suis vraiment ravi d’en discuter avec vous aujourd’hui. Le coup de bélier est un sujet et un domaine dont on entend beaucoup parler, et c’est aussi un phénomène qui peut avoir d’énormes conséquences s’il n’est pas bien géré, évité ou stoppé. Avant d’entrer dans les détails concernant le coup de bélier, pouvez-vous nous expliquer ce qu’est réellement un coup de bélier ?

Eh bien, le coup de bélier est un phénomène qui se produit lorsqu’on observe une augmentation très rapide et brutale de la pression, bien au-delà de ce à quoi on pourrait normalement s’attendre dans une canalisation, généralement causée par une variation rapide du débit dans la conduite.

Une façon très simple d’expliquer cela est de prendre l’exemple domestique. Chez nous, je sais ce qui se passe. Lorsque nous lançons la machine à laver, la vanne à solénoïde s’ouvre et l’eau entre dans la machine. Quand l’eau atteint un certain niveau, le solénoïde se ferme et on entend un coup, et c’est parce qu’il y a un changement rapide de débit : la vanne se ferme instantanément, la pression monte et fait vibrer les tuyaux.

Voilà donc un petit exemple domestique de coup de bélier, qui peut être modifié. Mais la même chose se produit dans de très grandes canalisations, comme dans une mine ou un réseau d’alimentation en eau, avec des conséquences potentiellement graves, car ce sont des tonnes et des tonnes d’eau qui sont en mouvement.

Sans aucun doute. Waouh.

Alors, lorsque ce phénomène de coup de bélier se produit dans une canalisation, quelles en sont certaines des conséquences ? Et est-ce également dangereux ?

Certainement, cela peut être dangereux. Oui. Selon le matériau de la canalisation, ces ondes de pression peuvent se propager très rapidement le long de la conduite. Ainsi, dans une canalisation métallique, par exemple, où elle est très rigide, la vitesse peut atteindre mille mètres par seconde. Vous pouvez donc avoir un pic de pression à une station de pompage et, une seconde plus tard, sur un kilomètre, l’onde de pression est transmise à travers le réseau. Cela résonne dans tout le réseau. L’important, c’est que lorsque vous observez ces pics de pression, le réseau doit être capable d’y faire face. Comme pour tout, si vous sollicitez constamment un système en le pressurisant à un niveau dangereux, il peut céder.

J’ai déjà été dans des stations de pompage où je me suis assis à la station et ils ont arrêté les pompes. Et c’est assez impressionnant quand vous entendez la vanne de non-retour se fermer et que vous entendez ce grand bruit sourd, tout tremble et c’est vraiment dangereux. Nous avons également eu des cas où, si les produits cèdent à cause de la fatigue et des pressions excessives, cela peut aussi être dangereux pour les opérateurs. Donc oui, cela peut être assez effrayant.

Absolument. Oh là là. Alors, quels sont les endroits les plus courants où le coup de bélier se produit dans une conduite d’alimentation en eau ? Pouvons-nous en parler ?

En général, cela se produit à environ trois endroits différents, Sarah, donc partout où le débit d’eau change rapidement, c’est là que cela va se produire.

Si l’on pense à une station de pompage qui pompe vers un réservoir, lorsque la pompe s’arrête, c’est à ce moment-là que le débit change instantanément. Maintenant, si la pompe ralentit et s’arrête très lentement, il n’y a pas de coup de bélier, mais si elle s’arrête brusquement, c’est là qu’on l’observe. Ou bien, par exemple, si vous pompez vers un réservoir, il peut y avoir une vanne au niveau du réservoir qui, si elle se ferme trop rapidement, va générer ce coup de bélier, exactement comme l’effet de la machine à laver.

Ou il se peut aussi que l’on ait une situation où la conduite est partiellement vide et que l’on démarre la pompe, et que les colonnes d’eau se rejoignent. Et lorsque les deux se rencontrent, cela génère un changement rapide de débit, ce qui peut provoquer le phénomène à cet endroit. J’ai même été sur des conduites où j’ai entendu des opérateurs fuir le site parce qu’ils avaient fermé la vanne trop rapidement et entendu les ventouses hurler. Ce n’est pas une bonne situation. Vous savez, ces situations se produisent et les gens ne savent pas toujours pourquoi, mais cela peut arriver à plusieurs endroits le long de la conduite.

Ça doit être tellement effrayant d’entendre ça sur place et de devoir ensuite s’enfuir.

Eh bien, c’est possible et c’est effectivement arrivé : sur une canalisation, nous avons eu un cas où un robinet papillon d’un mètre de diamètre s’est fermé trop rapidement, et la ventouse située à côté est passée en fort vide. Les opérateurs ont entendu un énorme appel d’air et ont fui le site, pensant qu’une explosion allait se produire. Ce n’était pas bon.

Pas du tout.

Ayant donc compris les domaines qui génèrent ces problèmes de coups de bélier, comment Bermad procède-t-il pour rectifier les solutions ?

Il y a deux façons de voir les choses, Sarah. On peut chercher à savoir ce qui génère le problème, et essayer d’y remédier. Par exemple, si la station de pompage était la cause du problème, parce que lorsqu’on arrêtait la pompe, elle s’arrêtait en deux secondes et on observait alors un fort coup de bélier à la station de pompage.

Que pourrions-nous faire ? Nous pourrions prolonger le fonctionnement de la pompe pour qu’elle s’arrête en 30 ou 40 secondes et ainsi réduire ce phénomène. Ou alors, nous pourrions simplement mettre un pansement dessus et installer une vanne de décharge de pression qui, si la pression augmente lorsque nous arrêtons la pompe trop rapidement, permettrait de la relâcher.

Donc, il s’agit de l’une de ces deux options : soit on cherche à identifier le problème et à le corriger, soit on met un pansement pour y réagir.

D’accord.

La logique qui guide le choix entre l’une ou l’autre option est de nature pratique. Il peut être très coûteux de mettre en place une solution pour empêcher la pompe de ralentir très lentement. Nous pourrions devoir installer une vanne de contrôle de la pompe qui pourrait coûter 20 000 $, ou bien ils pourraient dire : « Écoute, Colin, il ne nous reste que cinq ans sur cette mine. Mettons simplement une soupape de décharge qui pourra absorber ce pic de pression. Gardons tout comme ça. » Cela pourrait coûter 3 000 $. C’est donc la nature pratique et le coût qui déterminent notre choix, mais nous examinons les deux options : essayer de prévenir le problème ou y réagir.

Absolument. Et j’imagine que cela dépendrait toujours de la situation.

Complètement, ainsi que l’application, Sarah.

Donc, il se peut que vous fassiez cela sur une propriété d’irrigation où le producteur d’irrigation dépense son propre argent, et vous savez, l’exploitation agricole pourrait vouloir une solution peu coûteuse, pas trop onéreuse, mais qui règle le problème, ou bien il pourrait s’agir d’une mine à deux kilomètres sous terre. Et quand ils arrêtent cette pompe, c’est vraiment dangereux. Les opérateurs là-bas veulent la meilleure solution possible pour résoudre le problème. Il se peut aussi que ce soit l’approvisionnement en eau où nous avons 40 % de l’eau pour une grande ville, et nous ne voulons pas que cela tombe en panne. Alors, mettons en place le système le plus robuste pour maintenir cela. Donc, chaque situation a sa solution adaptée.

Absolument. Absolument.

Faisons une courte pause avant de revenir discuter de la réduction du coup de bélier dans les installations complexes avec une topographie variable,

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. Retour à l’émission.

Donc, en comprenant ces deux approches générales pour résoudre le problème, par où commencer pour déterminer quelle pourrait être la meilleure solution.

Oui. De notre point de vue, nous ne sommes pas un consultant. Nous sommes une société d’ingénierie qui produit des solutions que nous pouvons intégrer dans les canalisations. Une entreprise peut bien sûr faire appel à un consultant indépendant. Et aujourd’hui, Sarah, il existe de nombreux logiciels de modélisation de dimensionnement tels que Bentley, Hammer, K Y Pipe, High Trend, il y en a beaucoup. Mais ce que ces logiciels de modélisation permettent, c’est de saisir avec précision les données de la pompe, de la canalisation et du réseau, et de voir concrètement ce qui se passe si j’arrête la pompe en 10 secondes ou en deux secondes. Ou si j’ai une coupure de courant et que la pompe s’arrête instantanément, voici ce qui va se passer. Ils peuvent alors identifier et voir comment cela va affecter le système et faire des suggestions. Ils peuvent vouloir installer un réservoir tampon. Ils peuvent vouloir installer une soupape de décharge de pression ou une soupape anti-bélier, ou encore une vanne de contrôle de pompe, il y a de nombreuses façons d’aborder la question.

Donc, de notre point de vue, nous avons près de 30 ans d’expérience en Australie dans ce domaine. Même si nous ne faisons pas la modélisation, nous travaillons avec les modélisateurs pour leur montrer comment les vannes vont réagir et fonctionner. Mais nous avons aussi beaucoup d’expérience pratique. Nous mettons en service beaucoup de nos vannes. Nous les concevons et nous assurons qu’elles fonctionnent, et nous les voyons en action. Ainsi, la modélisation et l’expérience réelle sont deux choses complètement différentes. Et parfois, vous verrez un rapport d’un modélisateur qui ne semble pas correct. C’est généralement parce que les données saisies sont erronées, et nous avons cette expérience pour pouvoir la partager afin d’optimiser la solution.

Donc, de notre point de vue, nous l’abordons par l’expérience. Nous savons généralement ce qui fonctionne et, si vous souhaitez le vérifier, vous disposez de ce logiciel. Vous pouvez également vous adresser à d’autres entreprises.

C’est un point vraiment intéressant que vous soulevez concernant la capacité de signaler une erreur potentielle dans un logiciel de modélisation grâce à des années d’expérience. Il semble également que la capacité à surmonter les angles morts ait une grande valeur, que ce soit par le biais du logiciel et la possibilité d’émuler des situations, ou par le fait de savoir que quelque chose ne semble pas correct et d’en comprendre la raison.

Et tu as tout à fait raison, Sarah, car ce que beaucoup de ces programmes supposent, c’est que la conduite est complètement remplie d’eau, car l’eau est incompressible. Mais s’il y avait des poches d’air le long de la conduite, qui sont compressibles, cela pourrait accentuer certaines zones à différents endroits.

Donc, il y a beaucoup d’hypothèses. Et regarde aussi, le logiciel n’est pas parfait, mais il a énormément progressé et ce que nous voyons dans les rapports qui en résultent est fantastique, tu sais, quand c’est bien fait. Mais il ne s’agit pas seulement d’avoir le logiciel, il faut aussi avoir l’ingénieur qui comprend vraiment le logiciel et sait comment saisir les bonnes données. Et cela demande beaucoup d’expérience. C’est pourquoi cela est laissé aux spécialistes qui s’en occupent, pas à moi, mais très souvent, l’aspect pratique et concret aide aussi à trouver une bonne solution. Parce que la solution pourrait ne pas être pratique.

C’est très vrai. Il est vraiment intéressant que vous ayez mentionné les ventouses. Nous en avons parlé à de nombreuses reprises et nous avons certainement abordé les avantages techniques ainsi que certains problèmes de coups de bélier liés à l’utilisation des ventouses. Les ventouses sur la conduite empêchent-elles le coup de bélier dans le réseau ?

Oui et non. Lorsque vous utilisez ce logiciel de modélisation, les ventouses typiques, et ici nous parlons d’une ventouse triple fonction, cela signifie que si nous avons une vanne de 80 millimètres, elle dispose d’un orifice de 80 millimètres pour l’admission d’air et d’un orifice de 80 millimètres pour l’évacuation. Certaines ventouses, en cas de séparation de colonne — c’est-à-dire lorsque la pression devient négative ou que l’on aspire de grandes quantités d’air, puis que les colonnes se rejoignent à nouveau — peuvent générer un coup de bélier localisé à des endroits stratégiques. Elles sont donc très efficaces pour protéger la canalisation contre le vide, très efficaces pour l’évacuer, mais avec le mauvais produit et la mauvaise application, cela peut aggraver la situation. C’est pourquoi il existe aujourd’hui sur le marché des produits tels que les vannes de prévention de remplissage rapide (RFP), les ventouses anti-coup de bélier ou les ventouses de prévention de surpression. Leur principe est de permettre à de grandes quantités d’air d’entrer dans la canalisation, mais de laisser l’air s’échapper à un débit plus lent et contrôlé.

D’accord.

Et il existe différentes manières d’atteindre effectivement cette fonction, mais elles sont très sûres et peuvent également être modélisées de façon très simple et facile sur ce logiciel.

C’est intéressant. Alors Colin, par où les gens devraient-ils commencer lorsqu’ils envisagent de résoudre un problème de coup de bélier ?

Eh bien, cela dépend de l’application et de sa complexité. Ce que nous essayons toujours de faire, si les clients viennent chez BERMAD Australia, c’est que nous ne fournissons pas ce logiciel de modélisation, mais nous apportons 30 ans d’expérience et la garantie de bien faire les choses. Nous pouvons certainement leur donner des conseils sur ce qui génère le problème. Et il nous arrive souvent, lorsque nous nous rendons sur site, ou que nous en discutons au téléphone, en visioconférence ou autre, de pouvoir proposer ce que nous pensons être une solution. Nous pouvons leur donner des conseils sur la façon de l’installer, sur la manière dont cela va fonctionner, et aussi leur expliquer que s’ils souhaitent réellement modéliser la situation et faire appel à une société indépendante, nous pouvons leur montrer comment cela fonctionne et ils pourront le vérifier. Donc, très souvent, avant d’acheter quelque chose, on veut savoir si cela va vraiment fonctionner.

Nous donnons beaucoup de références pour des projets que nous avons réalisés et nous partageons de nombreux exemples de projets qui ont bien fonctionné et d’autres qui ont moins bien marché, et nous avons l’expérience. L’essentiel, Sarah, c’est que l’on apprend beaucoup de ses erreurs et parfois on fait des suppositions qui sont incorrectes. Et cela vient du fait que nous ne voyons pas ce qui se passe réellement sous terre. Nous ne savons pas si la canalisation était en acier ou en PVC. Et cela a une influence sur la réaction de la vanne, la vitesse, etc. C’est donc un sujet assez complexe, mais par où commencer ?

Nous sommes un excellent point de départ pour engager cette discussion, c’est certain.

Fantastique. Ravi de l’entendre.

Colin, merci de m’avoir rejoint aujourd’hui. Ce fut une excellente conversation sur le coup de bélier.

C’est parfait. Merci.

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