Soupapes

Une soupape est un organe mécanique servant à fermer et ouvrir une chambre ou un conduit à la demande .

Sommaire 1 Mécanique 2 Soupape de sécurité 3 Soupape de moteur à explosion 3.1 La synchronisation des soupapes 4 Langage 5 Voir aussi

Mécanique

Les soupapes sont indispensables au fonctionnement de certains moteurs. Elles sont généralement actionnées par un arbre à cames avec un ou plusieurs ressorts de rappel individuels, ou par barre de torsion (Honda CB 450). Ils sont dits à soupape commandée. Dans le cas de certains moteurs à combustion interne, elles sont simplement commandées par la différence de pression entre leurs deux faces (soupapes automatiques).

Il a existé également des soupapes sans ressort de rappel, mues par un système de cames. C'étaient les soupapes desmodromiques.

Soupape de sécurité

Une soupape de sûreté (aussi dite soupape de sécurité) est un dispositif de protection contre les surpressions dans des ensembles soumis à pression.

On installe une soupape de sécurité (appelée soupape de décharge sur les véhicules à turbocompresseur) sur les réservoirs/tuyauteries de gaz/liquide pouvant être soumis à des variations de pression, ainsi que sur des chaudières à vapeur.

Par exemple, une soupape permet la sortie de la vapeur lorsque la pression atteint un certain seuil dans un autocuiseur. Une petite bille fermée par un ressort fait office de soupape de sûreté dans le cas où la soupape tournante (celle qui siffle) serait bloquée. Le ressort est taré de manière à libérer l'ouverture de la bille à une certaine valeur de pression admissible par l'autocuiseur.

Les réservoirs de GPL des voitures et des camions comportent une soupape de sécurité, afin d'éviter une explosion du réservoir en cas d'incendie (le feu extérieur engendrant la montée en pression du GPL dans son réservoir).

Dans l'industrie, les dispositifs de protection contre les surpressions répondent généralement à des normes, lois ou directives. Les principales sont :

• ASME (American Society of Mechanical Engineers) Boiler & Pressure Vessel Code, Section VIII, Division 1
• API (American Petroleum Institute) Recommended Practice 520 et API Standard 526 (pression > 1 barg), API Standard 2000 (dépression et basse pression > 1 barg)
• ISO 4126 (International Organisation for Standardisation)
• EN 764-7 édité par CEN (Comité Européen de Normalisation)
• AD-Merkblatt (en Allemagne)
• DESP 97/23/CE (Directive des Equipements sous Pression) (en anglais PED 97/23/EC)

Les principaux fabricants de soupapes de sûreté (pression > 1 bar) dans le monde sont :

   * Dresser Consolidated (USA) 
   * Sapag (France)
   * H+ Valves (France) 
   * Crosby (FRANCE-USA)
   * Sarasin-RSBD (France)
   * Sebim (France)
   * Anderson-Greenwood (USA)
   * Farris (Canada)
   * Fukui (Japon)
   * Toa (Japon)
   * Leser (Allemagne) 
   * Bopp & Reuter (Allemagne)
   * Sempell (Allemagne)
   * Broady (Angleterre)
   * Triangle (Angleterre)
   * Tai (Italie)
   * Ast (Italie)
   * Carraro (Italie)
   * Parcol (Italie)
   * Besa (Italie)

Les principaux fabricants de soupapes de sûreté de dépression et basse pression (pression < 1 bar) dans le monde sont :

• Sarasin-RSBD (France)
• 3B Controls (Angleterre)
• Marvac (Angleterre)
• Whessoe-Varec (USA)
• Protectoseal (USA)
• Rampini (Italie)
• Anderson Greenwood Crosby (France - USA)

Soupape de moteur à explosion

Les soupapes sont actionnées par un arbre à cames ou par une commande électrique, pneumatique ou hydraulique. L'arbre à cames est un axe comportant des bossages de forme oblongue appelés cames. L'arbre à cames entraîné par l'arbre moteur ou vilebrequin, est relié à ce dernier par une liaison sans glissement (pignon, chaîne, courroie dentée divisant par deux la vitesse de rotation dans le cas d'un moteur à quatre temps (deux tours de l'arbre moteur = un tour d'arbre à cames). Les cames sont en liaison avec les soupapes qu'elles poussent par l'intermédiaire de poussoirs ou de culbuteurs, les faisant s'ouvrir au moment opportun. Les soupapes sont munies de ressorts qui les referment lorsque les cames les libèrent.
Les illustrations montrent un moteur avec deux arbres à cames en tête (les arbres à cames sont au-dessus du cylindre).Une soupape est composée de 3 parties:la tête, la tige, et le collet. Dans les moteurs plus anciens et sur certains moteurs industriels, les arbres à cames sont sur le coté du moteur près du vilebrequin. On parle alors de moteur à arbre à came latéral.

Certains moteurs industriels à deux temps de grande puissance sont équipés d'une seule soupape d'admission, l'échappement se faisant par une lumière. Dans ce cas, l'arbre à came tourne à la même vitesse que le vilebrequin.

La synchronisation des soupapes

Pour la grande majorité des moteurs à quatre temps, les soupapes sont fermées par le rappel de ressorts. En cas de survitesse du moteur, les soupapes peuvent être lancées par l'arbre à came (ou le linguet) et s'en décoller. On parle alors d'affolement de soupapes. Lorsque la queue de la soupape rentre à nouveau en contact avec son actionneur, il y a un choc qui peut être destructeur. Dans les cas les plus extrêmes, les soupapes peuvent toucher les pistons.

Pour les moteurs de compétition, la vitesse de rotation peut atteindre 19 000 tours/minute d'où une fréquence d'action de plus de 300 hertz pour les soupapes et des difficultés de maintien en contact avec l'arbre à came ou le linguet.

Une solution à ce problème est le système de synchronisation à soupape desmodromique (Fabio Taglioni). Cette amélioration mécanique d'ouverture et de fermeture des soupapes est dite positive, car elle accompagne mécaniquement le mouvement de la soupape lors de son ouverture et de sa fermeture. La soupape est poussée par une came (ouverture) puis tirée (fermeture) par un levier asservi à la même came, et non plus laissée à la seule action du ressort de rappel.

La course de la soupape est ainsi entièrement contrôlée par la came de commande. Le nom desmodromique est d'ailleurs composé par les racines grecques desmo qui signifie lien, chaîne -dans le sens de asservi, contrôlé- et dromo qui signifie course. Les moteurs peuvent alors tourner beaucoup plus vite sans que l'on ait à craindre la « danse » des ressorts et un affolement des soupapes.

L'inconvénient du système est sa complexité et, donc son coût accru. Un fabricant employant ce système est Ducati, pour certains de ses moteurs de moto.

En Formule 1, fut expérimenté un système de rappel des soupapes fonctionnant au gaz, ce qui permet aussi d'obtenir des régimes de rotation élevés sans affolement de soupapes.

Langage

En général dans la langue française, le terme « soupape » désigne une échappatoire ou un moyen de faire baisser la tension nerveuse (stress).

Voir aussi

• Ébullition-explosion
• Soupapes en tête
• Moteur à soupapes latérales
• Siège de soupape
• Guide de soupape

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