Comprendre comment calculer la pression hydrostatique

Lors du renforcement d'une infrastructure, en particulier lorsqu'il s'agit d'une étanchéité à l'eau, les professionnels sur le terrain peuvent être amenés à calculer la pression hydrostatique. Des questions sont souvent posées sur la manière de déterminer la pression hydrostatique dans différents scénarios de terrain. Il est important de comprendre comment calculer la pression hydrostatique, car cela simplifie la planification du projet. En fait, le calcul est simple.

Principaux points à retenir

  1. 1. Clarifier la façon de mesurer la pression hydrostatique, et
  2. 2. Fournir des instructions de mesure simples.

Un château d'eau en face d'Idaho Falls

La pression hydrostatique à un emplacement spécifique est déterminée simplement par la hauteur (ou la profondeur) de l’eau au-dessus de cet emplacement. Nous vous présentons quelques exemples ci-dessous.

Une illustration comparant un château d'eau à un conduit souterrain

Un château d’eau de 6 mètres de diamètre et de 30 mètres de haut est plein. Le niveau de l’eau est donc à 30 mètres au-dessus du sol. La pression hydrostatique au niveau du sol serait de 30 mètres. La pression hydrostatique n’est pas affectée par le volume total de l’eau, mais uniquement par sa hauteur. À proximité, se trouvent deux conduits s’élevant à une hauteur de 30 mètres, un conduit de 5 centimètres et un autre de 10 centimètres. Les deux conduits sont remplis d’eau. La pression hydrostatique au sol pour chacun d’eux serait également de 30 mètres. La quantité totale d’eau n’entre pas en compte dans le calcul de la pression hydrostatique, le diamètre du conduit non plus. Les seuls facteurs qui comptent sont la hauteur et la profondeur des conduits.

Un vaste système de conduits

Illustration d'un vaste système de conduits

Une usine de production présente un joint au fond d’un système complexe de conduits. Le système s’étend sur des centaines de mètres latéralement et sur plusieurs hauteurs, avec des conduits de différents diamètres. À un moment donné, ce système est rempli d’eau jusqu’à 6 mètres au-dessus du joint. La pression hydrostatique sur ce joint est de 6 mètres. La taille des conduits et la distance latérale couverte n’ont aucun effet sur la pression hydrostatique. Un deuxième joint placé à 30 mètres de distance, à la même profondeur, a également une pression hydrostatique de 6 mètres. Seule la hauteur de l’eau au-dessus du joint compte.

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Si, dans cette même usine, il y avait un joint reliant deux sections de conduit et que les deux sections de conduit contenaient de l’eau, la pression hydrostatique sur le joint correspondrait à la DIFFÉRENCE entre la hauteur/profondeur de l’eau de chaque côté. Une hauteur d’eau de 6 mètres sur le côté 1 contre une hauteur d’eau de 4,5 mètres sur le côté 2 donnerait une pression hydrostatique de 1,5 mètres, poussant du côté 1 vers le côté 2. Les 4,5 mètres de pression du côté 2 résistent efficacement et contrebalancent les 6 mètres de pression du côté 1.

Comparaison de regards de maintenance

Une illustration comparant des regards de maintenance

Deux regards de profondeur identique (disons 3,6 mètres) sont placés au niveau du sol, mais en raison d’un dénivelé, le regard 2, situé à un pâté de maisons, se retrouve à 1,5 mètre plus haut que le regard 1. Si la nappe phréatique est au même niveau pour les deux regards, la pression hydrostatique pour un conduit scellé au fond du regard 2 est inférieure de 1,5 mètre à celle du regard 1. En effet, en mesurant à partir du fond des regards, le niveau de l’eau est 1,5 mètre plus bas dans le regard 2. Notez que, dans ce scénario, les conduits sont vides et que la pression hydrostatique est due à la pression des eaux souterraines sur le joint.

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Cependant, considérons deux regards de maintenance identiques, tous deux d’une profondeur de 3,6 mètres. Le regard 1 est situé à Denver, à 1 615 mètres au-dessus du niveau de la mer, et le regard 2 est situé à Minneapolis, à 253 mètres au-dessus du niveau de la mer. Les deux regards de maintenance sont remplis d’eau jusqu’en haut. La pression hydrostatique d’un conduit scellé au fond de chaque regard est de 3,6 mètres. Le dénivelé n’a aucun effet ici. L’information qui compte est la profondeur de l’eau à chaque emplacement.

Alésages directionnels

Illustration d'alésages directionnels

L’île de Jupiter, en Floride, est desservie par l’énergie électrique fournie par des conduits forés sous la voie navigable intercostale. L’altitude de l’île de Jupiter est de 4,5 mètres au-dessus du niveau de la mer, tandis que le continent a une altitude de 7 mètres. Indépendamment de la profondeur ou de la forme du forage, ou des conditions de marée actuelles, un joint sur l’île placé à 4,5 mètres au-dessus du niveau de la mer ne subira aucune pression hydrostatique car il n’y a pas d’eau au-dessus de lui. La pression hydrostatique dépend toujours de la profondeur de l’eau à un endroit précis. Toutefois, si un conduit scellé est exposé à l’océan à une profondeur de 3 mètres à marée basse, la hauteur d’eau au niveau de ce joint est de 3 mètres à marée basse. La pression hydrostatique augmentera au fur et à mesure que la profondeur de l’eau augmentera avec la marée montante.

La charge d’eau correspond à la hauteur de l’eau

La pression hydrostatique est simplement basée sur la hauteur de l’eau dans le système. Un joint peut être conçu pour empêcher l’eau de sortir d’un système ou pour garder l’eau à l’intérieur du système. Dans les deux cas, la pression sur le joint est basée sur la hauteur d’eau. Bien que la complexité des systèmes varie, le calcul de la charge d’eau est un concept simple.

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Malgré les informations disponibles sur la pression hydrostatique, celle-ci n’est PAS affectée par les éléments suivants :

  • la quantité totale d’eau,
  • le diamètre du conduit,
  • la longueur horizontale du conduit, ou
  • l’élévation géographique du système.

Les exemples présentés dans ce document montrent que, quelle que soit la complexité du système, la pression hydrostatique ne dépend que de la hauteur (ou de la profondeur) de l’eau au-dessus d’un emplacement spécifique. S’il n’y a pas d’eau au-dessus du joint, il n’y a pas de pression hydrostatique.