2 1 2 L A H O U I L L E B L A N C H E
Dans ce cas, avec le coefficient de contraction : 0 , 7 5 q = 1,596 X 4, 3 5 X 0 , 7 5 = 58o5 litres,
, r 7 - 5,8o5 X t, 2 o X o,65 r u n d o ù force F = — —L — = 6 0 chevaux 3 7 .
75
O n arrive donc à une force s u p é r i e u r e à celle d o n n é e : 5o chevaux sous 1 m. 2 0 0 , en s u p p o s a n t la t u r b i n e toute grande ouverte.
Les constructeurs ont pour habitude,, dans les turbines de ce genre, de d o n n e r toujours u n e section un peu plus grande p o u r parer à certaines éventualités, c o m m e , par exemple, orifices obstrués, ce qui d i m i n u e la section d i s p o nible, ou bien de profiter encore, a u t a n t que possible, d'un s u p p l é m e n t de débit.
Maintenant que nous vous avons donné les d i m e n s i o n s principales et conditions de marche générales de cette t u r b i n e , n o u s allons donner la description de l'installation.
Toutefois, avant, n o u s p o u v o n s signaler q u e les usiniers ont tenu à faire part aux constructeurs de toute leur satis
faction sur la marche de leur t u r b i n e , après différentes expériences en m a r c h e , dénoyée et noyée, ainsi disent-ils :
« Notre t u r b i n e fonctionne à n o t r e entière satisfaction
« et, à la suite d'une expérience avec o m . 4 0 0 d'eau sur le
« d i s t r i b u t e u r , le rendement est excellent ».
La planche ci-jointe p e r m e t de se r e n d r e compte de l'installation de la t u r b i n e .
Elle a été placée à peu près dans l'axe du canal, du reste, juste au m ê m e axe que l'ancienne t u r b i n e , puisque l'on devait arriver à se raccorder d i r e c t e m e n t au vertical existant.
L e distributeur repose sur u n e charpente en fer à I , dont la face supérieure est placée à im8 5 o au-dessous du niveau a m o n t ; les vides existants entre les fers sont remplis par des voutins en briques, le tout étant recouvert d ' u n e couche de ciment p o u r arriver à former une c h a m b r e étanche.
Le fond de la c h a m b r e est fait de la m ê m e façon, ainsi, du reste, que le plancher du sol de l'usine.
La charpente du distributeur est s u p p o r t é e , en outre des encastrements dans les m u r s , par des colonnes en fonte reposant sur des dés en p i e r r e .
La charpente supérieure du sol de l'usine est supportée par quatre consoles en fonte fixées au m u r de la c h a m b r e et dont la partie inférieure repose sur un sabot en pierre.
C'est sur cette charpente que le boitard de l'arbre creux est fixé. P a r suite des dispositions existantes, il fallait prévoir deux pignons et, par conséquent, deux s u p p o r t s , afin d'ob
tenir un ensemble très solide : les constructeurs ont réuni sur une plaque u n i q u e les deux supports et le boitard ; la plaque est fixée solidement à la charpente, ce qui donne un ensemble très stable et assure le bon fonctionnement des engrenages d'angle de c o m m a n d e .
La tête de l'arbre creux reçoit le prolongement du ver
tical ancien du moulin, qui était également une des condi
tions imposées.
N o u s ne d o n n e r o n s pas la description du d i s t r i b u t e u r et de sa double fermeture, ainsi q u e de la t u r b i n e ; leurs dispo
sitions en sont bien connues de nos lecteurs.
D a n s le cas présent, la m a n œ u v r e des rouleaux pour-la fermeture et l'ouverture des deux c o m p a r t i m e n t s se fait séparément, au moyen de deux c o m m a n d e s distinctes placées sur le p r e m i e r plancher.
Les disques de fermeture sont en cuir hydrofuge d ' u n e préparation spéciale, a s s u r a n t l'étanchéïté parfaite et u n long service.
La t u r b i n e p r o p r e m e n t dite est calée sur un arbre c r e u x , dont le pivot est placé au sol de l'usine et, par suite, facile à surveiller et à e n t r e t e n i r ; ce pivot repose sur u n e c o l o n n e en fer fixée sur u n e poëlette fortement scellée au fond d e la c h a m b r e sur un dé en pierre d u r e .
Ainsi se r é s u m e n t les principales dispositions de cette installation dont toutes les parties, malgré les difficultés, d'emplacement, sont fort bien réunies et font h o n n e u r aux c o n s t r u c t e u r s .
G. MlNGA.
Ingénieur des Arts et Manufactures.
ETABLISSEMENT DES CONDUITES FORCÉES
Historique des conduites forcées pour forces motrices. — E n 1 8 3 7 , F o u r n e y r o n a u g m e n t a la vitesse sur les r o u e s motrices en créant u n e chute de 112 m è t r e s de hauteur et réalisa ainsi la première t u r b i n e sous haute chute.
Cette installation,qui renversa c o m p l è t e m e n t les idées d e cette époque, fut construite p a r F o u r n e y r o n l u i - m ê m e , au C h a m b o n , près Saint-Etienne, p o u r M. le b a r o n d ' E i c h t a l à Saint-Biaise (Forêt-Noire) G r a n d Duché de B a d e .
La canalisation, qui était faite p o u r u n débit de 6 0 à 70 litres, a résisté jusqu'à ce jour d'après le renseignement fourni par M. C r o z e t - F o u r n e y r o n , s é n a t e u r de la Loire,, neveu de l'illustre i n g é n i e u r et académicien F o u r n e y r o n .
Vers i 8 5 o , la société Nicolai fit c o n s t r u i r e p a r la m a i s o n Ansaldi, de S a i n t - P i e r r e d ' A r e n a , une canalisation d e . i 5 o mètres de pression p o u r conduire les eaux des A p e n n i n s s u r u n e longueur de 4 0 kilomètres. Cette canalisation, qui était destinée à alimenter S a i n t - P i e r r e d ' Â r e n a et Gênes, fut exécutée par l'ingénieur milanais Sati.
N o t r e compatriote Girard, installa sur cette canalisation quelques t u r b i n e s destinées à distribuer de la force à domicile à Saint-Pierre d ' A r e n a et à G ê n e s .
U n peu plus t a r d , en 1856, on installa une canalisation en tôle de 1 mètre de d i a m è t r e sous 55 mètres de chute pour actionner des turbines de i 5 o chevaux à la filature Cobianchi et C'° à I n t r a (Lac Majeur).
A peu près à i a m ê m e époque—• vers 1855 — une canali
sation de om3 2 o de diamètre sous 1 1 0 mètres de chute fut installée pour la filature de soie C-amenzind frères à G e r s a u (Lac de L u c e r n e ) .
N o u s signalerons encore au n o m b r e de ces p r e m i è r e s installations une canalisation de SooTitres sous i 5 o m è t r e s de chute qui fut exécutée en 1 8 6 0 p o u r la filature d e Schilsbach à F l u m s (Suisse) près du lac de Vellenstadt.
N o u s devons ces renseignements rétrospectifs à l'obligeance
Article published by SHF and available athttp://www.shf-lhb.orgorhttp://dx.doi.org/10.1051/lhb/1902045
4 e M . L e p r i n c e , l'inge'nieur-hydraulicien bien connu de Boulogne-sur-Seine.
Enfin nous citerons, pour m é m o i r e , diverses installations d e i o o à i 5 o m è t r e s de chute exécutées avant 1 8 6 6 date à laquelle ces installations firent leur apparition d a n s notre région du D a u p h i n é où elles se d é v e l o p p è r e n t s i r a p i d e m e n t .
C'est là que, peu après, p a r suite de la hardiesse de M . B e r g e s , les chutes devaient atteindre des h a u t e u r s de 5 o o m è t r e s p e r m e t t a n t ainsi d'obtenir des puissances considérables avec le débit des ruisseaux de m o n t a g n e .
N o u s faisons r e m a r q u e r q u e cet historique rappelle seulement les installations pour turbines, car des conduites forcées p r o p r e m e n t dites existaient d e p u i s l o n g t e m p s déjà.
A i n s i n o u s pouvons citer celle qui fut établie en 1 6 7 6 par R e n q u i n S w a l m p o u r a m e n e r les eaux au] fameux aqueduc d e Marly destiné à alimenter le parc de Versailles ; la
pression m a x i m u m s u p p o r t é e par la conduite était de 1 5 4 mètres, distance verticale comptée depuis le niveau des eaux m o y e n n e s de la Seine jusqu'à la t o u r où aboutissait le magnifique a q u e d u c de Louveciennes.
Considérations générales. — A v a n t de nous étendre sur la question conduite p r o p r e m e n t dite, nous d i r o n s quelques m o t s des installations hydrauliques considérées d a n s leur e n s e m b l e .
A u point de vue du régime des eaux d a n s les parties m o n t a g n e u s e s de la F r a n c e , les renseignements p l u v i o m é - t r i q u e s de S c h r a d e r et Reclus d o n n e n t c o m m e h a u t e u r d'eau t o m b a n t annuellement :
2 mètres p o u r 2 0 0 0 mètres d'altitude, im2 5 entre 1 2 0 0 et 2 0 0 0 m è t r e s , om7 5 à om8 o entre 7 0 0 et 1 2 0 0 mètres.
E n tenant c o m p t e des pertes, vaporisation comprise., c e s chiffres s'abaissent à :
im65 p o u r 2 0 0 0 mètres et a u - d e s s u s . 1 mètre entre 1 2 0 0 et 2 0 0 0 m è t r e s . om7 b entre 7 0 0 et 1 2 0 0 m è t r e s .
La surface du bassin étant c o n n u e , on peut ainsi d é t e r miner le volume d'eau annuellement disponible.
Mais, si cette quantité d'eau est constante, la r é p a r t i t i o n mensuelle est très variable ; le débit varie d a n s le r a p p o r t de 1 à 10.
Cette non uniformité de débit est l'inconvénient le p l u s sérieux des c h u t e s , aussi les i n g é n i e u r s ont-ils recherché à régulariser ce débit avec l'emploi d ' a c c u m u l a t e u r s n a t u r e l s ou artificiels, mais jusqu'ici les études ont été infructueuses, tout au moins p o u r les a c c u m u l a t e u r s artificiels.
Importance des conduites par rapport au prix de re- vient d'une installation. — D a n s deux installations h y drauliques de m ê m e puis
sance, certaines parties sont identiques ou à peu p r è s : usines, collecteur, t u r b i n e s , etc., mais les frais que né
cessite l'amenée des eaux peuvent être e x t r ê m e m e n t variables.
Si l'usine se r a p p r o c h e de la source du cours d'eau, celui-ci est encaissé d a n s les roches et sa situation per
met alors l'établissement d'un tunnel qui, avec u n e très faible pente, déversera l'eau du torrent d a n s u n e c h a m b r e d'eau située a u - dessus de l'usine.
O n d i m i n u e ainsi le p l u s possible la longueur d e s conduites forcées qui est la partie la plus coûteuse.
Ce cas est celui de l'usine de C h e d d e (Haute-Savoie), p o u r laquelle n o u s d o n n o n s ci-dessous le.prix de revient d u cheval :
V a l e u r f o n c i è r e d e la c h u t e , t r a v a u x d e p r i s e , t u n n e l
d ' a d d u c t i o n , t u y a u x a c i e r 900 0JO l r .
C o l l e c t e u r -• 50 000 »
T u r b i n e s 120 000 » B â t i m e n t et c a n a l d e fuite 100 000 » L ' i n s t a l l a t i o n se m o n t e d o n c à 1 200 000 fr.
Conduite de Champ
S o c i é t é H y d r o - é l e c t r i q u e d e F u r e et M o r g e
60 000 12 000 I n t é r ê t d e l ' a r g e n t à 5 ° /0.
E n t r e t i e n et a m o r t i s s e m e n t d e s t u r b i n e s , 10 °/o d e l e u r v a l e u r
A m o r t i s s e m e n t d e s t u y a u x e n t ô l e d ' a c i e r d o n t la d u r é e p e u t ê t r e é v a l u é e à 5o a n s
G r a i s s a g e d e s t u r b i n e s
U n h o m m e . p o u r le r é g l a g e d e s v a n n e s de p r i s e 1 200 D e u x m é c a n i c i e n s et d e u x a i d e s à la s u r v e i l l a n c e d e s
t u r b i n e s
P o u r e n t r e t i e n d e l à p r i s e , d r a g a g e , e t c S o i t au t o t a l
2 000 2 000
6 000 7 000 90 000 fr.
L A H O U I L L E B L A N C H E
• L^usine étant installée p o u r p r o d u i r e i o o o o chevaux s u r l'arbre des t u r b i n e s , le cheval-an de 2 4 h e u r e s revient donc à 9 francs.
Cette installation ne doit pas être citée c o m m e u n cas général, mais comme un m i n i m u m .
A m e s u r e qu'on s'éloigne de la source, la pente du t o r r e n t d i m i n u e , il faut alors suivre le thalweg d u cours d'eau. O n sait que la façon la plus ordinaire de résoudre ce p r o b l è m e est la suivante :
E t a b l i s s e m e n t d ' u n canal ouvert arrivant à la c h a m b r e d'eau q u e l'on met aussi élevée que possible.
Canalisation en tuyaux de ciment armé jnsqu'à u n e pression de 2 kilog. environ et achèvement de la conduite avec des tuyaux en acier
jusqu'au collecteur de l'usine.
Ces installations sont faites en général dans les cas de très gros débits.
Elles sont en réalité plus coûteuses q u e les précé
d e n t e s , mais c o m m e on se trouve dans le voisi
nage des grandes villes où le cheval a une grande valeur,elles ont leur r a i son d'être aussi bien q u e
les premières.
L'installation type d e ce genre est celle q u i existe sur les bords d u Drac à 11 kilomètres d e
Grenoble.
L a conduite a 3™3o d e diamètre et est en deux parties :
i° E n v i r o n 3| i m en ci
m e n t a r m é ;
20 E n v i r o n 2 0 0 0 m è tres en tuyaux tôle d'a
cier ( 1 ) .
- E t a n t donné le débit Q et la longueur de la conduite L, l'écoulement d u liquide p r o d u i r a une perte de charge p r o portionnelle à la longueur, à la vitesse du liquide et au diamètre d u t u y a u .
P a r m i ces trois quantités, la l o n g u e u r seule est fixe. Il faudra donc faire varier les deux autres de manière à r é a -
; liser la p l u s g r a n d e économie. O r , si on veut diminuer la perte de charge, il faut a u g m e n t e r le d i a m è t r e et p a r con
séquent le poids de la conduite. Il faut donc p a r un travail
: de tâtonnements arriver à ce que la perte de charge a d m i s e soit telle que si on a u g m e n t e le diamètre, l'économie réalisée par la d i m i n u t i o n de cette perte donne un chiffre inférieur à celui dépensé pour obtenir ce surcroît de d i a m è t r e .
S o c i é t é d u L a c d e G u é r y , a u M o n t D o r e , Usine de la Compissade. C o n d u i t e d e o m . 600 de d i a m è t r e , 85o m è i r e s de l o n g u e u r , h a u t e u r d e c h u t e : 42 m è t r e s , c o n s t i u i t e p a r la
M a i s o n B o u c h a y e r et Viallet, d e G r e n o b l e
C a l c u l d e l a p u i s s a n c e e n c h e v a u x d ' u n e c h u t e . D é t e r m i n a t i o n d u d i a m è t r e e t d e
l ' é p a i s s e u r d e l a t ô l e .
Calcul de la puissance en chevaux d'une chute.
Soient : Q = débit par seconde, en litres, H = h a u t e u r de chute, en mètres,
N= n o m b r e de chevaux sur l'arbre de la turbine.
Le n o m b r e de kilogrammètres est : Q X H, et en a d m e t t a n t un rendement de 75 % p o u r la turbine, on a :
N Q.H
7b 100 100
(1) V o i r La Houille Blanche, № 6. L a p l u s g r a n d e p a r t i e d e la c a n a l i s a t i o n en tôle a été c o n s t r u i t e p a r la m a i s o n B o u c h a y e r - V i a l l e t . C ' e s t p a r e r r e u r q u e d a n s ce n u m é r o la c o n s t r u c t i o n e n t i è r e d e c e t t e c a n a l i s a t i o n a été a t t r i b u é e à la m a i s o n J o y a . N . D . L . R .
Ce calcul suppose qu'on connaît au préalable p o u r l'ins
tallation le prix de vente d u cheval h y d r a u l i q u e ce qui, en général, est difficile à apprécier.
De plus, les calculs'qui o n t été faits jusqu'ici s u r l'écou
lement du liquide sont basés s u r des expériences faites sous de faibles pressions p o u r des t u y a u x de petit d i a m è t r e .
Les formules pratiques paraissent d o n n e r des résultats trop forts et ce sont celles de M. M a u r i c e Lévy qui d o n n e n t la meilleure a p p r o x i m a t i o n .
Les formules de P r o n y et de D a r c y d o n n e n t p o u r les g r a n d s diamètres des résultats deux fois trop forts.
La formule qui relie les éléments dé la section du tuyau à la vitesse d u fluide a été mise p a r Maurice Lévy sous l a forme suivante :
(¿5) =
M(' +
3 ^TIT)U étant la vitesse m o y e n n e , R le rayon intérieur, I la perte de charge par m è t r e .
P o u r rendre son application plus simple, on a exprimé la vitesse m o y e n n e en fonction du débit Q et du diamètre intérieur et en g r o u p a n t certaines parties, on a o b t e n u une formule dont tous les termes sont connus avec l'emploi d'une table dressée par M. H e n r i Vallot.
Q u a n t à la perte de charge p r o d u i t e par les coudes et c h a n g e m e n t de section, les expériences que n o u s avons faites personnellement nous autorisent à conseiller de ne pas en tenir compte dans les calculs en ayant soin d'éviter les coudes brusques et de raccorder les changements de section, q u a n d cela est possible, par un cône allongé.
Compagnie des chem'ns de fer P.-L.-M. U s i n e d e S e r v o z ( H t e - S a v o i e ) . — C o n d u i t e s de o m. 900 d e d i a m è t r e 280 m è t r e s d e l o n g u e u r , h a u t e u r d e c h u t e : 45 m è t r e s
Diamètre de la conduite et épaisseur de la tôle. — La vitesse de la veine liquide étant déterminée par la perte de charge a d m i s e , nous p o u v o n s d é t e r m i n e r le diamètre de la conduite, et p a r suite l'épaisseur donnée à la tôle, par la formule suivante très simple qui est dérivée de la i o r m u l e générale de L a m é :
D
2 R + sp0
—
pe étant l'épaisseur de la paroi, D le diamètre intérieur, p la pression intérieure, p0 la pression extérieure et R le plus grand effort d'extension auquel les fibres de la section sont soumises.
De cette formule générale, en tenant compte de ce que dans la plupart des cas le diamètre est très grand par rapport à l'épaisseur, on néglige y devant l'unité et en s u p p r i
m a n t pQ qui est la pression atmosphérique, on obtient la formule approchée suivante :
PD . , .... , e = n qui donne e en millimètres.
200R ^
P étant la pression en kgr par c m2. D le diamètre en m/m,
• R la tension en kgr p a r m m2 de section que supportera le métal.
L a valeur prise par R est différente suivant la qualité du métal.
R = 6 kgr. p o u r l'acier de déphosphoration obtenu par le procédé T h o m a s .
R = 8 kgr. p o u r l'acier Martin.
P o u r les conduites qui exigent des conditions de sécurité absolues, il y a lieu de compléter la formule précédente par l'addition d'une c o n s tante.
Cette iormule devient donc .
PD , „.
e = 7 + Cl e 200 R
C'est ce q u ' o n fait toutes les fois qu'il y a lieu d'assurer un service p u b l i c ; éclairage, t r a n s port, t r a m w a y s , distri
bution d'eau, etc.
La constante adoptée suivant le degré de sécu
rité à obtenir varie de 2,à 3 m/m.
C h o i x d e s t ô l e s . C o u p s d e B é l i e r .
D i l a t a t i o n . Choix des tôles. — E n dehors de la tension p r o venant de la pression, les conduites sont sou
mises à d'autres efforts dont n o u s parlerons plus loin et qui déterminent d'une façon absolue la qualité du métal à employer.
Ce métal doit offrir une grande résistance, être très élastique, ce qui ne s'obtient qu'avec des aciers de première qualité provenant de forges spéciales.
Le métal employé o r d i n a i r e m e n t est des deux qualités suivantes :
i° Acier extra doux, construction ir o qualité dont la résistance R à la r u p t u r e est de 38 à 4 0 kgr., et l'allonge
m e n t A de 2 4 à 26 % ; avec tolérance de 2 % e n p lu s ou e n m o i n s , correspondant à une résistance de 2 kgr. en m o i n s ou en plus, la s o m m e R + A restant égale à 6 4 ;
"• 20 Acier extra doux qualité chaudière, avec R = 38 à 4 0 kil., A = 26 à 28 % i la s o m m e R + A restant égale à 6 6 .
210 L A H O U I L L E B L A N C H E
Coups de bélier. — N o u s avons dit plus h a u t q u e p o u r ces aciers Martin qui viennent de forges spéciales, on pouvait prendre R = 8 kgr. On ne doit pas dépasser cette limite car les conduites sont s o u m i s e s , s o i t p e n d a n t le remplissage, soit p e n d a n t la m a r c h e , à des p h é n o m è n e s de coups de bélier provenant de l'arrêt ou du réglage des t u r b i n e s . Ce p h é n o m è n e peut augmenter la pression, par conséquent la tension supportée par les tôles, et faire travailler le métal au delà de sa limite d'élasticité ce qui amène parfois la r u p t u r e de la conduite. Ceci est s u r t o u t très important p o u r les parties en fonte qui existent toujours dans une canalisation, la fonte étant, c o m m e on le sait, très peu élastique.
P o u r d i m i n u e r les effets des c o u p s de bélier, on avait songé à l'emploi de soupapes à ressorts ou à contrepoids qui ont souvent donné de mauvais résultats. Du reste leur levée ne p e u t s'effectuer q u ' a p r è s l'accroissement de pres
sion et par conséquent n ' e m p ê c h e pas la tôle de s u p p o r t e r le choc.
P o u r s u p p r i m e r ce retard à l ' o u v e r t u r e , on a remplacé ces soupapes par des vannes compensatrices conjuguées au mouvement du vannage et q u i , p a r conséquent, s'ouvrent a u m o m e n t même où la vanne d'entrée aux t u r b i n e s se ferme.
Cette vanne compensatrice se ferme ensuite très lentement.
N o u s donnons ici la formule très simple établie par M . Michaud, ingénieur à Vevey, formule qui détermine en secondes la durée T de la fermeture, p o u r que le coup de bélier B évalué en mètres ne dépasse pas u n e quantité donnée :
T _ 2 L V gB
et dans laquelle, L = L o n g u e u r de la conduite exprimée en mètres,
V — Vitesse de l'eau en mètres : Sec.
g = Accélération due à la p e s a n t e u r .
Dans le cas de conduites de g r a n d e longueur et de faible hauteur, on dispose des cheminées le long de la conduite et n o t a m m e n t dans le voisinage des t u r b i n e s . La masse de la colonne d'eau en jeu n'est plus alors que celle contenue dans la cheminée et non celle de la conduite t o u t e entière, ce qui diminue considérablement les effets dus à l'inertie.
Ainsi que l'a dit M. R â t e a u dans un article de la Revue de Mécanique du 3i mai 1 9 0 0 , les réservoirs d'air dont l'application vient n a t u r e l l e m e n t à l'esprit n'ont jamais été employés jusqu'ici.
P o u r une-installation importante où la masse d'eau était énorme (conduite de 5k m de longueur, diamètre 3m3 o ) on a étudié cette question de très p r è s , mais le volume de ces réservoirs eût été tel qu'on a dû renoncer à leur emploi et construire une cheminée à l'extrémité du collecteur des turbines.
Dilatation. — L a tôle doit, i n d é p e n d a m m e n t des efforts ci-dessus, pouvoir s u p p o r t e r sans risques les effets d u s à la dilatation.
T o u t d'abord, on préconisait l'emploi des joints de dilata
tion, qui sont à peu près abandonnés a u j o u r d ' h u i , car dans certaines installations des accidents se sont produits grâce à ces joints.
On cherche seulement à d i m i n u e r ces effets soit en-enter- r a n t l a cortduite,quant cela est possible, soit en la recouvrant de 3o centimètres de terre. Q u a n d les conduites sont au-dessus du sol, on les peint en blanc p o u r a m o i n d r i r les effets de la chaleur solaire.
Dans la plupart des cas, la conduite étant constituée d ' u n e série de tronçons réunis entre eux par l'intermédiaire de joints, ces derniers se c o m p r i m e n t et s'ouvrent très légère
ment sous l'effet de la dilatation. O n a r e m a r q u é d a n s les conduites de grande l o n g u e u r que les coudes s'ouvraient et se fermaient suivant que la conduite était pleine ou vide.
D'autres fois, ces coudes se déplaçaient sur leurs piliers. Q u o i qu'il en soit, en supposant m ê m e q u e les tronçons soient rivés bout à bout et qu'il soit impossible à la conduite de se déplacer, le métal doit seul, p a r sa n a t u r e , résister à la dilatation.
En effet, plaçons-nous d a n s les conditions s u i v a n t e s , qui sont à notre avis les p l u s désavantageuses : les conduites ayant été mises en place p e n d a n t l'été à u n e t e m p é r a t u r e de 35°, s u p p o s o n s qu'on soit a m e n é à les vider p e n d a n t l'hiver alors que la t e m p é r a t u r e extérieure est de ib° au- dessous de zéro, soit u n écart de t e m p é r a t u r e de -5o°. L e coefficient de dilatation de l'acier étant de 0 , 0 0 0 0 1 1 6 , p o u r une l o n g u e u r de conduite égale à un mètre, la contraction serait de : 0 , 0 0 0 0 1 1 6 X 5 o = omo o o 5 8 o
La conduite étant supposée a m a r r é e à ses deux extrémités devrait donc s'allonger de oi r»ooo58o p a r mètre et l'effort de tension résultant de cet allongement serait de :
R — o,ooo58 X 1 7 6 0 0 = i oki 5 . ( 1 7 6 0 0 étant le coefficient d'élasticité de la tôle d'acier).
Ceteffort ne pouvant se p r o d u i r e que lorsque les conduites sont vidées, l'effort de tension dû à la pression ne vient donc pas s'y ajouter. O r , la charge limite d'élasticité d u métal défini plus haut étant c o m p r i s e entre i 2k et 14k, on* est donc dans de b o n n e s conditions de sécurité. Cela pouvait se prévoir d'ailleurs p u i s q u e la différence de t e m p é r a t u r e de 5o° donne un allongement de o,ooo58 par u n i t é de l o n g u e u r , ce qui est inférieur à l'allongement p r o p o r t i o n n e l du .métal à la limited'élasticité qui est d e o ,0 0 0 8 . P r a t i q u e m e n t ,
à la pose, on réduit cet effort de moitié en profitant d ' u n e t e m p é r a t u r e m o y e n n e p o u r achever la mise en place des c o n d u i t e s .
A ce sujet, nous extrayons du cahier des charges de la Compagnie des chemins de fer de P a r i s à Lyon et à la M é d i t e r r a n é e relatif à la construction des conduites de l'usine hydro-électrique de Servoz ( r ) l'article suivant :
« ARTICLE I3O. — La pose des conduites forcées devra être
faite de façon à ce que leur jonction avec la chambre d'eau et avec les brides d'attente qui émergent du bâtiment de l'usine ait lieu de préférence parun temps froid et au plus à la température de 8° au-dessus de zéro. »
Avec cette précaution, les conduites, sous l'effet des varia
tions de t e m p é r a t u r e , ne travaillent qu'à la compression et non à la tension.
Amarrages.—Dansla plupart des cas, les conduites doivent être solidement amarrées à leurs deux extrémités q u i sont
(1) Ces c o n d u i t e s o n t été c o n s t r u i t e s p a r la M a i s o n B o u c h a y e r e t Viallet d e G r e n o b l e .
des p o i n t s fixes, usine et c h a m b r e d'eau, mais non dans l'intervalle, de façon à leur laisser p r e n d r e librement le cintre qu'exige la dilatation.
E t a n t d o n n é le travail R défini plus h a u t de i oJ ii 5 par m / m2 de section, l'effort total de tension dû à la dilata
tion est donc de
« (£>2 — <P)
— X i o . i 5
4
d et D étant les diamètres intérieur et extérieur de la con
d u i t e en millimètres. C h a c u n des amarrages aurait donc à s u p p o r t e r t h é o r i q u e m e n t la moitié de cet effort. P r a t i q u e ment, il peut ne pas en être ainsi mais n o u s conseillons cependant de l'admettre si on a eu soin de profiter d ' u n e température moyenne p o u r achever la p o s e .
Les p h é n o m è n e s de dilatation étant considérablement a m o i n d r i s lorsque les conduites sont pleines, il convient de ne les vider qu'en cas d'urgence a b s o l u e . Toutefois, il con
vient de laisser libre un écoulement p e r m a n e n t d a n s les conduites qui ne travaillent pas en hiver p o u r empêcher la congélation de l'eau.
On déterminera le v o l u m e d'eau à laisser écouler dans la conduite p o u r obtenir ce résultat en a p p l i q u a n t la formule :
q = -S T
où q est le volume d'eau à laisser écouler, en mètres cubes par h e u r e .
5 le n o m b r e de mètres carrés de surface de tôle exposée au refroidissement.
T la t e m p é r a t u r e de l'eau, en degrés centigrades, lors de son entrée dans la conduite.
Cette formule, q u e nous devons à l'obligeance de M. A. R o u c h e r , ingénieur à Prilly (Canton" de V a u d , Suisse), a été établie p o u r ' l e s froids ordinaires des Alpes et on r e m a r q u e r a que si T devenait égal à i , la formule se traduirait ainsi :
Pour éviter le gel, le débit doit être de tm 3 par heure et par mètre carré de surface de conduite exposée au refroi
dissement.
A u t r e s c a u s e s p o u v a n t m o d i f i e r l ' é p a i s s e u r d e s t ô l e s . G o n d u i t e s d e g r a n d s d i a m è t r e s e t d e g r a n d e s h a u t e u r s d e c h u t e .
Q u a n d un t u y a u est placé sur le sol, son propre poids ainsi que le poids de l'eau qu'il contient tendent à le déformer et à l'aplatir.
D a n s les cas ordinaires, c'est-à-dire q u a n d le diamètre né dépasse pas 8 o om/m, l'épaisseur du tuyau n'étant pas infé
rieure à 3m/m, la tôle résiste d'elle-même et la déformation n'est pas a p p a r e n t e . Il n'en est plus de m ê m e q u a n d le diamètre augmente et atteint 2m5 o et m ê m e 3m3 o (conduite de C h a m p ) . Ces déformations préoccupaient les c o n s t r u c teurs qui employèrent des dispositifs spéciaux p o u r e m p ê cher ces aplatissements.
D a n s une proposition faite en 1 8 9 7 par une maison de construction, n o u s détachons le passage suivant ayant trait à une canalisation de 2m5 o de diamètre..
« Tous les tuyaux précédents seraient à double clouure partout, longitudinalement et transversalement, les clouures circulaires renforceraient les tuyaux au point de vue de la section et surtout des déformations sous le poids propre de Peau. Nous n'avons pas prévu de brides ou de renforts sur ces tuyaux eux-mêmes pour s'opposer à ces déformations.
' « Il nous a paru meilleur, à tous les points de vue, pour atteindre cé résultat d'adopter, pour les supports de la conduite un dispositif spécial.
« Ces dispositifs de repos sur les piliers seraient en tôle et cornière et embrasseraient le tuyau sur près de la demi-circon
férence. Ils seraient formés de deux flasques bien reliées entre elles, formant une grande surface de tuyau et d'appui sur la maçonnerie.
« La force et la forme de ces supports étant calculées pour s'opposer complètement à toute déformation sensible des tuyaux sur eux. »
U n autre dispositif consiste à disposer de distance en distance des brides en fer cornière placées à environ tous les 4 mètres, ces brides formant joints des tronçons entre eux.
Cette solution a été appliquée à une conduite de im7 o de diamètre (Usine du Bréda, Société des Forces Motrices du H'aut-Grésivaudan), construite par la maison Bouchayer et Viallet, de G r e n o b l e .
Si le terrain sur lequel on s'appuie est incompressible, on p e u t enterrer la conduite suivant sa demi-circonférence inférieure. Ce dispositif a été employé avec succès p o u r u n e conduite de 3m3 o de diamètre.
P o u r calculer l'épaisseur des tôles nécessaires p o u r résis
ter à ces efforts d'aplatissement ou p o u r d é t e r m i n e r les a r m a t u r e s , il fallait se livrer pour chacun de ces cas spéciaux à des calculs compliqués et le plus souvent se baser sur des résultats d'une longue expérience. Les deux derniers n u m é ros du Génie civil ont publié à ce sujet u n e étude théorique fort intéressante due à M. Birault, ingénieur des Arts et Manufactures.
L'équation générale d o n n a n t le m o m e n t fléchissant dans chaque section de la paroi dans le cas d'un t u y a u vide se r é d u i t à la formule très s i m p l e :
M — K\
dans laquelle M est le m o m e n t fléchissant c h e r c h é ; K une constante p o u r chaque cas particulier d o n t la valeur est le p r o d u i t du poids p de la paroi par mètre courant de déve
loppement du tuyau p a r le carré № du r a y o n ; % une variable fonction de l'angle a qui définit la section considérée :
2 = ( « •— a) sin y. — | cos a — 1
M. Birault établissant, d'autre part, qu'en chaque point de la paroi, les déformations élastiques due s au poids pro
pre et au poids du fluide contenu, sont proportionnelles, il suffit d'ajouter les effets d u s au poids de l'eau à ceux d u s au poids p r o p r e du métal, en admettant une faible déformation.
Si d o n c , on fait entrer la déformation due au poids du fluide contenu, la formule générale est la m ê m e que précé
d e m m e n t , dans laquelle
K = p № + | 5 Rs d étant la densité du liquide contenu.
218 L A H O U I L L E B L A N C H E
• Enfin, une. formule très pratique, donne la. valeur de l'aplatissement du tuyau en d o n n a n t la diminution de lon
g u e u r du diamètre vertical. Il est à souhaiter que cette étude
•soit bientôt complétée en considérant le cas intéressant du remplissage, car nous croyons que l'aplatissement atteint
•son m a x i m u m avant que le t u y a u soit plein d'eau.
En effet, la pression f du liquide ayant u n e c o m p o s a n t e verticale, celle-ci agit
s u i v a n t la pesanteur quand Je tuyau est à moitié plein et d e bas en haut, quand le ni
veau de l'eau dans le tuyau dépasse le diamètre h o r i z o n t a l . Cette c o m p o s a n t e a donc p o u r effet, d'aplatir le tuyau d a n s le premier cas et de le redresser dans le second.
Dans la détermination pratique des épaisseurs d'une con
duite de grand diamètre, il faudra donc considérer la défor
mation due au remplissage qui correspond au travail maxi
m u m d e l a t ó l e . Ce travail n'étant que passager, on pourra sans crainte, par raison d'économie, se rapprocher de la limite d'élasticité du métal, car les conduites ne se vident que très r a r e m e n t , par suite, le surcroît de travail du au remplissage,, ne se produit que par intervalle.
T o u t ce qui. précède, suppose la conduite posée sur le sol.
Q u a n d elle est placée sur piliers, ainsi que cela a été fait p o u r une conduite de 2m5 o , il faut, en o u t r e , faire interve
n i r le moment dz flexion m a x i m u m et l'effort tranchant qui s o n t obtenus en considérant la conduite c o m m e une poutre c o n t i n u e , supportant la charge uniformément répartie de
son poids et de l'eau contenue. Ce surcroît de travail ne doit être donné aux conduites que lorsque la n a t u r e du terrain, r e n d impraticable la première solution.
Cas des grandes hauteurs de chute. — Q u a n d les hauteurs d e chute dépassent certaines limites, l'épaisseur des tôles est telle qui est pratiquement impossible de les travailler dans d e bonnes conditions. O n est alors obligé de remplacer la conduite unique par une série de conduites, de diamètre p l u s petit, qu'on peut alors construire aisément. O n peut encore conserver une conduite u n i q u e avec différents dia
mètres, le plus grand diamètre, correspondant aux faibles pressions, étant déterminé de telle façon que la perte de charge moyenne soit celle d e m a n d é e .
Si l'on arrive, malgré cela, à des épaisseurs trop fortes, on sectionne la chute, l'usine génératrice supérieure devient la chambre d'eau de celle venant i m m é d i a t e m e n t a p r è s .
P r a t i q u e m e n t , on peut, à l'aide d'une seule conduite, établir une chute de i o o o mètres débitant 5 o o litres à la seconde. O r , ce débit se rapprochant du m a x i m u m de ce q u ' o n peut avoir à u n e altitude aussi élevée, les cas où l'on devra sectionner seront donc rares et ne se présenteront que lorsqu'on p o u r r a emmagasiner pour débiter ensuite pendant un laps de temps restreint.
Q u a n d l'épaisseur des tôles dépasse 18 m/m, on a intérêt à remplacer les clouures ou tout au moins celles qui sont lon
gitudinales,-par la soudure autogène des tôles. E n effet, le calcul rationnel des clouures oblige alors à admettre des triples
rangées longitudinales de rivets. Il existe à Villelongue, dans les H a u t e s - P y r é n é e s , un exemple de cette construction. Au bas d'une chute de 5 4 6 mètres, un collecteur de 6 0 0 m/m de diamètre est constitué p a r des tôles de 26 m/m d'épaisseur avec triples clouures longitudinales. On a un travail plus sérieux en soudant l'extrémité des tôles et on o b t i e n t ainsi toute sécurité.
E n Suisse, la Société des Forces Motrices du lac T a n a y a installé u n e conduite en acier sous 9 2 0 mètres de c h u t e qui détient le record de la pression. Elle est construite en acier M a r t i n - S i e m e n s , sans a u c u n e r i v u r e ; les plus gros tuyaux ont été soudés à la m a i n , les autres au l a m i n o i r . P o u r ne pas encourir de risque, la Société a exigé que tous les tronçons soient essayés à l'usine avec 5 o % de s u r p r e s sion, le métal travaillant n o r m a l e m e n t à 7 kil. 5 o o . A u x essais, la tôle travaillait donc à environ 11 kil., ce qui, dans ce cas particulier, pouvait ne pas être nuisible, car on était loin de la charge correspondante à la limite d'élasticité, le métal ayant été choisi de première qualité.
Aplatissement des conduites dû à la vidange brusque.
A la mise en charge d'une conduite, u n e r u p t u r e b r u s q u e se p r o d u i s a n t par un joint de dilatation, la canalisation s'est vidée spontanément e t , f a i t c u r i e u x , l a partie située à l ' a m o n t de la conduite s'est aplatie c o m p l è t e m e n t .
Ce phénomène peut s'expliquer, croyons-nous, de la façon suivante : P e n d a n t la vidange, la conduite s'est ovalisée sous son propre poids et sous le poids du liquide qui la remplissait partiellement ; de p l u s , le reniflard n'étant pas d'un diamètre suffisant, un vide barométrique relatif s'est établi à l'intérieur du t u y a u . Celui-ci n'ayant plus la forme circulaire, mais une forme se r a p p r o c h a n t de la forme ellip
tique, se trouvait sous le coup de la loi de Bélanger qui indique que le travail du métal est alors p r o p o r t i o n n e l au carré de la différence des axes.
On peut donc s'expliquer p o u r q u o i cette conduite, qui aurait dû résister si elle avait été un cylindre à section cir
culaire, s'est aplatie sous l'effet du vide partiel p r o d u i t par la vidange b r u s q u e .
Durée des conduites. — Oxydation.
O n ne peut pas d o n n e r sur ce chapitre, des renseigne
ments précis, car les premières installations ne sont pas encore très anciennes, et l'on ne p e u t rien affirmer s u r leur durée exacte. Toutefois, n o u s connaissons, dans notre région, des canalisations en tôle de 3 m/m d'épaisseur qui existent depuis plus de 20 ans, et fonctionnent actuellement sans d o n n e r aucun sujet d ' i n q u i é t u d e .
Il est donc probable q u ' u n e c o n d u i t e repe'.nte tous les quatre ou cinq ans, peut parfaitement, dans une évaluation de prix de revient être comptée c o m m e p o u v a n t durer cinquante ans p o u r les parties minces, m a i s , encore une fois, ce n'est q u ' u n e hypothèse, puisque l'expérience n'est pas encore venue appuyer ces dires.
A u g u s t e BOUCHAYER,
Ingénieur des Arts et Manufactures.
