Oubliez les raccourcis, il n’existe pas de miracle pour évaluer la pression de l’eau dans une installation. Mais s’armer d’une méthode claire, progressive et éprouvée, c’est déjà s’éviter bien des déconvenues. Ce guide détaille, étape après étape, comment calculer chaque paramètre clé d’un système hydraulique, qu’il s’agisse d’une installation flambant neuve ou d’un réseau existant à la géométrie incertaine.
Voici la marche à suivre pour réaliser un calcul précis de pression et de volume dans une installation d’eau :
- Déterminer le volume total de l’installation (Vinst)
- Calculer le volume de dilatation de l’eau (Vexp)
- Obtenir le volume net d’eau (Vnet)
- Déterminer la pression de pré-gonflage du réservoir (Pgon)
- Évaluer la pression maximale admissible (Pmax)
- Calculer la pression finale pendant le fonctionnement (Pfin)
- Sélectionner un volume réel de réservoir d’expansion (Vr)
- Déterminer la pression initiale à froid (Pini)
Ce qui suit concerne les récipients de dilatation fermés à pression variable. Pour les systèmes à expansion sous pression constante, comme on en rencontre parfois dans de grands ensembles, mieux vaut consulter les recommandations du CSTC (rapport technique n°1, 1992) ou la méthode publiée par le SAPC « Méthode de calcul des navires d’expansion dans les installations centrales de chauffage et de refroidissement ».
Étape 1 : Évaluer le volume de l’installation (Vinst)
Pour une installation neuve
Le volume d’eau total d’une installation neuve s’obtient en additionnant deux éléments :
- La capacité des tuyauteries. On calcule la longueur totale par diamètre, puis on multiplie chaque segment par la capacité correspondante, selon les tableaux ci-dessous :
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Tuyaux en acier |
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Diamètre |
Contenance en eau |
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| DN10 | 3/8″ | 0,1227 |
| DN15 | 1/2″ | 0,2011 |
| DN20 | 3/4″ | 0,3664 |
| DN25 | 1″ | 0,5811 |
| DN32 | 5/4″ | 1.0122 |
| DN40 | 6/4″ | 1 3723 |
| DN50 | 2″ | 2.3328 |
| DN65 | 2 1/2″ | 3 8815 |
| DN80 | 3″ | 5.3456 |
| DN100 | 4″ | 9.0088 |
| DN125 | 5″ | 13.6226 |
| DN150 | 6″ | 19.9306 |
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Tuyaux en cuivre |
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Diamètre |
Contenance en eau | |
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par x s |
dire |
|
| 12 x 1 | 0,010 | 0,079 |
| 14 x 1 | 0,012 | 0,113 |
| 15 x 1 | 0,013 | 0,133 |
| 16 x 1 | 0,014 | 0,154 |
| 18 x 1 | 0,016 | 0,201 |
| 20 x 1 | 0,018 | 0,254 |
| 22 x 1 | 0,020 | 0,314 |
| 28 x 1,5 | 0,025 | 0,491 |
| 34 x 1,5 | 0,031 | 0,755 |
| 42 x 1,5 | 0,039 | 1.195 |
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Tuyaux synthétiques |
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Diamètre |
Contenance en eau | |
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de x |
di |
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| 12 x 2 | 0,008 | 0,050 |
| 14 x 2 | 0,010 | 0,079 |
| 16 x 2 | 0,012 | 0,113 |
| 17 x 2 | 0,013 | 0,133 |
| 18 x 2 | 0,014 | 0,154 |
| 20 x 2 | 0,016 | 0.201 |
- La capacité en eau des appareils (radiateurs, chaudières, convecteurs, etc.) figure dans la documentation technique des fabricants.
Pour une installation existante
Quand la configuration du réseau reste inconnue, on procède par estimation grâce à des ratios observés pour différents équipements :
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Composant |
Capacité d’eau (litres/kW) |
| Chaudière en fonte | 0,2.. 1,5 |
| Chaudière en acier | 0,7.. 4,5 |
| Radiateurs à panneaux | 2,5.. 7 |
| Élément radiateur (acier) | 8.. 16 |
| Radiateurs en fonte | 5.. 10 |
| Radiateurs aluminium | 1.. 6 |
| Convecteurs | 0,3.. 2,5 |
| Tubes (raccord bitume) | 1,5.. 4 |
| Tubes (raccord un seul tuyau) | 1.. 2 |
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Installation complète avec : |
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| Radiateurs à panneaux (90/70) | 10 |
| Élément radiateur acier (90/70) | 14 |
| Radiateurs en fonte (90/70) | 12,5 |
| Convecteurs (90/70) | 6 |
| Chauffage par le sol (T eau moyenne 40°C) | 17 |
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Cas concret : une installation ancienne de 400 kW, équipée de radiateurs à panneaux et d’une chaudière fonte, offre les estimations suivantes : – Capacité de la chaudière : 400 x (0,2 à 1,5) = 80 à 600 litres La capacité totale se situe donc entre 1 680 et 5 000 litres, ou, par la règle générale, 10 x 400 = 4 000 litres pour une installation à radiateurs à panneaux. |
Étape 2 : Calcul du volume de dilatation de l’eau (Vexp)
Le volume d’expansion correspond à l’augmentation subie par l’eau lorsqu’elle passe de 10°C à 90°C. On utilise la formule :
Vexp = Vinst x Cexp
où :
- Vexp : volume de dilatation
- Cexp : coefficient de dilatation de l’eau (voir tableau suivant)
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Température (°C) |
Cexp |
| 10 | 0 |
| 20 | 0,0014 |
| 30 | 0,0040 |
| 40 | 0,0075 |
| 50 | 0,0117 |
| 60 | 0,0167 |
| 70 | 0,0224 |
| 80 | 0,0286 |
| 90 | 0,0355 |
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Exemple : L’installation précédente (400 kW, capacité 4 000 litres) donne pour un passage de 10 à 90°C : |
Étape 3 : Calculer le volume net d’eau (Vnet)
Le volume net correspond à la quantité d’eau réellement présente dans le réservoir d’expansion en mode normal :
Vnet = Vinst x 0,01 + Vexp
où :
- Le terme Vinst x 0,01 assure une réserve de 1 %, garantissant un niveau d’eau minimal même une fois l’installation refroidie. Sans cette précaution, l’air risquerait de s’introduire et d’accélérer la corrosion.
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Exemple : Avec 4 000 litres d’eau et 142 litres de dilatation : |
Étape 4 : Déterminer la pression de pré-gonflage du réservoir (Pgon)
Pgon désigne la pression dans le réservoir d’expansion avant toute admission d’eau.
Règle générale
Elle doit garantir, même refroidie, une surpression de 0,5 bar au point le plus haut du circuit. On applique :
Pgon = (h / 10) + 0,3
avec un minimum de 0,5 bar. h représente la différence de hauteur entre le point bas (réservoir d’expansion) et le point haut de l’installation.
- Exemple : Si le radiateur le plus élevé se situe 12 m au-dessus du réservoir :
Pgon = (12 / 10) + 0,3 = 1,5 bar
Points de vigilance spécifiques
Deux circonstances nécessitent une vérification supplémentaire :
- Si le bâtiment est bas (faible différence de hauteur entre extrémités)
- Si la distance ou la hauteur entre le réservoir, le circulateur et/ou la chaudière est importante
Pour éviter la cavitation des circulateurs
La cavitation, c’est la formation de bulles de vapeur qui éclatent à l’intérieur du circulateur, provoquant bruit, usure et pertes de performance. Le NPSH (Hauteur Nette d’Aspiration Positive) imposé par le fabricant indique la pression minimale à respecter à l’entrée de la pompe pour écarter ce phénomène.
La pression minimale au réservoir d’expansion doit être supérieure à :
Pgon > NPSH + (HxP / 10) + ΔpXP
où :
- NPSH : donnée constructeur (1 bar = 10 mCE = 100 kPa)
- HxP : hauteur entre le raccordement du réservoir et la pompe
- ΔpXP : perte de charge du tronçon reliant le circulateur au réservoir, y compris celle de la chaudière si elle se situe entre les deux
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Exemple : On garde l’installation précédente (h = 12 m). La pompe est 1 m plus haut que le réservoir. Les pertes de charge s’élèvent à 0,004 bar pour le tuyau, 0,002 bar pour la chaudière. |
Pour prévenir l’ébullition dans la chaudière
Lorsque le fabricant impose une pression minimale pour la chaudière, il s’agit d’éviter la formation de vapeur, source de bruit et de dégâts :
Pgon > Pchau + (HxC / 10) + ΔpxC
où :
- Pchau : pression minimale préconisée par le fabricant
- HxC : hauteur entre le point de raccordement du réservoir et le sommet de la chaudière (positive si le réservoir est plus bas, négative sinon)
- ΔpxC : perte de charge entre ces deux points
Étape 5 : Calculer la pression maximale admissible (Pmax)
Pmax correspond à la pression limite à ne jamais dépasser dans le réservoir d’expansion lors de la montée en température. Elle est déterminée par la pression d’ouverture de la soupape de sécurité (Ps). Si le réservoir est proche de la chaudière, Pmax s’en rapproche fortement. Mais :
- Une grande différence de hauteur entre réservoir et soupape peut fausser l’équivalence
- Une pompe placée entre les deux impose de tenir compte de sa pression effective
La formule :
Pmax = Ps + (HxS / 10), Pp
- Pp : pression de la pompe (si elle se trouve entre réservoir et chaudière)
- HxS : hauteur entre le raccord du réservoir et la soupape de sécurité (positive si le réservoir est plus bas, négative sinon)
Étape 6 : Déterminer la pression finale (Pfin)
Pfin est la pression maximale autorisée en fonctionnement :
Pfin = Pmax, 0,5
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Exemple : Soupape de sécurité réglée à 3 bars, réservoir proche de la chaudière : |
Étape 7 : Choisir le volume réel du réservoir d’expansion (Vr)
Le volume sélectionné pour le réservoir doit satisfaire à :
Vr > Vnet / Fp
où :
- Fp = (Pfin, Pgon) / (Pfin + 1)
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Exemple : Notre installation type (4 000 litres, Vexp = 142) donne : |
Étape 8 : Calculer la pression initiale (Pini)
Pini est la pression à afficher sur le manomètre lorsque l’installation est froide. Elle dépend du volume de réserve (Vres) réellement obtenu avec le vase choisi :
Vres = Fp x Vr, Vexp
Pini = (Vr x (Pgon + 1) / (Vr, Vres)), 1
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Exemple : Avec 4 000 litres, Vexp = 142, Pfin = 2,5, Pgon = 1,5 et un vase de 650 litres : |
Sources
| ↑1 | 2,5 – 1,5) x 650/ (2,5 + 1 |
Un calcul soigné ne laisse rien au hasard : chaque installation réclame sa propre réponse, chiffrée, argumentée. C’est là que la théorie se transforme en sécurité et longévité pour tout réseau d’eau.
