Bélier hydraulique
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.
Historique
Joseph-Michel Montgolfier<ref>Celui-là même qui avec son frère, Jacques-Étienne, construisit la première montgolfière en 1782.</ref> 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<ref>Cf. Modèle:Article.</ref>.
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<ref name=":0">Modèle:Lien web.</ref>, breveté en 1888<ref>Modèle:Lien web.</ref>. 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<ref name="cnam">Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Ernest Jules Bollée déclare en 1914 avoir produit Modèle:Unité Modèle:Lien web. Le site du CNAM cité en référence décrit les deux types de machine (simple et à deux eaux) et liste la localisation de nombreuses installations de béliers Bollée classée par département.</ref>.
Au début du Modèle:Lien siècleModèle:Vérification 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<ref>Silent champion suisse, voir la page correspondante du site de l'entreprise (en Allemand) http://www.schlumpf.ch/hp/hw/hw_franz_1.htm.</ref> a mis au point un « bélier à grande vitesse » et une entreprise d'Amérique latine a mis au point des béliers « multi-valves<ref>Ou multi-clapet selon le jargon français.</ref> » et des PME en font leur fer de lance<ref>Exemple www.belier-inox.fr.</ref>.
Principe de fonctionnement
Coup de bélier
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.
Énergie cinétique
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.
Principe de fonctionnement
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.
Utilisation
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 :
- le bélier à deux eaux<ref name=":0" />: qui comprend deux circuits séparés pour, par exemple, remonter de l'eau d'une source à faible débit en utilisant l'eau d'un ruisseau non potable ;
- le bélier siphoïde<ref>Modèle:Lien web.</ref> ou siphon élévateur<ref>Modèle:Lien web.</ref>: qui peut se trouver plus haut que la prise d'eau pour autant que le rejet soit plus bas que la prise d'eau.
Vestiges
Nombre de grands domaines fonciers ont été équipés de bélier hydraulique au Modèle:Lien siècleModèle:Vérification siècle<ref name="cnam"/>.
- La duchesse de Dino, nièce de Talleyrand, serait une des premières châtelaines françaises à faire venir d'Angleterre des béliers hydrauliques pour son domaine de Rochecotte à Saint-Patrice (Indre-et-Loire), devenu un hôtel-restaurant de luxe.
- À Montrésor également en Indre-et-Loire, au bord de l'Indrois, une petite tourelle au toit conique abrite un bélier hydraulique installé à la fin du Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle par le comte Branicki. Celui-ci permettait d'alimenter en eaux le château et deux de ses fermes en surplomb
- Le bélier hydraulique du parc du château de "La Ménardière" à Mazières-en-Gâtine (Deux-Sèvres), datant des années 1880 et devenu maison de retraite, a été restauré vers 2000 avec l'appui technique de la maison Walton<ref>voir sur le site http://www.walton.fr/hydraulic-RAM/French/le-belier.html.</ref> (Gironde).
- Un autre dispositif, abrité également dans une petite tour ronde coiffée d'ardoises en écailles se trouvait dans un vallon dépendant du domaine du Fontenioux à Vernoux-en-Gâtine (Deux-Sèvres), dont le château du Modèle:Lien siècleModèle:Vérification siècle a été démoli vers 1950.
- En Belgique, les ateliers W. GARVENS à Anvers en ont produit. Le collège Saint-Roch à Theux en était équipé jusqu'en 1940. Une paire de béliers étaient installés au château d'Envoz [1] à Couthuin.
- En Belgique au château de Bonne-Espérance à Tihange, une pompe W. GARVENS est toujours en place dans son puits d'origine de même que le captage d'eau ainsi que le réservoir situé dans une tour de style néo-mosan construite début du Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle à cet effet.
- À Gonfreville-l'Orcher (Seine-Maritime), au château d'Orcher en bordure de Seine, un bélier hydraulique permettait jusqu'en 1940 d'alimenter un réservoir d'eau situé en haut de la tour principale. Ce bélier était alimenté par une source située à mi-hauteur de la falaise située en dessous du château.
- Dans le pavillon de Manse, construit pour assurer l'alimentation en eau du château de Chantilly, on peut voir en fonctionnement un modèle réduit de bélier hydraulique<ref>Fédération Patrimoine Environnement : Le pavillon de Manse.</ref>,<ref>Pavillon de Manse : Le bélier hydraulique.</ref>.
- En Sologne, dans le parc du château de La Ferté-Imbault à proximité de la Sauldre, une construction en brique abrite deux anciens béliers hydraulique Bollée installés en 1884, et qui ne fonctionnent plus actuellement. Ces béliers étaient vraisemblablement alimentés par l'eau des moulins situés en dessous du château<ref>Modèle:Article.</ref>.
- Dans l'Hérault, on voit encore deux béliers hydrauliques de marque Douglas<ref>Modèle:Lien web</ref>,<ref>Modèle:Lien web</ref> dans le parc départemental de Restinclières<ref>Modèle:Lien web</ref>. L'un dans une petite construction<ref>Modèle:Lien web</ref>, l'autre à moitié enterré à proximité du Lez.
Par ailleurs :
- Un bélier hydraulique permettait de monter l'eau au domaine Loumaing à Lahosse. Il était installé au fond d'une petite construction qui subsiste de nos jours dans un champ cultivé, en bordure du ruisseau dont l'eau était captée en amont.
- Un bélier hydraulique permettait, au Modèle:Lien siècleModèle:Vérification siècle, de remonter l'eau depuis la rivière de la grotte d'Orchaise jusqu'au village d'Orchaise (Loir-et-Cher) situé au-dessus.
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Bélier hydraulique produit à Anvers dans les ateliers W. Garvens installés à Envoz, Belgique.
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Le même modèle en place à Vendeuvre-sur-Barse (France).
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Bélier Douglas installé en extérieur au Domaine départemental de Restinclières (Hérault, France).
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Bélier Douglas installé en intérieur au Domaine départemental de Restinclières (Hérault, France).
Autre dispositif homonyme
Modèle:Autres projets On appelle également bélier hydraulique le vérin hydraulique permettant de manœuvrer une vanne secteur dans un réseau d'assainissement.
Notes et références
Notes
Références
Annexes
Bibliographie
- Joseph Montgolfier, Note sur le bélier hydraulique et sur la manière d'en calculer les effets (extrait du Journal des Mines, Modèle:N°, volume 13, juillet 1802), imprimerie Gillé fils, an XI (février 1803) (lire en ligne).
- Joseph Montgolfier, De l'utilité du belier hydraulique, imprimerie de Gillé fils, Paris, an XIII (1805) (lire en ligne).
- Jean-Nicolas-Pierre Hachette, Bélier hydraulique, dans Traité élémentaire des machines, Modèle:Mme Veuve Courcier imprimeur-libraire, Paris, 1819, Modèle:P. (lire en ligne).
- Johann Albrecht Eytelwein, Observations sur les effets et l'application avantageuse du bélier hydraulique, chez Firmin Didot père et fils, Paris, 1822 (lire en ligne) (publié à Berlin en novembre 1804).
- Albert Goupil, Recherches et observations récentes sur le bélier hydraulique, dans Annales des ponts et chaussées. Modèle:1re partie. Mémoires et documents relatifs à l'art des constructions et au service de l'ingénieur, janvier-février 1909, Modèle:P. (lire en ligne).
Liens externes vers des vidéos et images de béliers hydraulique
- Plans complets pour réaliser un bélier hydraulique
- Mise en marche d'un bélier hydraulique
- Compilation de béliers hydraulique
- Vidéo d'un bélier en fonctionnement dans un torrent (avec explications); fabricant français
- Vidéo Bélier hydraulique "fait maison" en fonctionnement
- Tutoriel Fabrication d'un bélier hydraulique en vidéo
- Vue en coupe du mécanisme en mouvement
- Bélier hydraulique étude et principes
- Publications scientifiques
- Plans et astuces de fabrication
- HowStuffWorks.com: Comment fonctionne un bélier hydraulique
- Vidéo explicative
- Warwick University's Publications sur l'elevation d'eau
- Monté en pression de l'air dans le corps d'un bélier hydraulique (manomètre)
