Le 'Silence' du pompage de l'eau PIEGASO1(V2)

1 L'existant
1.1 Le cas traité
1.1.1 Les types de moteurs
1.1.2 Le rendement des moteurs
1.1.3 La structure du bâtiment
1.2 Suivant les saisons
1.3 Les "reproches" des habitants
2 Le Piège à sons
2.1 Le principe de base des baffles
2.2 La réalisation locale
2.3 La convection
3 Conclusions

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Préambule

Cet article est issu d'un problème ayant pris un tournant plus accentué lors de la sécheresse de 2003. Il fallait surveiller les différentes stations de pompage au niveau des températures, qui ne cessaient de monter.
Les moteurs sont donnés pour des classes climatiques qui étaient alors dépassées. La température de l'eau potable restant bien en dessous des limites légales heureusement.
Cette surveillance des moteurs a nécessité l'arrosage des sols des salles moteurs pour créer une évaporation et refroidir ainsi l'air. Il a fallu largement aérer pour évaporer.
(Les résultats de l'évaporation se sont traduits en un quart d'heure par environ 4 à 5° de baisse de température.)
Cet article, qui au départ était une solution "eau potable", peut être facilement extrapolé pour bien d'autres disciplines génératrices de bruit (PAC, moteurs en tous genres, ventilation etc...)

1 L'existant

1.1 Le cas traité

Une station de stockage et de reprise est implantée en périphérie d'une agglomération moyenne, mais la commune ayant repoussé un peu ses limites, les maisons sont devenues très proches ! Heureusement le seul problème "à reprocher" était le bruit.
Comme il y a "reprise" pour amener l'eau à un  niveau supérieur, la pression de la commune est très bonne, car elle est alimentée en totalité par le réservoir supérieur, et les habitations situées au niveau du réservoir n'ont pas à souffrir d'une faible pression.

1.1.1 Les types de moteurs35KW

Cette station de reprise sur réservoir, sans anti-bélier est équipée de moteurs asynchrones à cage et à démarrage en direct avec volant d'inertie. Bien entendu les équilibrages ne sont jamais parfaits et il y a quelques vibrations. Ces vibrations sont génératrices de bruit. Ces bruits moteurs sont ceux des moteurs électriques habituels, avec une composante de fréquence de l'ordre de 25 Hz correspondant à la vitesse de rotation proche de 1500 tr/mn.

1.1.2 Le rendement des moteurs

Ces 3 moteurs de 35 KW, dont 2 seulement sont en fonctionnement simultané, sont cependant générateurs de calories, d'autant plus difficiles à évacuer que l'air ambiant est à température élevée. Un orifice supérieur de ventilation existe et sort par une cheminée en terrasse.
Il y a parfois des aberrations et en l'occurrence, il n'y a pas d'arrivée d'air définies. Seules, deux fenêtres métalliques grillagées, dont une seule peut s'ouvrir, permet une circulation de l'air par convection.
Il faut tout de même signaler des orifices de passages des tuyauteries qui sont largement dimensionnés et permettent le passage de l'air frais du sous-sol. (sans apport d'air extérieur cependant)
La seule fenêtre qui s'ouvre donne en direction de la commune, alors que celle qui est fixe donne sur l'arrière.
Vu la puissance des moteurs, on peut admettre sans de grosses erreurs un rendement de 92 % soit tout de même 2.8 KW en pertes Joule par moteur soit 5.6 KW de chaleur totale (2 moteurs).

1.1.3 La structure du bâtiment

L'essentiel des bruits autres que "moteurs", provient du bâtiment qui se comporte comme un amplificateur de vibrations. En effet la salle des pompes est au premier étage, le sous-sol étant occupé par les arrivées et départs de forte section. L'étage de pompage est sur piliers et dalle en béton. On comprend ainsi facilement que ces vibrations sont transmises facilement au volume d'air du sous-sol, qui agit en réaction comme un pseudo gigantesque haut-parleur.
Ces bruits constituent la deuxième source sonore. Ils sont de très basses fréquences et correspondent aux vibrations des moteurs et de l'ensemble hydraulique.

Il n'est pas inutile de rappeler que l'amortissement des phénomènes vibratoires (des sons en particulier ici) est d'autant plus difficile que la fréquence est basse. Plus on descend en fréquence, plus les dimensions, des éléments d'atténuation, deviennent "imposantes".

1.2 Suivant les saisons

La saison a une importance première dans le domaine de l'eau potable, puisque le gel de masses d'eau importantes n'est en général pas possible. A l'inverse le gel de l'eau dans les tuyauteries de volume réduit est tout à fait plausible, pour la raison que le pompage est surtout réalisé de nuit quand l'énergie est bon marché. Il reste ainsi parfois jusqu'à 12 heures au gel pour effectuer son action.
Oui il y a des convecteurs électriques hors gel, mais cela ne me semble qu'une ultime précaution. En effet lorsqu'à proximité vous avez plusieurs milliers de mètres cubes d'eau qui se renouvellent journellement, la dissipation thermique fait que c'est pratiquement impossible de geler.

Les courants d'airs froid sont parfois "très dangereux" et peuvent provoquer quelques gels localisés.

L'été il s'agit de l'inverse, et l'ensemble a du mal d'évacuer ces kilowatts de pertes joules des moteurs. Dans certains cas, il est nécessaire de réaliser une ventilation forcée, mais les appareils qui consomment ne sont pas beaucoup prisés, car ce ne sont pas des solutions écologiques et durables.

1.3 Les "reproches" des habitants

Oh ce n'était pas "une émeute," car ces gens sont conscients de l'utilité de la chose, mais on sentait bien naître un peu de désir de calme lorsque le soir au coin de la terrasse les pompes démarrent et qu'on les entend sous le parasol !
Il était donc préférable d'envisager une correction avant que le sujet ne s'envenime. C'est ce qui a été décidé et ce qui a été réalisé suivant le principe du piège à sons.
Plutôt que de changer la fenêtre et d'en installer une qui puisse s'ouvrir, avec le risque que le son se propage de façon indirecte, il valait mieux traiter le problème effectif. Une solution statique est toujours préférable à une ventilation forcée (elle-même génératrice de bruit complémentaire et de dépense d'énergie…)

2 Le Piège à sons

L'idée du piège à sons n'est pas nouvelle puisque ce matériel existe depuis fort longtemps, mais est surtout utilisé dans les locaux de groupes électrogènes, les industries ayant de gros volumes d'air en mouvement, les centrales de dépollution …etc..
Ce système entièrement statique permet le passage de l'air et "piège" les vibrations de l'air, c'est-à-dire les sons.
Ces pièges à sons utilisés dans les salles de groupes électrogènes donnent des résultats assez incroyables en efficacité.
Éléments favorables importants également : les fréquences des alternateurs et moteurs sont identiques (1500 tours/mn). Les vibrations engendrées sont également de même nature.

Pourquoi ne pas tenter de répondre de la même manière à un problème identique ?BAFFLE2

2.1 Le principe de base des baffles

Les baffles sont la "matière active" de ces pièges à sons. Ce sont des cadres en tôle galvanisée remplis de matériaux absorbants tels que la laine de roche et dont les 2 surfaces sont recouvertes d'une toile de verre destinée à retenir la laine de roche.
L'air passe donc librement entre les cadres, les sons sont considérablement affaiblis dans le matériau absorbant qu'est la laine de roche.

Ces panneaux sont assemblés dans un tunnel ou caisson  de surface rectangulaire qui est lui-même à installer sur l'orifice à protéger.

De façon habituelle les baffles (ou cadres) sont installés verticalement dans le tunnel. La résistance au poids de la laine est ainsi mieux maîtrisée. Dans certains panneaux de grandes dimensions, des fils métalliques contiennent plus énergiquement les matériaux absorbants.

2.2 La réalisation localeSONS1

Le but final est de remplacer une fenêtre par un caisson. Le caisson sera presque totalement en extérieur et donnera en face arrière du bâtiment, à l'opposé des habitations. Il ne dépareillera pas ainsi le bâtiment.
La fenêtre donnant sur le village restera ainsi fermée, et le bruit ne sera plus transmis.
Quand au bruit issu du piège à sons, celui-ci est si faible que l'on entend à peine quelqu'un qui parle fort à l'intérieur devant le caisson ! (C'est aussi extraordinaire qu'une chambre anéchoïque)

L'entreprise a réalisé le caisson suivant les dimensions demandées, ce qui a évité toute opération de maçonnerie. Bien entendu les calculs d'atténuation n'ont été qu'esquissés puisqu'il fallait répondre avec les structures existantes.

Pour l'hiver où les courants d'air pourraient éventuellement poser problèmes, deux petites portes intérieures permettent d'ouvrir (ou non) passage à l'air.

Enfin pour que la pluie ne puisse pas pénétrer dans les locaux, des pans inclinés sont installés en sortie. Ces pans sont ouverts par le dessous qui est muni de grilles qui évitent le passage des petits animaux (oiseaux, rongeurs etc…)

2.3 La convection

La convection en été peut maintenant se réaliser et l'air passe ainsi de l'extérieur vers l'intérieur par ces nouveaux éléments pour se réchauffer et gagner ainsi la cheminée d'aération en plafond. (On notera que le système fonctionne aussi si le passage d'air est inverse du passage du son, ce qui est le cas.)
Le système est très efficace, purement statique et de durée de vie presque illimitée.

3 Conclusions

Les pièges à sons sont généralement peu utilisés dans le domaine de l'eau potable. C'est la raison pour laquelle je réalise cet article.
Il faut aussi remarquer que les pompages sont très souvent installés loin des habitations, et que le besoin  en est ainsi évité, mais il y a des exceptions ! C'en était une !

Alors si vous avez ce cas à traiter, n'entreprenez pas de grands travaux d'insonorisation des locaux, le coût en est disproportionné par rapport au coût de pièges à sons.

(Il existe également pour les ventilations réalisées à partir de tuyaux en PVC des pièges à sons cylindriques.)

L'efficacité des pièges à sons est exemplaire et mérite d'être signalée . Cela pourra servir à d'autres applications en eau potable, notamment à l'insonorisation des surpresseurs (ceux-ci étant très souvent beaucoup plus près des habitations).

Je pense aux utilisations pour les PAC air/air où le bruit est souvent loin d'être négligeable et où cette solution pourrait certainement apporter une solution à bien des conflits de voisinage. Cela pourrait aussi être le cas de quelques aéro-refroidisseurs, encore que la position habituelle se prête moins bien à ce dispositif.

Attention, ne vous trompez pas, ce sont bien des pièges à Sons…!


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