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Vis d'Archimède (HU)

De Wikibardig

Traduction anglaise : Archimedean screw, screw pump

Dernière mise à jour : 24/07/2023

Machine élévatrice constituée d'un tube axial en rotation, incliné de 30° à 38° par rapport à l'horizontale, autour duquel sont fixées de une à trois spires hélicoïdales, tournant au sein d’un cylindre enveloppe de même axe et le long desquelles on peut élever de l'eau, de la boue, du sable ou toute autre substance poudreuse ou granulaire (figure 1).


Figure 1 : Schéma d'une vis d'Archimède.

Un peu d'histoire

Archimède (287-212 av. J.C.) est traditionnellement considéré, depuis les textes écrits par Diodore de Sicile (1er siècle av. J.C.), comme l'inventeur, au bénéfice des paysans riverains du Nil, de la vis qui porte son nom, même si les éléments de preuve ne sont pas entièrement probants (Nordon, 1991). Vitruve (1er siècle av. J.C.) est le premier à en avoir donné une description détaillée. Les traces les plus anciennes d'emploi de vis d'Archimède remontent à 250 av. J.C. en Égypte où elles servaient à l’irrigation. Ces témoignages indiquent que les premières vis étaient constituées d'un cylindre creux à l'intérieur duquel étaient fixées les spires hélicoïdales. L'emploi de la vis d'Archimède disparaît pratiquement avec l'empire romain, et ne sera réintroduit qu'au 15ème siècle par Léonard de Vinci (1452-1519). Au 17ème siècle, les Hollandais adoptent la vis moderne avec spires fixées autour d'un tube central placé dans une auge fixe. Depuis, seuls des perfectionnements technologiques, certes non négligeables (en particulier en 1939 par l'ingénieur français René Moineau, qui a déposé un brevet dit de capsulisme, connu encore aujourd'hui sous le nom de Pompe Moineau), ont été apportés à cette pompe volumétrique dont le principe génial date de plus de 2000 ans (Nordon, 1992).

Dimensionnement

Les mécaniciens grecs utilisaient, pour définir les différentes dimensions de la vis, un module (la longueur de la vis), le diamètre de la vis étant égal au 1/16e de module, le pas de l'hélice à 1/8e, le diamètre du cylindre enveloppe égal au pas de l’hélice, l’inclinaison de l’ensemble étant dans le rapport de 3 hauteurs pour 4 de base (le triangle pythagorien).

Le dimensionnement complet d'une vis d'Archimède est relativement compliqué et fait intervenir de nombreux paramètres (Chocat et al., 1997). De façon pratique, le débit théorique d’une vis fonctionnant à son optimum est donné par la relation :


$ Q = 60.β.D^3.n $

Avec :

  • $ Q $ : débit de la vis (m3/h) ;
  • $ β $ : coefficient adimensionnel de débit ;
  • $ D $ : diamètre extérieur de la vis (m) ;
  • $ n $ : vitesse de rotation (tours/minute).

Le coefficient $ β $ est une valeur empirique fournie dans des tables et des abaques.

Utilisation en assainissement

Les vis d'Archimède sont fréquemment employées en assainissement : relèvement des eaux résiduaires urbaines en station d'épuration, relèvement d'eaux pluviales (figure 2), extraction des sables, compactage de déchets de dégrillage-tamisage, etc. Elles présentent en effet de nombreux avantages :

  • très grande fiabilité et longue durée de vie du fait de leur faible vitesse de rotation et de la simplicité de leur conception ;
  • possibilité de relever des eaux brutes chargées en solides et en débris flottants sans nécessiter de dégrilleur ;
  • rendement très stable quelle que soit la charge : entre 65% et 85% de la capacité maximale (voir Caractéristique (d'une pompe) (HU)) ;
  • pas de risque en cas de rupture de l'arrivée d'eau ;
  • possibilité d'adaptations simples en fonction de l'objectif : par exemple, dans les dessableurs des station d'épuration, on utilise des vis particulières avec une lumière centrale qui permettent de pomper des sables tout en laissant l'eau s'écouler vers le bas ;
  • etc.


Figure 2 : Vis d'Archimède destinées à remonter des eaux pluviales ; crédit photo Patrick Savary.

Bibliographie:

  • Chocat, B. (coord.) et Eurydice (1997) : Encyclopédie de l'hydrologie urbaine et de l'assainissement ; ed. Tec et Doc ; Lavoisier ; Paris (épuisé) ; 1124p.
  • Nordon M. (1991) : Histoire de l'hydraulique ; Tome 1 : L'eau conquise - les origines et le monde antique ; Ed. Masson ; Paris ; 181 p.
  • Nordon M. (1992) : Histoire de l'hydraulique ; Tome 2 :L'eau démontrée - du Moyen-Age à nos jours ; Ed. Masson ; Paris ; 242 p.
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