Hydraulique - Hydraulics

Hydraulique et autres études
Un canal ouvert , avec une profondeur uniforme. L'hydraulique à canal ouvert traite des cours d'eau uniformes et non uniformes.
Illustration de l'hydraulique et de l'hydrostatique, tirée de la "Table of Hydraulics and Hydrostatics", de Cyclopædia, or an Universal Dictionary of Arts and Sciences , édité par Ephraim Chambers , 1728, Vol. 1

L'hydraulique (du grec : Υδραυλική) est une technologie et une science appliquée utilisant l' ingénierie , la chimie et d'autres sciences impliquant les propriétés mécaniques et l'utilisation des liquides . A un niveau très basique, l'hydraulique est le pendant liquide de la pneumatique , qui concerne les gaz . La mécanique des fluides fournit la base théorique de l'hydraulique, qui se concentre sur l'ingénierie appliquée utilisant les propriétés des fluides. Dans ses transmissions hydrauliques applications, l' hydraulique est utilisé pour la production, le contrôle et la transmission de puissance par l'utilisation du sous pression liquides. Les sujets hydrauliques couvrent certaines parties de la science et la plupart des modules d'ingénierie, et couvrent des concepts tels que l' écoulement des tuyaux , la conception des barrages , la fluidique et les circuits de contrôle des fluides. Les principes de l'hydraulique sont utilisés naturellement dans le corps humain au sein du système vasculaire et du tissu érectile. L'hydraulique à surface libre est la branche de l'hydraulique traitant de l' écoulement à surface libre , comme se produisant dans les rivières , les canaux , les lacs , les estuaires et les mers . Son sous-domaine d' écoulement en canal ouvert étudie l'écoulement dans les canaux ouverts .

Le mot « hydraulique » provient du mot grec ὑδραυλικός ( hydraulikos ) qui à son tour provient de ὕδωρ ( hydor , grec pour eau ) et αὐλός ( aulos , qui signifie tuyau ).

Histoire

Ères antiques et médiévales

Moulin à eau

Les premières utilisations de l'énergie hydraulique remontent à la Mésopotamie et à l'Égypte ancienne , où l' irrigation était utilisée depuis le 6ème millénaire avant JC et les horloges à eau étaient utilisées depuis le début du 2ème millénaire avant JC. Parmi les autres premiers exemples d' énergie hydraulique , citons le système Qanat dans l'ancienne Perse et le système hydraulique Turpan dans l'ancienne Asie centrale.

L'empire Perse

Dans l' empire perse , les Perses ont construit un système complexe de moulins à eau, de canaux et de barrages connu sous le nom de système hydraulique historique de Shushtar . Le projet, commencé par le roi achéménide Darius le Grand et achevé par un groupe d'ingénieurs romains capturés par le roi sassanide Shapur Ier , a été qualifié par l' UNESCO de « chef-d'œuvre de génie créatif ». Ils sont aussi les inventeurs du Qanat, un aqueduc souterrain. Plusieurs des grands et anciens jardins d'Iran ont été irrigués grâce à Qanats

Les premières preuves de roues hydrauliques et de moulins à eau remontent à l' ancien Proche-Orient au 4ème siècle avant JC, en particulier dans l'empire perse avant 350 avant notre ère, dans les régions d' Irak , d' Iran et d' Égypte .

Chine

Dans la Chine ancienne, il y avait Sunshu Ao (6ème siècle avant JC), Ximen Bao (5ème siècle avant JC), Du Shi (vers 31 après JC), Zhang Heng (78 - 139 après JC) et Ma Jun (200 - 265 après JC), tandis La Chine avait Su Song (1020 - 1101 après JC) et Shen Kuo (1031-1095). Du Shi utilisait une roue hydraulique pour alimenter le soufflet d'un haut fourneau produisant de la fonte . Zhang Heng fut le premier à utiliser l'hydraulique pour fournir une force motrice en faisant tourner une sphère armillaire pour l'observation astronomique .

Sri Lanka

Douves et jardins à Sigiriya

Dans l'ancien Sri Lanka, l'hydraulique était largement utilisée dans les anciens royaumes d' Anuradhapura et de Polonnaruwa . La découverte du principe de la tour à vannes, ou fosse à vannes, (Bisokotuwa en cinghalais) pour réguler l'évacuation de l'eau est attribuée à l'ingéniosité il y a plus de 2 000 ans. Au premier siècle de notre ère, plusieurs travaux d'irrigation à grande échelle avaient été achevés. La macro et la micro-hydraulique pour répondre aux besoins horticoles et agricoles domestiques, le drainage de surface et le contrôle de l'érosion, les cours d'eau ornementaux et récréatifs et les structures de retenue ainsi que les systèmes de refroidissement étaient en place à Sigiriya , au Sri Lanka. Le corail sur le rocher massif du site comprend des citernes pour recueillir l'eau. Les grands réservoirs anciens du Sri Lanka sont Kalawewa (King Dhatusena), Parakrama Samudra (King Parakrama Bahu), Tisa Wewa (King Dutugamunu), Minneriya (King Mahasen)

monde gréco-romain

Dans la Grèce antique , les Grecs ont construit des systèmes d'alimentation en eau et hydrauliques sophistiqués. Un exemple est la construction par Eupalinos , dans le cadre d'un marché public, d'un canal d'abreuvement pour Samos , le Tunnel d'Eupalinos . Un exemple précoce de l'utilisation de la roue hydraulique, probablement la plus ancienne d'Europe, est la roue de Perachora (IIIe siècle av.

Dans l'Égypte gréco-romaine , la construction des premiers automates de machines hydrauliques par Ctésibius (s'épanouit vers 270 av. J.-C.) et Héros d'Alexandrie (vers 10 - 80 ap. Hero décrit plusieurs machines fonctionnant à l'énergie hydraulique, telles que la pompe à force , qui est connue de nombreux sites romains comme ayant été utilisée pour élever l'eau et dans les camions de pompiers.

Aqueduc de Ségovie , un chef-d'œuvre du 1er siècle après JC

Dans l' Empire romain , différentes applications hydrauliques ont été développées, notamment l'approvisionnement en eau public, d'innombrables aqueducs , l'énergie utilisant des moulins à eau et l'exploitation minière hydraulique . Ils ont été parmi les premiers à utiliser le siphon pour transporter l'eau à travers les vallées, et ont utilisé le silence à grande échelle pour prospecter puis extraire des minerais métalliques . Ils utilisaient largement le plomb dans les systèmes de plomberie pour l'approvisionnement domestique et public, tels que les thermes d' alimentation .

L'exploitation hydraulique a été utilisée dans les champs aurifères du nord de l'Espagne, qui a été conquis par Auguste en 25 av. La mine d' or alluviale de Las Medulas était l'une des plus grandes de leurs mines. Au moins sept longs aqueducs l'ont exploité, et les cours d'eau ont été utilisés pour éroder les dépôts meubles, puis laver les résidus pour la précieuse teneur en or.

Monde arabo-islamique

Dans le monde musulman pendant l' âge d'or islamique et la révolution agricole arabe (VIIIe-XIIIe siècles), les ingénieurs ont largement utilisé l'hydroélectricité ainsi que les premières utilisations de l' énergie marémotrice et de grands complexes d' usines hydrauliques . Une variété de moulins industriels alimentés à l'eau ont été utilisés dans le monde islamique, y compris les moulins à foulon, les moulins à farine , les moulins à papier , les décortiqueurs , les scieries , les moulins à bateaux , les moulins à timbres , les aciéries , les moulins à sucre et les moulins à marée . Au XIe siècle, toutes les provinces du monde islamique avaient ces moulins industriels en activité, d' Al-Andalus et de l'Afrique du Nord au Moyen-Orient et à l'Asie centrale . Les ingénieurs musulmans ont également utilisé des turbines hydrauliques , utilisé des engrenages dans des moulins à eau et des machines d'élévation de l'eau, et ont été les premiers à utiliser des barrages comme source d'énergie hydraulique, utilisés pour fournir une puissance supplémentaire aux moulins à eau et aux machines d'élévation de l'eau.

Al-Jazari (1136-1206) a décrit les conceptions de 50 appareils, dont beaucoup sont alimentés à l'eau, dans son livre, The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices , y compris des horloges à eau, un appareil pour servir le vin et cinq appareils pour soulever l'eau des rivières ou des mares. Ceux-ci comprennent une courroie sans fin avec des cruches attachées et un dispositif alternatif avec des valves à charnières.

Les premières machines programmables étaient des appareils fonctionnant à l'eau développés dans le monde musulman. Un séquenceur musical , un instrument de musique programmable , était le premier type de machine programmable. Le premier séquenceur musical était un joueur de flûte à eau automatique inventé par les frères Banu Musa , décrit dans leur Book of Ingenious Devices , au IXe siècle. En 1206, Al-Jazari a inventé les automates/ robots programmables fonctionnant à l'eau . Il a décrit quatre musiciens automates , y compris des batteurs actionnés par une boîte à rythmes programmable , où ils pouvaient être amenés à jouer différents rythmes et différents motifs de batterie. L' horloge du château , une horloge astronomique mécanique à énergie hydraulique inventée par Al-Jazari, a été le premier ordinateur analogique programmable .

Epoque moderne (vers 1600 – 1870)

Benedetto Castelli

En 1619 Benedetto Castelli , élève de Galileo Galilei , publia le livre Della Misura dell'Acque Correnti ou "Sur la mesure des eaux courantes", l'un des fondements de l'hydrodynamique moderne. Il a été conseiller principal du pape sur les projets hydrauliques, c'est-à-dire la gestion des rivières dans les États pontificaux, à partir de 1626.

Blaise Pascal

Blaise Pascal (1623-1662) a étudié l'hydrodynamique des fluides et l'hydrostatique, centrée sur les principes des fluides hydrauliques. Sa découverte sur la théorie derrière l'hydraulique a conduit à son invention de la presse hydraulique , qui a multiplié une force plus petite agissant sur une plus petite surface en l'application d'une force plus grande totalisée sur une plus grande surface, transmise par la même pression (ou changement exact de pression ) aux deux endroits. La loi ou principe de Pascal stipule que pour un fluide incompressible au repos, la différence de pression est proportionnelle à la différence de hauteur, et cette différence reste la même que la pression globale du fluide soit modifiée ou non par l'application d'une force externe. Cela implique qu'en augmentant la pression en tout point d'un fluide confiné, il y a une augmentation égale à chaque autre extrémité du récipient, c'est-à-dire que tout changement de pression appliqué en tout point du liquide est transmis sans diminution dans tous les fluides.

Jean Léonard Marie Poiseuille

Un médecin français, Poiseuille (1797-1869) a étudié le flux sanguin dans le corps et a découvert une loi importante régissant le débit avec le diamètre du tube dans lequel le flux se produisait.

Au Royaume-Uni

Plusieurs villes ont développé des réseaux d'énergie hydraulique à l' échelle de la ville au 19ème siècle, pour faire fonctionner des machines telles que des ascenseurs, des grues, des cabestans et autres. Joseph Bramah (1748-1814) était l'un des premiers innovateurs et William Armstrong (1810-1900) a perfectionné l'appareil de distribution d'énergie à l'échelle industrielle. À Londres, la London Hydraulic Power Company était l'un des principaux fournisseurs de ses canalisations desservant une grande partie du West End de Londres , de la City et des Docks , mais il existait des projets limités à des entreprises uniques telles que les quais et les gares de marchandises .

Modèles hydrauliques

Une fois que les élèves ont compris les principes de base de l'hydraulique, certains enseignants utilisent une analogie hydraulique pour aider les élèves à apprendre d'autres choses. Par exemple:

  • L' ordinateur MONIAC utilise de l'eau circulant dans les composants hydrauliques pour aider les étudiants à se familiariser avec l'économie.
  • L' analogie thermohydraulique utilise des principes hydrauliques pour aider les élèves à se familiariser avec les circuits thermiques.
  • L' analogie électronique- hydraulique utilise des principes hydrauliques pour aider les élèves à se familiariser avec l'électronique.

La conservation de l' exigence de masse combinée à la compressibilité du fluide produit une relation fondamentale entre la pression, le débit de fluide et l'expansion volumétrique, comme indiqué ci-dessous :

En supposant un fluide incompressible ou un rapport "très élevé" de compressibilité au volume de fluide contenu, un taux fini d'augmentation de pression nécessite que tout écoulement net dans le volume de fluide collecté crée un changement volumétrique.

Voir également

Remarques

Les références

  • Rashid, Rushdī; Morelon, Régis (1996), Encyclopédie de l'histoire des sciences arabes , Londres : Routledge, ISBN 978-0-415-12410-2.

Liens externes