Contexte et objectifs stratégiques
Ce domaine de recherche du LMHE est consacré à l’étude et à l’optimisation des systèmes hydrauliques sous pression et à surface libre, ainsi que des machines tournantes qui les équipent (pompes, turbines, pompes-turbines). L’objectif est d’améliorer la performance énergétique, la fiabilité et la durabilité des infrastructures hydrauliques (réseaux d’adduction d’eau, d’irrigation, d’assainissement, centrales hydroélectriques, stations de pompage) face aux enjeux de transition énergétique et de gestion patrimoniale.
Hydraulique des circuits : modélisation et diagnostic
Les travaux portent sur la modélisation avancée des écoulements en conduites forcées et en canaux, en régime permanent et transitoire (phénomènes de coup de bélier, oscillations de masse). Des approches numériques (méthode des caractéristiques, volumes finis) sont développées pour simuler les pertes de charge, les distributions de pression et les débits dans les réseaux complexes. Ces outils permettent le diagnostic des dysfonctionnements (fuites, blocages, cavitation), l’optimisation des diamètres et des tracés, ainsi que la conception de protections anti-bélier (chambres d’équilibre, réservoirs, volants d’inertie, soupapes).
Turbomachines : pompes, turbines et groupes réversibles
Le laboratoire étudie le fonctionnement des turbomachines hydrauliques dans toutes leurs configurations : pompes centrifuge, hélico-centrifuge, axiale ; turbines Pelton, Francis, Kaplan ; groupes pompe-turbine pour le stockage d’énergie par pompage (STEP). Les travaux couvrent la caractérisation des courbes caractéristiques (hauteur-débit, puissance, rendement), l’analyse des pertes hydrauliques et volumétriques, et la prédiction des zones de fonctionnement instable (cavitation, pompage, couplage pompe-turbine).
Interaction circuit-machine et régulation
Une originalité majeure du LMHE est l’approche système couplant le comportement du circuit et celui de la turbomachine. Des modèles dynamiques sont développés pour simuler la réponse des ensembles circuit-pompe ou circuit-turbine aux variations de consigne (ouverture de vannes, vitesse de rotation), en vue de concevoir des lois de régulation adaptées (asservissement, variation de vitesse). Ces travaux trouvent des applications dans le pilotage des stations de pompage, des réseaux d’eau potable, des systèmes d’irrigation sous pression et des micro-centrales hydroélectriques.
Transition énergétique et petits équipements hydrauliques
Face aux enjeux d’efficacité énergétique et de développement des énergies renouvelables, le LMHE s’intéresse particulièrement aux petites et micro-turbomachines (PICO-hydraulique, pompes réversibles pour l’irrigation, récupération d’énergie dans les réseaux d’eau). Des travaux sont menés sur la conception et la caractérisation de turbines adaptées aux faibles chutes et aux petits débits, ainsi que sur le couplage avec des génératrices électriques pour l’électrification rurale décentralisée.
Maintenance prédictive et gestion patrimoniale
Une part importante des recherches concerne le développement d’outils de surveillance et de diagnostic pour anticiper les défaillances des circuits et des turbomachines (usure, corrosion, fatigue, cavitation, dégradation des joints et roulements). Des indicateurs de performance et des modèles de durée de vie résiduelle sont élaborés pour aider les gestionnaires à planifier les opérations de maintenance préventive et à optimiser le remplacement des équipements.
Applications partenariales et transfert industriel
Les compétences du LMHE en matière de circuits et turbomachines hydrauliques sont mises au service de partenaires opérationnels : SONEDE (réseaux d’eau potable), CRDA (périmètres irrigués), STEG (centrales hydroélectriques), bureaux d’études, sociétés de pompage et équipementiers. Des collaborations sont actives avec l’industrie pour le dimensionnement, l’audit énergétique, la résolution de problèmes vibratoires ou acoustiques, et la formation des ingénieurs à la gestion avancée des infrastructures hydrauliques.
