Mécanique des Fluides: Cas réel - Recherche Conseils!

[thomas3031]

Bonjour,

J'ai un problème physique réel de mécanique des fluides. Dans ma famille et dans un terrain en bord de rivière, nous avons creusé un bassin artificiel en dérivation de la rivière. Nous utilisons la pente naturelle du cours d'eau pour alimenter le bassin en parallèle.

La prise d'eau (tuyau + crépine) du canal enterré d'alimentation se situe à 100 m du bassin et ce dernier se rejette par la suite directement dans la rivière en cascade.

Ce canal enterré est fait d'un tuyau de 10 cm de diamètre et sur sa longue course il doit franchir un obstacle (relief du terrain) nous obligeant à amorcer un siphon pour le franchir.

En gros topographiquement - je n'ai pas les bons chiffres mais je peux passer un coup de fil pour les avoir plus précisément si une application numérique doit être faite- il y a 1 m de différence de hauteur (DDH1) entre la prise d'eau dans la rivière et l'entrée du bassin; l'obstacle en relief est grand de 1 m au-dessus de la prise d'eau (DDH2) et se situe à 30m longitudinalement en partant de la prise d’eau sur les 100 existant. Autrement dit, après le relief il y a 70 m de descente sur 2m de hauteur (DDH3) , on a DDH3= DDH1+DDH2. La pente moyenne de l’ensemble du système est donc de 1% (1 m entre le début et l’arrivée sur 100m). Ca c’est pour planter le décor.

Le problème est que nous n’avons pas assez de débit d’eau parvenant au bassin (temps de séjour trop long ne permettant pas un renouvellement suffisamment rapide => faune, flore, couleur de l’eau en pâtissant). Et le siphon s’est désamorcé tout seul au bout de 8 mois. Plus d’eau actuellement ne coule…
Nous allons réamorcer le siphon d’ici peu à l'approche de l'été (pour info nous le faisons avec une pompe à parti du point bas) et cherchons une solution (rapide et économique) pour augmenter le débit en même temps.

Le tout est d’éviter d’avoir recours si possible à la dernière solution qui est de rouvrir la tranchée d’alimentation et rajouter un deuxième tuyau en parallèle (couteuse en temps et en argent forcément). Nous cherchons donc des conseils à nos idées voire des idées.

Première idée : Optimiser le remplissage du tuyau. En effet ce dernier n’est rempli et ne coule qu’à 20% de sa section. A cause du siphon ? A cause de la DDH1 (env 1m) trop faible ? A cause de l’encrassement de la crépine ?
Solutions envisagées : C’est là que le débat fait rage et l’on a besoin d’avis d’expert.

=> Dédoubler la prise d’eau par une double crépine ? 2 têtes d’aspiration pour un seul et même tuyau. Nous somme plusieurs à penser que ça ne fait que diviser par 2 la pression d’aspiration et reviendra au même. Mais ça peut apporter plus d’eau aussi…

=> Agrandir la section de la prise d’eau (avec crépine plus grosse) style cloche d’aspiration ? Plus d’eau qui rentre donc plus de chance de maximiser le remplissage… ?

Deuxième idée : Aller chercher l’eau plus haut dans la rivière par prolongement du tuyau, pour agrandir la DDH et la pression d’aspiration. Seulement, plus haut dans la rivière c’est plus chez nous et on ne veut pas s’attirer des ennuis. (dissimulation de la prise d’eau ou négociation avec le voisinage que l’on ne connait pas, c’est risqué dans un petit village). C’est sûr que ça améliorerai le débit à moindre frai que la dernière solution, mais de combien faudrait-il monter la prise d’eau (en ddh=> longueur de tuyau) pour augmenter significativement le débit ? Car si au final remonter de 30 m ne change pas grand-chose autant faire la dernière solution qui pour le coup est sûre de doubler (ou plus) la mise.

Dernière solution : (Rappel) Ouvrir la tranchée et ajouter un deuxième tuyau en parallèle, peut être même plus gros que le premier car le remplissage du tuyau par l’eau n’est pas maximal.

Si besoin d'un schéma, n'hésitez pas à demander et si certains s'y connaissent en Bernoulli et autres Pascal nous sommes tout ouïe!

Merci à vous,
Hydrauliquement,

Thomas.
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[invite07941352]

Bonjour,
Pour moi, ça paraît simple, peut être trop simple , mais les collègues réagiront ...
Vous devez régler votre débit au niveau de l'entrée du bassin pour que la prise d'eau , la crépine soit toujours immergée .
Faites ce que vous voulez , mais gardez la prise supérieure toujours totalement immergée au maximum possible, 5, 10 cm par exemple .
Et si dans ces conditions , le débit est trop faible, alors c'est obligatoirement Travaux Publics ....La conduite est trop faible en diamètre .
.

[sitalgo]

B'jour,

Il faut faire en sorte que la conduite soit en charge (pleine). Le débit devrait être supérieur.
Pour cela la sortie doit être immergée afin que l'air ne puisse entrer (un coude si nécessaire). L'entrée doit être suffisamment immergée pour éviter d'aspirer de l'air (vortex ou baisse de niveau).
Faire une purge au point haut.
Pour la mise en service, boucher les extrémités et remplir par la purge, refermer la purge quand c'est plein et déboucher.

Pour évacuer les gaz qui pourraient s'accumuler au point haut, boucher, contrôler le niveau à la purge, compléter, déboucher.

[thomas3031]

Bonsoir,

Merci pour vos réponses.

Je sais que l'entrée est complètement immergée. Quant à la sortie il faut que je me renseigne mais à priori il me semble qu'elle l'est aussi.

Que pensez vous d'une double prise d'aspiration ou d'une cloche d'aspiration pour capter plus d'eau? Physiquement possible ou inutile ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite07941352]

Re,
Pour moi , c'est le faible diamètre et la grande longueur de tuyauterie qui limite le fonctionnement de votre système .
Si l'entrée est déjà bien faite, dégagée , toujours immergée , vous ne gagnerez rien à doubler cette surface d'entrée , vous diviserez juste le débit d'entrée en 2 parts ( avec davantage de pertes).
Supposez que vous avez 100 m2 de surface de prise d'eau de même hauteur que la vôtre , le résultat serait le même .
La sortie n'a pas besoin d'être immergée , mais plutôt à débit réglable , au cas où elle soit trop importante . Or, ce n'est pas le cas ici .
Ce serait quoi, une "cloche d'aspiration" ?

[invite07941352]

Re,
Bon, le dessin d'un profil en long aiderait bien , mais en résumé, vous avez 1 m de différence de niveau pour 100 m de longueur avec un siphon . Et diamètre 10 cm , c'est déjà pas mal ...
J'ai du mal à voir sur quoi l'on peut gagner . Vous n'avez pas assez de hauteur pour la longueur .

[thomas3031]

Re,

Oui c'est bien ce que je pensais Catmandou. Dédoubler la prise d'eau n'apportera pas plus. Idem pour une cloche d'aspiration du coup.
C'est un élargissement bricolé de la section de prise d'eau (voir google). C'est utilisé pour vider les aquariums (par effet siphon bien souvent) et n'aspirer que les plus petites impuretés (vases, dépots...) et non les graviers de fond. La section étant plus grande, la vitesse d'aspiration est diminuée.Mais le débit reste constant mathématiquement... cqfd?

=> On a un problème d'infiltration d'air quelque part + une DDH surement trop faible…

J'ai trouvé ça parlant d'adduction et de production d'air dans des conduites.
http://www.interaide.org/pratiques_o...s/141adduc.htm
Des commentaires? Pouvez-vous m'en dire plus sur les purges? Sitalgo en effet tu parlais de purge au point haut. Ca fait assez sens. Des exemples de fonctionnement?

Question subsidiaire: Admettons que l'on arrive à arranger le problème d'optimisation du remplissage du tuyau, mais que le débit reste trop faible pour le volume de notre bassin (je sais comment calculer cet aspect), que pensez vous de la mise en place d'une pompe pour accroître la pression (et donc le débit en charge pleine)? Tres grossièrement est ce que ça serait rentable et aménageable? Pompe fixe, amovible et fonctionnement par intermittence, essence, électricité...?

Merci pour vos contributions!

[invite07941352]

re,
C'est pas forcément une infiltration. Il y aura toujours de l'air , je suppose que la section de la conduite n'est jamais pleine : que voyez vous à la sortie par rapport aux 10 cm de diamètre , je suppose que vous ne voyez pas un jet de 10 cm de diamètre ?
Oui, une pompe , mais placée où ? Et quel débit voulez vous sur 24 h par exemple ?

[sitalgo]

,Des commentaires? Pouvez-vous m'en dire plus sur les purges? Sitalgo en effet tu parlais de purge au point haut. Ca fait assez sens. Des exemples de fonctionnement?

Dans tous les cas il faut une purge, on ne peut pas mettre de ventouse vu que la canalisation est en dépression.
Ce sera donc un raccord en Y ou T avec réduction et bouchon. A ne pas ouvrir n'importe quand sous peine de vider la canalisation.
A part l'entrée, les gaz peuvent entrer par dégazage (gaz dissous) ou par les joints.

La canalisation n'est pas en charge puisqu'on sait qu'il n'y a que 20% de la section utilisée. Toute la partie qui n'est pas en charge n'intervient pas dans l'effet siphon.
Donc mettre en charge, ça ne coûte pas trop cher, après on verra.

[thomas3031]

Voici un schéma avec les vrai cotes. Et un complément d'information pour faire quelques calculs.

La distance totale de la canalisation est de 70m. La hauteur DDH1=0.7m et non 1m. DDH2=1.5 m et non 1. => DDH3 = 1.5+0.7=2.2m.
Ca nous fait une pente (2) ascendante à 6%, une descendante (3) à 5% est une moyenne (1) à 1%.

La section du tuyau actuellement en place est de 62mm pas 100! Quand la crépine est désencrassée (quand on est là pour la nettoyer cad essentiellement l'été), on passe à un taux de remplissage du tuyau de 60% tjs insuffisant pour les besoins du bassin.

La bassin fait environ 1260m3. La rivière a une pente naturelle d'environ 4-5% disons 4,5.

Les questions qui arrivent:

1) En terme de référentiel commun, le point "haut" c'est celui du haut du siphon ou celui de la prise d'eau dans la rivière. Je serai tenté de dire la prise d'eau.
Ca conditionnerai l'emplacement de la purge. Car cette dernière doit etre mise à l'endroit où de l'air se forme (par dégazage). Et d'apres le document que j'ai trouvé (http://www.interaide.org/pratiques_o...s/141adduc.htm) les zones de dégazage sont entre BB' et DD' donc pour nous juste après le haut du siphon le début de la pente 3 donc...

Ce sera donc un raccord en Y ou T avec réduction et bouchon. A ne pas ouvrir n'importe quand sous peine de vider la canalisation.

Ok pour la ventouse. Sitalgo pourrais tu nous en dire plus sur l'endroit exact ou il faudrait placer la purge et quel matériels il nous faudrait ?


2) En terme de renouvellement du bassin. J'ai lu sur le net mais je n'ai pas de source précise qu'il faudrait un temps de séjour d'environ 1 à 3 jours. Qu'en pensez vous ?
Ca conditionne tous les calculs suivant => besoin de débit, section de tuyau, ddh. Actuellement à 20 % ou 60% de remplissage du tuyau d'adduction on est entre 1 et 3 semaines de temps de renouvellement donc bp trop (=> l'eau est verte). A 100% du tuyau, on serait à 3.5 jours. Donc tjs pas assez.

J'ai fait ces calculs avec ce site (seul que j'ai trouvé) pour connaitre la vitesse ou le débit d'un écoulement en canalisation en pente. Mais il ne prend pas les diamètres de tuyau en dessous de 100mm. Hors on est à 62 en réalité. J'ai fait une approximation du débit à 62mm en disant que c'était 62% du débit calculé à 100mm.
http://www.steinzeug-keramo.com/CMS/...ActiveID=11381

Est ce fiable ?
Quelqu'un a-t-il un moyen (formules abaques site web) de calculer des débits ou vitesse d'écoulement dans un tuyau en pente pour approximer l'état existant et nos besoins futurs. Si possible sans trop se prendre la tete avec les pertes de charge, loi de Reynolds etc...

Merci à vous!

[sitalgo]

1) En terme de référentiel commun, le point "haut" c'est celui du haut du siphon ou celui de la prise d'eau dans la rivière. Je serai tenté de dire la prise d'eau.

La différence de niveau se prend entre la surface de la rivière et celle du bassin. Peut importe le point de référence, je prends généralement le point le plus bas.

Ca conditionnerai l'emplacement de la purge. Car cette dernière doit etre mise à l'endroit où de l'air se forme (par dégazage).

Donc au point le plus haut, s'il y a une partie horizontale, plutôt vers la fin.
Il faut insérer un T ou un Y et mettre un bouchon (orienté vers le haut). Ça se trouve en magasin de bricolage.

2) En terme de renouvellement du bassin. J'ai lu sur le net mais je n'ai pas de source précise qu'il faudrait un temps de séjour d'environ 1 à 3 jours. Qu'en pensez vous ?

Aucune idée, ça doit dépendre de la qualité de l'eau, de la température...
A 3 jours il faut un débit de 17 m3/h. Avec l'installation en place et en comptant 1 m de dénivelée, sortie immergée, on a 9,8 m3/h.

J'ai fait ces calculs avec ce site (seul que j'ai trouvé) pour connaitre la vitesse ou le débit d'un écoulement en canalisation en pente. Mais il ne prend pas les diamètres de tuyau en dessous de 100mm. Hors on est à 62 en réalité. J'ai fait une approximation du débit à 62mm en disant que c'était 62% du débit calculé à 100mm.

Tu peux refaire les calculs avec des diamètres plus gros et tracer une courbe. Tu extrapoles en prolongeant la courbe, ça peut donner une idée.
64% de diamètre ça fait 38% de section.

Quelqu'un a-t-il un moyen (formules abaques site web) de calculer des débits ou vitesse d'écoulement dans un tuyau en pente pour approximer l'état existant et nos besoins futurs. Si possible sans trop se prendre la tete avec les pertes de charge, loi de Reynolds etc...

Connais pas.

A priori il faudra une pompe ou doubler l'installation.

[invite2313209787891133]

Bonjour

Le problème vient principalement de ce coude ; il faut conserver une pente constante du début à la fin.

[invite07941352]

Re,
Surtout que creuser d'un mètre avec une petite pelle de location, et faire un alignement correct , ne paraît pas une entreprise pharaonique .

[sitalgo]

Le coude ne crée aucun problème, tant que la canalisation est en charge.

[invite2313209787891133]

Le problème ne se résume pas seulement à une différence de hauteur de liquide ; pourquoi crois tu que les plombiers font une pente constante ?
Si ce n'est pas le cas un dépôt se forme irrémédiablement, finissant par diminuer la section du conduit. C'est d'ailleurs certainement déjà le cas sur ce conduit existant.

[sitalgo]

Le problème ne se résume pas seulement à une différence de hauteur de liquide ; pourquoi crois tu que les plombiers font une pente constante ?
Si ce n'est pas le cas un dépôt se forme irrémédiablement, finissant par diminuer la section du conduit. C'est d'ailleurs certainement déjà le cas sur ce conduit existant.

Pour éviter le dépôt dans les tuyauteries, les plombiers ont une pente minimum à respecter de 1% mais posent à 1,5 ou 2 s'il le peuvent. Ça n'est pas obligatoirement une pente constante, il peut y avoir un obstacle.
Elle est souvent constante parce que c'est une simple règle de trois pour le calcul et ils tracent au bleu la ligne de perçage.
Il s'agit d'écoulement à surface libre où la pente donne la vitesse au fluide, c'est cette vitesse qui empêche (ou limite) les dépôts.
Quand au conduit existant, il est censé être en charge, la vitesse ne change pas quel que soit le trajet.

[invite2313209787891133]

Il peut y avoir un accident sous forme d'un coude, mais jamais de remontée.
Il faut considérer la vitesse du liquide et la vitesse de sédimentation des particules. Dans une conduite en pente montante le dépôt se formera plus facilement que si elle descend.

[sitalgo]

Il peut y avoir un accident sous forme d'un coude, mais jamais de remontée.

Ben oui, c'est le cas des écoulements à surface libre.

Il faut considérer la vitesse du liquide et la vitesse de sédimentation des particules. Dans une conduite en pente montante le dépôt se formera plus facilement que si elle descend.

Pas du tout, les vitesses sont les mêmes avant et après, aucune raison d'avoir une différence. Par contre les sédiments où la pente est descendante avec le sens du courant seront plus facilement évacués, c'est un classique de l'assainissement.
Cela dit, l'intéressé n'a pas mentionné d'avoir eu à curer son tuyau mais simplement la crépine.

[invite2313209787891133]

Bien sur que la vitesse est la même, mais si le liquide monte et que les sédiments descendent ils se déposeront plus facilement ; la vitesse par rapport au tube est différente selon que ça monte ou que ça descende (principe du décanteur lamellaire), d'ailleurs c'est exactement ce que tu dis par la suite, en le tournant différemment pour ne pas admettre que tu avais tord dans tes affirmations précédentes, mais sincèrement je pense que ça ne trompera personne...
L’intéressé n'a pas curé son tuyau parce qu'il ne l'a pas bouché totalement, mais ce n'est pas pour ça que ça ne se produira pas, ou qu'il n'y a pas déjà un dépôt.

[sitalgo]

Bien sur que la vitesse est la même, mais si le liquide monte et que les sédiments descendent ils se déposeront plus facilement ; la vitesse par rapport au tube est différente selon que ça monte ou que ça descende (principe du décanteur lamellaire),

Il n'y a rien dans le principe du décanteur lamellaire qui indique une relation entre la vitesse de dépôt et le sens du flux montant ou descendant.
Le flux montant est plus facile à concevoir puisque la sortie est en partie haute et les dépôt au fond du bassin. A l'inverse dans les flux descendants "de forts problèmes de reprise des eaux décantées en co-courant compliquent le système".

[invite2313209787891133]

Il n'y a rien dans le principe du décanteur lamellaire qui indique une relation entre la vitesse de dépôt et le sens du flux montant ou descendant.

Parce que tu ne sais pas comment ça marche, et tu t'es contenté de lire l'article sur Wikipédia. Pour dimensionner un décanteur lamellaire on doit pourtant prendre en compte la vitesse limite de chute des sédiments.

[sitalgo]

Parce que tu ne sais pas comment ça marche, et tu t'es contenté de lire l'article sur Wikipédia.

Pas besoin de wiki, j'ai un document là-dessus. Les seuls paramètres sont les vitesses fluide/sédimentation, pas le sens de la pente des lames. La pente des lames doit simplement permettre une évacuation gravitaire des dépôts.

[thomas3031]

Re,

Merci pour votre implication dans la compréhension de notre installation et votre débat sur la sédimentation. Ca nous met sur la piste d'un probleme actuel ou futur sur lequel veiller.
Pas de pompe non plus pour le moment, mais nous allons finalement opter pour la solution la plus sure qui est de doubler notre canalisation par une canalisation supplémentaire en 100 et en réouvrant la tranchée initiale. Pas possible de supprimer le relief et faire un pente constante en tout cas.

Encore quelques questions:

Sitalgo, comment as tu calculé le débit de 9,8 m3/h ? avec l'extrapolation (je n'ai pas eu le temps d'essayer)?

De combien faut il augmenter notre ddh pour que le débit soit significativement augmenté ? Je pense qu'en remontant de 30 m le cours d'eau on peut gagner 70 cm de ddh. influence ou pas?

Merci!

[sitalgo]

Dans ce cas précis la formule est

le but est de trouver V, à résoudre sur un tableur.
rho=1000 ; mu=10^-3 ; D= diamètre ; L= longueur ; g=9,81 ; z= différence de niveau de l'eau.

Vérifier à tout hasard si Re = rhoVD/mu > 2000 sinon il faut changer de formule.

[thomas3031]

Re,

Merci pour cette super formule qui marche bien.
J'ai réussi à retomber sur ton 9,8.
J'ai également vérifier le reynolds qui atteste bien que nous somme en régime turbulent.

Par curiosité d'ou provient cette formule ou comment y arrivons nous ?
Prend elle déjà en compte la rugosité de ma canalisation ou les pertes de charges associées ?
Le tuyau en place est en polyéthylène => perte de charge négligeable ?

Merci en tout cas de ton aide précieuse!

[Thouxify]

Bonjour,
Il n'est pas possible de placer le bassin plus bas?
Par contre vous êtes-vous renseigné sur la classification de votre cours d'eau, il me semble que la création de bassin, étang est assez réglementé (lâché d'eau, renouvellement, nettoyage...); imaginons que tout le monde se construise son petit bassin stagnant dans son jardin... puis relâche le tout dans la rivière publique...

[sitalgo]

On part de Bernoulli généralisé qui donne J=z-v²/2g avec J la perte de charge.
D'autre part J=lambda.v²L/2gD
Lambda=0,316Re^-0,25
Re=rhoVD/mu
Le résultat n'est pas d'une précision absolue.
La formule est valable pour les conduits lisses.
La perte de charge n'est pas négligeable puisque la vitesse serait alors de 4,4 m/s.

[invite2313209787891133]

Cette valeur de 9.8m3/h me semble un peu faible, personnellement je trouve environ 30m3/h.

[sitalgo]

Erreur de colonne dans ma feuille de calcul
en 63 : 0,91 m/s (et non 0,87) et 10,2 m3/h.
en 100 : 1,24 m/s et 35 m3/h

[thomas3031]

Re,

@ Thouxify : Non le bassin est déja en place à l'heure qu'il est. J'ai malheureusement était absent lors de sa conception sans aucun calcul et voila qu'un an après on paye les pots cassés!

Pour les résultats: Merci pour la mise en équation. Tout est clair à présent dans ma tete à présent

En 62mm et ddh 0,7m => 8 m3/h
En 100mm et ddh 0,7m => 28 m3/h

Si on arrive à maximiser notre charge, avec le second tuyau ça devrait le faire!
Merci à vous!