Pompage de l'eau
Les puits sont des trous assez profonds creusés dans le sol, le plus souvent maçonnés ou entourés de palplanches, pour en tirer de l'eau.
La citerne est plutôt un réservoir souterrain destiné à recueillir les eaux pluviales ; l'eau de citerne est généralement de qualité inférieure.
Lorsque le puits est garni en bois, il est de forme rectangulaire, boisé verticalement avec des madriers étrésillonnés à tous les deux ou trois pieds avec cadre en bois.
Lorsqu'ils sont maçonnés ils sont de forme cylindrique. Ils étaient autrefois surmontés d'une margelle, couronne ou mur de pierre formant rebord. On en lambrisse beaucoup avec des sections de gros tuyaux en béton posées verticalement.
Fig. 14.— Citerne en béton et maçonnerie, surmontée d'une pompe.
Aujourd'hui on installe une pompe sur presque tous les puits, qui doivent en outre être munis d'un couvert assez résistant afin d'éviter les accidents que l'on déplore chaque année. (Fig. 15).
Fig. 15.— Disposition des couches du sol favorable au creusage d'un puits artésien.
Quand on procède à la construction d'un nouveau puits, il faut toujours le vider une première fois et l'assécher à plusieurs reprises.
Pour le débarrasser de ses premières eaux et obtenir de l'eau potable on emploie quelquefois de la chaux vive avant de l'assécher.
Quant aux eaux de nouvelles citernes qui ont une odeur infecte causée par la putréfaction des matières organiques et qui tiennent aussi en dissolution des sels calcaires, on peut les épurer en y jetant une certaine quantité de noir animal (1 kilogramme par 20 hectolitres d'eau, ou 2¼ lbs par 525 gallons d'eau).
PUITS ARTÉSIENS
Un puits artésien est un trou tubulaire creusé dans le sol au moyen d'une sonde, qui atteint une couche liquide et donne de l'eau jaillissante.
La sonde est une tarière que l'on enfonce dans le sol, pour en reconnaître la nature, pour y pratiquer un forage, ou encore, comme dans le cas qui nous occupe, pour obtenir la profondeur d'une nappe d'eau souterraine. (Fig. 17)
Ce sont les eaux pluviales qui alimentent les puits artésiens.
Provenant d'un endroit plus élevé que le lieu où l'ouverture du puits est pratiquée, elles finissent par s'accumuler, à la partie inférieure du bassin géologique, entre des couches imperméables à l'eau ; le niveau de l'eau tendant à s'établir, l'eau jaillit à une hauteur d'autant plus grande que la différence des niveaux est elle-même plus grande. (Fig. 15).
FORAGE DES PUITS ARTÉSIENS
Les puits artésiens se creusent au moyen d'une foreuse ou sonde de 2" à 6" de diamètre qui descend dans le sol à la profondeur voulue pour atteindre une couche liquide. (Fig. 16).
Fig. 16.— Appareil à creuser les puits artésiens.
Fig. 17. — L'arrière servant à creuser des trous ou des puits peu profonds où l'on peut installer un tuyau que termine une pointe de puits ou crépine.
Lorsque l'on traverse des couches solides de calcaire ou de roc on a recours à la "sonde" qui est en somme une mèche en acier de plusieurs pieds de longueur qu'on laisse tomber d'une certaine hauteur au moyen d'un dispositif spécial ; cette sonde désagrège la pierre par des percussions répétées.
Le puits artésien de la Cie Claire-Fontaine, à Québec, atteint une profondeur d'au-delà de 275 pieds dans le roc.
Lorsque l'on traverse des couches de sable ou de gravier on a recours à un tube métallique que l'on enfonce à la suite de la sonde ou de la tarière ; l'outil en question, fonctionnant dans le tube, fait remonter le sable et les autres ingrédients à la surface.
CALCAIRISATION des PUITS ARTÉSIENS
Lorsque l'on atteint des profondeurs allant jusqu'à 1,000 pieds et que l'on traverse des sols granuleux, on a quelquefois recours à la "calcairisation".
Cette opération consiste à utiliser une foreuse tubulaire qui, tout en pénétrant dans le sol, lance à son extrémité un jet de glaise liquide ; en remontant à la surface avec les rebuts provenant du sondage, cette glaise diluée imprègne les parois du puits tubulaire d'un limon qui pénètre dans les couches sablonneuses ou de gravier et les stratifié, durcissant ainsi la paroi intérieure.
La couche liquide une fois atteinte on aménage au bas du puits tubulaire une cavité ou poche de vide où sera placée la crépine (well point ou foot valve) de la pompe. (Fig. 19 et 20).
Celle-ci sera enfouie dans du gravier de manière à filtrer l'eau.
Pour agrandir la base du puits, on y aménage une poche ; on emploie pour cela une foreuse munie à son extrémité inférieure d'ailerons en métal commandés par une tige à l'intérieur de la foreuse ; dans le mouvement de descente, les ailerons s'ouvrent et dans leur mouvement de rotation désagrègent le sol et ménagent un vide. (Fig. 18.)
Fig. 18. — Foreuse munie d'ailerons pour agrandir la base d'un puits.
Lorsque le tuyau de la pompe est enfoncé avec une crépine à sa base, l'on envoie entre le tuyau et la paroi du puits des graviers qui entourent la crépine et servent à filtrer l'eau qui y abonde. (Fig. 19).
Fig. 19.— Crépine entourée de graviers qui servent à filtrer l'eau.
SYSTÈMES DE POMPAGE
La pompe est une machine hydraulique destinée à élever un liquide au-dessus de son niveau.
On utilise, suivant leur installation, la pression atmosphérique ou une compression énergique pour élever l'eau à un niveau donné au moyen de pompes ; elles peuvent se classer en deux catégories: les pompes à cylindres et les pompes rotatives.
Les pompes à cylindre ou à plongeurs sont de trois sortes: aspirantes, foulantes, aspirantes et foulantes.
Fig. 20.— Pointes de puits.
Fig. 21.— Pompe aspirante ordinaire.
La pompé aspirante se compose essentiellement d'un cylindre ou d'un corps de pompe et d'un piston qui se meut à l'intérieur. Le liquide monte dans le corps de pompe sous l'effet de la pression atmosphérique lorsque le piston s'élève. (Fig. 22).
Fig. 22.— Principe de la pompe aspirante.
Le corps de pompe est muni à sa base d'un clapet de retenue (lower valve) qui s'ouvre lorsque le piston s'élève et se ferme lorsqu'il s'abaisse ; il est relié à un tuyau d'aspiration dont l'extrémité plonge dans l'eau à élever.
Le clapet s'ouvre de bas en haut ; il est le plus souvent placé à la base du tuyau d'aspiration à l'intérieur d'une crépine.
La crépine (foot-valve) est un petit vase en métal percé de trous servant à arrêter les corps étrangers à l'ouverture du tuyau. (Fig. 20 et 34).
Le piston de la pompe aspirante est lui-même muni d'un orifice avec un clapet.
Amorçage des pompes
Au début le corps de la pompe et le tuyau d'aspiration ne contiennent que de l'air. Pour amorcer ou charger la pompe à sa première opération on y verse de l'eau ; si le piston est au bas de sa course et qu'on le soulève le vide se fait au-dessus de lui, la force expansive de l'air fait ouvrir le clapet et une partie de l'air va se loger dans le cylindre ; lorsque le piston descend l'air du corps de pompe soulève le clapet du piston et s'échappe à l'intérieur.
Il en est de même à chaque coup de piston ; la tension de l'air dans le tuyau d'aspiration devient alors inférieure à la pression atmosphérique, et celle-ci s'exerçant sur l'eau du puits fait monter une colonne liquide dont le poids, augmenté de la force élastique de l'air qui reste, lui fait équilibre.
A chaque coup de pompe l'eau monte de plus en plus, si le tuyau ne dépasse pas 30 pieds, et finit par envahir le corps de pompe et se déverser à l'extérieur par un orifice latéral. (Fig. 22).
Théoriquement, la hauteur du tuyau d'aspiration pourrait atteindre 32 pieds puisque la pression atmosphérique fait équilibre au poids d'une colonne d'eau de cette hauteur.
Quant à l'énergie qu'il faut développer pour soulever le piston, elle est mesurée par le poids d'une colonne d'eau qui aurait pour base la surface de piston et pour hauteur la distance verticale entre le niveau de l'eau du puits et celui de l'ouverture de débit de la pompe.
Une pièce importante destinée à empêcher les fuites d'eau entre le piston et le corps de pompe qui tend à s'élargir sous l'influence de la pression est le cuir embouti (pressed cup leather). C'est une rondelle en cuir flexible dont la section a la forme d'un demi-tore ou d'un U inversé. (Fig. 23).
Fig. 23.— Cuir embouti et son utilisation dans un cylindre de pompe.
Il entoure complètement le piston. La pression de l'eau écarte le cuir et le comprime sur les parois du cylindre de la pompe. Le cuir embouti est très employé pour étancher l'ouverture du cylindre des pompes servant aux presses ou aux leviers hydrauliques.
POMPE FOULANTE (Force pump)
La pompe foulante (Fig. 24) utilise le principe des vases communicants.
Fig. 24.— Principe de la pompe foulante.
D'après ce principe de physique:
1° la surface d'un liquide est toujours plane et horizontale ;
2° la pression sur un point pris à un endroit quelconque sur la masse du liquide doit être la même dans tous les sens.
Dans le cas de deux vases communiquant ensemble, la surface libre du liquide devient un plan horizontal, quel que soit le volume du liquide contenu dans chacun des vases. (Fig. 6).
Plus souvent employée dans les puits où le niveau de l'eau est à une assez grande profondeur, ainsi qu'avec les moulins à vent qui la commandent par une longue tige, la pompe foulante soulève l'eau dans des réservoirs très élevés.
Le corps de pompe est immergé dans l'eau et muni à sa partie inférieure d'une soupape ouvrant de bas en haut à l'orifice de succion qui est muni d'une crépine (Fig. 24), puis, au bas du cylindre, d'un tuyau de déversement muni d'un clapet s'ouvrant du dedans au dehors.
Elle possède un piston ; lorsqu'il s'élève le clapet d'aspiration s'ouvre par la poussée de l'eau qui s'y engouffre.
Celle-ci une fois entrée dans le corps de la pompe est refoulée par la descente du piston ; le clapet se referme tandis que celui du tuyau de refoulement s'ouvre, l'eau monte dans le tuyau et finit, après un certain nombre de coups de piston, par s'écouler à l'orifice supérieur. (Fig. 24).
Comme le fonctionnement d'une pompe foulante ne dépend pas de la pression atmosphérique, la hauteur à laquelle l'eau peut être élevée ne dépend que de la force dont on dispose pour enfoncer le piston et qui doit augmenter avec la hauteur du tuyau de déversement.
Cette force, en effet, doit être égale au poids d'une colonne d'eau dont la base serait la surface du piston, et la hauteur, la distance verticale qui sépare le niveau de l'eau dans le réservoir et le niveau de l'orifice de déversement.
POMPES ASPIRANTES ET FOULANTES
Si l'on ajoute à la pompe foulante un tuyau d'aspiration plongeant dans l'eau à élever, on réalise un autre système employé et désigné sous le nom de pompe aspirante et foulante (double action force pump).
Lorsqu'on le soulève, le piston, quoique solide, agit comme dans la pompe aspirante, et par le vide qu'il fait au-dessous de lui, permet à la pression atmosphérique de faire monter l'eau jusqu'à l'intérieur du corps de pompe.
En descendant, le piston comprime l'eau, la soupape d'aspiration se ferme et le clapet de refoulement s'ouvre, permettant ainsi au piston de refouler le liquide dans le tuyau d'élévation. (Fig. 25).
Fig. 25.— Principe de la pompe aspirante et foulante.
L'énergie à exercer pour enfoncer le piston et faire parvenir l'eau à une hauteur donnée se mesure par le poids d'une colonne d'eau dont la base serait la section du piston, et la hauteur, la différence entre le niveau de ce dernier et celui de l'orifice du tuyau d'élévation.
La pompe aspirante et foulante travaille aussi bien horizontalement que verticalement ; elle peut être commandée par un bras de levier lorsqu'elle est actionnée à la main, (Fig. 26), ou au moyen d'une bielle lorsqu'elle est commandée par une roue motrice ou reliée directement à la tige du piston d'une machine à vapeur.
Fig. 26.— Apparence d'une pompe aspirante et foulante.
POMPE À DOUBLE ACTION
La pompe aspirante et foulante peut être munie d'un double jeu de soupapes en utilisant les deux côtés opposés du piston et du corps de pompe, afin d'employer le vide fait du côté du piston et de donner un plus grand rendement à la pompe. (Fig. 27).
Fig. 27.— Pompe aspirante et foulante à double action.
CHAMBRE D'AIR
Dans ces deux premiers systèmes de pompage, l'écoulement de l'eau par le tuyau latéral est intermittent puisque l'eau est refoulée à la descente du piston; de plus on doit toujours lutter contre la résistance offerte par l'inertie d'une colonne d'eau rendue stationnaire chaque fois que le piston remonte.
On fait disparaître cet inconvénient en ayant recours à une chambre d'air. C'est un vase en métal complètement clos et plein d'air, dans l'intérieur duquel l'eau est refoulée et d'où part le tuyau de distribution. On obtient ainsi un jet d'eau continu en donnant à la chambre des dimensions appropriées.
Les anciennes pompes à incendies, (Fig. 28), étaient basées sur ce principe.
Fig. 28. Principe d'après lequel fonctionnaient les anciennes pompes à incendie actionnées à bras.
Un balancier à bras faisait mouvoir les pistons de deux ou plusieurs pompes qui aspiraient l'eau d'une source quelconque, la refoulaient dans une chambre à air d'où partaient les boyaux de distribution.
POMPES À DOUBLE EFFET
Parmi les pompes à double effet on peut mentionner les pompes à tambour ou semi-rotatives (double action oscillating force pump) qui sont de fabrication simple et faciles à manœuvrer.
Elles se composent d'un tambour en fonte avec couvercle à brides, à l'intérieur duquel se meut une vanne sur pivot, comportant deux clapets ouvrant à tour de rôle de bas en haut.
Le pivot est commandé à l'extérieur par un manche vertical fonctionnant de gauche à droite en va-et-vient, les clapets s'ouvrant et se fermant alternativement et donnant passage à l'eau qui est refoulée dans le tuyau d'élévation. (Fig. 29 à 32).
Fig. 29.— Pompe d'épuisement à double effet.
L'aspiration maximum est de 25 pieds et la hauteur maximum à laquelle l'eau peut être refoulée en ayant recours à un clapet de retenue intermédiaire, est de 90 pieds.
La pompe est munie d'accouplements en brides taraudés pour recevoir un tuyau de 3/4" à 1½" de diamètre.
Fig. 30.— Mécanisme interne des pompes à double effet.
Fig. 31.— Pompe oscillante à bras.
Fig. 32.— Mécanisme interne et disposition des soupapes d'une pompe oscillante.
La capacité des pompes à double effet ou pompes semi-rotatives varie de 4 à 20 gallons par minute selon leur diamètre et le diamètre du tuyau de succion.
POMPES ROTATIVES
On a cherché et réussi à remplacer le mouvement de va-et-vient qu'il faut donner au piston d'une pompe par un mouvement de rotation s'effectuant toujours dans le même sens.
Il y a différents systèmes de pompes à rotation.
D'abord, il y a les pompes à engrenages, employées pour divers liquides tels que les huiles, la gazoline et les petits débits d'eau, comme par exemple, pour les systèmes de refroidissement d'autos.
Elles consistent en deux roues d'engrenage de 1/2" à 2" d'épaisseur et de 1½" à 2½" de diamètre, selon la grosseur des tuyaux d'aspiration et de refoulement. Ceux-ci varient de 1/2" à 2½" selon le rendement de la pompe. (Fig. 33),
Fig. 33.— Divers types de pompes à engrenages.
Les pompes centrifuges sont basées sur le principe de la turbine à eau, fonctionnant en sens inverse.
Dans la turbine la pesanteur de l'eau est transformée en travail tandis que dans la pompe centrifuge les aubes de la turbine impriment à l'eau un mouvement qui se transforme en pression et permet d'élever le liquide à une hauteur déterminée.
Il se fabrique de nos jours différentes pompes centrifuges dont le diamètre du tuyau d'aspiration peut varier de 1" à 4", et le tuyau d'élévation de 3/4" à 3"; ces pompes peuvent élever l'eau jusqu'à 100 pieds de hauteur.
CRÉPINES ET CLAPETS DE RETENUE (Foot valves)
Nous avons vu que certaines pompes ont à leur base un clapet de retenue. Lorsqu'il y a un tuyau d'aspiration, on place ce clapet dans une crépine au bas de ce tuyau ; ce clapet est un disque en cuir dont on détache aux trois-quarts un disque plus petit sur lequel on fixe une pièce de métal pour lui donner un peu de pesanteur.
Le cuir est lui-même placé sur un disque en métal avec orifice d'un diamètre correspondant à celui du tuyau de succion, et maintenu en place par les brides de la crépine. (Fig. 34).
Fig. 34.— Crépine (foot-valve).
POINTES DE PUITS ARTÉSIEN
Lorsque la couche d'eau n'est pas à une trop grande profondeur et que le sol est à base d'argile, sablonneux ou même composé de gravier, on enfonce directement le tuyau de succion à l'aide d'un maillet ou d'un mouton. (Fig. 35).
Fig. 35.— Mouton dont on se sert pour enfoncer directement dans le sol un tuyau qui se termine par une crépine.
On munit le tuyau, avant de l'enfoncer, d'une pointe de puits (well point) en métal fixée à son extrémité. Le tuyau est lui-même percé d'un certain nombre de trous, par où l'eau est aspirée, puis recouvert d'un léger treillis en cuivre pour filtrer l'eau.
Il se fabrique des pointes de puits de 1¼", 1½ et 2 pouces de diamètre, de 20", 24" à 36" de longueur, percées de 50 à 80 et de 100 à 150 trous ; toutes sont revêtues d'un treillis en cuivre (Fig. 20).
