Fonctionnement trompe à eau

[cmole]

Bonsoir à tous,

Par simple curiosité, je me suis intéressé au système de "trompe à eau" et son fonctionnement.

Après plusieurs lectures, j'ai cru comprendre que l'effet d'aspiration de l'air est provoqué par une baisse de pression de l'eau dûe au cône convergent de la structure, comme expliqué (assez sommairement) sur wikipedia :https://fr.wikipedia.org/wiki/Trompe_%C3%A0_eau).

Seulement, j'ai trouvé un autre post (https://forums.futura-sciences.com/p...divergent.html) qui explique que le convergent, et par conséquent l'effet Venturi, n'a rien à voir dans l'effet d'aspiration. Si j'ai bien compris ce qui y est expliqué, le vide n'est créé que par entrainement des molécules d'air et la variation de pression de l'eau n'influe en rien sur la pression de la "cuve".

Je suis donc un peu perdu entre ces deux explications assez contradictoires, et donc à la recherche d'éclaircissements !

Merci à ceux qui prendront le temps de m'aider !
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[gts2]

Bonjour,

Je ne m'avancerais pas sur la cause, mais il est clair que c'est le deuxième cône qui compte : pour le premier on peut calculer la différence de pression par Bernoulli mais les deux pressions sont inconnues.

Par contre pour le deuxième cône, on est un peu loin des application de Bernoulli : il suffit de regarder le dessin.

[harmoniciste]

Le cône divergent est indispensable: Le débit au col étant le même qu'en sortie on a, en absence de décollement du fluide à la paroi,
Vitesse _{au col}* Section _{du col} = Vitesse _{en sortie}*Section _{de sortie}, et la vitesse au col est donc supérieure à la vitesse de sortie. Il en est de même alors pour la pression dynamique, proportionnelle au carré de la vitesse.
Or, sans pertes d'énergie notable du fluide entre ces deux sections, la pression totale est restée constante
P statique _{au col} + k. V_col² = P statique _sortie + k V_sortie²
Cela implique que P statique _{au col} < P statique _sortie ou encore P statique _{au col} < P atmosphérique

[gts2]

Bonjour,

Je rectifie mon texte pas très clair : les deux cônes sont indispensables, ce que je voulais dire c'est qu'on ne peut calculer la dépression uniquement à partir du premier convergent.

[A voir en vidéo sur Futura]

[FC05]

Pour le texte de 1952, ce qui me choque, c'est la conclusion.

Elle dit qu'en régime transitoire Bernoulli ne marche pas, or Bernoulli est établi en régime permanent, du coup c'est certain que ça ne fonctionne pas en transitoire.
De plus on se retrouve avec un milieu diphasique, là aussi Bernoulli est aux fraises.

L'explication avec Bernoulli est forcement un "truc en gros", et elle montre juste qu'en accélérant un fluide sa pression diminue.

[harmoniciste]

Bien sûr que si l'aspiration introduit un débit d'air supplémentaire dans le col, le calcul est faussé et la dépression est moindre.
Elle n'atteint le maximum calculé que lorsque le débit de gaz aspiré est devenu nul ce qui est quasiment le cas à terme, si l'enceinte où on veut faire le vide est étanche.

[skeptikos]

Bonjour,
Mais la pression résiduelle dans l'enceinte fermée ne peut être inférieure à la tension de vapeur de l'eau.
@+

[RomVi]

Bonjour

En effet les 2 cônes ne sont pas indispensables. Une trompe à eau n'est pas un venturi.
le principe est plutôt d’entraîner une émulsion eau/air. D'ailleurs il est tout a fait possible de faire une trompe à eau en faisant tomber des gouttes d'eau une par une ; dans les temps anciens on procédait de cette façon pour obtenir un vide poussé (en utilisant du mercure à la place de l'eau).

[cmole]

Bonjour, merci à tous pour vos réponses !

Le cône divergent est indispensable: Le débit au col étant le même qu'en sortie on a, en absence de décollement du fluide à la paroi,
Vitesse au col* Section du col = Vitesse en sortie*Section de sortie, et la vitesse au col est donc supérieure à la vitesse de sortie. Il en est de même alors pour la pression dynamique, proportionnelle au carré de la vitesse.
Or, sans pertes d'énergie notable du fluide entre ces deux sections, la pression totale est restée constante
P statique au col + k. Vcol2 = P statique sortie + k Vsortie2
Cela implique que P statique au col < P statique sortie ou encore P statique au col < P atmosphérique

C'est la conclusion à laquelle j'étais arrivé en réfléchissant de mon côté ! seulement c'est en complète contradiction avec ce qu'explique RomVi .

Si le principe est d'entraîner une émulsion eau-air, alors les cônes ne sont présents que pour augmenter la vitesse de l'eau (par réduction de la section, et conservation du débit) ce qui a pour effet d'entraîner plus d'air, c'est bien ça ? Ce qui veut dire que le simple fait de faire couler de l'eau au travers d'une enceinte étanche suffirait à diminuer la pression ?

J'avoue ne pas bien comprendre pourquoi le venturi créé par les cônes ne serait pas responsable de la dépression.

[RomVi]

La tuyère d'entrée (qui n'a pas besoin d'être un cône) est là pour accélérer le liquide et le diriger vers la sortie (si on envoyait le jet sur une paroi ça ne fonctionnerait pas).
Le profil de sortie est pensé pour faciliter l'évacuation de l'émulsion.

On peut par exemple voir sur cette photo qu'il n'y a pas besoin de cône en sortie :
https://www.labcomercial.com/fr/filt...ide-verre.html

Il n'y a pas non plus besoin de cône d'entrée, un simple trou fonctionnerait, mais ce serait un peu moins performant en raison de la perte de charge plus importante provoquée par la turbulence des veines de fluide.

On peut produire un vide en faisant simplement tomber de l'eau dans un tube, mais il faut que l'évacuation descende assez bas( pour empêcher l'eau de remonter) que la section soit assez petite (pour empêcher les bulles de remonter dans l'eau). Tu peux faire l'expérience toi même, avec un petit tuyau d'air pour aquarium, ce n'est pas une manip très compliquée à faire.

[harmoniciste]

Une trompe à eau n'est pas un venturi.
le principe est plutôt d’entraîner une émulsion eau/air.

Quand le "vide" a été finalement obtenu, il n'y a plus d'émulsion, mais la dépression persiste. Le principe ne peut donc pas résider dans l'entrainement d'un émulsion inexistante.

D'ailleurs il est tout a fait possible de faire une trompe à eau en faisant tomber des gouttes d'eau une par une ; dans les temps anciens on procédait de cette façon pour obtenir un vide poussé (en utilisant du mercure à la place de l'eau).

Oui, mais utiliser la gravitation pour tirer un piston liquide dans un tube et provoquer une dépression en amont est un tout autre principe. Le terme "trompe à eau" me parait alors inapproprié.

[Benzki]

En effet les 2 cônes ne sont pas indispensables. Une trompe à eau n'est pas un venturi.

Bonjour,
Effectivement, je l'ai testé. Prenez un T fileté au brico, utilisé pour une alimentation en eau, insérer à l'entrée une pièce filetée qui vous permet de placer un réducteur de section à l'intérieur du T de manière à ce que le flux soit accéléré vers l'autre extrémité, et vous constaterez qu'un tuyau branché sur le troisième côté du T permet d'entrainer un fluide tiers et ainsi l'éjecter.

[harmoniciste]

Un dessin ?

[FC05]

Là on a plus un Venturi, comme sur les mélangeurs pour former la mousse dans les incendies ou le Jacuzzi.

Mais le principe de base reste le même.

[cmole]

Bonjour, merci à tous pour vos réponses très détaillées !

J'ai néanmoins encore un problème, les deux explications (Venturi et entrainement de l'émulsion) arrivent à me convaincre, les deux à là fois !
Est-ce que ces phénomènes ne seraient tout simplement pas complémentaires ?

de manière à ce que le flux soit accéléré vers l'autre extrémité

Si le fluide est accéléré alors il y a une dépression de créée et c'est donc un Venturi, non ?

Encore merci pour vos éclaircissements !

[sitalgo]

B'jour,

Je n'ai pas trouvé de tableau de perte de charge suffisamment complet sur le net et comme j'ai la flemme de faire un croquis, vous m'excuserez de faire un baratin à la place.
Prenons un raccord en y (pas en Y) ordinairement appelé culotte. Appelons A (haut du y) et B (bas du y) les extrémités de la partie droite et C celle de la branche à 45°. O le point de jonction.
Un fluide passe de A vers B. Dans le tronçon CO on a en O une perte de charge singulière négative. Je ne me rappelle plus la valeur. Ce qui signifie que, même s'il n'y a pas de pression en amont de CO, le fluide venant de C est entraîné. Ce ne peut être par effet Venturi puisque la vitesse dans OB est inférieure à celle dans AO, donc pas de dépression.

Quand le "vide" a été finalement obtenu, il n'y a plus d'émulsion, mais la dépression persiste. Le principe ne peut donc pas résider dans l'entraînement d'un émulsion inexistante.

Quand le "vide" a été obtenu c'est l'énergie cinétique de fluide qui lui permet de passer le deuxième convergent, il faut que rho.V²/2 = Patm. Plus rien n'est en effet aspiré mais le jet forme un bouchon empêchant l'air ambiant de remonter dans le convergent.

Le terme "trompe à eau" me parait alors inapproprié.

Oui, Le terme trompe est trompeur.

Si le fluide est accéléré alors il y a une dépression de créée et c'est donc un Venturi, non ?

Comme indiqué par RomVi, un simple trou ferait l'affaire. Supposons qu'il n'y ait pas de convergent et que le tuyau d'alimentation conserve le même diamètre depuis le robinet, l'eau ne serait pas accélérée et ça fonctionnerait quand même. Le fait de mettre un tuyau plus gros avec un convergent permet de créer moins de pertes de charges. Pour la même raison, dans des installations hydroélectrique, on a par exemple des conduites de 2m de diamètre pour alimenter des ajutages d'une dizaine de cm.

[cmole]

Bonjour,

Je crois que je commence à comprendre (commence seulement, car je m'étais fait à l'idée que le principe reposait sur la dépression créée par l'accélération de l'eau...). Le principe repose "simplement" sur l'entrainement de l'air par l'eau (un peu comme du frottement ?) c'est bien ça ?

la vitesse dans OB est inférieure à celle dans AO, donc pas de dépression

Je ne suis pas sûr de comprendre, pourquoi la vitesse serait inférieure dans cette section et non pas identique ?

Je me permets quelques questions liées (de près ou d'un peu plus loin) au sujet de base.
Pour tenter de comprendre les trompes à eau j'ai découvert la "trompe catalane" (https://en.wikipedia.org/wiki/Trompe) où il est expliqué partout que l'aspiration de l'air est due à l'effet Venturi, est-ce également une erreur/simplification ?
Existe-t-il des systèmes de pompes diphasiques (eau air ?) utilisant Venturi ou alors ou alors ce principe reste cantonné aux cas monophasiques et dans les cas diphasiques c'est l'entrainement qui est la cause de la dépression ?

Merci pour votre aide, c'est beaucoup plus clair maintenant !

[harmoniciste]

Supposons qu'il n'y ait pas de convergent et que le tuyau d'alimentation conserve le même diamètre depuis le robinet, l'eau ne serait pas accélérée et ça fonctionnerait quand même.

Je suis d'accord, car ce qui compte c'est le ralentissement de l'eau obtenu grâce au divergent entre le point d'injection et la sortie à l'air libre.
Le convergent permet simplement d'obtenir une vitesse bien plus élevée au col et donc un vide bien plus poussé.

[harmoniciste]

Le principe repose "simplement" sur l'entrainement de l'air par l'eau (un peu comme du frottement ?) c'est bien ça ?

Pour un entrainement de l'air par l'eau ("émulsion"), il faudrait préalablement que de l'air y ait pénétré. Et sans la dépression de l'effet Venturi, comment?

[cmole]

Pour un entrainement de l'air par l'eau ("émulsion"), il faudrait préalablement que de l'air y ait pénétré. Et sans la dépression de l'effet Venturi, comment?

Effectivement je n'y avais pas pensé ! Il semblerait donc que les deux phénomènes soient complémentaires ?

[harmoniciste]

L'émulsion coexiste éventuellement, mais tout repose sur la dépression due à la chute de vitesse de l'eau dans le divergent.

[cmole]

L'émulsion coexiste éventuellement, mais tout repose sur la dépression due à la chute de vitesse de l'eau dans le divergent.

Dans le divergent la vitesse diminue, donc la pression augmente plutôt non ?

En fait je suis un peu perdu, j'ai trouvé sur internet quelques fabrications "artisanales" de trompes et il n'y a pas de convergent, visible en tout cas, (https://www.asrs.us/Portals/0/Docume...-01-Danehy.pdf ou encore https://www.youtube.com/watch?v=uvf0lD5xzH0) qui pourrait créer un Venturi et le système fonctionne quand même. J'ai l'impression de louper quelque chose sur un système relativement simple .

[harmoniciste]

Bonjour,
Dans le divergent la vitesse diminue et la pression augmente, jusqu'à la section de sortie à l'air libre où règne la pression atmosphérique Pa. La pression au col est donc nécessairement plus basse que la Pa.
Le convergent, lui, n'est pas indispensable dès lors qu'il existe une vitesse au col. Il est cependant intéressant pour augmenter cette vitesse et la dépression permise.

[RomVi]

Encore une fois ni le convergent ni le divergent ne sont nécessaires, les exemples qui le montre ne manquent pas.

[cmole]

les exemples qui le montre ne manquent pas

Effectivement, comme montré sur les liens que j'ai partagé (message #22) je ne vois aucun convergent-divergent.

En tous cas merci pour votre aide à tous, je pense avoir compris maintenant et j'ai, une fois de plus, appris des choses .