Les écoulements d’un fluide dans une conduite sont étudiés par la branche de l’hydraulique dite “en charge”. L’hydraulique en charge s’applique notamment aux canalisations intégralement remplies. A l’opposée, l’hydraulique à surface libre s’applique aux canaux ouverts comme les rivières ou les conduites non-remplies.
Les différents types d’écoulements
L’écoulement gravitaire désigne le mouvement d’un fluide sous la seule action de la gravité. Dans une conduite gravitaire, le liquide circule de l’amont vers l’aval grâce à la pente de la canalisation et sans aucun pompage. La plupart des conduites d’assainissement fonctionnent sauf exception selon ce principe hydraulique.
Lorsque la pente naturelle ne suffit plus à faire circuler le liquide ou à lui assurer une vitesse suffisante pour éviter de s’agglomérer (vitesse d’auto-curage), on fait alors intervenir une station de pompage de relèvement sur un tronçon déterminé (réseau en surpression).
Des alternatives existent lorsque la mise en place d’un réseau d’assainissement gravitaire s’avère difficile : site vallonné, zone marécageuse, nappe phréatique proche de la surface… Les réseaux ramifiés sous pression, comme les réseaux sous vide, permettent alors de contourner le problème.
L’assainissement sous vide est un système de collecte des effluents par dépression. Autre solution : les réseaux ramifiés sous pression permettent notamment de maîtriser les débits transportés et les vitesses d’écoulement des effluents.
Les 3 grands régimes d’écoulements
Il existe trois grands régimes d’écoulement tels que définis par Reynolds en 1883 :
L’écoulement laminaire : il désigne un écoulement rectiligne. Une grande partie du fluide s’écoule dans la même direction en filets parallèles à l’axe de la conduite et sans mélange. L’écoulement laminaire est optimal car il crée moins de pertes de charge.
L’écoulement turbulent : il se fait avec de grands tourbillons qui se contrarient mutuellement et avec un mélange important.
L’écoulement intermédiaire : il désigne un régime plus ou moins rectiligne avec un peu de mélange et quelques tourbillons.
Autres types d’écoulements spécifiques
L’écoulement polyphasique désigne un écoulement où deux phases ou plus sont présentes, par exemple, gaz, liquides et solides. Les écoulements polyphasiques courants sont par exemple les écoulements de type gaz-liquide.
L’écoulement de Stokes désigne une situation où un fluide visqueux s’écoule lentement en un point étroit. Les forces dominent sur les effets d’inertie
L’écoulement de Poiseuille concerne l’écoulement laminaire d’un liquide visqueux dans une conduite cylindrique.
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