Comment sont fabriquées les vannes ?
Photo Fermeture de l’eau avec une vanne d’isolement. En tournant ce levier de quatre-vingt-dix degrés, on ferme un clapet à bille au milieu du tuyau, ce qui coupe l’eau qui s’écoule. La plupart des maisons ont des vannes de ce type sur l’arrivée d’eau froide et sur les tuyaux d’entrée et de sortie des réservoirs d’eau. Les vannes d’isolement sont très utiles en cas d’urgence (comme l’éclatement d’une conduite d’eau) ou pour effectuer un entretien de routine. Une fois que la vanne est fermée, vous pouvez effectuer des réparations en toute sécurité sans que le fluide ne s’écoule entièrement.
Les vannes sont généralement en métal ou en plastique et elles comportent plusieurs parties différentes. La partie extérieure est appelée siège et elle est souvent dotée d’une enveloppe extérieure solide en métal et d’un joint intérieur souple en caoutchouc ou en plastique, de sorte que la vanne assure une fermeture absolument étanche. La partie intérieure de la valve, qui s’ouvre et se ferme, s’appelle le corps et s’insère dans le siège lorsque la valve est fermée. Il existe également une forme de mécanisme pour ouvrir et fermer la vanne – soit un levier ou une roue manuelle (comme dans un robinet ou un robinet d’arrêt), soit un mécanisme automatisé (comme dans un moteur de voiture ou un moteur à vapeur).
Il est souvent extrêmement important que les vannes qui sont fermées ne permettent absolument aucune fuite de liquide ou de gaz par un tuyau pour éviter les accidents, les explosions, la pollution ou la perte de produits chimiques précieux (même un robinet qui goutte peut coûter cher si votre eau est mesurée). C’est pourquoi le joint d’une vanne doit être parfaitement sûr et une vanne fermée doit être hermétiquement fermée. Fermer un flux de liquide ou de gaz à haute pression en l’obstruant à l’aide d’une vanne est un travail physiquement difficile : en d’autres termes, vous devez utiliser une force considérable pour y parvenir. C’est pourquoi certaines vannes sont actionnées par des leviers (comme celui qui est photographié ici, mais certains peuvent être beaucoup plus longs pour vous donner plus de force de rotation) ou de grandes roues (comme sur la photo du haut de cet article). Si les vannes vraiment grosses nécessitent une force trop importante pour qu’un humain puisse la fournir, elles sont actionnées par des béliers hydrauliques.
Choisir le bon matériau
Toutes les vannes ne sont pas de grosses choses puissantes et industrielles en métal. Regardez attentivement les récipients alimentaires dans votre cuisine et vous constaterez que pas mal d’entre eux comportent des valves. Les bouteilles d’eau (comme celle que j’ai illustrée ci-dessus) ont souvent des valves à clapet au lieu de bouchons vissés. Le couvercle du pot alimentaire que j’ai photographié ci-dessous est un autre exemple très ingénieux de valve, fabriqué à partir d’un élastomère élastique (en pratique, un caoutchouc de silicone synthétique et élastique). Il ferme hermétiquement un bocal de distribution de nourriture qui se trouve normalement à l’envers, de sorte que, en théorie, la nourriture pourrait s’écouler sur la table en dessous ! C’est cette ingénieuse valve qui l’en empêche. Le matériau caoutchouteux comporte quatre fentes pour laisser passer les aliments, mais il est également assez ferme, de sorte qu’il ne s’ouvre que lorsque vous serrez le bocal. La pression que vous exercez lorsque vous serrez le bocal force les aliments à passer par les quatre fentes, qui s’ouvrent. Lorsque vous relâchez la pression, l’élasticité de la valve fait redescendre les fentes et referme le bocal. C’est tellement simple et banal que vous ne l’avez probablement jamais remarqué, et pourtant c’est un morceau d’ingénierie ingénieux qui repose sur une sélection très minutieuse d’exactement le bon matériau.
Photo : Une valve élastomère d’étanchéité alimentaire. À gauche : vue d’en bas sur la valve scellée. Au milieu : Vue d’en haut sur la même valve étanche. Droite : Vue d’en haut avec mon doigt qui pousse vers le haut pour révéler le fonctionnement du mécanisme de fente auto-obturante.(Si cela vous intéresse, je crois qu’il s’agit d’une valve à fente SimpliSqueeze® fabriquée par Aptar, et vous pouvez lire tous les détails techniques de son fonctionnement dans leur US10287066B2 : Dispensing valve.)
Et le choix des matériaux pour les valves ne consiste pas seulement à penser à leur fonctionnement pendant leur durée de vie, mais aussi à ce qu’il en adviendra après. Avec les emballages alimentaires, par exemple, le recyclage est une considération de plus en plus importante. Prenez les petites valves que l’on trouve sur les sacs de café. Après avoir été torréfié et mis en sac, le café peut rester sur les étagères d’un magasin jusqu’à un an, période pendant laquelle il continue à dégager du dioxyde de carbone. Sans valve sur le sac, il gonflerait et risquerait d’éclater dans le magasin (ou dans votre cuisine), projetant du café partout. Les sachets de café sont donc dotés d’ingénieuses valves de « dégazage » à sens unique, constituées de membranes qui s’ouvrent lorsque la pression monte à l’intérieur. C’est pourquoi vous pouvez « vous réveiller et sentir l’odeur du café » sans ouvrir le sac. Lorsque l’air tente de pénétrer de l’extérieur, il aplatit la membrane et ferme hermétiquement le sac. Jusqu’ici tout va bien, mais qu’en est-il du recyclage ? Si vous commencez à mettre des valves en plastique compliquées sur les sacs, ceux-ci deviennent beaucoup plus difficiles à recycler. Quelle est la solution ? Les fabricants fabriquent désormais des sacs à café et des valves entièrement en bioplastiques compostables pour éliminer le problème de l’élimination des déchets.
Photo : Comment fonctionnent les valves à café. Rangée supérieure : À gauche : une valve typique à l’intérieur d’un sac de café. Au milieu : Cette valve en bioplastique compostable (fabriquée par la société suisse Wipf) comporte un siège extérieur fixe (noir) et un corps intérieur (rouge) avec un évent de gaz. A droite : Démontez-la et vous verrez qu’elle comporte également une membrane en plastique à l’intérieur (bleu). L’illustration ci-dessous montre comment ces trois parties fonctionnent ensemble. La membrane se plie vers le haut pour laisser le CO2 s’échapper, puis s’aplatit à nouveau pour empêcher l’air et la vapeur d’eau de pénétrer à l’intérieur.
Artwork : Huit types courants de vannes, grandement simplifiés. Clé de couleur : la partie grise est le tuyau dans lequel circule le fluide ; la partie rouge est la vanne et sa poignée ou sa commande ; les flèches bleues montrent comment la vanne se déplace ou pivote ; et la ligne jaune montre dans quel sens le fluide se déplace lorsque la vanne est ouverte.
Les nombreux types de vannes ont tous des noms différents. Les plus courants sont le papillon, le robinet ou le clapet, l’opercule, le globe, le pointeau, le clapet et le tiroir :
- Boule : dans un robinet à boule, une sphère creuse (la boule) se trouve étroitement à l’intérieur d’un tuyau, bloquant complètement l’écoulement du fluide. Lorsque vous tournez la poignée, cela fait pivoter la boule de quatre-vingt-dix degrés, permettant au fluide de s’écouler en son milieu.
- Papillon : Une vanne papillon est un disque qui se place au milieu d’un tuyau et pivote latéralement (pour admettre le fluide) ou verticalement (pour bloquer complètement l’écoulement).
- Vanne à robinet ou à clapet : Dans une vanne à robinet ou à clapet, l’écoulement est bloqué par un clapet en forme de cône qui s’écarte lorsque vous tournez une roue ou une poignée.
- Vanne à guillotine ou écluse : Les vannes à guillotine ouvrent et ferment les tuyaux en abaissant des portes métalliques à travers eux. La plupart des vannes de ce type sont conçues pour être soit complètement ouvertes, soit complètement fermées et peuvent ne pas fonctionner correctement lorsqu’elles ne sont qu’à moitié ouvertes. Les tuyaux d’alimentation en eau utilisent des vannes de ce type.
- Globe : Les robinets d’eau (robinets) sont des exemples de vannes à globe. Lorsque vous tournez la poignée, vous vissez une vanne vers le haut ou vers le bas, ce qui permet à l’eau sous pression de monter dans un tuyau et de sortir par le bec en dessous. Contrairement à une vanne ou un sas, une telle vanne peut être réglée pour laisser passer plus ou moins de fluide.
- Vanne à aiguille : Une vanne à aiguille utilise une longue aiguille coulissante pour réguler précisément le débit de fluide dans des machines comme les carburateurs des moteurs de voiture et les systèmes de chauffage central.
- Poppet : Les soupapes des cylindres des moteurs de voiture sont des clapets. Ce type de soupape est comme un couvercle posé sur le dessus d’un tuyau. De temps en temps, le couvercle se soulève pour libérer ou admettre du liquide ou du gaz.
- Tiroir : Les distributeurs à tiroir régulent le débit du fluide dans les systèmes hydrauliques. Les valves de ce type glissent vers l’arrière et vers l’avant pour faire circuler le fluide dans une direction ou une autre autour d’un circuit de tuyaux.