ROUE VANNE

La roue de l'ingénieur Alphonse Sagebien, d'après un brevet déposé en 1858, est une sorte de roue de côté dont les aubes sont planes, profondes et encastrées, avec un très faible jeu entre les murs du coursier. Dans la seconde moitié du XIX ème siècle, cet ingénieur a installé en France  plus de 70 roues  principalement pour des usines de tissage.
 Elles représentaient alors le moteur hydraulique le plus élaboré. L'admission de l'eau se fait par une vanne tangente à la roue. Le rendement est très élevé : il peut atteindre jusqu'à 90 %.
Son seul inconvénient   sont ses grandes dimensions et sa lenteur de rotation

Pour commencer , nous allons simplifier le problème en nous plaçant dans le cas de 2 plans d'eau assez étendus , voisins , mais séparés par une dénivellation de quelques mètres
Entre les 2 plans on creuse un canal rectangulaire qui au lieu d'être fermé par une vanne sera barré par une roue vanne .

L'image ci dessous représente une roue de ce type
cette roue a un grand nombre de pales .



Sans tenir compte de la vanne de tête tout à gauche qui ne sert que d'isolement ,le débit est assuré par un déversement au dessus d'une vanne plongeante

Si la roue est arrêtée , l'eau ne passe pas , fuites mises à part bien entendu.
Ce type d'installation demande une construction soignée et précise ! Le jeu entre les bajoyers et la roue doit être aussi faible que possible ; de même entre le coursier et la roue
Dans les installation très soignées , la vanne plongeante est  cylindrique au diamètre de la roue

Le niveau supérieur est H1 , le niveau inférieur H2 , la différence de niveau est H.
Quand la première pale ferme le contact avec le niveau amont , le niveau d'eau entre les pales successives va baisser progressivement, en partant du principe de la conservation du volume introduit
Chaque pale reçoit une poussée fonction de la différence des hauteurs d'eau
La totalité des poussées correspond à la hauteur totale H
Pendant toute cette période les aubes sont hydrauliquement isolées de l'amont et de l'aval

La pale qui va quitter le coursier et se trouver toute entière dans le bief aval , va se "vider" en fait  elle perd toute sa pression restante et sera soumise à la pression basse H2.
Elle se vide par  un écoulement  à  vitesse très lente.
C'est grâce à cette lenteur que la perte d'énergie est minimalisée vu notamment l'absence de tourbillons

Le dessin schématique ci dessous donne une explication qui se voudrait encore plus simple du fonctionnement.

Tant que la pale 3 n'a pas quitté le coursier , toute l'eau contenue entre 2 et 3 est à la pression due au niveau H1
Dès qu'elle commence à le quitter , le volume est mis en communication avec le niveau aval.

La pression tombe aussitôt.

La pale 2 est soumise à une force due à la différence de pression.
Cette explication est ultra simpliste

Pendant cette période un effort pratiquement constant a été exercé sur cette pale 

Cet effort a produit un couple qui fait tourner la roue.
Par ailleurs un volume d'eau est passé de l'amont vers l'aval.
Ce volume est celui contenu entre 2 pales. La masse d'eau  correspondante M de poids  M * g   a perdu une énergie M *g * H.
Les pertes étant surtout dues aux fuites , le rendement peut être très élevé

On pressent qu'il y aura une vitesse optimale ou l'énergie perdue sera égale à celle récupérée par la roue. Du moins s'il n'y a pas de pertes.
En fait , la roue vanne a un bon rendement. Elle se comporte comme un "compteur d'eau" . S'il n'y a pas de turbulences , pas de tourbillons , l'eau s'écoule dans des conditions "idéales".

A contrario , si on laisse la roue libre de toute résistance mécanique , elle prendra une vitesse élevée et le régime sera ultra tourbillonnaire.
Tout se passera comme si la roue n'existait pas et un débit énorme sera gaspillé en pure perte.

Une étude bien plus avancée est donnée dans une autre page

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