7. LES PERTES DE CHARGES

1°  LES TUYAUX NORMALISES

            Nous ne parlons évidemment que de tuyaux de refoulement qui servent donc à conduire l’eau

aux lances. Ils sont normalisés NF 61.112. Cela signifie qu’ils obéissent tous à certaines exigences, notamment sur la nature de ces tuyaux sur leurs caractéristiques. Cela permet également de connaître

leur degré de résistance au mouvement de l’eau.

2°  LES PERTES DE CHARGES DUES AUX TUYAUX

            2.1  Nature des tuyaux, rugosité :

                        Les matériaux utilisés sont la toile, les métaux (colonnes sèches) ou les textiles synthétiques à paroi interne lisse. Le tuyau en toile, en chanvre ou lin présente une rugosité qui freine

le mouvement de l’eau.

                        Nous prenons par exemple une bille. Appliquons lui un mouvement avec une force déterminée. Si cette bille roule sur un sol en béton présentant des petites aspérités, la bille est freinée

par ce sol qui s’oppose à son mouvement. De même, le tuyau en toile accroche la molécule d’eau et la freine.

POUR UNE FORCE DONNEE « F » LE DEPLACEMENT « D » DE LA BILLE EST PLUS IMPORTANT SUR UNE PAROI LISSE QUE RUGUEUSE 

       Aussi, le tuyau en toile a subi une amélioration qui consiste à ajouter un revêtement interne lisse. Ces tuyaux sont appelés des tuyaux à paroi lisse ou PIL.

            Le tuyau PIL peut dans notre illustration précédente, s’assimiler à un sol bitumé,

lisse. Si l’on applique la même force à la bille, elle parcourt une plus grande distance que dans l’expérience précédente.

            Ce frottement même s’il est diminué dans les tuyaux à PIL, contribue à ralentir l’eau.

C’est une des causes d’un phénomène que l’on appelle la perte de charge. Elle se note « J ». 

1 ERE REGLE DE « J » Plus la paroi des tuyaux est rugueuse, plus la perte de charge est importante

            Les pertes de charge sont également sujettes à deux autres facteurs  ;

                        la longueur de l’établissement, la relation débit/section.

2.2  CARACTERISTIQUES DES TUYAUX :

                        Les différents tuyaux à l’usage des Sapeurs-Pompiers ont des caractéristiques propres

qui concernent la longueur et le diamètre.

  2.2-1   PERTES DE CHARGE DUES A LA LONGUEUR

                        Les tuyaux se raccordent entre eux pour constituer l’établissement. Plus l’établissement

 est long, plus la force de propulsion appliquée à la molécule d’eau qui va le parcourir, doit être importante. Cela signifie  que plus l’établissement est long, plus il consomme d’énergie ou de force

Cette perte d’énergie s’appelle la perte de charge. Elle est donc proportionnelle à la longueur de l’établissement.

2 EME REGLE DE « J » Plus la longueur est importante, plus les pertes de charge augmentent

( L.1 = J.1 )

( L.2 = J.2 )

                        Elle s’exprime en bar par hectomètre d’établissement

            Perte de charge dans un établissement sur sol horizontal les pertes de charge sont uniquement dues aux frottements de l’eau à l’intérieur des tuyaux.

EXPERIENCE 1 

            - 1 G.L est établie à 100 m du point d’eau

            - lorsque le débit est stabilisé, on relève un écart de pression entre les deux manomètres.

            - le manomètre de la lance affiche une pression inférieure à celle de l’engin  

EXPERIENCE 2

            - l’établissement est prolongé de 100 m.

            - la pression mesurée à la lance à baissée

                        N.B. à chaque fois la différence entre la pression à la lance et celle de la pompe, correspond aux pertes de charge

                                 Elle est spécifique aux tuyaux en fonction de leur diamètre et de leur débit.

                        Dans cet exemple, « J » est double, d’où la règle 2. 

  2.3  LES PERTES DE CHARGE DANS LES DIFFERENTS TUYAUX

                        Les tuyaux normalisés sont prévus pour fonctionner au débit nominal. Nous

                        pouvons distinguer deux sortes de tuyaux.

   2.3.1  LES GROS TUYAUX                                  

                                               Ce sont les tuyaux de 70 mm et de 110 mm de diamètre

                                               Leurs débits respectifs sont de 500 l/mm et de 1000 l/mm

                                               Les pertes de charge de ces tuyaux aux débits nominaux sont

                                               de :

                                                           - 0.55 bar par hm pour  70 mm

                                                           - 0,28 bar par hm pour  110 mm

2.3.2   LES PETITS TUYAUX                                                          

                                               Ce sont les tuyaux de 45 mm de diamètre et de 20 mm  de diamètre.

                                               Leur débit nominaux respectifs sont de 250 l/mm et 80 l/mm

                                               Pertes de charge :

                                                           - 1,5 bar par hm pour  45 mm

                                                           - 2    bar par hm pour  23 mm 

3 EME REGLE DE « J » Les pertes de charge nominales correspondent aux débits nominaux des tuyaux

   2.3.3  PERTES DE CHARGE EN RELATION AVEC :

                                            DIAMETRE ET DEBIT

                                               Plus le diamètre est grand, plus il permet le passage d’un débit

                                               important d’eau. Rappelons-nous la formule :

Q = S.V

                                               Prenons donc deux tuyaux de diamètres différents. Si l’on verse le

contenu d’un sac de billes dans chacun des tuyaux, on s’aperçoit que le plus gros tuyau écoule plus

vite les billes. Il existe donc bien une relation entre le diamètre et le débit.

 

  2.3.4  Le débit d’eau demandé est supérieur au débit nominal. C’est le cas le plus défavorable. Cela veut dire que le tuyau n’est pas adapté à la demande, qu’il est trop petit pour le débit qu’il doit entretenir.

Débit inférieur l’écoulement est libre, aisé	Débit nominal normal    l’écoulement est normal	débit supérieur l’écoulement est très serré
J--(JN)/4	J normal (JN)	J + + (JN*4)

  2.3.5  LOI DU CARRE DU DEBIT

                                               Ainsi donc, les molécules serrées perdent de leur énergie. Elles se frottent

les unes aux autres : elles se frottent sur le tuyau. Elles sont donc freinées et il faudra les pousser avec plus de force pour leur imprimer le mouvement.

                                               Cette perte de pression obéit à une loi dite :

                                                                       « loi de carré du débit »

4 EME REGLE DES « J » Les pertes de charge sont proportionnelles au carré du débit.

FORMULE : j = jn  x Q²                                          ¾¾                                          Q² n

J     : perte de charge recherchée par hm

J_n  : perte de charge nominale par hm

Q_n : débit nominal

Q    : débit réel 

EXEMPLE : Dans un établissement de 200 m de tuyaux de  45 mm, on applique un débit   de 30 m3/h.

                        Quelles sont les pertes de charge hectométrique ?

                        Quelles sont les pertes de charge sur l’établissement ?

                        Résolution :

                        j_n ( 45) = 1.5bar /hm

                        _Qn ( 45 = 15 m3//h

                        1) Pertes de charge par hectomètre :    j = j_n x Q²
..............................................................................                    Q_n ²

j = 1,5 bar x (30)2 =  6 bar /hm
(15) 2

                        2) Pertes de charge sur l’établissement :

                                                                                  J = j x 1 = 6 bars x 2 = 12 bars 

TABLEAU DES PERTES DE CHARGE

DIAMETRE EN mm	NATURE DU TUYAU	DEBIT EN m3/h	PERTES DE CHARGES EN BAR AUX 100 m (j)	lances correspondantes
23 23	Caoutchouc P.I.L	3 3	2.000 1.000	20/7 à 2,5 bars 20/7 à 2,5 bars
45	P.I.L	15	1.500	40/14 à 3,5 bars
45 70 70	P.I.L P.I.L P.I.L	12.5 60 30	1.000 2.200 0.550	40/14 à 2,5 bars 2 x 65/18 à 5,7 bars 65/18 à 5,7 bars
70 70 110	P.I.L P.I.L P.I.L	25 50 60	0.400 1.500 0.280	65/18 à 4 bars 2 x 65/18 à 4 bars 100/25 à 6,1 bars
110 110	P.I.L P.I.L	50 120	0.200 1.100	100/25 à 4 bars 100/25 à 6,1 bars