L'accès à l'eau potable au robinet dans chaque logement n'est pas un luxe, mais un progrès considérable. Cependant, ce confort appréciable peut disparaître en un instant en cas de coup de bélier dans la canalisation. Un coup de bélier peut non seulement entraîner une coupure d'eau, mais aussi provoquer une inondation du logement.
Cet article expliquera en détail comment ce phénomène dangereux se produit et comment l'éviter.
La nature du coup de bélier dans les canalisations
Le coup de bélier est une onde de choc qui se propage à la surface d'une canalisation d'eau et à travers ses raccords. Lorsque la pression augmente, l'onde de choc est positive ; lorsqu'elle diminue, elle est négative. Il se produit lorsqu'une canalisation vide est remplie ou qu'un robinet est fermé brusquement. L'effet destructeur de ce phénomène est principalement dû à l'incompressibilité du liquide.
Si l'eau pouvait être comprimée plusieurs fois, comme l'essence par exemple, alors les canalisations n'éclateraient pas. une forte augmentation de la pressionUne pression excessive se produit lorsque le débit de liquide s'arrête brusquement, mais le coup de bélier peut également être provoqué par d'autres phénomènes dans le système d'approvisionnement en eau.
Raisons
Le coup de bélier se produit le plus souvent lorsqu'un robinet d'arrêt est fermé brusquement. Lorsque l'eau circule dans les canalisations et sort d'un robinet, la pression dans le système de plomberie reste constante. Cependant, lorsqu'un robinet est fermé brutalement, cette pression peut augmenter considérablement, provoquant l'éclatement et la rupture des parois des canalisations.
Le coup de bélier peut également être provoqué par :
- Mise en marche ou arrêt brutal d'une pompe puissante.
- Présence de poches d'air dans le circuit d'alimentation en eau ou de chauffage.
Les arrêts et redémarrages intempestifs des pompes peuvent être causés par une alimentation électrique instable dans une installation abritant des stations de pompage d'eau à haute pression. La présence de poches d'air contribue également de manière significative à ce phénomène dangereux ; par conséquent, avant d'utiliser des systèmes de liquide fermés, assurez-vous qu'ils soient parfaitement exempts d'air.
Conséquences
Lorsqu'ils sont exposés de manière répétée à une pression élevée, comme celle provoquée par les coups de bélier, même les systèmes les plus fiables peuvent perdre leur étanchéité. Une rupture de canalisation peut également se produire. d'un seul mais puissant amortisseur hydraulique.
Suite à cet impact, l'alimentation en eau des bâtiments raccordés au réseau est totalement interrompue. Malheureusement, les conséquences de ce phénomène ne se limitent pas à une simple coupure d'eau au robinet.
Si une canalisation éclate dans un immeuble d'appartements, les biens des propriétaires des appartements, ainsi que ceux des voisins de l'étage inférieur, seront endommagés après l'éclatement de la canalisation et l'infiltration de liquide dans l'espace de vie.
Si une conduite d'eau principale alimentant en eau tout un quartier d'une ville se rompt, l'accident peut déjà être considéré comme une urgence.
Suite à un tel incident, les habitants de dizaines d'immeubles se retrouveront privés d'eau potable et d'évacuation des eaux usées, les chasses d'eau étant alimentées par le réseau d'eau froide. Même avec un réseau d'eau chaude fonctionnel, il leur sera impossible de prendre une douche.
Si une canalisation d'eau chaude est endommagée par un coup de bélier, l'incident, outre les dégâts matériels, peut provoquer de graves brûlures. Une fuite dans le système de chauffage, où le fluide caloporteur est constamment sous forte pression et où sa température dépasse 70 degrés Celsius, peut s'avérer particulièrement dangereuse.
Les conséquences d'un coup de bélier peuvent entraîner des dommages importants ; il est donc essentiel d'apprendre à prévenir les augmentations soudaines de pression dans les canalisations.
Méthodes de protection
Le respect des consignes d'installation des systèmes de plomberie et de chauffage permet de minimiser le risque de coup de bélier, mais des systèmes correctement conçus ne peuvent à eux seuls l'éliminer complètement. Pour éviter ce désagrément, une approche globale et le respect des normes de sécurité et des instructions techniques sont indispensables.
Le risque de coup de bélier peut être considérablement réduit en respectant les règles suivantes lors de l'installation et de l'exploitation des canalisations d'eau.
- Lors de la mise en service de l'alimentation en eau ou du système de chauffage, les éléments d'arrêt des robinets doivent s'ouvrir. très lentementLa coupure de l'alimentation en eau doit être effectuée avec une grande douceur. La fermeture et l'ouverture en douceur des vannes d'arrêt sont essentielles, non seulement dans les installations industrielles, mais aussi lors de la mise en service de l'alimentation en eau et du chauffage dans une habitation. Une pression excessive lors d'un coup de bélier peut facilement endommager les installations domestiques ; il est donc important de respecter les consignes de sécurité lorsque l'eau est distribuée dans une habitation sous une pression importante.
- L'installation de dispositifs automatiques pour l'ouverture et la fermeture progressive des vannes d'arrêt dans un système de plomberie ou de chauffage permet d'éliminer totalement les risques d'erreur humaine en cas de coup de bélier. Bien entendu, l'utilisation de l'électronique rend les systèmes de plomberie dépendants de l'électricité, mais pour éliminer tout risque de panne lié aux dispositifs automatiques, il est indispensable de les équiper d'une alimentation de secours. Cette alimentation de secours est absolument essentielle, tant dans les grandes entreprises que pour le fonctionnement normal des installations dans une habitation privée. Il est également recommandé d'équiper les stations de pompage d'une commande automatique. Ceci contribue également à prévenir les coups de bélier dus à une chute de pression brutale provoquée par la mise en marche ou l'arrêt d'un puissant équipement de pompage.
- Application des accumulateurs hydrauliques et des dispositifs d'amortissementCes dispositifs contribuent également à minimiser les effets des brusques augmentations de pression dans le réseau d'adduction d'eau. Ils se composent généralement d'un boîtier métallique contenant une membrane. Lors d'un coup de bélier, la membrane se déplace, permettant ainsi l'absorption du surplus de liquide. En cas de risque de rupture de canalisation, ils peuvent être utilisés.
L'air passera et la pression diminuera, la membrane reprendra sa position initiale grâce à l'air situé de l'autre côté. - Pour réduire la pression dans les réseaux d'adduction d'eau, on peut l'utiliser soupape de sécuritéCe dispositif s'ouvre lorsque le liquide atteint un certain niveau. Il peut également protéger la canalisation contre les dommages, mais ce type de protection nécessite une canalisation de dérivation supplémentaire reliant la vanne au réseau d'égouts.
- Pour protéger une maison ou un appartement des coups de bélier, une méthode très simple consiste à compenser la surpression en dilatant les parois des tuyaux. Il n'est pas forcément nécessaire d'utiliser ce type de matériaux pour les systèmes de chauffage ou d'alimentation en eau, mais un tronçon de tuyau en caoutchouc résistant à la chaleur peut absorber efficacement les coups de bélier dans une petite installation.
- Contournement du thermostatCette mesure, efficace pour lutter contre les coups de bélier à basse pression, ne peut être mise en œuvre que dans les systèmes de chauffage autonomes. Généralement, un orifice de 0,5 mm de diamètre dans la vanne principale suffit à permettre à l'excédent de fluide de s'écouler librement dans le circuit d'eau froide en cas de surpression.
- Thermostat avec protection installé dans le système de chauffageCe dispositif contribue également à prévenir les phénomènes dangereux tels que les coups de bélier. Son fonctionnement repose sur un petit mécanisme supplémentaire intégré à la vanne thermostatique principale, qui s'ouvre quelle que soit la température du fluide. Cette vanne interne laisse passer le fluide lorsque la pression du liquide de refroidissement approche la valeur maximale admissible, empêchant ainsi la rupture des canalisations.
Comment protéger les installations de votre maison contre les coups de bélier
Une fuite dans une canalisation d'eau d'un appartement peut avoir des conséquences très graves, surtout si la fuite cause des dommages aux voisins dont l'appartement se trouve à l'étage inférieur de celui où l'accident s'est produit.
La partie du système d'alimentation en eau située dans l'appartement peut contenir de vieux tuyaux métalliques qui rouillent avec le temps et peuvent se rompre lors de leur utilisation, sans parler de la force mortelle du coup de bélier.
IMPORTANT ! Afin de minimiser les risques de fuites, il est recommandé d’installer des vannes à guillotine qui, de par leur conception, ne permettent pas une coupure d’eau immédiate. Les robinets à levier à boisseau sphérique, pourtant si pratiques dans la cuisine et la douche, peuvent provoquer un accident grave.
Bien que les accumulateurs hydrauliques soient le plus souvent utilisés dans les maisons individuelles, où l'eau est fournie par une pompe située dans un puits profond, ces produits peuvent également contribuer à protéger le système d'alimentation en eau d'un appartement contre les coups de bélier.
De plus, le liquide recueilli dans ces dispositifs peut être utilisé en cas de coupure d'eau temporaire. On peut également s'en protéger contre les coups de bélier grâce à des clapets anti-retour spéciaux installés sur la conduite d'eau chaude ou froide.
L'installation non autorisée de tout équipement dans un système de chauffage central est strictement interdite. Pour protéger votre logement contre les coups de bélier, faites réaliser un essai du système de chauffage par un technicien qualifié de votre société de gestion.
Si toutes les poches d'air sont éliminées des radiateurs et des tuyaux en temps opportun, il n'y aura pas lieu de s'inquiéter des coups de bélier, car toutes les mesures nécessaires pour prévenir un tel phénomène seront prises dans la chaufferie et le long du circuit d'alimentation en liquide de refroidissement de l'appartement.
Pour réduire les risques de fuites du système d'alimentation en eau chaude, il est également recommandé de remplacer les robinets par des modèles à vis et d'installer des canalisations en utilisant des matériaux modernes capables de supporter au mieux la surpression dans la canalisation.
Quelques mots sur la théorie du coup de bélier.
Le coup de bélier hydraulique se produit uniquement lorsque le fluide ne peut se comprimer suffisamment pour compenser la brusque montée en pression. Lorsque la pression augmente en un point, sa force se propage dans toute la canalisation et, en rencontrant un point faible, elle provoque une déformation ou une rupture du matériau.
Cet effet, qui se produit dans les canalisations à haute pression, a été découvert pour la première fois par le scientifique russe N. Ye. Zhukovsky à la fin du XIXe siècle. Zhukovsky a également mis au point une formule permettant de calculer le temps minimal nécessaire pour fermer une vanne afin d'éviter une augmentation dangereuse de la pression dans un système d'alimentation en eau fermé.
- Dp=p(u0-u1)
Où:
- Dp — augmentation de pression en N/m2 ;
- p est la densité du liquide, kg/m3.
- u0 et u1 sont les valeurs moyennes de la vitesse du liquide dans la canalisation avant et après la fermeture de la vanne.
Le scientifique a démontré que la vitesse de propagation d'une onde de choc dépend principalement du diamètre et du matériau du tuyau. Cette valeur dépend également de la compressibilité du liquide.
Les calculs ne doivent être effectués qu'après avoir déterminé expérimentalement la densité de l'eau, qui peut varier considérablement en fonction de la quantité de sels dissous. La vitesse de propagation d'un coup de bélier est toujours calculée à l'aide de la formule suivante :
- c=2L/T.
Où:
- c est la vitesse de l'onde de choc ;
- L — longueur du pipeline ;
- T — temps.
En substituant les valeurs dans cette formule, vous pouvez déterminer avec précision la vitesse de propagation du coup de bélier. Le coup de bélier est une onde qui oscille à une fréquence spécifique.
Calculer le nombre d'oscillations par unité de temps est également simple, si nécessaire. Il suffit d'utiliser la formule suivante :
- M = 2L/a
Où:
- M représente la durée du cycle d'oscillation ;
- L — longueur du pipeline ;
- a est la vitesse de l'onde (m/s).
Pour simplifier les calculs, les valeurs de vitesse de l'onde de choc pour le coup de bélier dans les tuyaux fabriqués à partir des matériaux suivants sont données ci-dessous :
- Acier - 900 - 1300 m/s ;
- Fonte - 1000 - 1200 m/s ;
- Plastique - 300 - 500 m/s.
En substituant ces valeurs dans la formule, on peut calculer avec précision la fréquence des oscillations du coup de bélier sur une section de conduite d'eau d'une certaine longueur.
Voici la théorie du coup de bélier dans sa description mathématique la plus élémentaire. Lors de la conception de systèmes d'ingénierie modernes, des ordinateurs puissants effectuent ces calculs, rendant inutile le recours à des calculs manuels de la vitesse et de la force du coup de bélier.
Conclusion
Les coups de bélier dans les canalisations d'eau peuvent provoquer des accidents graves dans le secteur du logement et des services publics. Ces incidents sont particulièrement préoccupants en hiver. La rupture d'une canalisation de chauffage peut entraîner une hypothermie et des maladies, notamment lorsque de jeunes enfants et des personnes âgées se retrouvent sans chauffage.
