Clapet

Un clapet est un dispositif mécanique ou a minima un élément mobile d'un mécanisme qui permet de réguler un flux ou encore d'arrêter, restreindre ou accélérer l'écoulement des fluides, par exemple de s'opposer au passage d'un liquide ou d'un gaz dans un conduit ou vers une sortie, ou au contraire de favoriser son évacuation.

Variété d'acceptions du mot technique

Clef de clarinette

Il peut s'agir, selon diverses acceptions parfois anciennes ou assez proches, dans des champs techniques différents :

• d'un élément en partie mobile, adapté à un orifice, d'une soupape, d'une valve ou d'un obturateur spécifique, d'une valvule, parfois représenté par un simple volet, voire une rondelle de cuir ou de caoutchouc, pour empêcher ou permettre le passage dudit fluide
• d'un clapet d'aspiration ou de refoulement d'une pompe,
• de soupapes d'admission ou d'échappement d'un moteur thermique, moteur à vapeur, moteur à combustion etc.
• d'un clapet de retenue, pour empêcher automatiquement le retour en arrière du fluide, à l'aide d'une bille ou d'un battant qui vient s'appuyer sur un siège préparé ou usiné. Cet accessoire de tuyauterie permet également de réguler l'apport d'un produit ou corps chimique qui y circule.
• d'un clapet anti-retour, dispositif assez similaire qui impose la circulation d'un liquide dans un seul sens, comme dans le cas de l'alimentation de vérin ou d'une pompe à bras. Ce dispositif à battant ou à bille peut concerner les gaz. Le "clapet anti-odeur" est une application de ce type particulier de clapet anti-retour sur canalisation, également valable pour entraver les bruits et les reflux d'égouts.
• d'un clapet coupe-feu empêchant le retour de fluides brûlant,
• d'un élément de sécurité limitant la pression dans une conduite, par exemple empêchant une surpression en retour, voire un coup de bélier ou des cavitations, qui pourrait détruire et la canalisation (tuyauterie) et son équipement (pompes, vannes, capteurs etc.)
• de la commande d'ouverture d'un évent comme pour les clefs de certains instruments à vent ;
• d'un composant d'un système de ventilation ou d'aération, de chauffage ou de ventilation.
• du dysfonctionnement du sphincter oesophagien inférieur, dit problème du "clapet à l'estomac".

Les chalands à clapets désignent des structures flottables dont le fond est constitué par des volets susceptibles de s'ouvrir , pour provoquer la vidange au moment opportun. La flottabilité peut être assurée par des ballasts latéraux étanches. Ces engins de taille ou de superficie parfois gigantesque peuvent être employé pour l'évacuation de débris ou de déchets industriels, pour transporter les produits de dragage, voire assurer la construction, entretien ou réparation en partie basse des chantiers maritimes ou l'évacuation des navires ou ouvrages terminés sur ces mêmes chantiers vers le plan d'eau.

Le clapet peut encore désigner un mécanisme de fermeture ou d'ouverture, par exemple pour une trappe avec un clapet métallique. La trappe peut être aussi bien un piège spécifique mis en place en remontant le clapet, qu'un conduit d'accès ou d'évacuation pour des hommes, marins ou sous-mariniers. Avec des exigences parfois plus techniques, la manœuvre délicate de clapets et de portes implique pour le béotien la sécurité et la mise à niveau de pression du sas de compression ou de décompression, pour la plongée profonde ou l'aventure spatiale.

Définitions anciennes et origine du terme technique

Au début du XX^e siècle, Henry de Graffigny peut définir, en correspondance simple, le clapet en mécanique comme la partie mobile d'une soupape et une soupape de façon générique comme un orifice fermé par un clapet mobile. En aérostation, le verbe "soupaper" signifie alors ouvrir la soupape pour laisser échapper le gaz et ajuster la pression dans le ballon. Les ressorts de soupape sont des ressorts à boudin en acier qui assurent la fermeture automatique d'une soupape à gaz ou à air, en rappelant le clapet sur son siège. La charge d'une soupape, ainsi définie par Graffigny, est "la résistance au soulèvement du clapet d'échappement qui résulte du poids que doit soulever cette soupape ou de l'élasticité d'un ressort à boudin". La valve en mécanique est une soupape à clapet mobile disposée sur le trajet d'un tuyau.

Les soupapes commandées désignent celles où le mouvement du clapet est commandé mécaniquement. En hydraulique, les robinets peuvent être asservis à un flotteur à clapet, qui explique leurs ouvertures ou leurs fermetures. Le clapet des installations hydrauliques le plus communes correspond, selon Marcel Lachiver, une espèce de soupape pratiquée dans une écluse de manière à s'ouvrir et se fermer par la seule action des eaux (de remplissage ou de vidange). Le clapet est aussi une petite soupape, adaptée à une chaudière qui peut s'ouvrir et se fermer automatiquement en fonction de la seule pression du gaz. Le terme de "soupape à clapet" convient autant à l'écluse qu'aux chaudières. Les turbines à bâches fermées, employées en agriculture pour le vannage, peuvent libérer ou arrêter le flux d'air, à l'aide de clapets.

Que ce soient dans les soufflets, les pistons, les cylindres de pompes et autres machines, le mécanicien constructeur du XIX^e siècle est obligé d'y placer des soupapes qui livrent passage aux fluides, mais puissent se fermer hermétiquement dans des circonstances prévues. Le clapet désigne alors la pièce qui bouche et débouche l'ouverture, et permet la circulation des fluides.

Définitions et origines lexicales

Selon Le Petit Robert, un clapet est une soupape en forme de couvercle à charnières, ce qui fait allusion au(x) clapet(s) d'une pompe et rappelle la définition proposée par Antoine Furetière dans son dictionnaire universelle en 1690 : terme de Mechanique, espèce de petite soupape qui se lève & qui se ferme par le moyen d'une simple charnière. Le dictionnaire Larousse confirme qu'au sens premier, le clapet correspond à une soupape, qui se lève et se ferme, pour permettre ou empêcher le passage d'un fluide, dans le jeu d'une pompe, d'un moteur, de certains instruments de musique (clapet de tuyau d'orgue, clapet à anches...) etc. Mais il rappelle aussi un sens second de "pièce articulée", soit servant à la fermeture d'un sac de dame, d'un article de sellerie ou de voyage, soit d'un appareil ou d'un dispositif, qui peut ainsi être soulevée et abaissée, voire employée comme couvercle, dans le cas du téléphone à clapet. L'allusion au travail du cuir n'est point fortuite : le cuir fort était utilisé pour réaliser les clapets des pompes autrefois. Dans la marine, au niveau de la pompe d'épuisement, le clapet correspond à un morceau de cuir fort, cloué ou serré par des vis, entre deux petits plateaux de métal, qui sert de charnière sur un bord de l'ouverture de la heuse et de la chopine.

Le mot technique préalablement défini, adapté au pompe ou au refoulement de l'eau, sur un navire normand, n'apparaîtrait qu'en 1516 dans la langue française. L'origine la plus couramment proposée est le verbe intransitif claper attesté en 1517 selon les notes de Delboulle, signifiant "frapper, frapper en faisant du bruit". Ce verbe claper existe pourtant bel et bien en ancien français, cité en 1160 dans "La Chronique des ducs de Normandie" de Benoît de Sainte-Maure. La variante orthographique moderne de ce verbe, clapper, est d'abord usitée dans l'expression clapper de la langue, signifiant "produire un bruit sec avec la langue en la détachant brusquement du palais", d'où le mot clappement. Le lexicographe Pierre Larousse semble convaincu que le verbe français clapper ou claper provenait de l'allemand klappen, faire du bruit. D'où sa définition du verbe "produire des clappements" et son application phonétique à un clappement singulier, la langue d'abord appliqué contre le palais, ou dialectale typique des anciens Hottentots ou des Bushmens. Notons que le verbe allemand actuel klappen, polysémique, relève de plusieurs catégories grammaticales :

• verbe intransitif, il signifie en premier manière triviale, "aller, marcher, (bien) fonctionner, (bien) se passer", mais aussi sur un autre registre "claquer, frapper en faisant du bruit".
• verbe transitif, il signifie "relever ou baisser" (un col d'habit, un couvercle etc.).

Pourtant, il semble que la filiation du terme technique soit plus assurée avec le verbe clapeter ou sa variante clapoter, les deux attestés en 1611 dans le dictionnaire ou "Dictionarie" franco-anglais de Randle Cotgrave. Il s'agit ici de caractériser l'agitation d'un surface liquide, ou quasiment liquide ou à viscosité élastique, mouvement susceptible de produire un son ou bruit caractéristique par entrechoquement de petits paquets du liquide portés par un courant contraire. D'où le clapotement, attesté en 1654 selon Du Tertre, avec le clapotement des semelles sur la glaise, ou mieux le clapotis, mot employé dans le dictionnaire de la marine rédigé par Charles Romme de 1792 à 1813, qui montre une surface liquide agitée de vaguelettes, dont l'origine des ondes reconnues est le passage du vent sur le plan d'eau.

D'un point de vue de lexicographie historique, faut-il invoquer une racine clapp d'origine nordique ou une simple onomatopée, parfois associée au bruit saccadé ? Les deux hypothèses semblent se mêler, autant par le clap des prises cinématographiques, à l'origine de la fonction française de "clapman", que par les séances rythmées de clapping que les supporters islandais ont popularisées en 2016 lors de l'Euro organisé en France.

Sens figuré : dérive ou retour sémantique ?

Le mot clapet quittant son registre technique a pris un usage figuré et populaire, il désigne trivialement une bouche qui s'ouvre et se ferme :

• pour émettre un son : un clapet est une bouche qui parle.

D'où les expressions familières : Ferme ton clapet (Tais toi autoritaire), Rabattre son clapet, Quel clapet ! (ici pour s'indigner d'un bavardage intempestif).

• pour ingurgiter ou cracher : Le verbe claper peut signifier prosaïquement manger.

La "boîte à clapet" désigne la bouche, en argot parisien dévoilé en 1907. Il existait encore un vieux mot et un vieux verbe français au début du XIX^e siècle : une clapète était un babil ou un bavardage, et le verbe clapeter signifiait babiller, bavarder, crier, faire du bruit.

Élément ancien et essentiel au corps de pompe

La similitude du mot français avec le mot technique allemand de genre féminin, die Klappe est frappante, jusque dans la prononciation. La définition complémentaire proposée dans le dictionnaire allemand français, spécialisé dans les techniques d'extraction et d'exploitation minières, de Jean-Baptiste Beurard reproduit celle du dictionnaire de Furetière : espèce de petite soupape qui se lève et se baisse par le moyen d'une simple charnière. Le minéralogiste et agent des mines lorrain rappelle son premier usage dans le terme composé die Pumpenklappe, c'est-à-dire le clapet ou la soupape d'une pompe.

Le mathématicien Louis Benjamin Francoeur définit le clapet en hydraulique comme la pièce principale d'une pompe, faisant l'office d'une soupape, destinée à ouvrir ou fermer alternativement le passage de l'eau que l'on veut élever. Il décrit un assemblage d'un cuir de forme ronde et plus large, garni sur ces faces opposées de deux rondelles ou platines de métal, solidement attachées par des vis. Une languette du cuir forme une queue attachée au piston ou au diaphragme qui ferme le tuyau de la pompe.

L'ingénieur civil L. Knab, répétiteur à l'école centrale des arts et manufactures, précise qu'il s'agit d'un organe essentiel de la plupart des pompes à mouvement rectiligne alternatif. Le qualificatif associé au clapet définit les fonctions qu'il remplit. Il précise que le clapet d'aspiration est celui qui permet d'introduire l'eau dans la pompe, alors que le clapet de refoulement permet sa sortie. Le clapet de sûreté a pour but de prévenir toute rupture du tuyautage : il est chargé par un ressort dont la tension est légèrement supérieure à la pression du liquide. L'évolution technique vers un pompage puissant et fort incite les concepteurs à donner de faibles levées aux clapets, avec des dimensions relatives de plus en plus grande par rapport à celles du piston, pour diminuer la vitesse d'écoulement de l'eau à travers les orifices. Mais, pour les grandes pompes, apparaît l'avantage de multiplier le nombre de soupapes pour fractionner la section totale soumise à ouverture et fermeture. Si l'orifice est proportionnel au carré du diamètre, le poids du système mobile s'estime approximativement en raison de son cube.

Soit Ω la section totale offerte au passage de l'eau, et n le nombre d'orifice ou de soupapes de diamètre d, prenons A B et C des constantes caractéristiques des formes adaptées, calculons le poids de l'ensemble P.

Nous avons Ω = n A d² et P = n B d³, d'où l'expression de P

P = C Ω multiplié par racine carré de Ω sur racine carré de n

Si Ω reste constant, autrement dit à ouvertures égales d'écoulement, le poids P total du système mobile tend à diminuer lorsque le nombre de soupape croît.

Il existe divers types de clapets : clapet ordinaire ou à surface plane, conique, sphérique ou hémisphérique. Le clapet ordinaire correspond essentiellement à un disque de cuir, de caoutchouc ou gutta-percha, conçu pour s'appliquer exactement sur son siège tout en gardant une queue en forme de fine languette qui l'attache à distance du trou. Inséré entre deux disques métalliques en doublure de protection, nommées rondelles ou platines, qui se rassemble fortement sur le cuir par des vis, la pièce multicouche peut conserver une bonne rigidité et comme la rondelle inférieure offre un diamètre moindre que celui de l'orifice, elle y pénètre légèrement en laissant le cuir, qui dépasse des platines, se reposer sur les bords. Afin de prévenir une trop grande ouverture et un reversement en arrière catastrophique du clapet, le soulèvement de celui-ci est empêché par un arrêt fixe au-delà d'une certaine inclinaison. Lorsque la baie de la soupape est importante, l'ouverture est formée en parallélogramme, divisé en deux triangles au moyen d'une traverse, qui sert de base à l'attache de deux clapets triangulaires, qui peuvent fermer plus facilement ladite ouverture. Si la baie est grande et de symétrie circulaire, une traverse placée sur un diamètre peut supporter l'attache de deux clapets plans demi-circulaires. Notons que plus le côté d'attache du clapet est grand, plus la charnière peut être renforcée et solide, ce qui garantit contre l'infiltration des gaz et des liquides et minimise les fuites. Ainsi lorsqu'on couvre un orifice carré par un clapet carré, l'emploi d'une charnière d'un quart est recommandé, et trois quart de partie ouvrante sont ménagé. Mais il est préférable, pour minimiser les éventuelles fuites, d'accomplir une ouverture en carré long, avec un tiers de charnière et deux tiers de partie ouvrante. Plus le clapet carré s'allonge, plus la charnière grandit en taille, et devient avantageuse, assurant une même prise d'air ou fluide.

Le clapet conique est entièrement métallique. Une anse permet de l'enlever du siège, et un guide inférieur très allongé lui permet d'y retomber. Le clapet sphérique ou postillon est une simple sphère métallique, dont les mouvements d'oscillations libres sont limités par des brides, à partir d'une ampleur de mouvement qui serait susceptible de l'emporter trop loin. Les propriétés géométrique de la bille offrent l'avantage, lorsqu'elle retombe sur le siège évidemment aux bords évidés et arrondis en creux, d'obturer efficacement l'orifice. L'ensemble du mécanisme peut être moulé en bronze, ou réalisé en acier fondu. Ainsi allégé, il offre une meilleure résistance. L'habile mécanicien et hydraulicien Girard avait imaginé un maintien idéal du clapet par un faible ressort ; la levée s'effectue en fonction de la vitesse du piston, et lorsque le mouvement du piston s'amortit, la soupape regagne progressivement de son siège par effet de la réaction du ressort et finit par s'y poser sans choc, avec douceur, au moment où le piston arrive au point mort. Il existe également des postillons, moins lourds, à forme hémisphérique. tout se passe comme si l'hémisphère disparue était remplacée par une anse, ce qui permet au besoin d'enlever le postillon par un simple crochet. Par contre, au pôle de l'hémisphère inférieure faisant clapet, une queue est fixée avec un contre-poids pour assurer et le retour et la verticalité nécessaire du système.

Autres dispositifs techniques

Jean-Baptiste Beurard traduit par clapet ou petite soupape qui se meut par une charnière, le diminutif allemand das Schnepperlein usité en technique d'affinage. Il s'agit ici d'évacuer l'excès dangereux de pression des gaz d'une enceinte chauffée, soit de réguler l'entrée d'air et donc d'oxygène. Concrètement, cela peut prendre la forme technique de papillons ou de petites plaquettes de fer rondes : dans les fourneaux d'affinerie, ces obturateurs mobiles se placent, fixées par charnière, à l'extrémité des buses ou canons de soufflets. Le vent les fait lever et son absence se refermer, ce qui empêche la flamme de s'introduire dans les soufflets. Dans la métallurgie du plomb, ce dispositif de clapets peut rabattre le courant d'air sur le bain de métal et en accélérer si possible l'oxydation.

Le "clapet de plissement" sert dans les foulons à percussions pour les tissus, c'est une simple planche en bois, articulée à une de ses extrémités, sur laquelle appuie une touche dont la pression est réglée par un levier à contre-poids. Cette planche force l'étoffe à se replier et se tasser plus ou moins fortement dans la trompe de guide, qui la dirige vers le tablier de foulage.

Bibliographie

• Marcellin Berthelot (dir.), La Grande Encyclopédie, inventaire raisonné des sciences, des lettres et des arts, collectif -société de savants et gens de lettres, en 31 volumes, H. Lamirault et Cie, éditeurs, Paris, 1885-1902. En particulier, tome onzième, Chien-Comédie, Entrée Clapet p. 537.
• Jean-Baptiste Beurard, Dictionnaire allemand français contenant les termes propres à l'exploitation des mines, à la minéralurgie et à la minéralogie etc., Imprimerie de Madame Huzard, Paris, 1809, 696 pages avec table (lexique technique) et errata. Entrées die Klappe p. 260, die Pumpenklappe p. 345, das Schnepperlein (technique d'affinage), die Thurle-Röhre ou tuyau à clapet p. 471.
• Charles Delaunay (1816-1872), Cours élémentaire de mécanique théorique et appliquée, 7e édition, Victor Masson et fils, Garnier Frères, Paris, 1870, 712 pages, 716 pages avec la table des matières. En particulier, Pompes et soupapes, p. 503-508, Pompe de Marly, p. 517-523.
• Louis Benjamin Francœur (1773-1849) parmi un collectif de rédaction, Dictionnaire technologique ou nouveau dictionnaire universel des arts et métiers, et de l'économie industrielle et commerciale, 22 volumes, Thomine et Fortic, Paris, 1822-1835. En particulier, Tome 5, Char à Contrôle, à l'entrée "Clapet (hydraulique)" en liaison avec Pompe et Soupape, p. 336-337. Article accessible à la bibliothèque numérique du CNAM, cote CNAM-BIB 8 Ky 1 (texte) 4 Ky 3 (atlas).
• Henry de Graffigny, Dictionnaire des termes techniques employés dans les sciences et dans l'industrie, Imprimerie Deslis Frères (Tours), H. Dunod et E. Pinat éditeurs, Paris, 1906, 839 pages, préface de Max de Nansouty. Recueil de 25.000 mots techniques avec leurs différentes significations. Entrée Barillet p. 71-72, Boite à clapet, p. 100, Charge d'une soupape p.164, Clapet p. 185, Flotteur à clapet p. 369, Ressort de soupape p. 699, Soupape p. 742-743, Valve p.814.
• Pierre Larousse, Grand dictionnaire universel du XIXe siècle : français, historique, géographique, mythologique, bibliographique etc. in folio, Administration du grand Dictionnaire universel, Paris, 1866-1877, en 17 volumes ou tomes. En particulier, Tome 4, de la lettre CHEMIN à CONT, p. 383. Entrée clapet, Tome 9 H-K entrée Injecteur

Voir aussi

Liens internes

• clapet anti-retour
• Clapet coupe-feu
• Piston (mécanique)
• Soupape
• Clapet à anches
• Clapet parachute
• Valve
• valvule

Autres liens

• Notice dans un dictionnaire ou une encyclopédie généraliste :

  • Britannica
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• Définition TLFi
• Clapets pour réseau d'eau potable et d'assainissement
• Problème du clapet à l'estomac