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permet de pomper de l'eau à une certaine hauteur en utilisant l'énergie d'une chute d'eau de hauteur plus faible De Wikipédia, l'encyclopédie libre
Le bélier hydraulique est une technique qui permet de pomper de l'eau jusqu'à une hauteur plus élevée que la source en utilisant l'énergie d'une chute d'eau de hauteur plus faible, grâce à un dispositif mécanique et hydraulique.
Joseph-Michel Montgolfier[N 1] eut en 1792, avec Aimé Argand, l'idée d'utiliser le phénomène du coup de bélier pour l'appliquer à un mécanisme simple en vue du pompage de l'eau à destination de la papeterie familiale à Vidalon. Il se serait inspiré de la machine de John Whitehurst la « machine à pulsation » inventée en 1772[1].
Ernest-Sylvain Bollée améliore et concrétise son invention et dépose un brevet en 1857. Son fils, Ernest Jules Bollée, invente le bélier à deux eaux[2], breveté en 1888[3]. Cette production mancelle est couronnée d'une médaille d'or à l'exposition universelle de Paris en 1889 et d'un grand prix en 1900 et 1905[4],[5].
Au début du XXIe siècle caractérisé par le souci environnemental et préoccupé par la recherche d'un développement économique durable, cette technique connait un regain d'intérêt. De nouveaux developpements révolutionnent le rendement et la robustesse de ces machines : le fabricant suisse Schlumpf innovations GmbH[6] a mis au point un « bélier à grande vitesse » et une entreprise d'Amérique latine a mis au point des béliers « multi-valves[7] » et des PME en font leur fer de lance[8].
Le coup de bélier est un phénomène connu : quand on ferme brusquement un robinet, la canalisation, du fait de l'arrêt de l'écoulement et de l'inertie de la masse d'eau en mouvement, subit un choc qui se traduit souvent par un bruit. Dans les grosses installations, ce phénomène peut provoquer l'éclatement des canalisations du fait de la quantité d'eau en mouvement. Il convient donc de déjouer les forces en présence pour faire en sorte de l'éviter. Un dispositif à ressort ou à membrane, l'antibélier permet d'atténuer ce phénomène et donc de protéger les installations.
Le principe utilise l'énergie cinétique d'une colonne d'eau ayant pris une certaine vitesse ; puis, arrêtée brusquement par un clapet, une surpression se fait, ce qui permet de faire monter une colonne d'eau réduite à une certaine hauteur. Le résultat dépend des quantités et des vitesses mises en jeu.
Le phénomène existe dans la nature, notamment sur les côtes garnies de crevasses exposées aux vagues de la mer, l'eau qui s'y engouffre heurte le fond et peut, dans certaines configurations, se trouver violemment expulsée vers le haut ; on appelle cela un geyser maritime ou populairement "souffleur".
Il y a une grande variété de mises en œuvre de ce principe.
La conduite d'arrivée d'eau (1) contrôlée par une vanne d'arrivée principale (non représentée) doit être alimentée par une eau sous pression (généralement liée à une dénivellation), dont l'énergie cinétique alimentera le dispositif en énergie. De cette énergie dépend la capacité de pompage. La pression d'arrivée est cependant inférieure à la hauteur manométrique du refoulement (3) et nécessite une énergie supplémentaire pour augmenter la pression. Le bélier est constitué d'une conduite d'arrivée (1), d'une soupape primaire (4) à ouverture contrôlée par un ressort (ou parfois par un simple poids), d'une conduite de refoulement (3) avec un clapet anti-retour (5) et une cloche remplie d'air (6).
Au début du fonctionnement (schéma 1), le clapet anti-retour (5) est fermé sous l'effet de la pression statique de la colonne (3) et l'eau arrive par la conduite. L'eau s'échappe à l'extérieur du dispositif en (2) par la soupape primaire (4), mais celle-ci se ferme brusquement quand l'eau atteint une vitesse suffisante.
Schéma 2 : Se produit alors le coup de bélier et le clapet anti-retour (5) ayant une pression amont soudainement plus grande que la pression aval (3 et 6) s'ouvre. L'eau monte alors à la fois dans la cloche (6) – qui sert de tampon pour absorber une partie du choc du coup de bélier et réguler le débit du refoulement – et dans la conduite de refoulement (3).
Schéma 3 : Quand la pression dans la conduite d'arrivée d'eau (1) redescend en dessous de la pression du circuit de refoulement (3 et 6), le clapet anti-retour (5) se referme alors que la soupape primaire (4) se rouvre sous l'action de son ressort. La pression de l'air de la cloche (6), et donc également son niveau d'eau, redescendent au fur et à mesure que l'eau est refoulée par (3). Le cycle peut alors recommencer.
Ce dispositif, utilisé pour acheminer de l'eau dans des lieux surélevés, convient particulièrement en montagne (bergeries par exemple) et dans les pays en voie de développement puisque de surcroit, il est peu coûteux en énergie et pratiquement sans entretien.
À noter qu'il convient de maintenir de l'air dans la cloche (l'air disparaissant par dissolution dans l'eau) à l'aide d'une pompe, manuelle ou automatique, sous peine d'interrompre le fonctionnement de l'installation.
Il existe des variantes au bélier de base :
Nombre de grands domaines fonciers ont été équipés de bélier hydraulique au XIXe siècle[4].
Par ailleurs :
On appelle également bélier hydraulique le vérin hydraulique permettant de manœuvrer une vanne secteur dans un réseau d'assainissement.
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