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Coup de bélier (HU)

De Wikigeotech

Traduction anglaise : Water hammer

Dernière mise à jour : 25/6/2020

En hydraulique, ce terme désigne une variation brusque de la pression dans le volume d'eau en un point donné provoquée par une modification rapide des conditions de l'écoulement (par exemple arrêt rapide de l'écoulement dû à la fermeture brutale d'une vanne).

Conséquences des coups de bélier

Ce type de phénomène peut avoir des conséquences graves, particulièrement dans les conduites en charge, l'augmentation de pression ne pouvant être dissipée par une élévation de la ligne d'eau. Il peut même dans certains cas faire éclater les conduites. Des précautions comme des cheminées d'équilibre, des réservoirs à air, des soupapes de sécurité, des volants d'inertie, ou l'implantation de massifs d'ancrage peuvent être prises pour protéger ou renforcer le réseau.


Cheminée d'équilibre destinée à éviter les coups de bélier sur un réseau en surpression.

Modélisation des coups de bélier

Initialement étudié au 19ème siècle par les frères Montgolfier, le phénomène de coup de bélier a été théorisé par l’ingénieur italien Lorenzo Allievi (1871-1941). Lors d’une variation de débit dans une conduite, ce phénomène se manifeste par des ondes de pression. Par exemple, dans le cas de la fermeture instantanée d'une vanne, la surpression (ou dépression) maximale $ P $, pour une conduite rigide, peut atteindre, la valeur de :

$ P = \frac{V_0.c}{g} $

Avec :

  • $ P $ : surpression (ou dépression) ($ m $) ;
  • $ V_0 $ : vitesse initiale d’écoulement en régime permanent ($ m/s $);
  • $ c $ : célérité des ondes de vitesse et de pression qui se développent lors du coup de bélier ($ m/s $).

Pour une conduite infiniment rigide, $ c $ est égale à la célérité de propagation du son dans l’eau qui est de l’ordre de $ 1400 m/s $ (aux températures ordinaires). Ainsi pour une vitesse $ V_0 $ de $ 1 m/s $, la surpression maximale pourrait atteindre $ 14 $ bars.

En pratique, il est nécessaire de prendre en compte l’élasticité de la conduite et son épaisseur. Par exemple dans une conduite en PVC, la célérité des ondes peut atteindre plusieurs centaines de mètres par seconde.

Nota : Une des manifestations du coup de bélier dans le corps humain est donnée par le pouls, la célérité des ondes est alors de quelques mètres par seconde en raison de l’élasticité des artères.

Pour en savoir plus : Guhl, F. () : Guide méthodologique d'étude anti-bélier pour les réseaux d'eau ; Document technique FNDAE n°27 ; 32p.

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