CHAPITRE X

lil.ÉVATION MECANIQUE DE L'EAU

FiG. 168.

Pour faire dispai'aître ces effets fàclieux, qui, dans les pompes à mouvement alternatif, se produiraient ù chaque course du piston, ou tout au moins pour les atténuer, on utilise le dégagement d'air qui se produit dans la conduite : la masse gazeuse est accumulée dans une capacité spéciale, où elle forme une sorte de matelas compressible, destiné à recevoir le cboc au moment de l'arrêt de la colonne, et de ressort appelé à vaincre l'inertie au moment de la mise en route.

Cette capacité, qui prend le nom de réservoir d'air d'aspiration, est disposée près de roriFice d'admission dans le corps de pompe; ses dimensions varient avec celles du corps de pompe ou ])lutôt avec le volume de la cylindrée, avec la hauteur de l'aspiration aussi, et doivent être calculées, dans chaque cas, de manière à produire une atténuation suffisante

des chocs. Elle joue d'autre part durant la course un rôle secondaire, qui n'est pas sans intérêt, et qui consiste à corriger les effets dus à la variation de la vitesse du piston, en régularisant l'écoulement de l'eau, de manière qu'elle ne se précipite point sur le piston lorsqu'il se ralentit et ne cesse pas de le suivre lorsque son mouvement s'accélère. M. Kônig recommande l'emploi du réservoir d'air toutes les fois que la hauteur de l'aspiration dépasse 6 mètres et la longueur 15 mètres ; et il conseille de lui donner pratiquement une capacité égale au volume d'eau débité par la pompe

en une minute. .

La forme à donner au réservoir d'air n'est pas indifférente, car^ il importe d'éviter les inconvénients des cantonnements d'air spontanés, leschocs,lesrentréesbrusques de grosses bulles dans le corps de pompe, etc. Le plus souvent il se compose d'une cloche verticale en forme de cylindre surmonté d'une demi-sphère : l'air s'y accumule alors par l'effet même de l'aspiration, jusqu'au moment où le plan séparatif de l'eau et de la masse cazeuse atteint le niveau de la génératrice supérieure de la conduite d'aspiration ; le volume d'air cesse alors d'augmenter, parce qu a charpie oscillation de petites bulles s'en détachent pour suivre la génératrice supérieure de la conduite et pénétrer dans le corps de pompe, de sorte que le niveau séparatif reste constant. Quelquefois on a donné bien a tort au réservoir d'air la forme d'un corps cylindrique horizontal, a 1 une des extrémités duquel plonge la prise d'eau de la pompe, tandis que 1 autre reçoit le débouché de la conduite d'aspiration : dans ces conditions, le nlan séparatif de l'air et de l'eau ne se maintient pas à un niveau constant, il s'incline tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre, à chaque mouvement du piston de la pompe ; et, lorsque ces oscillations deviennent considérables, l'air s'introduit par grosses bulles dans la pompe et y provoque des désordres ; au lieu de se régler de lui-même comme dans le cas pre-

ccclent, l'appareil exige des soins continus, il faut y introduire de l'eau si le volume d'air est trop grand, de l'air au contraii-e s'il est insuffisant.

221. Amorçage des pompes. — Ce qui vient d'être dit se rapporte au fonctionnement normal des pompes ; il y a lieu de se préoccuper en outre de leur mise en route et des dispositions à prendre pour la facilitôr en réalisant Vamorçage.

Pour amorcer une pompe, il faut évacuer l'air qui remplit l'espace compris entre le piston et le niveau de l'eau dans les conduites d'aspiration, et remplir d'eau ce même espace. On y parvient en faisant fonctionner quelque temps la pompe comme pompe d'air ; à chaque coup une fraction du volume d'air emprisonné est chassée au dehors, et l'eau s'élève peu à peu dans la conduite d'aspiration. Mais l'opération ne réussit que si 1-a hauteur d'aspiration est assez faible pour ne pas exiger un vide trop parfait, s'il n'y a pas de rentrée d'air, et si les espaces nuisibles, où l'air s'emmag.asine au moment du refoulement, sont assez petits pour ne pas contenir une masse gazeuse capable de remplir la j)ompe ou tout au moins d'y empêcher l'afflux de l'eau lors de l'aspiration.

Souvent, eh vue de faciliter l'amorçage, on place au bas de la conduite d'aspiration un clapet, dit clapet de pied, qui a pour objet de permettre le remplissage de la conduite au moyen d'un tuyau d'alimentation, et qui doit en outre maintenir la conduite pleine pendant les arrêts de la pompe. Mais ce clapet est un organe mobile de plus, que sa position même interdit de visiter et de réparer commodément, et qui, dans les grandes pompes surtout, peut causer plus d'ennuis qu'il ne rend de services. On y a complètement renoncé dans les usines élévatoires de la ville de Pains, bien qu'elles contiennent plus d'une pompe asi^irant à grande profondeur ; on se contente, lorsqu'il faut procéder à l'amorçage d'une pompe, de la faire fonctionner comme pompe d'air pendant quelque temps, après avoir introduit dans le corps de pompe une quantité d'eau suffisante pour remplir les espaces nuisibles.

222. Inertie de la colonne d'eau. — Le refoulement d'une cylindrée 'eau dans la conduite ascensionnelle détermine nécessairement un mouement général de la masse d'eau qui y est contenue, puisque l'incomressibilité du liquide s'oppose à ce que le volume d'eau supplémentaire

introduit y trouve .sa place sans qu'un volume égal soit rejeté au dehors a l'extrémité opposée. On conçoit que ce mouvement général ne s'opère

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ni instantanément ni sans résistance et qu'il y ait un effort à faire pour vaincre, en dehoi's des frottements, Vinertie de la colonne d'eau.

Si la longueur de la colonne est grande, l'inertie y prend une importance considérable, le mouvement intermittent du piston ne pouvant s'y transmettre qu'avec une certaine lenteur tend à y produire des mouvements ondulatoires qui se propagent peu à peu dans la masse entière ; il en résulterait au début des coups de bélier extrêmement violents, et, en marclie normale, des soubresauts et des vibrations continuelles, qui ne manqueraient pas d'amener des ruptures ou tout au moins une détérioration rapide de la conduite, si l'on n'y parait par des dispositions spéciales destinées à rendre ces effets moins violents et moins redoutables.

On les atténue déjà en refoulant sur une même conduite au moyen de plusieurs pompes conjuguées au lieu d'une seule; chaque coup de piston n'introduisant dans la colonne qu'un volume d'eau réduit, et les coups successifs s'intercalant d'une façon régulière, le mouvement ondulatoire devient plus rapide et l'amplitude des vibrations diminue. Cet effet s'accentue encore avec les pompes rotatives ou centrifuges qui tendent à substituer un mouvement continu aux mouvements alternatifs des pompes ordinaires, si bien que dans un grand nombre d'applications on se dispense avec ces pompes de toute addition ayant pour but de remédier à l'inertie de la colonne de refoulement.

223. Châteaux d'eau. — L'idée la plus simple et la plus naturelle qui puisse venir à l'esprit, quand on cherche un moyen d'éviter les inconvénients que nous venons de signaler, c'est évidemment de s'efîoi-cer de réduire au minimum la longueur de la conduite de refoulement en plaçant le réservoir à alimenter dans le voisinage des pompes. Mais, comme il n'est pas toujours possible de le faire,, on peut se mettre dans des conditions analogues en disposant, à côté des pompes et à la hauteur convenable, un petit bassin, où l'on fait aboutir l'eau refoulée et d'où elle s'écoule ensuite jusqu'au réservoir par le seul effet de la gravité. C'est cette solution qu'avait adoptée Rennequin, à Marly ; sa machine élevait l'eau directement sur le coteau, à l'origine d'un aqueduc qui la conduisait à Versailles.

Les châteaux d'eau sont fondés sur le même principe. La conduite ascensionnelle se dresse verticalement dans le voisinage immédiat des pompes, et débouche dans une petite bâche, où vient s'épanouir l'eau refoulée par elles ; une deuxième conduite, descendante et juxtaposée à la première, a son origine dans la bâche, et l'eau s'y met en pression i:)0ur gagner de là le réservoir ou le réseau de distribution. La tour qui surmonte le puits artésien de Grenelle est un véritable château d'eau ; les frères Périer avaient eu recours à un château d'eau pour la pompe à feu du Gros-Caillou, établie à Paris en un point très éloigné des coteaux ; on en trouve à Toulouse, à Brive ; plus récemment M Dumont en a fait à Lyon une application en élevant, à côté de la machine destinée au ser-

vice de Fourvières, la colonne en fonte de 55 mètres de hauteur qui a reçu le nom de colonne de Montessuy.

En Angleterre et en Amérique, on a substitué au château d'eau, sous la désignation de stand-pipe, un simple tuyau vertical ouvert ù la partie supérieure ; en d'autres termes, on a suppi-imé la bâche et réuni en une seule les deux conduites verticales ascendante et descendante. Si la section du tuyau unique est suffisante, on obtient ainsi, à moins de frais, un résultat analogue à celui que procure le château d'eau, avec cette différence cependant que la pression varie dans la conduite suivant les oscillations du niveau de l'eau dans la colonne à air libre, tandis que la bâche à niveau constant du château d'eau la maintient parfaitement régulière, ou, en d'autres termes, qu'il n'y a pas, comme avec le château d'eau, une solution de continuité affranchissant complètement les pompes du contre-coup des effets qui peuvent se produire au delà dans la conduite forcée ou dans le réseau desservi par elle.

224. Réservoirs d'air de refoulement. — A moins de circonstances toutes spéciales, il n'y a plus lieu de recourir à des châteaux d'eau ou à des ouvrages analogues, dispendieux et incommodes, depuis que l'on a imaginé d'employer pour le même objet des réservoirs d'air, dont le prix est insignifiant et l'efficacité incontestable, et qui sont devenus l'accessoire obligé de toute pompe élévatoire à mouvement alternatif.

Ils se composent, comme les réservoirs d'air d'aspiration, d'une simple cloche, placée sur le parcours de la con- ^^"^^ duite de refoulement et le plus près jDOssible de la pompe, et que l'on maintient remplie d'air à un niveau convenable ; mais ici l'air est à une pression supérieure à celle de l'atmosphère, tandis qu'il est à une j^i'ession inférieure dans les réservoirs d'air d'aspiration.

A chaque coup de piston le volume d'eau refoulé s'introduit dans cette capacité, sans avoir à vaincre l'inertie d'une masse d'eau considérable, et vient comprimer l'air qui y est emmagasiné ; puis Pair comprimé se détend, et, reprenant son volume primitif, refoule un égal volume d'eau dans la conduite ascensionnelle par un mouvement progressif et régulier. Si les proportions du réservoir d'air sont Ijonnes par rapport au volume de la cylindrée et si l'air y est maintenu avec soin au niveau convenable, le résultat obtenu est tellement parfait que le mouvement de l'eau dans la conduite devient absolument uniforme, et qu'elle arrive d'une façon continue à l'extrémité de cette conduite, sans qu'on puisse y saisir la moindre trace de secousses ou de mouvements ondulatoires. Tout se réduit à une simple oscillation verticale du niveau de l'eau dans la cloche.

Pour calculer la capacité à donner aux réservoirs d'air, on se donne

FiG. 109.

m) CHAPITRE X. — ÉLÉVATION MÉCANIQUE Y)E L'EAU

soit l'amplitude d'oscillation, soit la variation de pression que l'on no veut pas dépasser; dans la majorité des cas cette capacité varie entre

10 et 20 cylindrées. La forme des réservoirs d'air n'est pas indifférente;

11 y a notamment avantage à en augmenter la hauteur en diminuant la section de manière à ne pas favoriser la dissolution de l'air dans l'eau qui est proportionnelle à l'étendue de la surface où elle s'opère: ce motif a fait préférer quelquefois à la cloche cylindrique une forme en tronc de cône renversé.

Il faut, en effet, prendre des précautions spéciales pour avoir constamment de l'air en quantité suffisante dans les réservoirs d'air; sous l'influence de la pression il a tendance à se dissoudre, et disparaît peu à peu en conséquence, si l'on n'a pas soin de le renouveler de temps à autre ou même d'une façon continue. Souvent il est nécessaire de munir les machines élévatoires d'une petite pompe spéciale de compression. Très fréquemment aussi on se contente de ménager sur l'aspiration une petite prise d'air, dite reniflard, dont on règle l'ouverture de manière à faire passer exactement la quantité d'air voulue pour maintenir le niveau convenable dans le réservoir, ce dont on s'assure aisément au moyen d'un tube de niveau en verre ou d'un jeu de trois robinets. Ce dernier procédé n'est applicable que lorsqu'il y a une certaine hauteur d'aspiration et il a pour conséquence une légère diminution du rendement en volume de la pompe ; d'autre part, la pompe d'air spéciale est une cause de sujétions assez sérieuses. On la remplace parfois, en Angleterre et en Allemagne, par un cylindre que l'on remplit alternativement d'eau empruntée à la conduite de refoulement et d'air fourni par l'atmosphère ; cet air passe dans le réservoir à chaque manœuvre de robinets.

225. Dispositions diverses du refoulement. — La tuyauterie de refoulement peut recevoir deux dispositions différentes : tantôt elle constitue un système de conduites tout spécial qui n'a pas d'autre rôle que de conduire l'eau refoulée de la pompe au réservoir, sans qu'il en soit distrait aucune partie en route ; tantôt au contraire elle est reliée à la canalisation générale de distribution, alimente sur son parcours un certain nombre de prises, et n'amène au réservoir que la quantité d'eau excédente qui n'a pas été consommée en route.

De ces deux dispositions c'est la seconde, à coup sûr la plus économique, qui est le plus fréquemment adoptée dans les petites installations, où la considération de la dépense prime toutes les autres. Elle a l'mconvénient de faire travailler les pompes sous une pression constamment variable, ce qui en rend le fonctionnement moins bon et la surveillance moins sûre, de masquer la production des fuites qui peuvent en consé- ({uencc échapper longtemps à toutes les recherches, d'empêcher toute vérification possible de la marche régulière et du rendement des pom-pes, etc. L'autre disposition est bien préférable, s'il ne faut pas en acheter trop cher les avantages ; la pression sur les pompes étant constante,

^ 'i. — REFOULEMENT 251

la moindre variation du manomètre indique à coup sûr une perturbation et appelle par suite l'attention du personnel, une fuite sur la conduite ascensionnelle n'arrête pas la distribution môme partiellement, les expériences pour la vérification du rendement en volume des pompes sont extrêmement faciles. Le choix à faire entre les deux solutions est une question d'espèce qui ne peut être tranchée à priori d'une manière oénéralc.

226. Conduites ascensionnelles. — Les conduites de refoulement proprement dites, ne faisant pas de service en route, peuvent être posées, comme toutes les conduites forcées, suivant un profil quelconque. Cependant il est bon d'éviter autant que possible les points hauts intermédiaires, à cause des accumulations d'air qui s'y produisent et dont on a toujours de la peine à se délDarrasser, et de gagner le réservoir par une série continue de rampes sans aucune contre-pente.

Le diamètre à donner aux conduites de refoulement est indéterminé, puisqu'on peut, en augmentant la force des machines, vaincre l'excès de perte de charge résultant d'un accroissement de débit pour un diamètre donné ou, d'une réduction de diamètre pour un volume d'eau fixe ; mais il convient, en pratique, de rester dans des limites assez peu étendues afin de ne pas forcer la dépense des conduites fl'une part et de ne pas s'exposer d'autre part à des frottements considérables qui auraient plus d'un inconvénient. On se propose le plus habituellement d'obtenir une vitesse d'écoulement variant de 0'", 60 à 1 mètre par seconde.

Toute conduite ascensionnelle part de la pompe ou mieux du réservoir d'air corresjDondant, et va déboucher soit dans le bassin même où l'eau doit être emmagasinée, soit dans une petite bâche spéciale d'où on peut la répartir à volonté entre les divers compartiments du bassin. Des robinets d'arrêt sont placés assez souvent en certains points de sa longueur de manière à. la partager en plusieurs biefs que l'on peut vider séparément ; mais il est à craindre qu'un de ces robinets reste fermé par erreur au moment où l'on mettrait la pompe en route, ce qui déterminerait nécessairement une rujDture ; à la suite d'accidents de ce genre, le service des eaux de Paris a renoncé à l'emploi des robinets d'arrêt, et les conduites ascensionnelles de ses diverses usines n'en sont plus munies ailleurs qu'à la sortie même du réservoir d'air. Il est vrai que, pour parer au danger d'une mise en route des pompes sur une conduite de refoulement barrée, on place quelquefois sur les conduites, à la sortie du réservoir d'air, une soupape automatique maintenue par un ressort ou chargée d'un poids convenablement réglé ; mais les appareils de ce genre qui fonctionnent très rarement font souvent défaut le jour où l'on en aurait besoin, et, depuis longtemps, on y a renoncé pour ce motif dans le service des eaux de Paris.

Deux conduites ascensionnelles valent mieux qu'une, car il en résulte une division des risques qui est un ' gage de sécurité ; pour plus de

garantie, il convient même de les poser suivant des tracés différents ou tout au moins dans des tranchées distinctes et suffisamment éloignées pour qu'une fuite sur l'une ne soit pas une menace pour l'autre.