Cet article résume la problématique de la gestion de l’air dans les réseaux mais ne saurait couvrir toutes les situations particulières, ni la palette complète des solutions offertes par la gamme Aquestia pour y répondre : les équipes techniques et commerciales de la société sont à votre disposition pour les approfondir.
Eh oui, il y a de l’air dans nos réseaux de transport d’eau potable ; et probablement encore plus dans les refoulements d’eaux usées. D’abord, ceux-ci ne sont jamais vides, même avant remplissage : avant d’ouvrir le robinet, on y trouve de l’air. Il convient donc de lui permettre de s’échapper lors du remplissage.
L’eau, elle-même contient de l’air : celui-là même qui permet aux poissons d’y respirer ! À température ambiante et pression atmosphérique, comptez autour de 2 à 2,5% en volume. Plus l’eau est froide et plus la pression est élevée, plus on peut y dissoudre d’air.
Solubilité de l’air et de l’oxygène dans l’eau à pression atmosphérique selon la température.
Ainsi une hausse de 8 à 10°C libère, à pression atmosphérique, 0,1% de volume d’air ; cela paraît peu mais pour une conduite qui verrait passer 1000 m3 par jour cela représente 1 m3, soit de quoi remplir 60 m linéaires d’un tuyau en DN 150 ! Même dans une conduite sous pression, cela représente potentiellement plusieurs mètres de conduite remplis d’air…
Une autre source d’air dans les réseaux n’est autre que l’action des pompes, qui à l’aspiration ne distinguent pas air et eau, ou encore l’effet de brassage dans les déversoirs. Sans oublier, pour le cas des réseaux d’eaux usées, les dégagements de méthane, H2S , CO2 , etc.
Qu’on le veuille ou non, nous avons donc de l’air dans nos réseaux. Celui-ci va subir l’influence de la circulation de l’eau mais aussi de la poussée d’Archimède.
Suivant leur taille, leur profil, le débit, la densité du fluide, le matériau de la conduite, les bulles d’air vont avoir tendance à adopter deux comportements :
Les points hauts du réseau se retrouvent donc avec une section de passage réelle significativement réduite.
A débit constant, cela implique au mieux une hausse des pertes de charge du fait d’une vitesse accrue – sachant que qui dit pertes de charge, dit dégagement d’air additionnel… ; au pire un blocage complet de la conduite par le bouchon d’air.
Le point de fonctionnement des pompes va dériver par rapport au point théorique initialement prévu, au risque de rentrer dans la zone de cavitation.
Le rendement énergétique sera, évidemment, dégradé.
Conduite en PRV, la poche d’air est visible par transparence grâce au soleil
On ne compte plus non plus les conduites qui se fissurent, sur la partie supérieure, rongées par la corrosion accélérée à l’interface des poches d’air. Et cet effet est encore amplifié dans les réseaux d’eaux usées par l’agressivité des fluides comme des gaz dégagés.
Les bulles d’air peuvent également provoquer l’érosion des pièces mobiles des pompes, compteurs ou vannes de régulation.
Moins préoccupant pour la continuité de service mais problématique pour la satisfaction et la confiance des utilisateurs, la présence d’air dans les branchements dégrade la précision de mesure des compteurs – en générant des volumes fantômes.
Enfin un large volume d’air sous pression représente un danger considérable en cas de rupture ou déboîtement de la conduite – lors d’une épreuve de pression par exemple : la décompression peut projeter des composants (robinets, manchons, tronçons de tube) avec une force destructrice, menaçant l’intégrité physique des opérateurs et causant de gros dégâts matériels.
Il est donc nécessaire d’évacuer l’air pour assurer la bonne circulation de l’eau et réduire la consommation d’énergie.
Mais certains incidents sur le réseau peuvent gravement l’endommager par l’absence d’air : vidange non contrôlée provoquée par une casse, arrêt brusque des pompes, etc., peuvent mettre la conduite en dépression et provoquer son écrasement ou l’aspiration des joints.
Dans ces situations il est souhaitable de permettre l’admission d’air dans la conduite pour éviter une dépression excessive.
Conduite effondrée sur elle-même sous l’effet de la dépression.
Les premiers hydrauliciens de l’Antiquité ont très vite identifié les problèmes liés à la présence d’air et on retrouve notamment sur les aqueducs romains des orifices de purge d’air, qui étaient ouverts manuellement de façon périodique pour garantir le fonctionnement optimal du réseau.
Aqueduc de Sussita (Hippos) en Israël, IIe siècle de notre ère.
Les ventouses modernes sont des dispositifs spécialement conçus pour assurer le fonctionnement optimal et la sécurité des réseaux sous pression ; voici les principaux types employés :
En sus, les ventouses peuvent être équipées de clapets anti-retour bloquant la circulation dans un sens ou dans l’autre, par exemple pour n’offrir qu’une fonction admission à grand débit, dite « brise-vide » utile à certains points du réseau en cas de rupture de la conduite.
Un clapet dit Non-Slam (anti-bélier) permet de freiner la sortie d’air à grand débit ; cela permet de créer un coussin d’air qui amortira les retours de colonnes d’eau en cas d’arrêt brusque de la circulation, réduisant l’amplitude des coups de béliers. On parle alors de ventouse asymétrique.
Il est recommandé d’installer systématiquement une ventouse asymétrique en sortie de station de pompage : quel que soit le profil du réseau c’est un des points critiques sujets aux séparations de colonne et donc au risque de dépression autant que de suppression violente au retour de colonne.
Les graphiques ci-dessous montrent l’enveloppe des pression mini-maxi le long d’une conduite de refoulement :
Enveloppe des pressions mini et maxi, conduite en fonte DN 125 de 650 m de long, débit nominal 60 m3/h.
Pour définir la bonne ventouse, il faut répondre (idéalement dans l’ordre) à ces trois questions :
1- Quelle est la fonction recherchée ?
Cela dépend essentiellement du positionnement sur le réseau (voir schéma ci-dessous).
2- Quelles sont les conditions de service : type de fluide, pression de service, température, contraintes d’environnement, etc. ?
Tout cela va définir le modèle de ventouse et les matériaux utilisés. Un point crucial sera notamment la nature du fluide et en particulier sa propreté. La gamme Aquestia se décline ainsi en des modèles de plus en plus sophistiqués pour isoler la zone d’étanchéité d’un potentiel contact avec les impuretés.
Un large choix de matériaux synthétiques (PP, Nylon, PVDF) ou métalliques (fonte ductile, fonte d’acier, inox 316, duplex, cupro-nickel, etc.) maximise les possibilités de compatibilité chimique.
3- Quelle est la taille de la conduite, son débit maximal, son profil ?
Cela permet de sélectionner, en fonction des performances en décharge et en admission, la bonne taille de ventouse.
Enfin on peut finir en précisant les interfaces de raccordement à la conduite et à l’éventuel tubage.
Il est recommandé de s’assurer de la fiabilité des courbes de performances fournies par les fabricants, en particulier si l’on s’éloigne des surpressions/dépressions recommandées : grâce au laboratoire d’essai de notre usine de Kfar Haruv, Aquestia est en mesure de garantir que l’intégralité des courbes affichées correspondent à des essais en conditions réelles et ne sont pas de simples extrapolations.
Exemple de courbes de performance / laboratoire d’essai Aquestia
Les ventouses Aquestia se distinguent en outre par une fonction purge sous pression assurée par un joint déroulant qui agit sur une section autrement plus conséquente qu’une traditionnelle bille et diminue les risques d’encrassement.
Cette conception autorise une meilleure compacité tout en offrant des performances supérieures (débit à la PN : 30 à 50 fois plus élevé).
Comme on l’aura compris, les performances d’une ventouse n’ont que peu à voir avec la dimension de l’interface. L’important est de déterminer les besoins réels du réseau dans tous les cas de figure envisageables (arrêt des pompes, rupture de conduite, purge, etc.) et de choisir le modèle le plus adapté.
Certes mieux vaut une mauvaise ventouse que pas de ventouse du tout ! Mais une ventouse surdimensionnée peut être la source de phénomènes indésirables (coups de bélier à la fermeture) ; la force d’un spécialiste comme Aquestia est de proposer une gamme diversifiée avec par exemple en 2″ les possibilités ci-dessous pour les eaux claires :
| Modèle | D-040 2″ | D-43P | D-46P 2″ | D-060 2″ |
| Plage de pression | 0,02 à 16 bar | 0,1 à 10 bar | 0,1 à 16 bar | 0,2 à 40 bar |
| Débit de purge à PN | 74 m3/h | 50 m3/h | 88 m3/h | 65 m3/h |
| Débit d’admission à -0,4 bar | 140 m3/h | 320 m3/h | 1100 m3/h | 650 m3/h |
| Débit de décharge libre à +0,4 bar | 220 m3/h | 320 m3/h | 800 m3/h | 1250 m3/h |
| Débit de décharge Non-Slam | 17,5 m3/h | 24 m3/h | 35 à 45 m3/h | 0 à 90 m3/h |
| DN type de conduite | jusqu’à DN 250 | jusqu’à DN 350 | jusqu’à DN 600 | jusqu’à DN 450 |
| Encombrement | 10 x 14 cm | 9 x 25 cm | 17 x 37 cm | 21 x 34 cm |
| Poids | 1,1 kg | 0,50 kg | 1,4 kg | 11 kg |
(valeurs pour version standard PN 16 si non précisé ; diamètre de conduite couvert dans un scénario de séparation de colonne d’eau pour éviter une mise en dépression supérieure à 0,4 bar, à partir d’un débit nominal pour 1 m/s)
Aquestia a développé le logiciel ARIavCAD qui permet de façon très intuitive de modéliser la conduite et d’analyser différents scénarios pour déterminer le positionnement optimal, le type et la dimension des ventouses à disposer sur un réseau.
Exemple de modélisation d’un réseau sur ARIavCAD
ARIavCAD facilite le travail des maîtres d’œuvre et bureaux d’études ; en complément de l’étude en statique, Aquestia est en mesure, sur demande expresse, de réaliser des analyses en régime transitoire pour vous proposer la meilleure solution technique pour la gestion des coups de bélier (ventouse Non-Slam, vannes de décharge et d’anticipation, ballons à vessie et toute combinaison de ces dispositifs).
Une fois les besoins en ventousage du réseau correctement établis il convient de les installer en suivant les règles de l’art, assez simples à résumer :
| D(mm) | D | h |
| <150 | D | 150mm |
| 150 à 300 | D | D |
| 300 à 1500 | 0,6 D | D |
| >1500 | 0,35 D | D |
Dans les cas (hélas courants) où la hauteur disponible sous chaussée par exemple n’offre pas la place de suivre ces recommandations, il faut essayer de s’en approcher ; une solution peut-être de déporter la ventouse sur le côté, vers un talus ou une zone où elle pourra être placée en aérien, en respectant une pente minimale de 7% pour la dérivation.
Comme pour la plupart des organes du réseau, il est recommandé une inspection annuelle des ventouses – et le cas échéant un nettoyage des joints, voire leur remplacement ; la conception simple et astucieuse des ventouses Aquestia permet un accès facile aux garnitures d’étanchéité.
Cette facilité d’accès apporte une grande adaptabilité, le remplacement de l’ensemble flotteur et joint donnant la possibilité d’ajuster la plage de fonctionnement, et notamment la pression minimale d’étanchéité, aux évolutions du réseau.
Grâce à leur conception ingénieuse, les ventouses Aquestia peuvent recevoir de nombreux accessoires comme les clapets Non-Slam déjà décrits, qui se déclinent également en version anti-retour interdisant soit la décharge soit l’admission.
Parmi les autres déclinaisons plus appréciées, les modules compacts se substituent avantageusement à l’installation classique dans un regard souterrain ; outre le gain économique à la pose, ils permettent un accès facile pour inspection et maintenance depuis la surface, sans outil autre qu’une bouche à clef.
L’installation souterraine des ventouses les expose cependant au risque d’inondation dans certaines zones ; si la solution idéale est de tuber la sortie de la ventouse jusqu’à une hauteur sûre, s’il n’est pas possible de la mettre en œuvre nous proposons un dispositif anticontamination qui garantit l’isolement de la conduite en cas de submersion.
A l’inverse les ventouses installées en aérien peuvent être exposées au gel ; nous disposons de capotages anti-gel passifs ou actifs.
Les ventouses sont souvent disposées à des endroits critiques ou tout au moins remarquables du réseau ; le système ARIsense offre l’opportunité de profiter de l’installation des ventouses pour mailler le réseau avec des capteurs sans fil pour mieux monitorer le réseau – et l’état de chaque ventouse bien sûr.
ARIsense communique, grâce à un protocole SCALA, à votre système de télégestion la pression dans la ventouse, son état et alerte en cas de fuite ou de blocage ; cette fonction est particulièrement appréciée sur les conduites de refoulement d’eaux usées pour diminuer le temps de réaction en cas de risque de rejet néfaste pour l’environnement – et toutes les conséquences réglementaires que cela implique.
Les modules ARIsense ont une autonomie d’au moins 5 ans ; l’ensemble des mesures sur un même réseau sont collectées par un module-maître qui centralise ces données vers votre système.
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