Sélection des ventouses : types, dimensionnement et positionnement

L'air dans les canalisations sous pression réduit la section disponible, crée des pressions différentielles qui déclenchent de fausses lectures sur les instruments de débit et de pression, accélère la corrosion interne et, sur les conduites de refoulement, initie une séparation de colonne qui produit des événements de coup de bélier bien plus sévères que le déclenchement de pompe lui-même. Les ventouses éliminent l'air entraîné lors de et après la mise en service, et libèrent les poches d'air qui s'accumulent au fil du temps aux points hauts. Sélectionner le mauvais type, ou placer une ventouse incorrectement, ne permettra pas d'éliminer l'air ou provoquera la montée en pression qu'elle était censée prévenir.

Les trois types : cinétique, automatique et combiné

Une ventouse cinétique (type à grand orifice) est conçue pour un seul but : libérer les grands volumes d'air déplacés lors du remplissage de la canalisation. L'orifice est suffisamment grand pour laisser passer l'air aux débits qui se produisent lorsqu'une conduite est remplie à vitesse normale. Lorsque l'eau arrive à la ventouse, le flotteur à bille monte et ferme l'orifice. Les ventouses cinétiques ne conviennent pas au service continu : elles ne peuvent pas libérer les petites quantités d'air entraîné qui s'accumulent aux points hauts en fonctionnement normal sous pression.

Une ventouse automatique (à petit orifice) libère les petites bulles d'air entraîné qui s'accumulent aux points hauts en fonctionnement normal sous pression. Le flotteur est en dessous du corps, maintenu par un mécanisme à levier. Lorsqu'une bulle d'air s'accumule dans la ventouse, la flottabilité réduite permet au levier d'ouvrir un petit orifice à pointeau par lequel l'air s'échappe. L'orifice est trop petit pour laisser passer un débit significatif si la vanne est involontairement immergée dans une chambre inondée.

Une ventouse combinée incorpore à la fois un grand orifice cinétique et un petit orifice automatique dans un seul corps. C'est le choix standard pour la plupart des installations de distribution d'eau et de conduite de refoulement : elle gère les opérations de remplissage et assure la purge continue d'air en service normal sous pression. Les deux fonctions sont logées indépendamment et aucune n'affecte le fonctionnement de l'autre.

Modèles anti-choc

Les ventouses combinées standard ferment l'orifice cinétique brusquement lorsque le front d'eau arrive. Sur les conduites à remplissage rapide ou lorsque l'air est expulsé sous haute pression, le front d'eau arrive à la ventouse à grande vitesse. La fermeture instantanée crée un pic de pression lorsque l'élan de la colonne d'eau entrante est arrêté.

Les ventouses combinées anti-choc incluent un mécanisme à pointeau réglable dans le circuit de l'orifice cinétique qui contrôle le débit de fermeture de l'orifice à l'approche de l'eau. Une fermeture contrôlée sur la dernière partie du déplacement du flotteur réduit la pression d'impact à des niveaux que la canalisation peut supporter sans dommage.

Les ventouses anti-choc sont requises sur les conduites de refoulement et les conduites de distribution haute pression où les taux de remplissage sont élevés. Sur les conduites gravitaires basse pression qui se remplissent lentement, une ventouse combinée standard est généralement adéquate. En cas de doute, spécifier anti-choc : la prime de coût est faible par rapport aux conséquences d'un pic de pression lors de la mise en service.

Positionnement sur le profil de la canalisation

Chaque point haut sur le profil de la canalisation nécessite une ventouse combinée. L'air migre naturellement vers les points hauts en cours d'exploitation, et tout point haut non ventilé accumulera une poche qui réduit le débit et peut initier une séparation de colonne lors de la décélération de la pompe.

Sur les longs tronçons horizontaux sans points hauts, installer des ventouses combinées à des intervalles de 500 à 800 mètres. Les bulles d'air qui se forment en cours d'exploitation migreront vers le point haut le plus proche et ne pourront pas traverser les raccords intermédiaires : elles finissent par former des poches qui affectent les performances hydrauliques.

Sur les conduites de refoulement, une ventouse cinétique ou combinée doit également être installée sur le refoulement de la pompe, immédiatement en aval de la vanne de contrôle ou de non-retour de la pompe. Lors du démarrage de la pompe, la colonne au-dessus de la pompe est souvent partiellement remplie d'air ; l'expulsion rapide de cet air avant que le front d'eau n'atteigne les ventouses intermédiaires prévient les pics de pression plus loin sur le profil.

Éviter d'installer des ventouses dans des chambres qui s'inondent régulièrement. Un corps de ventouse submergé empêche le flotteur de se fermer correctement et peut permettre le drainage de la canalisation pendant les périodes d'arrêt de la pompe, introduisant un risque de contamination et permettant à l'air de rentrer dans la conduite.

Dimensionnement

Pour les ventouses combinées sur les conduites de distribution d'eau, dimensionner l'orifice cinétique pour le taux de remplissage attendu : typiquement 0,3 à 1,0 m/s de vitesse de remplissage dans la conduite. La plupart des ventouses combinées pour conduites d'eau sont disponibles en corps DN50 à DN100 couvrant cette plage pour les conduites DN100 à DN600.

Un sous-dimensionnement de l'orifice cinétique produit une contre-pression lors du remplissage qui ralentit le taux de remplissage et, dans les cas graves, empêche le remplissage complet. Un surdimensionnement augmente le risque de claquement à la fermeture. Les tableaux de taux de remplissage du fabricant pour les tailles de corps de vanne et les diamètres de conduite spécifiques doivent être utilisés pour la sélection finale plutôt que des règles générales.

Applications eaux usées et assainissement

Les ventouses standard sont totalement inadaptées aux conduites de refoulement d'eaux usées. Les petits orifices de la chambre automatique se bouchent en quelques jours en présence d'eaux usées, et les matières fibreuses s'accumulent sur toute surface interne offrant un rebord. Une ventouse bouchée sur une conduite d'eaux usées n'assure aucune protection contre les coups de bélier et crée un risque de contamination lorsque les eaux usées remontent dans le corps de la vanne.

Les ventouses spécifiques aux eaux usées utilisent de grands orifices non obstrués dimensionnés pour empêcher l'accumulation de solides, des flotteurs à bille résistants à la corrosion avec des surfaces lisses qui ne retiennent pas les matières fibreuses, et des matériaux de corps résistant à l'environnement chimique des eaux usées brutes.

Trois types sont disponibles pour les trois services standard : cinétique pour le remplissage, anti-choc pour la protection contre les coups de bélier et combiné pour les installations de conduites de refoulement polyvalentes. Spécifier des conceptions spécifiques aux eaux usées pour toute application où le fluide contient des matières en suspension, des huiles, des graisses ou des matières fibreuses, y compris les effluents des industries agroalimentaires, les eaux pluviales à teneur organique et toutes les conduites de refoulement d'eaux usées quelle que soit leur apparente propreté.