Le terme » effet Venturi » n’est pas forcément très connu. Pourtant, il apparaît assez souvent dans notre vie quotidienne. Plusieurs de nos machines comme l’aspirateur, les ventilateurs ou le diffuseur d’une automobile, sont basées sur ce même phénomène. Tout d’abord, jetons un coup d’œil au contexte mathématique, puis nous verrons comment nous pouvons l’utiliser !
Dynamique des fluides de base Comment fonctionne l’effet Venturi ?
Lorsqu’un fluide (gaz ou liquide) en régime subsonique est forcé de traverser un tuyau dont la section est plus petite, la pression statique diminue. La forme idéale, inviscide et incompressible de l’équation de Bernoulli décrit la relation entre la vitesse et la pression :
où p est la pression, 
L’équation ci-dessus montre qu’en cas de chute de pression, la vitesse augmente et vice versa. Ce comportement est observé dans le cas d’écoulements visqueux et faiblement compressibles. Cependant, la variation de la densité et la présence de frottements influencent le phénomène. Si nous connaissons le principe de continuité de la masse (la vitesse doit augmenter) et la conservation de l’énergie mécanique (la pression doit diminuer), le phénomène est simple.
Mais pourquoi n’étudions-nous que l’écoulement subsonique ? La question nous amène à considérer la barrière de la vitesse du son, où la présence de l’onde de choc empêche toute augmentation supplémentaire du débit volumique via l’augmentation de la pression en amont. En montant une buse divergente en aval dans le système, nous pouvons créer la buse de Laval, qui est la » version » supersonique de l’effet Venturi.
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Cas quotidiens de l’effet Venturi et comment en tirer profit
Tuyau d’arrosage
Un exemple que presque tout le monde a connu est celui du pouce placé à l’extrémité d’un tuyau d’arrosage. La vitesse de l’eau augmente lorsque vous placez votre pouce au-dessus de l’eau, introduisant une diminution de la section du tuyau. La pression augmente sur la surface réduite, tandis que le flux étroit crée alors un vide dans l’eau. L’augmentation de l’énergie cinétique du fluide entraîne une diminution de la pression.
Le vent en milieu urbain
Un autre effet, mais moins confortable, est celui où le vent pénètre dans une section étroite dans un environnement construit. Le flux d’air dans cet espace subit une chute de pression et, de l’autre côté, comme nous le savons déjà, sa vitesse augmente. C’est ce qui explique que certaines régions des villes sont nettement plus venteuses que d’autres pour les occupants. Une expérience de vent réalisée sur une zone urbaine révélera souvent l’effet Venturi ainsi que de nombreuses autres révélations utiles. Vous pouvez trouver plus d’informations sur les expériences de vent ici.
Injecteurs de carburant et pompes à jet
Bien que les pompes à jet ou les injecteurs de carburant soient basés sur le mécanisme dit d’éjection, ils bénéficient également de l’effet Venturi. Lorsque le fluide ayant la vitesse la plus élevée pénètre dans la section transversale plus petite, il crée une dépression et donne de l’élan à l’autre fluide.
Mètre Venturi ou tube Venturi
En mesurant la variation de pression, on peut déterminer le débit en utilisant un tube de Venturi. Ce dispositif est utilisé dans plusieurs applications industrielles car il s’agit de la forme la plus simple et la plus précise de mesure du débit volumique. Des manomètres ou des transducteurs sont installés sur les deux sections différentes (« écoulement libre » et « petit ») pour mesurer la différence de pression, comme le montre l’image ci-dessus. Comme nous connaissons la géométrie du compteur Venturi (A1, A2), et le fluide lui-même (viscosité et densité), le débit peut être facilement calculé via:
où Q est le débit volumétrique, A est la section transversale, et les autres symboles ont déjà été discutés auparavant. Puisque la géométrie ne change pas, nous pouvons conclure ce qui suit :
- plus la différence de pression est élevée (plus p2 est faible), plus le débit est élevé
- le débit peut être augmenté en diminuant la densité du fluide
Plaque à orifice
Une application similaire au tube Venturi est la plaque à orifice, qui utilise la même relation entre la pression et la vitesse pour mesurer le débit.
La différence est que le dispositif consiste en une plaque mince percée d’un trou, augmentant la pression en amont et accélérant l’écoulement dans le trou et en aval. Pour calculer le débit massique, il faut calibrer la plaque à orifice afin de disposer du coefficient d’écoulement. Vous trouverez plus d’informations sur le calibrage, le facteur d’expansibilité et les réglementations ISO dans cet article de Wikipedia.
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