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Vis d'Archimède (HU)

De Wikhydro
Version du 21 novembre 2019 à 16:17 par Bernard Chocat (discuter | contributions)

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Traduction anglaise : Archimedean screw, screw pump

Machine élévatrice constituée d'un tube axial en rotation, incliné de 30° à 38° par rapport à l'horizontale, autour duquel sont fixées de une à trois spires hélicoïdales, tournant au sein d’un cylindre enveloppe de même axe et le long desquelles l'eau ou une boue (ou, dans l’industrie, une substance poudreuse ou granulaire) s'élève (voir figure ci dessous). Les vis d'Archimède sont fréquemment employées en assainissement : relèvement des eaux résiduaires urbaines en station d'épuration, relèvement d'eaux pluviales, extraction des sables, compactage de déchets de dégrillage-tamisage, etc.


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Schéma d'une vis d'Archimède, d'après [Flygt, 1993].

Un peu d'histoire

Archimède (287-212 av. J.C.) est traditionnellement considéré, depuis les textes écrits par Diodore de Sicile (1er siècle av. J.C.), comme l'inventeur, au bénéfice des paysans riverains du Nil, de la vis qui porte son nom, même si les éléments de preuve ne sont pas entièrement probants [Nordon, 1991]. Vitruve (1er siècle av. J.C.) est le premier à en avoir donné une description détaillée. Les traces les plus anciennes d'emploi de vis d'Archimède remontent à 250 av. J.C. en Egypte où elles servaient à l’irrigation. Ces témoignages indiquent que les premières vis étaient constituées d'un cylindre creux à l'intérieur duquel étaient fixées les spires hélicoïdales. L'emploi de la vis d'Archimède disparaît pratiquement avec l'empire romain, et ne sera réintroduit qu'au 15ème siècle par Léonard de Vinci (1452-1519). Au 17ème siècle, les Hollandais adoptent la vis moderne avec spires fixées autour d'un tube central placé dans une auge fixe. Depuis, seuls des perfectionnements technologiques, certes non négligeables (en particulier en 1939 par l'ingénieur français René Moineau, qui a déposé un brevet dit de capsulisme, connu encore aujourd'hui sous le nom de Pompe Moineau), ont été apportés à cette pompe volumétrique dont le principe génial date de plus de 2000 ans.

Dimensionnement

Les mécaniciens grecs utilisaient, pour définir les différentes dimensions de la vis, un module (la longueur de la vis), le diamètre de la vis étant égal au 1/16e de module, le pas de l'hélice à 1/8e, le diamètre du cylindre enveloppe égal au pas de l’hélice, l’inclinaison de l’ensemble étant de 3 hauteurs pour 4 de base (le triangle pythagorien).

Le dimensionnement complet d'une vis d'Archimède est relativement compliqué et fait intervenir de nombreux paramètres. De façon pratique, le débit théorique d’une vis fonctionnant à son optimum est donné par la relation :


$ Q = 60.β.D^3.n $

Avec :

  • Q   : débit de la vis (m3/h) ;
  • β   : coefficient adimensionnel de débit ;
  • D   : diamètre extérieur de la vis (m) ;
  • n    : vitesse de rotation (tours/minute).

Le coefficient β est une valeur empirique fournie dans des tables et des abaques.

Utilisation

Par rapport à des pompes classiques, la vis d'Archimède présente deux intérêts majeurs :     

  • elle peut pomper des eaux chargées et même des solides grossiers avec peu de risques de colmatage ou de bouchage, car elle présente une plus grande section de passage ;
  • elle travaille à vitesse constante pour une large gamme de débits pompés avec des rendements élevés compris entre 65% et 85% selon les conditions de fonctionnement par rapport à la capacité maximale.

Des vis particulières avec lumière centrale permettent, par exemple, de pomper des sables tout en laissant l'eau s'écouler vers le bas. Elles sont mises en oeuvre notamment dans les dessableurs de station d'épuration.

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