Pourquoi les dispositifs hydrauliques à membrane (électrovannes, chasses d'eau) ont besoin de pression ?
Comment ça marche ?

Une électrovanne, c'est une vanne commandée par un électroaimant.
Le passage de courant dans la bobine de l'électroaimant déplace un pointeau qui vient obturer l'orifice qui ferme la vanne. A l'arrêt du passage du courant, un ressort remet le pointeau en position ouverte.
On peut bien entendu faire l'inverse, vanne ouverte quand le courant passe.

Pour que la vanne laisse passer un débit notable, il faut un diamètre de passage important.
Obturer une ouverture large avec une pression de plusieurs bars (habituellement 1 à 7 bars pour le réseau d'eau de ville) suppose d'exercer sur le pointeau une force importante.
Par exemple obturer un orifice de 5 mm de diamètre sous 4 bars nécessite une force d'un peu moins de 800 grammes. En pratique plus d'un kilogramme pour bien assurer l'étanchéité.
Pour une électrovanne, cela suppose une consommation électrique notable (et un gros électroaimant).

La solution consiste à utiliser une énergie disponible, qui est justement la pression du réseau d'eau.
La pression de l'eau peut en effet aisément être transformée en une force très importante, il suffit qu'elle s'exerce sur une surface suffisante.
Ainsi une pression de 4 bars exercera sur un piston de 10 mm de diamètre, une force de 3 kg, largement de quoi obturer notre orifice de 5 mm de diamètre.

On sépare donc un circuit de commande qui va pousser ou relâcher le piston et un circuit commandé.
Le circuit de commande peut fonctionner avec un très faible débit, seule la pression compte.
Le circuit commandé peut offrir de forts débits.

Le pilotage se fait par mise en charge / relâchement de la pression du circuit de commande, ce qui peut se faire avec une faible dépense d'énergie (peu de débit), par exemple par une électrovanne.

Lorsque le circuit de commande est en charge, la pression de l'eau pousse le piston qui vient boucher l'orifice d'entrée d'eau du circuit commandé.
Lorsque le circuit de commande est ouvert, sa pression chute et c'est l'eau du circuit commandé qui va pousser le piston, libérant la circulation d'eau.

Voilà, le principe est posé. Il est assez simple, c'est la pression du circuit de commande qui pilote l'ouverture ou la fermeture du circuit commandé.

La réalisation pratique est un peu plus compliquée et une électrovanne à commande assistée (électrovanne assistée) est un dispositif complexe comprenant des ressorts, clapets, membranes...
- La fermeture du circuit piloté se fait généralement sur la sortie (et non sur l'entrée comme avec notre piston).
- Les petit débit sortant du circuit de pilotage est réuni avec la sortie du circuit principal.
- On ne peut pas faire de même pour les alimentations : si on se contente de relier entre elles les alimentations de pilotage et pilotée, on aura la même pression de part et d'autre du piston et on ne pourra pas le déplacer.

La solution consiste à alimenter le circuit de pilotage par un orifice de très petite taille.

- Lorsque l'électrovanne du circuit de pilotage est fermée, il n'y a pas de débit à travers le petit orifice et la pression dans le circuit de pilotage s'équilibre avec la pression en entrée du circuit piloté.
Côté pilotage, le piston sera soumis à la pression d'entrée du circuit piloté. Côté piloté, le piston sera soumis à une pression intermédiaire entre pression d'entrée et pression de sortie.
L'écart de pression va donc pousser le piston contre l'orifice de sortie. Une fois ce dernier obturé, la différence de pression entre entrée et sortie va augmenter et le piston sera pressé contre l'orifice de sortie, permettant une bonne étanchéité.

Ce processus ne fonctionne que s'il existe une différence de pression suffisante entre entrée et sortie du circuit piloté (perte de charge dans la vanne). Pour éviter le risque de non fermeture de la vanne, on peut insérer un ressort qui va pousser le piston vers la droite (même si les pressions sont égales de part et d'autre du piston, la vanne peut se fermer).
- Lorsque l'électrovanne du circuit de pilotage est ouverte, le débit d'eau traversant le circuit de pilotage va entrainer une forte perte de charge dans le petit orifice d'alimentation.
La pression dans le circuit de pilotage va donc devenir sensiblement inférieure à celle de l'entrée du circuit principal. Le piston va donc se déplacer en s'éloignant de la sortie du circuit piloté pour ouvrir largement le circuit.


Dans la pratique, on remplace généralement le piston (sujet à frottement, risque de blocage, d'entartrage...) par une membrane élastique. Dans certains cas, la membrane peut en outre faire office de ressort.
Et puis, puisque le petit orifice d'entrée du circuit de commande sert à faire communiquer les deux circuits, il est généralement situé en périphérie de membrane (la membrane est percée d'un petit trou calibré).



Le principe est le même pour les ensembles robinet-flotteur des chasses d'eau compactes.
Quand la réserve d'eau est pleine, le flotteur est en position haute et vient, par l'intermédiaire d'un levier, presser sur le joint qui obture l'orifice de pilotage.
Le circuit de pilotage, qui communique avec l'amont du circuit principal grace à un petit orifice dans la membrane, est à la pression du réseau d'eau. Cette pression applique la membrane contre l'orifice de sortie d'eau. La chasse d'eau ne coule pas.

Lorsque le niveau d'eau descend, le flotteur descend, libérant l'ouverture de l'orifice de pilotage. La chute de pression qui en résulte déplace la membrane qui laisse passer l'eau dans le circuit piloté.
La chasse d'eau se remplit.

Pas de ressort dans ce schéma, la membrane est conçue pour être contre l'orifice en l'absence de pression. C'est son élasticité qui remplace le ressort.