Coup de bélier dans le système d'alimentation en eau et de chauffage : causes + mesures préventives

L'un des principaux problèmes liés à l'exploitation des systèmes autonomes de chauffage et d'alimentation en eau est la variation de pression. Le coup de bélier dans le système d'alimentation en eau et de chauffage, provoqué par cette variation soudaine, peut causer des dommages graves. Il faut le prévenir, n'est-ce pas ?

Nous vous expliquerons comment prévenir ce phénomène et neutraliser ses conséquences négatives, en assurant la continuité du fonctionnement des circuits. Vous découvrirez chez nous les méthodes utilisées pour éviter le coup de bélier dans les systèmes qui transportent l'eau vers les robinets de puisage et les appareils de chauffage.

Dans cet article mis à votre disposition, la nature du coup de bélier est analysée en détail. Les mesures préventives qui excluent l'apparition de cette situation dangereuse sont énumérées. Pour faciliter la compréhension de ce sujet complexe, des schémas, des photos et des vidéos sont joints.

Qu'est-ce qu'un coup de bélier ?

Le coup de bélier est une brève mais importante augmentation de pression dans un système rempli de liquide. Ce phénomène se produit lorsque le flux de liquide rencontre un obstacle sur son chemin. Les exemples typiques de tels obstacles incluent la fermeture brusque d'une vanne d'arrêt, l'arrêt soudain d'une pompe, une poche d'air, etc.

En rencontrant un obstacle, le flux d'eau continue par inertie à la même vitesse qu'avant l'apparition de l'obstacle. Les premières couches en contact avec l'obstacle se compriment à la même vitesse en raison de l'arrivée des couches suivantes.

En raison de l'apport continu de nouvelles couches de flux, la pression augmente rapidement et le liquide “cherche” un moyen de libérer une partie de sa charge pour la décharger.

Une situation analogue se produit presque toujours lors de la rupture du flux par un robinet à tournant sphérique ou une vanne. À première vue, le phénomène peut sembler anodin. C'est pourquoi de nombreux propriétaires n'y prêtent pas une attention particulière.

Mais en réalité, dès que l'on détecte des signes avant-coureurs d'un défaut naissant sur les tuyaux et la robinetterie, il convient de le réparer le plus rapidement possible. Car le coup de bélier dans le système de chauffage provoque des fentes et des fissures, ainsi que des dommages à l'équipement.

Ce problème sérieux peut être précédé de cliquetis et de coups, ainsi que d'un bruit étrange dans les tuyaux d'alimentation en eau, accompagné d'un « grondement » caractéristique.

Le cliquetis se produit principalement aux endroits où les tuyaux de plus grand diamètre sont raccordés à des tubulures de plus petite section. L'eau qui longe leurs parois internes heurte un obstacle, certes partiel, mais néanmoins réel.

L'apparition régulière de coups de bélier a un impact négatif sur le fonctionnement du système, réduisant considérablement sa durée de vie.

Lors de situations d'urgence causées par l'effet de coup de bélier, peuvent être endommagés :

• l'équipement (l'étanchéité des canalisations est compromise et les appareils de chauffage sont détruits);
• les biens (l'eau s'écoulant du réseau endommagé inondera le logement et endommagera les meubles);
• les occupants (si la défaillance survient dans le système de chauffage, il existe un risque de brûlures thermiques graves).

Selon les statistiques, la « part du lion » des accidents de canalisation, soit environ 60%, est due à un coup de bélier. Les conséquences négatives de cet effet sont le plus souvent observées sur les tuyaux usés et corrodés.

Les conséquences de coups de bélier réguliers peuvent être imprévisibles, et la plus courante est la rupture.

Il cause le plus de désagréments aux canalisations longues, par exemple lors de l'installation d'un «plancher chauffant», dans les circuits duquel circule un liquide chauffé à une certaine température.

Le degré des dommages dépend en grande partie de l'endroit où l'obsacle se produit : s'il se trouve au début d'une longue canalisation, l'augmentation de pression sera faible, mais s'il se trouve à la fin, elle sera nettement plus élevée.

Le plus souvent, l'effet se manifeste lorsque des tuyaux de différents diamètres ont été utilisés lors de la pose du système de chauffage. Si les tuyaux de différents calibres ne sont pas ramenés à un «dénominateur» commun à l'aide de raccords, l'augmentation de la pression dans le système de chauffage est inévitable. Dans cette situation, pour protéger le système, le circuit est équipé d'une vanne spéciale – un thermostat.

Causes du coup de bélier

La nature physique de ce phénomène réside dans la perte totale ou la réduction significative de la capacité des conduites d'eau, ce qui entraîne une augmentation de la pression du liquide dans le système.

Dans les maisons où les réseaux techniques ont été mal conçus et installés, on entend souvent des tapotements et des cliquetis caractéristiques dans les canalisations.

Ils sont une manifestation externe du coup de bélier et se produisent lorsque la circulation du liquide dans un système fermé s'arrête brusquement, puis reprend tout aussi subitement.

Les obtsacles naturels des canalisations sont souvent des poches d'air, des raccords d'un diamètre plus grand à un plus petit, ou des vannes d'arrêt installées.

Si un obstacle se présente sur le trajet d'un flux d'eau se déplaçant à une certaine vitesse, sa vitesse de déplacement ralentit, tandis que son volume continue d'augmenter. Ne trouvant pas d'issue, il forme une onde inverse qui, en rencontrant la masse d'eau principale, augmente la pression dans le système. Parfois, elle peut atteindre un seuil de 20 atm.

En raison de l'étanchété de la canalisation, le volume accumulé n'a nulle part où aller, mais l'énergie puissante cherche toujors à trouer une sorite vers le monde extérieur. La force du coup résultant de cete collison crée le risqué de rupture du tube, qui ne possède pas une résistance suffisante.

Pour cete raison, pour l'installation du système, il est nécessaire d'utiliser des tuyaux d'eau et de gaz soudés adaptés aux réseaux d'eau, conformes à la norme GOST 3262-75, ou des analogues en métal-plastique sous pression produits selon la norme GOST 18599.

Sous l'effet permanent de l'énergie de l'eau, tant la canalisation elle-même que les éléments rigides du système se déterioront progressivement ou rapidment.

Les principaux facteurs provoquant l'apparition d'un coup de bélier dans les tuyaux sont :

• les interruptions de fonctionnement ou la panne de la pompe de circulation ;
• la présence d'air dans le circuit fermé du système ;
• les coupures d'alimentation électrique ;
• en cas de fermeture soudaine de la vanne d'arrêt.

Une augmentation brève de la pression dans le circuit fermé due à une injection de liquide au-delà de la norme peut se produire si, lors de la mise en marche de la pompe, la roue commence son mouvement à grande vitesse.

Récemment, lors de l'installation d'un système de chauffage autonome, on utilise de plus en plus souvent des robinets à tournant sphérique au lieu des anciennes vannes et robinets, dont la conception ne prévoit pas de mouvement progressif.

Leur capacité à produire un effet rapide a un revers, constituant l'une des causes les plus courantes de coup de bélier.

Si, lors du démarrage du système, l'air n'en a pas été évacué, au moment de l'ouverture du robinet à boisseau sphérique, un choc entre l'air et le liquide pratiquement incompressible se produit

En termes de sécurité, les robinets à vis sont plus préférables car, grâce au dévissage progressif de la boîte, ils assurent une ouverture/fermeture progressive de la vanne.

Une situation similaire se produit également lorsque l'air n'a pas été évacué du circuit avant le démarrage du système. Au moment de l'ouverture du robinet, l'eau heurte un bouchon d'air qui, dans un système fermé, agit comme une sorte d'amortisseur pneumatique.

Comment éviter le problème ?

Une protection adéquate du système de canalisations d'alimentation en eau permettra de réduire l'intensité et de neutraliser l'effet de la pression excessive.

Les mécanismes de protection des systèmes autonomes contre le coup de bélier sont, dans la plupart des cas, destinés à atténuer la force du flux d'eau.

Pour prévenir la création d'une pression excessive, ponctuelle ou permanente, tant sur une section individuelle du circuit que sur l'ensemble du système, une série de mesures principales sont appliquées.

Option #1. Fermeture progressive du système

C'est l'une des exigences principales lors de la mise en marche et de l'arrêt des systèmes de canalisations, clairement stipulée dans les documents normatifs.

En effet, en raison de l'élasticité des parois du tuyau, l'énergie du coup de bélier n'agit pas instantanément avec toute sa force. Grâce à la compensation des déformations élastiques, elle est divisée en plusieurs intervalles de temps.

Par conséquent, à force totale de choc égale, la puissance d'impact à un moment donné sera considérablement réduite. Grâce à une mise en marche progressive, on peut prolonger dans le temps le processus d'augmentation de la pression, minimisant ainsi les dommages importants au système.

Lors du choix des vannes d'arrêt, il convient de privilégier les produits qui présentent un intervalle de fermeture d'eau relativement long.

Les robinets, dont la conception prévoit un long intervalle avant la fermeture de l'eau, sont installés dès la phase de montage de l'équipement.

Option #2. Utilisation de dispositifs automatiques

L'automatisme doit être réglé pour une correction progressive de la pression statique dans le système. L'installation de pompes à variation automatique de vitesse ou d'unités à commande électronique équipées de variateurs de fréquence intégrés permet d'obtenir l'effet souhaité.

L'utilisation de systèmes automatiques permettra de contrôler le débit du fluide, ainsi que de lire les relevés de sa pression dans la canalisation.

Les pompes équipées d'un réglage automatique de la vitesse du moteur électrique peuvent augmenter/diminuer progressivement la pression dans le système. Par ailleurs, le logiciel effectue simultanément deux tâches : il surveille les variations de pression dans la conduite d'eau et régule automatiquement la pression.

Méthodes de modernisation complète du système

La modernisation globale du système implique l'installation d'équipements visant à neutraliser l'impact de la surpression.

Méthode #1. Utilisation de compensateurs et d'amortisseurs

Les amortisseurs et les hydro-accumulateurs remplissent simultanément trois fonctions : collecter le liquide, éliminant ainsi son excès de volume du système, et contribuer à prévenir le phénomène indésirable.

Le dispositif compensateur, dont le rôle est joué par l'accumulateur hydraulique, est installé dans le sens de l'écoulement de l'eau sur les sections du circuit de chauffage où la probabilité de fluctuations de pression est élevée.

Le réservoir sous pression ou amortisseur est une ampoule en acier d'un volume pouvant atteindre 30 litres, comprenant deux sections séparées par une membrane en caoutchouc ou en élastomère.

Lorsqu'une pression excessive apparaît dans le système, la colonne d'eau de la première section commence à appuyer sur la membrane de séparation, ce qui la fait se déformer vers la chambre d'air.

Lorsque la pression augmente, les coups de bélier sont déchargés dans le réservoir. Grâce à la déformation de la membrane en caoutchouc vers la chambre d'air lors de l'élévation de la colonne d'eau, on obtient l'effet d'une augmentation artificielle du volume du circuit.

Comme dispositifs amortisseurs, on utilise des tuyaux en caoutchouc armé thermorésistant ou en plastique élastique.

Le matériau élastique des dispositifs amortisseurs absorbe spontanément l'énergie du coup de bélier au point où la pression a atteint une valeur critique.

Pour obtenir l'effet souhaité, il suffit d'utiliser un produit d'une longueur de 20 à 30 cm. Si la canalisation est très longue, la section de l'amortisseur est augmentée de 10 cm supplémentaires.

Méthode #2. Installation d'une vanne de protection à membrane

Une soupape de sécurité à membrane est placée sur la dérivation de la canalisation près de la pompe, afin de libérer une quantité d'eau déterminée en cas d'excès de pression.

La soupape de sécurité, équipée d'un joint rigide qui assure une décharge rapide de la pression, est un dispositif de protection fiable pour un système autonome.

Selon le fabricant et le type de modèle, la soupape de sécurité est actionnée par une commande électrique du contrôleur ou par un dispositif pilote à action rapide.

Le dispositif se déclenche lorsque la pression dépasse un niveau de sécurité, protégeant la station de pompage en cas d'arrêt soudain de l'équipement. Au moment d'une brusque montée de pression dangereuse, il s'ouvre complètement, et lorsque celle-ci redescend à un niveau normal, le régulateur se ferme lentement.

Méthode #3. Équipement d'une vanne thermostatique avec un shunt

Le shunt est un tube étroit avec un diamètre intérieur de 0,2 à 0,4 mm, installé dans le sens de la circulation du fluide caloporteur. La tâche principale de l'élément est de réduire progressivement la pression en cas de surcharges.

Un tube étroit, dont la plage de section ne dépasse pas 0,2 à 0,4 mm, est placé du côté par lequel le liquide pénètre dans le thermostat.

La méthode de shuntage est utilisée lors de l'installation de systèmes autonomes dont la canalisation est constituée uniquement de tuyaux neufs. Cela est dû au fait que la présence de rouille et de dépôts dans les vieux tuyaux peut réduire à néant l'efficacité du shuntage. Pour cette raison, lors de l'utilisation d'un shunt à l'entrée du circuit de chauffage, il est recommandé d'installer des filtres à eau efficaces.

Méthode #4. Utilisation d'un thermostat avec superprotection

Il s'agit d'une sorte de fusible qui surveille la pression dans le système et l'empêche de fonctionner après que la pression a atteint un seuil critique. L'appareil est équipé d'un mécanisme à ressort placé entre la tête thermostatique et la vanne. Le mécanisme à ressort s'active en cas de surpression, empêchant la vanne de se fermer complètement.

Ces thermostats doivent être installés strictement dans le sens indiqué sur le boîtier.

Réalisation des travaux d'entretien préventif

Outre le strict respect des règles d'exploitation des canalisations, la réalisation en temps voulu de mesures préventives contribue à prévenir les accidents. En effet, tous les processus dans le système d'alimentation en eau ou le circuit de chauffage sont interdépendants. Et le coup de bélier n'est que la « goutte » destructrice finale qui peut entraîner des conséquences négatives dans un contexte d'état technique insatisfaisant de la canalisation.

Les vibrations de la canalisation et les variations de pression contribuent à la formation de microfissures dans la structure métallique. Les défauts qui se forment avec le temps lors d'un coup de bélier se manifestent instantanément dans les zones de contrainte interne élevée : les raccords mécaniques, les coudes et les soudures.

La prévention consiste à équilibrer le système de chauffage, ce qui est effectué après la fin de l'installation ou après des travaux de réparation du chauffage dans une maison individuelle.

L'ensemble principal des travaux effectués lors de la prévention :

• vérification du bon fonctionnement du groupe de sécurité : de la soupape de sécurité, du purgeur d'air et du manomètre ;
• vérification périodique de la pression derrière la membrane du vase d'expansion, et en cas de résultats insatisfaisants, son ajustement ;
• test du système pour détecter les fuites et vérification du degré d'usure des tuyaux ;
• surveillance de la position des vannes de la robinetterie de sectionnement et de régulation pour détecter les fuites ;
• vérification régulière de l'état des filtres, qui retiennent le tartre, le sable et les particules de rouille, et si nécessaire, nettoyage et rinçage des éléments ;

La maintenance visant à maintenir en bon état le système d'alimentation en eau et le système de chauffage comprend des types de travaux simples. Mais il ne faut pas les ignorer. En effet, cela peut entraîner des dépenses importantes d'argent et de temps pour effectuer des travaux de réparation complets.

Les mesures de protection énumérées sont les plus efficaces si elles sont appliquées de manière globale. Mais grâce à une approche globale de résolution du problème, vous pourrez neutraliser les conséquences négatives et ainsi prolonger la durée de vie du système.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Vidéo #1. Le coup de bélier, comment cela se produit :

Vidéo #2. Test d'efficacité de l'utilisation de l'amortisseur :

Le coup de bélier dans le système d'alimentation en eau est un phénomène courant qui peut causer des dommages graves. Et votre tâche est d'éliminer le problème le plus rapidement possible. En effet, si la situation se répète, les éléments du système tomberont bientôt en panne. Et la réparation après cela coûtera beaucoup plus cher.

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