C. CAMICHEL et D. EYOOUX.— LRS COUPS DK BELIER 



Tior, 



LES COUPS DE BELIER DANS LES CONDUITES FORCEES 



PREMIÈllE PARTIE 



On appelle « coups de bélier » les variations de 

 pression qui prennent naissance dans les con- 

 duites sous l'influence du changement de vitesse 

 de l'eau, provenant par exemple du fonctionne- 

 ment du régulateur de la turbine alimentée. Ces 

 phénomènes ont actuellement un grand inté- 

 rêt en raison du développement des installa- 

 tions hydroélectriques qui comprennent, sauf de 

 très rares exceptions, des canalisations de grande 

 importance ' dont la rupture entraine toujours 



1. On peut dire que "les conduites représentent une dépense 



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 comprise environ entre tj et - de la dépense à engager, Puur 



des installations importantes, cette dépense varie de 

 500.000 francs à 3 ou 4.000.000 de francs et même plus. 



Les conduites sont installées de plusieurs façon? distinctes, 

 que nous allons résumer rapidement ; 



l** Da7ts les usines utilisant de très fortes chuteSy on rencon- 

 tre après la prise d'eau un canal d'amenée à écoulement 

 libre dont la longueur varie couramment entre I et 10 kilo- 

 mètres. Ce canal se termine à son exti-émilé aval par une 

 chambre de mise en charge d'oii partent des conduites sous 

 pression à très forte pente, amenant l'eau aux moteurs hy- 

 drauliques. On peut trouver de très nombreux exemples de 

 cette disposition, depuis l'usine de Vouvry {Valais ) avec sa 

 chute de l(150"i, jusqu'à, pour prendre des exemples dans la 

 région pyrénéenne qui nous est plus ' familière, l'usine 

 d'Orln de '20,000 chevaux avec une chute de940'nj l'usine de 

 Soulom appartenant à la Cie du Midi où des canaux de 

 6km et k^"^ de longueur permettent de réaliser des chutes de 

 120 et 250'n, l'usine de SarrancoUn oii un canal d'amenée de 

 5.500ni amène l'eau à une conduite où se réalise une chute 

 de SOm. Les diamètres de ces conduites varient entre Om 60 

 pour Orhi et 2 ai 80 pour Sarrancolin. 



2" Dans des usines utilisant de faibles chutes avec de gros 

 débits (jusqu'à 6 et "m de chute}, il n'y a pas de conduite 

 sous pression, la différence de niveau étant créée par un 

 barrage et les turbines prenant directement l'eau dans le bief 

 amont. Mais au-dessus de cette hauteur de chute, on ren- 

 contre fréquemment une conduite forcée partant de la prise 

 d'eau même et aboutissant directement par une faible pente 

 aux turbines. Nous citerons commeexemple l'usine de Champ 

 dans l'Isère, où une conduite en charge de 4.900m de lon- 

 gueur totale et de 3m 20 de diamètre intérieur, exécutée par- 

 tie en béton ai-nié, partie en acier doux, permet de réaliser 

 une chute de 'i'^^^ environ avec un débit de 20 à 25ni3 em- 

 prunté aux eaux du Drac. 



iî» Enfin, dans certaines usines du \" type, qui ont à four- 

 nir de l'énergie en quantité variable à chaque instant, ou, 

 comme on dit, à faire fai-e à des pointes, la tendance ac- 

 tuelle est de mettre le canal d'amenée en cliarge. On évite ainsi 

 les réglages à la prise d'eau en mettant en communication 

 directe, par l'ensemble du système en charge, la prise d'eau 

 en rivière et la turbine, qui prend ainsi constamment et auto- 

 matiquement dans le cours d'eau la quantité d'eau dont elle 

 a besoin. On peut ainsi créer à peu de frais des réservoirs 

 de pointe dans le lit même de la rivière ou aux abords immé- 

 diats. 



Le système en cbai-ge se décompose ainsi en deux parties : 

 une conduite longue et à faible pente pouvant atteindre C h 

 gkm (Jr longueur et où la pression statique peut varier de 3 à 

 fini de hauteur d'eau à la prise jusqu'à 9 à 25ni à l'extrémité 

 av.'il ; une conduite à forte pente, [aussi courte que possible, 

 d tns 1,'iquelle se réalise la partie la plus importante de la 



des conséquences très graves : arrêt prolongé de 

 l'usine, dégâts causés parfois à la partie intacte 

 de la conduite, au bâtiment de l'usine, à sa ma- 

 chinerie, aux terrains riverains, etc.. 



Il est nécessaire, pour l'économie, de réduire 

 le plus possible l'épaisseur de ces conduites ; il 

 faut pour cela connaître exactement les pres- 

 sions produites par les divers fonctionnements 

 possibles du régulateur, et donner à la paroi de 

 la conduite l'épaisseur juste suflisante pour que 

 le métal, sous l'influence de la pression statique 

 augmentée des surpressions, travaille au taux 

 habituel de 8 à 10 kgm par mm-, La tendance 

 actuelle de liiidustrie est d'augmenter la vitesse 

 de l'eau dans les conduites : celle-ci ne dépassait 

 pas récemment encore 2 à 3 mètres par seconde, 

 on atteint aujourd'hui, dans certains pays, 5 et 

 G mètres par seconde; ce qui rend encore plus 

 importante la question des coups de bélier. 

 Néanmoins, cette augmentation de vitesse est 

 limitée par la perte de charge. 



Les appareils de protection employés : réser- 

 voirs d'air, cheminées d'équilibre, viennent 

 encore compliquer cette étude. 



En outre, les usines métallurgiques tendent 

 de plus en plus à l'emploi des presses hydrau- 

 liques, alimentées soit par des chutes d'eau, 

 soit par des pompes avec interposition d'accu- 

 mulateurs; on sait combien les coups de bélier 

 sont violents dans ces installations. 



Nous allons résumer l'état actuel de cette 

 question et indiquer les méthodes employées 

 dans l'industrie pour le calcul de ces phéno- 

 mènes, dans les projets de conduites forcées. 



Nous diviserons les coups de bélier en deux 

 classes distinctes : ondes se propageant avec une 

 vitesse finie, oscillations on masse. A la première 

 catégorie appartiennent les phénomènes qui se 

 produisent dans les conduites entièrement pur- 

 gées; à la seconde les conduites muniesde réser- 

 voirs d'air, de cheminées d'é([uilibre, de pare- 

 chocs, lorsque la dilatation de l'enveloppe et la 

 compressibilité du liquide peuvent être négli- 

 gées vis-à-vis des autres phénomènes. Cette 

 division des coups de bélier est commode, mais 



chute. Pour faire les conduites dans les parties à faible 

 charge, on remplace le métal par ,1e béton armé, plus éco- 

 nomique et plus commode pour l'exécution. Parfois une 

 iime très mince en métal, destinée uniquement a assurer 

 l'étaiichéité, est enrobée dans une chemise en béton armé assu 

 rant la résistance. 



