L’eau, formidable véhicule énergétique

L’énergie, qu’elle soit sous forme mécanique ou thermique, peut être transférée par l’eau dans les tuyauteries hydrauliques avec beaucoup d’efficacité. Sa faible viscosité cinématique voisine d’un centistoke à la température de 20 °C est un facteur intéressant : elle diminue les pertes de charge en ligne facilitant son transfert. Grâce à l’anglais James Prescott, on sait que l’équivalent mécanique d’une petite calorie est de 4,18 joules. Cet équivalent correspond dans la pratique à la quantité de chaleur nécessaire pour élever un gramme d’eau de 1 °C.

Le transfert de l’eau chaude dans les tuyauteries est encore facilité par le fait que sa viscosité cinématique diminue lorsque sa température augmente.

Puissance mécanique

Une tuyauterie ayant un diamètre intérieur de 50 mm capable de résister à une pression de 300 bars et dans laquelle circule de l’eau à une vitesse d’écoulement moyenne de 5 m/s peut transmettre une puissance hydraulique de 300 kW convertible en puissance mécanique par un vérin. Et cela sur plusieurs dizaines de mètres sans perte de puissance significative. Le fluide utilisé sur la plus grosse presse à matricer européenne de 65 000 tonnes implantée en France à Issoire est composé à 98 % d’eau.

Puissance thermique

Une tuyauterie de diamètre intérieur 200 mm quatre fois plus important dans laquelle circule un débit de 240 m3/h d’eau à 15 °C à une vitesse d’écoulement limitée à environ 2 m/s transmet une puissance thermique voisine de 2 800 kW lorsque la température chute de 10 °C en fin de ligne. La perte d’énergie sur une longueur de 1 km d’un tel transfert d’énergie thermique est inférieure à 3 bar. Elle ne représente sensiblement que 0,6 % de la puissance thermique transmise. Le choix de la vitesse de circulation dans les réseaux de chauffage urbain sera probablement plus fonction du niveau sonore et du cout que des pertes d’énergie en ligne.

Chute de pression en ligne avec de l’eau à 50 °C et de faibles vitesses de circulation (1 bar = 105 Pascal = 10 mètres d’eau).   Accès au logiciel de calcul Excel

Les pertes de charge en ligne dans les tuyauteries de chauffage assurant les transferts thermiques vers les radiateurs ou les planchers chauffant des immeubles sont le plus souvent très faibles* en raison des faibles vitesses d’écoulement mais elles peuvent être gravement affectées par l’état de surface des tuyauteries en acier non traitées

*et 1 000 daPa (correspondant à 1 mètre d’eau) pour longueur d’une centaine de mètres

L’eau de mer que l’homme cherche à convertir en source d’énergie électrique avec les hydroliennes peut être aussi source d’énergie thermique.

Extraordinaire véhicule énergétique, oui mais…

L’eau, formidable véhicule énergétique est aussi source de vie mais il y a des contreparties :

- L’eau laisse passer l’électricité et lorsqu’on a les pieds dans l’eau, les 220 volts peuvent tuer.

- Un isolant humide devient moins performant. Attention à la qualité des étanchéités en toiture et au fait qu’un isolant thermique perd en efficacité à l’affectation une fois immergée dans l’eau suite à inondation !

- Toute présence d’eau dans le fluide frigorigène d’une pompe à chaleur affecte gravement la tenue dans le temps des compresseurs et est absolument prohibée.

- L’eau et l’air font mauvais ménage dans un circuit hydraulique : ceci dans la mesure où la présence d’air dans un circuit génère des bruits, affecte la régulation, favorise les coups de bélier et les pointes de pression en aggravant la corrosion interne des tuyaux. Il faut donc dans la mesure du possible purger le circuit chauffage de son air aux points hauts. A notre que même sans air dans les tuyaux, les tuyauteries en acier non traité peuvent être gravement corrodés par l’eau.

- L’eau qui s’infiltre dans les immeubles à la toiture dégradée est source d’inconfort pour les occupants et affaibli lentement et inexorablement leur structure.

- Enfin, l’eau gèle à 0 °C, considération importante à conserver soigneusement en mémoire lorsque l’on souhaite l’utiliser comme véhicule thermique. On estime en effet à 8 °C la température minimum de l’eau à la source froide (exhaure) pour qu’une pompe à chaleur eau eau fonctionne correctement ce qui limite la quantité d’énergie que l’on peut prélever dans la rivière au plus froid de l’hiver.