Une vanne est un dispositif qui sert à arrêter ou modifier le débit d'un fluide liquide, gazeux, pulvérulent ou multiphasique, en milieu libre (canal) ou en milieu fermé (canalisation).
L'équivalent anglo-saxon est le mot valve1, dont le sens est encore plus général puisqu'il recouvre les traductions de valve,vanne et soupape en français.
Le terme synonyme de robinet est parfois utilisé pour des appareils de petites dimensions, montés sur des canalisations.
Constitution d'une vanne
Toutes les vannes sont constituées des différentes parties fonctionnelles suivantes :
- Corps (body en anglais).
- Coiffe ou bonnet (bonnet et anglais).
- Voie ou passage (port en anglais).
- Portée ou siège (seat en anglais).
- Axe ou tige (stem en anglais).
- Opercule, obturateur ou rotor, tels que : boisseau, papillon, guillotine, sphère ou boule,... (disc, rotor ou valve member en anglais), appelé tablier lorsque la vanne est plate.
- Volant ou actionneur (actuator en anglais) : élément extérieur à la vanne stricto sensu, qui permet de manœuvrer celle-ci.
Caractéristiques des vannes
pour définir une vanne, il est nécessaire de connaître les éléments suivants
- Type de vanne (à opercule, à soupape, à papillon, etc...)
- La pression nominale de conception (généralement standardisée par des normes -DIN ou ANSI-)
- Le raccordement (à visser, à brides, à souder)
- La matière (en fonction du fluide, en raison de la compatibilité des matériaux)
- L'actionnement (manuel, ou motorisé)
- La norme de construction (qui définira les encombrements, le dimensionnement des brides éventuelles)
Catégories de vannes
Série de vannes guillotines à commande pneumatique installées sur une canalisation à vendange
On peut ranger les vannes dans différentes catégories, selon leurs caractéristiques :
- par la taille : depuis le simple petit robinet jusqu'à la très grosse vanne de régulation du débit d'arrivée d'eau dans une centrale hydroélectrique ;
- par la fonction : vanne régulatrice de débit, vanne de purge, vanne d'arrêt, etc. ;
- par le principe d'obstacle au débit employé : vanne papillon, vanne à opercule, vanne à boisseau conique, vanne à boisseau sphérique, vanne trois-voies, vanne guillotine, etc. ;
- par le système de commande : manuelle, électrique (on parle alors d'électrovanne), hydraulique, pneumatique, etc.
En particulier, les principaux types de vannes sont
- vanne à opercule ou à passage direct
- vanne à clapet ou robinet à soupape
- la vanne à boule ou à boisseau sphérique
- vanne à boisseau conique
- vanne papillon
- vanne guillotine
- vanne à piston
- vanne à cage
- vanne à membrane
- vannes spéciales
Vanne à opercule, ou à passage direct
Ce type de robinet sert principalement à arrêter le débit et/ou à isoler la tuyauterie en aval de celui-ci. L'obturateur peut être à siège oblique opercule monobloc, siège oblique opercule flexible, siège oblique double opercule, sièges parallèles… Le chapeau peut être à tige montante, à tige fixe à filet intérieur ou à tige coulissante à levier.
Le volant peut être fixé à la tige qui se déplace avec celui-ci, ou fileté avec la tige qui monte à l'intérieur du volant fixe, ou l'opercule se déplace sur le filet extérieur de la tige qui est fixe.
Vanne à boisseau
Vanne à boisseau sphérique, ou « à boule »
La vanne à boisseau sphérique présente l'avantage de pouvoir être manoeuvrée rapidement (En tournant le levier de manœuvre d'un quart de tour, on fait pivoter une sphère percée d'un trou généralement de même diamètre que l'alésage de la vanne). Elle est utilisée communément pour des fluides "propres" eau, gaz, pétrole, etc... à l'exception des fluides chargés, ou de la vapeur (sauf configuration spéciale).
Photo 2 :
Vanne à boisseau sphérique et à purge
La vanne à boisseau sphérique, représentée sur la photo 2 ci-contre, est utilisée dans les installations de chauffage central ou d'eau sanitaire. On l'utilise surtout comme vanne d'arrêt, pour couper la circulation de l'eau dans une partie du circuit. On peut remplacer le bouchon à tête hexagonale par un petit robinet de purge pour vidanger la tuyauterie que la vanne a isolée.
On distingue la vanne à boule flottante (maintenue seulement par la tige de manœuvre et les sièges) de la vanne à boule arbrée, maintenue en place par un axe à la partie inférieure. Cette configuration se retrouve principalement dans le cas des hautes pressions.
Par ailleurs, les corps de vanne à boule peuvent se présenter sous la forme de
- corps monobloc (1 pièce)
- corps 2 pièces (deux coquilles boulonnées entre elles enferment la boule)
- corps 3 pièces (la partie centrale est serrée par des tirants fixés sur les extrémités
- corps soudé (entièrement soudé, pour limiter les risques de fuite - applications sous marines)
Vannes (ou robinets) multivoies à boisseau
Figure 1 :
Vannes à boisseau de 2 à 4 voies
- Vue du haut à gauche : robinet 2 voies ;
- vue du haut à droite : robinet 3 voies en « L » ;
- vue du bas à gauche : robinet 3 voies en « T » (pour préciser et distinguer du cas précédent).
Les voies sont en effet les passages possibles que peut emprunter le fluide pour entrer ou sortir du corps
Vanne à boisseau conique
Il s'agit vraisemblablement du premier type de vanne qui ait existé. (on le retrouve entre autres sur les canalisations des cités romaines). le principe est le même que celui de la vanne à boule, mais l'opercule est constitué d'un cône percé. Ce boisseau peut être inversé (base en bas) ou pas selon l'application. l'étanchéité au niveau du corps se fait par une injection de graisse sous pression, ou par une chemise en téflon.(entre le corps de la vanne et le tronc de cône)
Vanne papillon
La vanne « papillon » est utilisée pour de la tuyauterie de 2 pouces et plus. Elle se présente sous le format « gaufré » et le format à brides.
Le format gaufré s'installe entre deux brides qui servent à la fixation. Ce type de soupape papillon sert principalement à arrêter le débit du fluide circulant dans le tuyau. Comme elle est située entre deux brides, on ne peut enlever ce type de vanne sans avoir vidé toute la tuyauterie.
Le format à brides sert au même usage que la précédente avec la caractéristique qu'on peut enlever la tuyauterie en aval de la vanne papillon sans vider la tuyauterie qui est en amont de celle-là, après avoir fermé la vanne.
Pour les petits diamètres, les vannes papillons peuvent être actionnées au moyen de levier (de 2 1/2 à 4 pouces "63.5 à 100 mm"). Pour les gros diamètres ( 8 pouces "200 mm" ou plus), un actionneur à volant avec engrenage démultiplicateur s'avère nécessaire à cause des efforts requis pour la manœuvre. L'actionneur peut être aussi manuel/pneumatique ou manuel/électrique.
Contrairement au robinet vanne dont la position devrait être normalement ouverte ou fermée, la vanne papillon peut aussi servir pour contrôler le débit grâce à la turbulence qu'elle peut provoquer quand on la positionne plus ou moins ouverte, contrairement à la vanne qui n'a un contrôle du débit que lors qu'elle est presque fermée.
Vannes spéciales
Vannes tous fluides
Dans les applications d'automatisme, les vannes tous fluides se distinguent par les caractéristiques suivantes : contrôle des fluides, fluides conventionnels, pour air sec, pour l'air et l'eau, vannes 2/2 à commande directe, vannes pour application haute pureté, pompes de process, positionneur électro-pneumatique.
Vanne-secteur, ou vanne-segment
Une vanne-secteur (ou vanne secteur, et également appelée vanne-segment) est constituée d'un segment de cylindre pouvant pivoter sur son axe. Elle est souvent utilisée au pied des barrages hydrauliques, car sa forme permet de transmettre les efforts dus à la pression du fluide sur sa surface sur l'axe du cylindre, rendant ainsi l'effort nécessaire à sa manœuvre peu sensible à cette pression.
Vanne levante
Une vanne levante est une vanne constituée d'un obturateur plat, maintenu en position fermée par la force de pesanteur, et qu'il suffit de soulever pour passer en position ouverte.
Vanne plongeante
La vanne plongeante est un type de vanne souvent utilisé pour les roues à aubes.
Vannes particulières
La vannelle, vantelle, ou encore ventelle, peut désigner une petite vanne destinée à remplir ou à vider le sas d'une écluse, ou une petite valve destinée à régler le débit d'une conduite.
La vanne de décharge est une vanne destinée à éliminer un excédent d'eau.
La vanne de chasse sert à vider complètement un réservoir.
La vanne de compensation sert à ajuster la différence de pression entre deux compartiments, souvent de l'air sous pression et l'air extérieur.
La vanne de garde est une vanne de sécurité destinée à isoler un dispositif normalement alimenté en fluide de sa conduite d'alimentation, pour l'entretien du dispositif ou en cas d'incident.
Les vannes d'amont et les vannes d'aval permettent respectivement de remplir et de vider une écluse afin d'équilibrer le niveau d'eau, respectivement avec le niveau avant les portes d'amont (côté où le canal est plus profond, donc de remplir l'écluse) et avec le niveau après les portes d'aval (où le canal est moins profond).
D'autres vannes destinées à des utilisations particulières sont également désignées par des noms spécifiques : vanne de déversement, vanne d'irrigation, vanne de prise d'eau, vanne d'aspirateur, etc.
