Comment fonctionne un réducteur de pression ?

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Quand vous prenez de l’eau au robinet, elle coule de façon agréable : ce n’est ni un filet d’eau, ni une trop forte pression. Comment cela est-il possible ? 

Tout d’abord, il faut définir ce qu’est la pression et son rôle. Ensuite nous nous pencherons sur les acteurs qui donnent la pression pour l’eau courante. Enfin, nous pourrons revenir sur le réducteur de pression et son fonctionnement.

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Sur Terre et même dans l’espace, vous en aurez sûrement entendu parler, il y a un phénomène d’attraction nommé la gravité. La gravité provient de la masse de la Terre qui exerce une force d’attraction sur tout ce qui possède une masse. Les corps les plus gros attirent les plus petits. Le Soleil attire la Terre et la Terre nous attire nous. La gravité est exprimée avec la formule suivante :

P = m x g

Le poids P s’exprime en Newton, la masse m en kg et la gravité g en m²/s. La valeur de la gravité sur terre est de 9.81m²/s.

La gravité a un rôle très important, elle est présente partout et le monde que nous connaissons serait très différent sans elle. Nous pouvons l’observer lorsque nous lâchons un objet, celui-ci va se diriger vers le sol et non vers le ciel, car la Terre l’attire. C’est l’histoire de la pomme de Newton. Sans la gravité la tasse posée sur votre bureau ne resterait pas dessus, tout comme le liquide qui est dedans. 

La gravité multipliée par la masse est une force qui s’impose à tous. En fonction de la masse d’un corps son poids ne sera pas le même, et cela aura une incidence sur la pression de celui-ci. 

Effectivement, la pression dépend de la gravité, mais aussi de la masse volumique, de la différence de hauteur, de la viscosité, de la vitesse de son écoulement lorsqu’il est en mouvement… 

La pression est une multitude de forces uniformément répartie, cela veut dire que les forces s’appliquent en tous points de la surface. Dans une canalisation c’est le même principe, la pression est exercée sur les parois par le fluide. Il n’y a pas un point où la force est plus pressante qu’un autre. Nous pouvons la schématiser comme telle :

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Lorsque la force est uniformément répartie elle s’exprime de la façon suivante : 

P = F / S

La force F est en Newton, la surface S en m² et la pression P est soit en Bar soit en Pascal. Un Bar est égal à 105 Pascal. Les deux unités conviennent très bien pour parler de la pression. Le Bar est utilisé pour le grandes différences de pression. Le Pascal, quant à lui, est utilisé pour les petites différences de pression. Le Pascal est l’unité du système international, c’est celle que les scientifiques utilisent pour leurs calculs. Pour des installations hydrauliques nous exprimons la pression en Bar. La pression atmosphérique (celle que nous ressentons dans l’air) à une altitude de 0 mètre est de 1 Bar ou de 101 325 Pascals ou 1013,25 hectoPascals.

La pression est quelque chose que nous pouvons ressentir. Par exemple, lorsque vous êtes à la piscine, et que vous plongez à deux mètres, vous avez mal aux oreilles et votre corps est plus lourd. Effectivement,  la pression au fond de la piscine est plus élevée que dans l’air. Cette différence de pression s’explique par le changement de milieu, la pression dans l’eau est plus importante que dans l’air et aussi par la différence de hauteur.

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Comme dit précédemment, la pression, dépend en grande partie de la différence de hauteur. Cette différence intervient de la manière suivante sur la pression, elle est appelée la hauteur piézométrique :

P = ρ x g x h

Avec ρ la masse volumique en kg/m3 qui est propre à chaque fluide pour une température donné, la gravité g de 9.81m²/s et la hauteur h en mètre. 

Avec cette formule, nous pouvons donc en déduire que plus nous avons une hauteur élevée, plus la pression sera élevée à son tour. Dans l’eau pour une masse volumique de 1000 kg/m3 et une gravité de 9.81m²/s, la pression augmente de 1 Bar tous les 10 mètres de colonne d’eau. Soit du 0.1 Bar par mètres de colonne d’eau. 

Nous pouvons reprendre l’exemple de la piscine, lorsque vous vous enfoncez dans le bassin la hauteur d’eau au-dessus de votre tête augmente, tout comme la pression que vous allez ressentir. Si vous allez à dix mètres au fond de la mer, la pression que vous allez ressentir aura doublé.  Elle passera de 1 Bar (pression atmosphérique) à 2 Bars.  

 

Maintenant que vous avez un aperçu de ce qu’est la pression et comment celle-ci s’exerce sur nous et les corps qui nous entourent, nous pouvons en revenir à votre installation et à la pression qui va s’exercer sur elle

Il faut savoir que pour l’eau courante, ce sont les châteaux d’eau que nous voyons un peu partout qui donnent de la pression à l’eau. Ils permettent de ne pas avoir un petit filet d’eau qui coule du robinet mais bien une pression convenable. 

Le château d’eau est un réservoir posé sur les hauteurs de votre village. Il joue sur la différence de hauteur entre le haut du château d’eau et votre maison, afin de donner une pression à l’eau. Il s’agit de la hauteur piézométrique dont nous parlions juste au-dessus. C’est exactement l’exemple de la piscine, plus votre maison seras basse par rapport au château d’eau plus la pression sera importante. Au contraire, si vous êtes à la même altitude que le château d’eau la pression sera nulle car il n’y aura pas de différence de hauteur entre vous et le château d’eau. Cependant, ce château d’eau doit alimenter tout un village ou un quartier. Il doit donc fournir une pression élevée à tous et pas seulement à ceux qui sont beaucoup plus bas que le château d’eau. Cela entraine donc une pression bien trop forte à certains endroits. Cette pression trop forte pourrait endommager votre installation. Il faut donc la réguler.

Une solution existe, le réducteur de pression : 

Le rôle de celui-ci est de ne pas dépasser 3 à 3.5 Bar dans les tuyauteries de votre installation. C’est la réglementation et la garantie du bon fonctionnement de votre installation. Effectivement une pression supérieure à 4 Bars peut endommager vos clapets, vos valves et d’autres composants fragiles mais indispensables. 

Comment fonctionne ce réducteur de pression ?

Le réducteur de pression est constitué d’un ressort qui appuie sur une membrane. Le ressort et la membrane sont reliés à un clapet qui laisse plus ou moins passer l’eau.

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Le ressort est taré à une pression de 3 Bars. Lorsque celui-ci est au repos, il va appliquer une pression de 3 bars sur la membrane, c’est cela que nous entendons par : « le ressort est taré à 3 Bars ».  Dans un réducteur de pression deux forces s’opposent : celle du ressort à 3 Bar et celle de l’eau qui passe. La pression de l’eau qui circule n’est pas fixe, nous ne pouvons pas avoir seulement un réducteur de débit pour abaisser la pression, car elle n’est pas tout le temps la même.

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Lorsque la pression dans le réducteur de pression est inférieure à 3 Bar le ressort s’étend et le clapet s’ouvre. A l’inverse, lorsque la pression est supérieure à 3 Bar Le ressort se contracte car il est poussé par l’eau qui a une pression plus importante, et le clapet se ferme. Comme sur le schéma ci-dessous.

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Par exemple, lorsque l’eau arrive à une pression de 4 bars au niveau du réducteur de pression : la pression de l’eau est supérieure à celle que le clapet accepte de laisser passer et le clapet se ferme. Si le clapet est fermé, l’eau ne peut plus passer. Si l’eau ne peut plus passer, la pression dans le réducteur de pression diminue. Lorsque la pression dans le réducteur de pression retombe en dessous de 3 bars, le clapet s’ouvre à nouveau et la pression réaugmente un peu. Quand elle est à nouveau trop élevée, le clapet se referme. La boucle peut se répéter. Le réducteur est un système qui fonctionne par intermittence pour qu’après le clapet, la pression soit toujours en dessous de 3 bars. 

Le réducteur de pression est donc un élément très important de votre installation. A l’heure actuelle, il n’est pas obligatoire, mais tous les installateurs le prescrivent et il est fortement recommandé. Il a deux fonctions principales, premièrement, comme son nom l’indique, il réduit la pression dans les endroits où l’eau arrive avec une trop forte pression. Deuxièmement, il s’agit d’un équipement de sécurité, car il protège les tuyauteries et d’autres composants comme les valves et les clapets qui pourraient céder sous une pression trop élevée. Il assure ainsi le bon fonctionnement de votre installation.

 

Emma DORIGNY, étudiante en Licence professionnelle métier de l’énergie de l’environnement et du génie climatique à Orléans. 


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