Siphon (tuyau)

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Le mot siphon vient du grec σίφων signifiant tube. Un siphon est un tuyau servant à transvaser des liquides selon le principe des vases communicants.

Fonctionnement d'un siphon
Fonctionnement d’un siphon inversé

Fonctionnement[modifier | modifier le code]

Une extrémité du siphon est placée dans le récipient supérieur. Après amorçage consistant à créer une dépression qui permet au liquide de s'engager dans le tuyau, l'autre extrémité est dirigée vers le récipient situé en contrebas. Le liquide du récipient supérieur se déverse dans le récipient inférieur et ce, sans apport d'énergie extérieur.

L'amorçage du siphon peut être réalisé par un remplissage du tuyau avant sa mise en place, ou bien par aspiration de l'eau depuis la cuve réceptrice jusqu'au sommet du siphon (la gravité permettant ensuite la descente du fluide dans le siphon). Souvent, on parle de "siphonnage" d'essence lorsqu'une personne cherche à vider son réservoir.

Théorie[modifier | modifier le code]

On peut appliquer le Théorème de Bernoulli à un siphon en plastique, car on peut y négliger les phénomènes de perte de charge [1]:

 \frac{v^2}{2 \cdot g} + z +\frac{p}{\rho \cdot g}  = \mathrm{constante} [2]

On peut alors appliquer cette équation en plusieurs points du siphon sur une même ligne de courant. Par exemple entre le sommet et la réception ou entre la cuve source et le sommet. On considère que la vitesse moyenne dans le siphon reste constante donc celles-ci s'annulent lorsqu'on applique le théorème de Bernoulli. On trouve alors que la hauteur maximum d'un siphon arrive lorsque la pression ainsi que la vitesse au sommet du siphon sont nulles et donc :h_\mathrm{,max}={P_\mathrm{atm} \over \rho g}

On trouve pour l'eau, h(max) = 10,34 m.

Pratique[modifier | modifier le code]

En pratique, des expériences montrent que la limite approximative[3] de 10,34 m est vérifiée lorsqu'on se place en statique. pour cela, on bloque le siphon à la source et on laisse le "vide" s'installer. Ce vide apparent est en réalité une vapeur saturante. Ces expériences ont été réalisées hors du régime turbulent (nombre de Reynolds inférieur à 10 000).

À cause de la présence de cette vapeur saturante en statique on peut s'attendre à voir le siphon se désamorcer en dynamique. Cependant, on a pu réaliser un siphon qui fonctionne jusqu'à une hauteur de 25 m entre le haut du siphon et la cuve réceptrice. Par ailleurs on observe au delà de 10 m un phénomène de cavitation et on constate une pression négative de l'eau au sommet du siphon.

Le débit d'un siphon augmente avec la largeur du tuyau et avec la hauteur du siphon (hauteur entre le somme du siphon et la cuve réceptrice).

Siphon inversé[modifier | modifier le code]

Un siphon inversé effectue le même travail qu’un siphon, mais par le bas. En cas de désamorçage, la pression du liquide est suffisante pour rétablir l'écoulement naturel entre les deux niveaux.

Il est utilisé pour assurer la continuité d'un aqueduc dans la traversée d'une vallée, d'une route ou d'un chemin et évite la construction d'un ouvrage d'art. L'aqueduc romain du Gier, qui alimentait Lyon, comprenait ainsi quatre pont-siphons fonctionnant selon ce principe.

Le niveau à eau est une adaptation de ce principe.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. [E.F. BRATER, H.W. KING, J.E. LINDELL et C.Y. WEI : Handbook of Hydraulics, McGrow Hill seventh Ed., 1996, 3.8 à 3.11.
  2. Bruhat, G., Mécanique, 6e édition, Masson, 1967
  3. En fonction de la pression atmosphérique.