Rapport des TP d’hydraulique

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RABAT

Ecole Supérieure de Technologie – Salé –

Rapport des TP d’hydraulique

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La mécanique des fluides est un domaine qui fait typiquement partie de ce qu'on appelle la mécanique classique, celle de tous les jours : elle étudie le comportement des fluides qui nous entourent. Mais qu'est-ce au juste qu'un fluide ? Les gaz et les liquides sont ce qu'on appelle en fait des fluides. Comme ils ont les mêmes propriétés mécaniques, on les a regroupés sous le nom de fluides.

Disons qu'Archimède et son célèbre "Eurêka" donnent une idée des débuts de la mécanique des fluides. Si la poussée d'Archimède n'est plus en elle-même un sujet de recherche, elle reste très présente dans notre quotidien, et permet d'expliquer pourquoi les ballons volent, les bateaux flottent, pourquoi on flotte mieux dans de l'eau salée, etc...

Très tôt, les scientifiques se sont intéressés à la pression, et à ses propriétés. La pression est une idée très importante en mécanique des fluides. Elle permet de comprendre la poussée d'Archimède, et ce qu'on appelle la loi de Bernoulli. Cette loi s'applique aux fluides en mouvement, alors que la poussée d'Archimède est surtout une propriété des fluides immobiles. Elle permet de comprendre pourquoi on lifte les balles au tennis, ou pourquoi  les bateaux à voile avancent.

De nos jours, les scientifiques se concentrent plus sur un phénomène beaucoup plus complexe : la turbulence. Les fluides sont parfois caractérisés par un comportement très compliqué : des tourbillons dans tous les sens, plus ou moins gros, qui évoluent... C'est sans doute Léonard de Vinci qui en a fait la description le premier. La turbulence est un phénomène chaotique, et il est par là même particulièrement difficile à cerner.

Hydraulique, domaine de la mécanique des fluides qui traite des liquides en mouvement, notamment de l'eau. L'hydraulique peut être considérée comme la science de l'écoulement des fluides. Elle s'intéresse entre autres aux problèmes de la circulation des fluides dans les conduites ou les canaux, ainsi qu'à la conception des barrages de retenue, des pompes et des turbines à eau.

 Les deux applications les plus importantes de l'hydraulique sont la conception des transmissions hydrauliques et des presses hydrauliques, qui utilisent la loi de Pascal : la pression exercée sur un liquide est la même dans toutes les directions. Comme la force de pression est égale à la pression multipliée par la surface, les forces peuvent être amplifiées par un liquide entre deux pistons mobiles de surface différente. Si, par exemple, l'un des deux pistons a une surface S1 et que l'autre a une surface S2, on a l'égalité suivante : F1/S1=F2/S2, F1 et F2 étant les forces de pression qui s'exercent respectivement sur le premier et le deuxième piston. Ainsi, on remarque que si S1>S2, F1>F2. On utilise cette propriété dans les transmissions hydrauliques, comme celles des freins automobiles, où une force relativement faible, appliquée sur la pédale, est multipliée pour produire une force importante sur la mâchoire du frein. Les volets d'un avion sont mus par des systèmes hydrauliques similaires. Les vérins hydrauliques sont utilisés dans les ponts pour soulever les véhicules dans les stations-service ou les lourdes charges dans le bâtiment. Les presses hydrauliques, qui furent inventées par l'ingénieur anglais Joseph Bramah en 1796, sont utilisées pour former, forger ou emboutir les métaux, et pour tester des matériaux sous de fortes pressions.

Manipulation 1 : Etude des Méthodes de mesure de débit

• But de la manipulation

Présenter quelques méthodes de mesure de débit utilisées couramment dans l'industrie :

Débitmètre à venturi, débitmètre à flotteur, débitmètre à diaphragme, déversoir.

• Description de l’appareil:

Première importance dans toute installation hydraulique. La façon la plus directe d'accéder à cette information est de mesurer la distribution de vitesse dans une section droite connue du circuit. Comme la mesure directe n'est en général pas possible, on a usuellement recours à un artifice qui consiste à introduire un obstacle dans le circuit et à mesurer le saut de pression correspondant. L'utilisation du théorème de BERNOUILLI permet alors de remonter à l'évaluation des vitesses. La plupart des systèmes industriels de mesure de débit sont basés sur le phénomène de Venturi. Le banc hydraulique ci dessus permet l’observation de ce phénomène par la mesure de la variation de la pression statique au travers d’un tube venturi. Il est une application parfaite du théorème de Bernoulli.

• Description des composants :

     Principe du venturi :

Il est conçu par Giovanni Batista Venturi, (1746-1822), physicien italien. Né à Babiano, près de Reggios, Giovanni Batista Venturi fut professeur de physique à l’école du génie militaire de Modane, puis à l’université de Pavie. Spécialiste de la dynamique des fluides, il orienta ses travaux de recherche vers l’hydraulique. C’est dans cette discipline qu’il se distingua en inventant et réalisant une tuyère à cônes divergents qui porte le nom de tube de Venturi.

Le tube de Venturi est utilisé pour la mesure du débit des fluides : il permet de déterminer la différence de pression entre la section normale et la section rétrécie du tube, différence qui, d’après le principe de Bernoulli, est proportionnelle au carré du débit du fluide.

Venturi effectua également des recherches sur l’étendue des sons audibles et sur les couleurs.

Le diaphragme

Le diaphragme est avec la tuyère et le venturi, un des principaux  systèmes utilisés pour  la mesure  de débit des fluides en conduites. Il consiste en une simple plaque  de tôle mince percée d’un orifice circulaire et à arrêtes vives sans bavures. La norme internationale ISO TC 30 donne en détail les conditions de construction et d’emploi des diaphragmes et des tuyères normalisés.

Mode opératoire et résultats

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