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Projet Pluritechnique Encadré 
Lycée Hoche ­ TS9 
Année 2013 ­ 2014 
 
 

Jets d’eau 
 

 
 
Groupe 3 :  
 
Alexis Dubois 
Corentin Le Bihan 
Théodore Cherrière 
Théophane de Castelbajac 
1 / 39 

Introduction 
 
 
Parmi  les  différentes  industries  du  spectacle,  la fontainerie  a  toujours  eu  une place  primordiale, et 
tout particulièrement ici, à Versailles, comme on peut le constater en visitant les jardins du château. 
 
 
La  démarche  du  Projet  Pluritechnique  Encadré  nous  a  donc  permis  d'apprendre  à  connaître  ce 
secteur  :  son  fonctionnement,  ses  acteurs,  ses  techniques  et  ses  réalisations.  Cette  démarche  a  été 
soutenue  et  guidée  par  le  partenariat  avec  l'entreprise  Aquaprism  qui  nous  a  aidé  à  fixer  des  objectifs 
précis et nous a apporté son savoir­faire et son expérience. 
 
 
Nous  avons  commencé  par  nous  pencher  sur  des  notions  d'analyse  fonctionnelle,  ce  qui  nous  a 
permis  d’acquérir  un  vocabulaire technique  concernant  le domaine  de  la fontainerie. Il nous  a  fallu ensuite 
nous  intéresser  à  des  notions  de  dynamique  des  fluides  afin  de  pouvoir  comprendre  les  différents 
paramètres qui régissent le fonctionnement d'une fontaine. 
 
 
Les ingénieurs d'Aquaprism nous ayant présenté leur savoir­faire, ils nous ont demandé de chercher 
et  de  développer  de  nouvelles  idées,  afin  d'enrichir  leur  catalogue.  Nous  nous  sommes donc  centrés sur 
deux  idées  de  nouveaux  effets  d'eau  que  nous  avons  développées.  Nous  avons  réalisé  une  fontaine  de 
démonstration,  similaire   à  celle  que  l'entreprise  avait  déjà  développée,  afin  de  pouvoir  présenter  nos 
prototypes d'ajutages. 
 
 
Nous  avons  commencé  par  réaliser  des  modélisations   graphiques  des  nos  prototypes  (plans  et 
modélisations  Solidworks),  puis  nous  avons réuni  les pièces  nécessaires  à  la fabrication des  prototypes. 
Une  fois  ceux­ci  construits,  nous  avons  pu  effectuer  des  mesurages  afin  de caractériser  quantitativement 
les performances obtenues et ainsi valider le cahier des charges. 
 
 

 

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Sommaire 
 
 

1/ Aquaprism 
 
1.1/ Présentation générale de l’entreprise 
 
1.2/ Le catalogue de l’entreprise 
 
1.2.1/ Les ajutages 
1.2.2/ L’éclairage 
1.2.3/ Les vannes 
1.2.4/ Autres équipements 
 
1.3/ La fabrication des pièces 
 
1.3.1/ La découpe au plasma 
1.3.2/ La soudure 
1.3.3/ La colonne perceuse 
1.3.4/ La tour d’usinage 
1.3.5/ Le polissage 

 
 

2/ Le travail préparatoire 
 
2.1/ Outils scientifiques 
 
2.1.1/ Loi de Bernoulli 
2.1.2/ Perte de charge linéaire 
2.1.3/ Perte de charge singulière 
2.1.4/ Débit 
2.1.5/ Pression 
2.1.6/ Courbe caractéristique 
 
2.2/ Analyse fonctionnelle 
 
2.2.1/ Analyse du besoin 
2.2.2/ Analyse fonctionnelle externe 
2.2.3/ Analyse fonctionnelle technique 

 
 
 
 
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3/ Idées de réalisation 
 
3.1/ Idées d’ajutage 
 
3.1.1/ Jet “vis” 
3.1.2/ Système de variation de l’angle d’un ajutage 
 
3.2/ Idées de mise en rotation 
 
3.2.1/ Système de turbine 
3.2.2/ Système de propulseurs à eau 
3.2.3/ Système d’hélice 
3.2.4/ Système de roue/galet 

 
 
 

4/ Modélisation et réalisation 
 
4.1/ la liaison pivot 
 
4.1.1 les degrés de liberté 
4.1.2 l’étanchéité 
4.1.3/ les frottements 
4.1.4/ le raccordements 
4.1.5/ la fabrication: usinages et assemblage 
 
4.2/ Ajutage rotatif 
 
4.2.1/ Développement et modélisation 
4.2.2/ Fabrication et tests du prototype 
 

 
 

5/ Appréciation des performances 
 
5.1/ Protocoles de mesurages 
 
5.1.1/ Pression fournie aux ajutages 
5.1.2/ Débit fourni par l’ajutage 
5.1.3/ Vitesse de rotation de l’ajutage 
5.1.4/ Hauteur des jets 
 
5.2/ Rendement de la liaison pivot 

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1/ Aquaprism 
 
Durant  toute  notre   démarche  de  projet,  nous  avons  travaillé  en  partenariat  avec  une  entreprise  spécialisée   en 
conception  de  fontaines  :  Aquaprism.  Le  mardi  3  décembre,  nous  avons  eu  l’occasion   de  pouvoir   faire  une   visite  guidée  des 
locaux   sous  la  conduite  de  M.  Romain  Potier,  chargé  de la R&D  au sein de  l’entreprise.  Nous avons  pu durant cette après  midi 
découvrir l’ensemble des étapes nécessaires à la concrétisation d’un projet, de l’idée de départ à sa réalisation. 
 
 
1.1/ Présentation générale de l’entreprise 
 
L’entreprise Aquaprism  est  constituée d’une 
dizaine  de  personnes,  elle  entre  donc  dans  la 
catégorie  des  PME.  Elle  est  spécialisée   dans  la 
conception  de  fontaines  sur  mesure.  Les  locaux, 
basés  à  Montigny­le­Bretonneux,   comprennent  sept 
postes  de  travail  en  open  space,  un   atelier  et  un 
entrepôt.  
Durant  cette  après­midi,  nous  avons  eu 
l’occasion  de   visiter  l’entrepôt,  ce  qui nous a  permis 
de  découvrir  le  catalogue  de  l’entreprise  et  de  nous 
familiariser  avec  le  vocabulaire  technique.  Nous 
avons  également  eu  droit  à  une  démonstration  des 
différentes  machines  présentes  à  l’atelier,  ainsi  que 
de  la   fontaine  de  démonstration déja  développée  par 
l’entreprise.  Enfin,  M. Potier nous  a  présenté le rôle 
de l’entreprise sur le marché de la fontainerie.  
 
 
 
 
1.2/ Le catalogue de l’entreprise 
 
1.2.1/ Les ajutages 
 
L’ajutage  est  la  pièce  qui donne sa  forme au  jet d’eau.  Il en  existe  de nombreux  modèles qui  correspondent  à  autant  de 
jets d’eau spécifiques. Dans le catalogue d’Aquaprism, on peut en distinguer 25 modèles répartis dans 6 catégories. 
 
● Les jets veine pleine : effet simple et uniforme.  
● Les jets creux : effet cristallin très élégant 
● Les jets moussants : effet blanc et volumineux 
● Les jets composés : effets conjugués pour des jets sur mesure 
● Les lames et films d’eau : effets cloche, éventail ou tulipe 
● Les jets dynamiques : coupure très rapide du jet créant des effets spéciaux 
 

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Le  premier   ajutage  que  nous  avons  vu  était  un   ajutage  en  veine  pleine  produisant  un   jet  cylindrique  vertical.  Pour 
accélérer  le   flux  d’eau,  et  donc  lui  permettre  d’aller   plus  haut  il   faut  diminuer  progressivement  le  diamètre  du  tube.  Cette 
diminution  de  diamètre  causes  des  turbulences,  qui  réduisent  la  stabilité  du  jet  (il   aura   tendance  à  former  des  gouttes 
séparées). Pour lutter contre ce phénomène, on ajoute un tranquillisateur : une lame qui sépare et réorganise les flux d’eau. 
 
Pour  les  plus  gros  ajutages,  comme   celui  du jet  du lac  d’Enghien,  la  réduction passe  d’un diamètre  d’à peu  près 10cm  
à  un  diamètre  de  2cm.  Pour  limiter  les  pertes  de  charge,   on  diminue   progressivement  le  diamètre  en  passant  par  des  cônes. 
D’un  point  de  vue  perte  de  charges,  l’idéal   serait  d’avoir  un  unique  cône.  Mais  un  cône  permettant  une  tel   transition  n’existe 
pas, il faut donc l’assemblé à partir de cône de 19°, séparé par des cylindres (pour tranquilliser le flux). 
 
 
1.2.2/ L’éclairage 
 
En  plus  des  différents  jets  d’eau,  l’entreprise  propose  des  systèmes  d’éclairage  de   ces  jets  d’eau afin de  le  mettre  au 
maximum en valeur.  
 
Le  premier   type  de   système  d’éclairage  est  le  système à ampoules  à  incandescence. Ce  système est  composé d’une 
coque  de  maintien  et  d’une  ampoule,  assurant  directement son étanchéité.  Ce  système  tend à  disparaître  étant  donné  qu’il est 
interdit  (sauf  en  cas   de  dérogation),  peu  résistant  (la  durée  de  vie  moyenne   d’une  ampoule  est   d’un  an   et  demi)  et  est  très 
consommatrice de courant. 
 
On  lui  préfère   de  plus  en  plus  l’éclairage  à  LED.  En  plus   d’être  moins  consommatrice  et  plus   résistante  que  les 
ampoules,  elles  permettes   de  choisir   la  couleur  d’éclairage.  Il  existe  deux  technologies  :  la  LED  trichrome  pouvant  produire  
presque  toute  les   couleurs,  ou  trois  LED   monochromes,   une  rouge,  une verte et  une  bleue. Chez Aquaprism  on  a préféré  cette 
seconde  solution,   car  elle  permet  de  s’adapter  à  la  plupart  des  situations.  Par  exemple  si   le  client  souhaite  avoir  un jet  d’eau 
jaune,  il  suffit  de  mettre  des  LED  rouges  et  vertes.  Si  l’on   mettait  une  LED   trichrome,  on  perdrait  bêtement  la  couleur  bleue. 
Pour permettre d’avoir des couleurs pastels tout en gardant une certaine puissance, on ajoute une quatrième LED blanche. 

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Le  principal défaut  de  l’éclairage  avec  quatre  LED vient  de  la synthèse additive  des  couleur  au  sein  de l’eau, qui  peut  se 
faire  plus  ou   moins  bien.  Sur un  jet cela ne  crée  qu’un  effet  de  scintillement,  mais lorsque  le  rayon atteint  une  façade, ce  défaut  
est beaucoup plus flagrant. 
 
On  peut  mettre  en  place  cet  éclairage  sous   différentes  formes.  Soit  sous  la   forme d’un  anneau autour du  jet,  soit d’un 
projecteur  placé  à  coté  du  jet,  soit  d’un  projecteur  placé  à  l’intérieur  du jet, dans  le  cas  de certains  ajutages particulier où  l’eau 
s’écoule  non  pas  au  travers   un  trou  sphérique,  mais   d’un  trou   en  forme  d’anneau.  Les  projecteurs   peuvent  être  constitués  de 
nombreuses   LED  (jusqu’à  64),  fournissant  ainsi  une  plus  grande  puissance d’éclairement et une  plus  forte  modulation possible 
des couleurs. 
 
 
1.2.3/ Les vannes 
 
Afin  de  pouvoir  contrôler  le  fonctionnement  d’une  fontaine,  il   est  nécessaire  de  pouvoir  réguler  le  débit,  en tout­ou­rien 
ou plus précisément. Pour cela, il est nécessaire de positionner sur le circuit une vanne. L’entreprise en utilise de deux types :  
 
● Les  première  sont  les  vannes  quart de  tour.  Elles sont  très simple  d’utilisation.  Cependant,  elles  ne permettent 
de régler que deux positions (fermé ou ouvert). Elle sont constituées d’une rotule encastré dans un pivot 
 
● Le  second  type  de  vannes  est  à  “opercule”.  Contrairement  à  la  précédente,  elle  permet  de  régler précisément 
le débit. Elles est constituée d’une fermeture à guillotine. 
 
 
1.2.4/ Autres équipements 
 
L’entreprise propose également d’autres équipements nécessaires au fonctionnement d’une fontaine :  
● Les  pompes  : afin de  mettre  l’eau  en  mouvement dans  le  circuit, il  es  nécessaire  de disposer d’une  pompe  hydraulique. 
Celle  ci  peut  être  immergée   ou  non,  selon  les  nécessités  d’installation.   Il  existe  également des pompes doseuses  qui 
permettent de distribuer précisément des produits chimiques ou des liquides de traitement dans l’eau.  
 
● Les  systèmes  de  traitement  de   l’eau  :  afin  de  garder  une  eau  pure  et claire en  circulation,  il  est nécessaire  de  pouvoir 
évacuer  toutes  les  saletés  qui  s’accumulent  inévitablement   dans  le  circuit.  C’est  pourquoi,  l’entreprise  propose  des 
systèmes de traitement de l’eau, par filtres ou par produits chimiques. 
 
● Les  systèmes  électroniques  de  contrôle  ou  d’automatisation  : pour pouvoir  contrôler le fonctionnement de  la  fontaine,  il 
est  possible  de  bénéficier  d’une  interface   de  commande,  fonctionnant  sous  norme  DMX.   Cette  interface  peut  être 
utilisée pour modifier la hauteur des jets ou les paramètres d’éclairage (couleur et intensité). 
 
L’entreprise  peut  aussi   fournir  toutes  les  pièces  nécessaires  à  la  mise  en  place  du  circuit  hydraulique  comme  les  tuyaux,  les 
traversées de parois ou les rotules d’orientation.  
 
 
 
 
 
 
 
 

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1.3/ La fabrication des pièces 
 
Au cours de notre visite, nous avons pu découvrir les différentes machines et techniques d’usinage qu’utilise l’entreprise 
pour la fabrication de certaines pièces.  
 
 
1.3.1/ La découpe au plasma 
 
Cette  technique  est  utilisée  pour  découper  de  l’inox  
(très  utilisé  en  fontainerie).  Elle  nécessite  deux  électrodes  : 
l’une  est  fixée  à  la  pièce  à  découper,  l’autre  est  manipulée 
par  le  découpeur.  Une  très  forte  puissance  électrique  est 
fournie  grâce  à  un  générateur,  qui  ionise  l’air  (et  forme  donc  
un  plasma)  autour   de  cette  électrode,  et  qui  libère  le  courant 
lorsqu’elle   est  à  proximité  de  la  pièce  à  découper.   L’énergie 
dégagée   est  alors  concentrée  sur   une  toute  petite  portion du 
métal  à  découper,  ce   qui  provoque  sa fusion,  immédiatement 
évacuée  à  l’aide  d’un  système  à  air  comprimé.  Ainsi,  la 
découpe est nette, droite et rapide. 
 
 
1.3.2/ La soudure 
 
Comme   la  découpe   au  plasma,  la   soudure   nécessite   un  système  électrique,  sauf  qu’ici   le  métal  en  fusion   est  utilisé 
pour réunir deux pièces et non pour les séparer. 
Il   est  intéressant  de  noter   qu’on  peut manipuler sans  protection  thermique  particulière deux pièces  en inox qui  viennent 
d’être   soudée,  car  ce   matériau  est  un  très  mauvais  conducteur  thermique.  En  revanche,  si  l’on  soude  deux  pièces   d’un  autre 
métal, du cuivre par exemple, il faut faire très attention. 
 
 
1.3.3/ La colonne perceuse 
 
Cette  machine  permet  de  percer  un  trou  circulaire  dans  des pièces  de  métal.  La pièce est  maintenu à  l’aide  d’un mors 
constitué de trois mâchoires qui permettent de centrer parfaitement la pièce à percer. 
 
 
1.3.4/ La tour d’usinage 
 
Un  tour  d’usinage  permet  d’obtenir  des 
rainures,   des   filetages  pour  des  pièces  
cylindriques.  Cette  machine  entraîne  la  pièce  dans  
un  mouvement  de rotation  rapide, et une  tête  (lame, 
contrepointe)  qui  se  translate  le  long   de  l’axe  de 
rotation  vient  tailler  la  pièce  en  lui  arrachant  un peu 
de  matière  à  chaque  tour.  On  peut  faire  varier  la 
vitesse  de  rotation  de  la  pièce  ainsi  que  la  vitesse 
de translation de la tête 
 

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1.3.5/ Le polissage 
 
Nous  avons  pu  également  voir  le  fonctionnement  d’une  machine  servant  à  polir   les  pièces  de  métal,   aussi  appelée 
“tank”.  Elle   est  composée  d’une  roue  et   d’une  sorte  de  chenille  recouverte  d’un  revêtement  abrasif,  qui  en  tournant  à  haute 
vitesse  “lime”  le  métal.  En  changeant  les  types de  surfaces  abrasives, on  joue sur l’effet obtenu:  on peut passer d’un  polissage 
grossier à un effet “miroir”. 
 

 
 
Ci dessus à droite un exemple de pièce réalisée à l’atelier : un support pour un ajutage.  
 
 
1.4/ Le traitement d’une affaire 
 
Considérons 
une 
des 
réalisations 
d’Aquaprism  :  la  fontaine  de  la  Place 
Notre­Dame de Villefranche de Rouergue 
 
Aquaprism  a  réalisé  ici  une fontaine 
sèche  musicale  et  lumineuse  devant  la 
collégiale.  Cette  réalisation  est  intégrée 
dans  un  projet  de  rénovation  de  la  place 
principale  :  c'est   donc  au  départ  un   projet 
lancé  par  un  partenariat  entre  la  commune, 
la  région,  le  ministère  à  l'Aménagement  du 
territoire et d’autres organismes. 
 
 
 

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Cet  exemple  nous   permet  d'étudier  la  place d'Aquaprism  sur  
le marché : 
 
Au  départ  d'un  projet,  il  y  a   l'idée   du  client  : 
principalement   les  mairies  (80%),  mais  aussi  des 
entreprises  (10%)  et  des  particuliers  (10%  )  (chiffres  
approximatifs).  A  partir   de  là,  on  peut  distinguer  deux  cas, 
en fonction de la taille et de la complexité du projet : 
 
Les  tous   petits   projets,  venant  généralement  de 
particuliers,  sont  traités  directement  par  Aquaprism  (ces 
projets  consistent   souvent  en   petites  fontaines   ,simples  à  
installer,  et  constituent  une  petite  part  de  l'activité  de 
l'entreprise) et sont installés par le client. 
 
Les  projets  classiques  sont  plus  complexes: 
lorsqu'une   mairie ou  une  entreprise intègre une  fontaine dans 
un  projet,   elle  fait  appel  à  un  architecte  qui  se  met  en 
coopération avec  un bureau  d'étude  de  fontainerie.  Ce bureau 
détermine  le  cahier  des  charges   et  lance  un  appel  d'offre 
auquel  répondent   des   installateurs,   qui  s'occuperont  de  la 
mise  en  place  sur  le  chantier,et  des  entreprises  comme 
Aquaprism,  qui  proposent  les   solutions  techniques  de 
conception  de  la  fontaine.  Ces  deux  derniers   acteurs 
rentrent  en  relation  :   Aquaprism  fait  un  devis  à  l'installateur 
et au bureau d'étude qui achètent les équipements.  

 
 
 
 
 
 

 

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2/ Le travail préparatoire 
 
2.1/ Outils scientifiques 
 
2.1.1/ Loi de Bernoulli 
 
v 2.ρ
v 2 ρ
P 1 + 21 + ρ.g.h 1 = P  2 + 22. + ρ.g.h 2 + ΔP  
 ΔP correspondant aux pertes de charges 
 
Démonstration : 
Le  flux  volumique  est  constant  donc  pendant  un  même  instant  Δt,  il 
s'écoulera un même volume V. 
 
E c 1 = 21 mv 21 = 21 ρ.V .v 21  ;  E p(P oids) = m.g.z 1 = ρ.V .g.z 1  ;  E (P  1)

= V .P  1  

E m 1 = E c 1 + E p(P oids) + E (P  1)  
v 12.ρ
2 + V .ρ.g.z 1  
v 12.ρ
2 + ρ.g.z 1)  

= V .P  1 + V .
= V .(P  1 +
 

v 2.ρ

.(P  2 + 22 + ρ.g.z 2)  
On a donc  E m 1 − E m 2 = ΔW ⇒ E m 1 = E m 2 + V .ΔP   
De même pour le point 2,  E m 2 =V

v 12.ρ
v 22.ρ
+
ρ
.g.z 
)
=
V
.(P
 
+
1
2
2
2 + ρ.g.z 2) +
2
2
v 1.ρ
v 2.ρ
2 + ρ.g.z 1 = P  2 + 2 + ρ.g.z 2 + ΔP  

V .(P  1 +
⇒ P  1 +
 

V .ΔP  

 
2.1.2/ Perte de charge linéaire 
 
 
Les pertes de charge linéaires sont les pertes de 
charge subit le long d'un tuyau rectiligne. 
ρ.v²
ΔP = λ.L
D . 2  où λ est la rugosité du tuyau 
(dépendant de la matière) 
Exemples :  λ inox

= 0, 015   et  λ pvc = 0, 0015    

 
On remarque qu'à vitesse nulle il n'y a pas de perte de charge. 
    
 
 
 

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2.1.3/ Perte de charge singulière 
 
Les  pertes  de   charges  singulières  se  produisent  lorsque  l'on  a  autre  chose  qu'un  tuyau   droit,   comme  par  exemple  un  
coude  ou  une   buse.  Il  est  possible  de  les  rattacher  à   une  perte  de  charge  linéaire  en  leur  attribuant  une  longueur   de  tuyau 
équivalente. 
2
ΔP = K . ρ.v
2  où K est un coefficient sans unité.  
S 1 2
réduction :  K    = (1 − S  ) l’eau rentrant par une section   
2
 
 
2.1.4/ Débit 
 
Le  débit  est  la  quantité  de  liquide  passant  par  seconde.  Cette   quantité  peut  être   mesurée  par  sa  son   volume  (débit 
volumique en  m 3.s −1 ) ou sa masse (débit massique en 
 
kg.s −1  ).   

Dv = S .v  où S est la section (en  m 2 ) et v est la vitesse du fluide (en 
 
m.s −1 ).
  
Dm = ρ.Dv  
Dm  =  

π.ρ.R 4
8.η.l   où  R  est  le  rayon  du  tuyau,  l   sa  longueur,   η  la  viscosité,  et  ΔP  la différence de  pression  entre le  début et  la  

fin du tuyau.  
 
Écoulement laminaire :   
 
On  parle  d'écoulement  laminaire lorsque  partout  dans 
le  tuyau  les   particules  ont  des  trajectoires  parallèles  au 
tuyau.  Toutes  les  particules  n’ont   cependant  pas  la  même  
vitesse.  Il   s’exerce  une  force   de  frottement   entre  les 
particules que l’on note  F f . 
x
   F f = η.S. dv 
dy   
 
 
 
2.1.5/ Pression 
 
La pression se mesure en Pascal ,en mètre de colonne d'eau (mce) ou en bar. 

1 mce = 9810 P a = 0, 1 bar  
 
 
On  admettra  qu'un  jet  d'eau  ayant  pour  pression  1mce  à  la  sortie  de   la  buse  ira  à   un  mètre  de  hauteur  en  moyenne.  On peut 
retrouver cette approximation en négligeant les forces de frottement. En effet, à la sortie de la buse,  
2
ρ.v buse
 
⇒ v buse = 2ΔP
2
ρ
E m buse = 21 .m.v 2buse + m.g.h buse = 21 .ρ.V . 2ΔP
ρ + 0 = ΔP .V  
E m max = 21 .m.v 2max + m.g.h max = 0 + ρ.V .g.h max = ρ.V .g.h max  

ΔP =



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Comme il n’y a que deux forces conservatives (supposition),  

E m buse = E m max ⇒ ΔP .V = ρ.V .g.h max ⇒ ΔP = ρ.g.h max  

Sur Terre, pour l’eau, on a :  

ΔP (en P a) = 1000.9, 81.h max = 9810.h max  
Donc  ΔP  (en mce) = h max (en m)  
 
Comme nous allons faire des jets de l'ordre du mètre, le mètre de colonne d'eau est l'unité la plus adaptée. 
 
 
2.1.6/ Courbe caractéristique 
 
On  représente  la   caractéristique  d'une   pompe  par  une  courbe   représentant   la  pression  en  fonction  du  débit  (soit  une 
grandeur d'effort en fonction d'une grandeur de flux). 

 
 
Pour trouver le point de fonctionnement, on trouve le point d’intersection des deux courbes. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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2.2/ Analyse fonctionnelle 
 
 
2.2.1/ Analyse du besoin 
Une  fontaine  est  conçue  pour  agir  sur  une  matière  d’oeuvre  précise  qui  est  l’eau,  dans  le  but  de   lui   donner  un 
mouvement offert à la vue de spectateurs. 
Elle  répond  donc  à   un  besoin  de  décoration,  et  son  appréciation  artistique   est  susceptible  d’évoluer  en  fonction des  modes  et 
des goûts. 
 
On peut représenter ce besoin sous la forme d’un schéma du type “bête à cornes”: 
 

 
 
 
2.2.2/ Analyse fonctionnelle extérieure 
 
On  doit  maintenant  définir  des  fonctions  de 
service  qui   permettront  à  la  fontaine   de  répondre  au  
besoin  défini  précédemment. On  ne  s'intéressera qu’à  la 
phase  de  fonctionnement  normal   d’une  fontaine   qui 
correspond  à  la  satisfaction  du  besoin  énoncé:  lorsque 
la fontaine crée un mouvement d’eau. 
 
Les fonctions de service sont des actions du produit 
avec son milieu extérieur, il faut donc prendre en 
compte les différents éléments extérieurs susceptible 
d’interagir avec une fontaine. 
 
 

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Maintenant  qu’on  a  défini  les  différents   éléments 
extérieurs,  on  peut  analyser   leurs  différentes 
interactions  possibles  avec  la  fontaine,  et  associer  à  
chaque interaction une fonction de service. 
 
La  fonction  principale  est  créer  un  mouvement 
d’eau contrôlé (FP). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Les fonctions secondaires associées sont liées à la 
mise en valeur du spectacle, comme: 
FS1 : créer un effet de lumière 
FS2 : créer un effet sonore 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Enfin, on peut définir des fonctions de contraintes, qui représentent des problèmes d’ordre technique que rencontre le produit 
dans son environnement ou dans son fonctionnement, qui devront être résolus: 
 
FC1 : approvisionner la fontaine en eau 
FC2 : réaliser des étanchéités 
FC3 : respecter des normes de sécurité 
FC4 : fonctionner à température ambiante 

FC5 : prendre en compte la déviation du jet due au vent 
FC6 : éliminer la saleté 
FC7 : approvisionner la fontaine en énergie 
FC8 : atténuer les nuisances 

 

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2.2.3/ Analyse fonctionnelle technique 
 
Maintenant  que  nous  avons  défini les  différentes  fonctions  que  doit réaliser  une  fontaine,  on peut désormais les  traduire  
en  fonctions  techniques  réalisables.  On  va  utiliser  pour  cela  un  outil  qui  est le diagramme FAST :  il  s’agit d’une  représentation 
qui permet de faire l’inventaire de toutes les fonctions techniques et de leur attribuer des solutions de réalisation. 
Nous pouvons d’abord considérer la fonction principale et les fonctions qui lui sont directement attachées :  

 

 
 
Nous pouvons maintenant traiter chacune des fonctions secondaires  
 

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3/ Idées de réalisation 
 
3.1/ Idées d’ajutages 
 
Après ce travail de réflexion préparatoire, nous avons commencé à réfléchir à nos propres idées de jet d’eau. 
 
Nous  avons  commencé  par  effectuer  un  brainstorming  afin  de  disposer d’un  maximum d’idées.  Nous avions  à partir  de 
là  plusieurs  pistes  de   réflexion  :  développer  de  nouvelles  formes  de  jets,  les  mettre   en  mouvement,   les  faire  se  croiser  ou 
encore les projeter sur différentes surfaces. Nous avons ensuite proposé ces idées à Aquaprism afin de faire un choix.  
 
Nous  avons  choisi  de  nous  centrer  sur  nos  idées  de  mise  en  mouvement  de  jets,  et  ce  pour  plusieurs  raisons.  Tout 
d’abord,  le  catalogue  d’Aquaprism  était  déjà  riche  en   formes  diverses et  il  nous  aurait été  difficile d’y  ajouter  quoique  ce  soit  de 
vraiment  intéressant  par  rapport  à  ce  qui  existait  déjà.  Ensuite,  ce  même  catalogue   ne  comportait pas de  jets  mouvants :  nos 
idées  permettaient  donc   de l’enrichir  et  de le diversifier.  Enfin,  ces  idées  faisaient  appel à  des  notions scientifiques  qui étaient à 
notre portée ce qui nous promettait un résultat gratifiant.  
 
Plusieurs  types   de  mouvements  s’offraient  à  nous  :  une   ou  plusieurs  rotations,  une  ou   plusieurs  translations  ou   un 
mélange des deux.  
 
Nous  nous   sommes  également  fixé   la  contrainte  de  n’utiliser  que  la  force  hydraulique  du  circuit  de  la  fontaine  pour 
réaliser  ces  mouvement :  en effet, les  ingénieurs  d’Aquaprism,  ainsi que notre  professeur de  SI  nous ont fait  comprendre  qu’une 
motorisation des jets posait de gros problèmes d’étanchéité, de réglage, de montage, de mise en application et de prix. 
 
Nous avons eu plusieurs idées de mise en mouvement :  
● Un jet d’eau type “vis” 
● Un système de variation de l’angle d’un ajutage 
● Un jet d’eau tournant alternatif 
● Un jet d’eau ondulant 
 
Les  deux  idées  que  nous  avons  retenues  pour  la   réalisation  sont  un  jet   d’eau  type  “vis”  et  un système  de variation de 
l’angle d’un ajutage.  
 
 

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3.1.1/ Jet d’eau type “vis” 
 
L'idée  était  de  créer  un  effet  «  d'enroulement  »  d'un  jet  autour  de  lui  même,  un   peu  à  la   manière   d'une  vis  que   l'on 
tourne.  
On  considère  un  disque  sur   une  face  duquel  sont  disposés  régulièrement  plusieurs  ajutages  verticaux.  Quand  on  fait 
tourner  le  système  dans  le  plan   horizontal,   les  jets  se  décalent  au  fur  et  à  mesure,  ce  qui  forme  l’effet  d’enroulement des jets 
sur eux même.  

 
 
 
3.1.2/ Système de variation de l’angle d’un ajutage 
 
L’idée  dans  ce  système  est  de  faire  varier  l’angle  de  sortie  du  jet  d’eau  par  rapport  à  la  verticale.  Pour  répondre  à   ce 
problème, on se propose d'appuyer l’ajutage sur un cylindre dont le haut sera découpé comme suit :  

 
 
Lorsque l’on fera tourner le cylindre, le point de contact entre l’ajutage et le cylindre se déplacera sur l’axe vertical, ce qui fera 
varier l’angle de l’ajutage par rapport à la verticale. 
 
 

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3.2/ Idées de mise en rotation 
 
Les  deux  effets  que  nous  avons   développé   sont  basés  sur  des  mouvements  de  rotation,  mouvements  qui  doivent  être 
réalisés avec la force hydraulique du système. Nous avons donc réfléchi à plusieurs moyen de créer ce mouvement. 
  
3.2.1/ Système de turbine 
 
Il  existe  tout  d’abord  une  idée qui  est  couramment utilisée  pour  créer une  
rotation  à   partir  du  mouvement  de  l’eau,  c’est le principe  de turbine qui  est  utilisé 
dans  les  moulins   hydrauliques.  Quand on  projette à  suffisamment  grande vitesse 
de  l’eau  sur  les   pales  d’une  roue   à  aube,  on  crée  un  couple  qui  engendre  une 
rotation.  
 
 
3.2.2/ Système de propulseurs à eau 
 
Un  autre  moyen  de  créer  une  rotation  est  d’utiliser  la   force  de  réaction 
créée   par  la  propulsion  de l’eau. Si  l’on fixe des propulseur  à  eau  sur  des  bras  de 
leviers   perpendiculaires  à  l’axe  de  rotation  vertical,   on  obtient  un  couple (bras  de 
levier + force) qui engendre une rotation. 

 
 
 
3.2.3/ Système d’hélice 
 
Une  hélice  permet  au départ  de  transformer  un mouvement de 
rotation  en  un  mouvement  de  translation (c’est le principe  d’un moteur 
de  bateau  ou  d’avion).  Cependant,  on   peut  aussi  utiliser  une  hélice 
pour  transformer  un  mouvement  de  translation  en  un  mouvement  de  
rotation  :  si  l’on   fixe  une   hélice  à  l’intérieur  d’un  tuyau,  le   flux 
hydraulique  qui   translate  va  mettre  en  mouvement  l’hélice  et  ainsi 
créer  un  mouvement  de  rotation  que   l’on  pourra  communiquer  à 
n’importe  quelle  pièce  située  plus  haut  sur  l’axe  de  rotation.  Voilà  le 
schéma d’un système de ce type :  
 
 
 

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Le  principal  avantage  de  cette  solution  est  qu'elle  est  invisible  car  interne  et   donc  ne  peut   pas  nuire  à  l'esthétique 
visuelle  et  sonore.   Elle  crée   cependant  des  pertes  de  charge  assez  importantes  ainsi  que des perturbations dans le flux  d'eau, 
ce qui rend nécessaire l’usage de tranquilisateurs de flux. 

 
 
3.2.4/ Système de roue/galet 
 
 
Nous  avions  également  pensé  à 
réaliser  la  liaison   pivot  de  la manière  suivante  : 
on  pourrait   avoir  une  partie  fixe  (celle  en 
dessous  des  pointillés)  qui  commence  par  un 
filetage  standard.  Ensuite  la   liaison  pivot serait 
réalisée   par  un  système  de  roue  (comme   un 
galet)   qui viendrait  se positionner  entre la  pièce 
fixe et la partie rotative. 
Les  jets  d’eau  sur  le  côté (comme sur 
le  jet  vis)  permettront   de  faire  tourner  la   pièce 
mobile,  la  liaison  pivot  serait  complètement 
effectuée par les roues (voir schéma numéro 2) 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 

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4/ Réalisation 
 
Nous  avons  finalement  choisi  de  réaliser  deux   ajutages  qui  intéressaient  particulièrement  Aquaprism,  et  qui  utilisent 
une rotation autour de l’axe vertical z : l’ajutage de type vis et celui à variation d’angle. 
Pour  pouvoir  présenter  ces  deux  ajutages   que  nous  avons  choisi  de  développer  nous  avons  réalisé  trois  éléments 
principaux : les deux ajutages ainsi qu’une liaison pivot étanche et interchangeable.  
 
4.1/ La liaison pivot 
 
La  liaison  constitue  la  partie  la  plus  importante  de  notre  réalisation.  Nous avons  rencontré  plusieurs  problèmes  lors de 
sa conception et de sa réalisation, auxquels nous nous sommes efforcés de répondre le mieux possible.  

 
4.1.1/ Les degrés de liberté 
 
Pour  réaliser  un   pivot,  il  faut  ne  laisser  qu’une  rotation,  en  l'occurrence  sur  l’axe 
vertical  z,  donc  supprimer  tous les  autres  degrés  de liberté  de l’équipement. L’utilisation 
de  deux  roulements  à  billes  coaxiaux  permet   de  supprimer  les  rotations  et  les 
translations  en  x  et  en  y.  Reste  la  translation  en  z que  l’on peut  supprimer en  fixant  les 
tuyaux au roulement.  
 
Il   reste  cependant  un   problème  en  ce  que  les  roulements   standards  ne  sont 
prévus  pour  supporter  que  des   efforts  radiaux,  et  ne  sont  pas  adaptés  pour  les  efforts 
axiaux.  Or  le  poids  de  l’ajutage  et   le  flux  hydraulique  exerceront   inévitablement  des 
efforts  axiaux  non  négligeable,   ce  qui   signifie  que  les  roulements  ne  fonctionneront  pas 
correctement,  ou  du  moins  se  dégraderont  beaucoup  plus  vite  si  l’on  n’adjoint  pas  au  
système un équipement capable de les soulager de ces efforts axiaux.  
Pour  résoudre  ce  problème  nous  avons   choisi  d’utiliser  deux  butées  à  billes   : 
une  pour  gérer  l’effort  résultant  du  flux  hydraulique  (venant   du  bas)  et  l’autre   pour   gérer 
l’effort  résultant  du  poids  (venant  du  haut).  Ces  deux  butées  sont en  appui  l’une  en face  
de  l’autre  sur  une  même  entretoise  fixée  au tuyau  d’arrivée  d’eau, et acceptent  ainsi les 
charges axiales verticales dans les deux sens. 

 
 

 
 
 
 
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4.1.2/ L’étanchéité 

 
L’étanchéité  est  un  problème  général  dans  le  domaine  de  la  fontainerie.   Ici,  les  roulements  à  billes  qui  constituent  la 
liaison  pivot  sont  étanches  à  la  poussière  et  l’humidité,  mais  en  aucun  cas  prévu  pour  résister  à  l’eau  sous   pression,  ce  qui 
rend  nécessaire  d’isoler  les  roulements  afin  d’éviter  de  les  détériorer.  Pour  répondre  à  ce  problème,  on  utilise  deux  joints  à 
lèvres  que  l’on   positionne  aux  deux  extrémités  de  la   liaison:  l’eau  à  l’extérieur  fait  pression   sur  les  lèvres  qui  s’écartent  et 
empêche ainsi l’eau de pénétrer dans le système. 
De  plus,  l’étanchéité des raccords filetés est assez mauvaises  et entraînent  d’importantes  pertes  de  charges  (mises  en 
évidence dans nos tests): nous les avons donc rendu imperméable à l’aide de filasse en téflon. 
 
4.1.3/ Les frottements 
 
Tous  ces  équipements   génèrent  des  frottements,  qui  représentent  une   contrainte   majeure.  Afin   d’améliorer  la  qualité 
de la rotation, et la rendre possible sous faible pression, nous devions minimiser considérablement ces frottements. 
 
Dans  un  premier  temps,  il  fallait  bien   veiller   à  ce   que  tous les  éléments  roulants  (roulements  et butées)  soient montés  
de  manière  parfaitement coaxiale. C’est pourquoi  nous  avons  décidé  que  le  tuyau  central  d’arrivée d’eau serait  dans un  matériau 
métallique  indéformable,  du  bon  diamètre,  afin  qu’il  puisse  servir  de  guide  à  ces   éléments.  nous  nous  sommes  également 
arrangés  pour  réaliser  le  carter  rotatif  externe  à  l’aide  d’éléments  standards  prévus  pour  s’emboîter  ensemble  de  manière 
parfaitement coaxiale. 
 
Ensuite,  nous  devions  réduire  les  frottements  liés   aux   éléments  eux­mêmes,  en  particulier  pour les  joints qui devaient 
être  en  contact  avec  les  deux  parties  fixe  et  rotative  de  la  liaison  pour  assurer   l’étanchéité.  Nous  avons  donc  lubrifié 
préalablement les roulements, et une fois la liaison assemblée nous l’avons fait tourner pour que les joints se “fassent”. 
 
Au  final,  après  un  certain  nombre  de  tests,  de  graissage  et  de  tournages,   les  frottements  sont  devenus suffisamment 
faibles pour permettre une rotation avec les couples générés par nos ajutages. 
 
 
4.1.4/ Le raccord 
 
Afin  d’éviter  d’avoir   à  refaire  deux  fois  le  même  équipement,  ce  qui  aurait  coûté  du  temps  et  de  l’argent,  nous  avons  
décidé  de  ne  construire  qu’une  seule  liaison  pivot  qui  devait  donc  s’adapter  aux  deux   ajutages.  Pour  pouvoir  être  compatible 
avec  l’ajutage  à  angle  variable,  la  liaison  devait présenter une  partie fixe  interne et une  partie rotative  externe (cf  ajutage à  angle 
variable). Ces différentes parties se raccordent au circuit par des embouts filetés standards. 
La  liaison  pivot  est  maintenue  pour  les  tests  et  démonstration  par  des  pinces  reliées  à  une  potence  semblables  à  celles  que 
l’on utilise en cours de chimie. 
 
 
4.1.5/ La fabrication : usinages et assemblage 
 
Parallèlement à la réflexion sur la résolutions des problèmes ci dessus lié au fonctionnement normal de la liaison, nous 
avons du prendre en compte les problèmes liés à la phase de sa construction. A partir de notre plan de base, nous avons établi 
un plan de montage qui suivaient les étapes suivantes: 
 
 
 

25 / 39 

  
Entretoise et butées à billes 
 
 
 
 
 
 
Après usinage du tuyau fileté,  
insertion du roulement à bille 
 
 
 
 
 
 
 
Manchon qui cache les éléments 
Seconde entretoise entre 
les roulements 
 
 
 
 
 
 
 
Deuxième manchon et deuxième tuyau fileté usiné 
qui viendra se positionner autour du roulement 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nous  avons  ensuite  dû  trouver des pièces  de la bonne  forme, de  la  bonne taille  et  du bon  matériau  : nous nous  sommes  fournis 
chez  Frans  Bonhomme  et  RS  Components.  Nous  avons  dû  procéder  à  quelques  usinages, notamment des découpes  de tube,  
des perçages, ainsi que des modifications de diamètre. 
 
Ensuite tout a été collé de telle sorte de créer une liaison encastrement entre chaque pièce de la liaison pivot. 
Nous  avons  ensuite  graissé  et  fait  roulé  cette  liaison  (le  tuyau  en  acier  central  d’arrivée  d’eau   est  fixe),  afin  de  faire  les  joints 
d’étanchéités. Cela fonctionnait beaucoup mieux après avoir graissé. 
 

26 / 39 

4.2/ Réalisation de l’ajutage rotatif 
 
Nous avons choisi de retenir ce modèle sur la suggestion d’Aquaprism. Il correspond en fait à un système similaire développé 
par leur concurrent OASE, qui utilise la solution rotative des jets d’eau latéraux. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4.2.1/ Développement et modélisation 
 
Cet  ajutage  est  composé d’une cavité sur lesquels  sont  fixés 6  ajutages: 4  sur  la  partie supérieure, qui  sont ceux  qui  produiront 
les  jets  les  plus  visibles  à  visée   esthétique,  et  2  fixés  au  bout  de  “pipes”  coudées  qui  serviront  à  créer  un   couple pour obtenir 
une rotation. 
 
La  longueur  des  “pipes”  a  été  pensée  comme  un  juste  compromis  entre  puissance  du  bras  de  levier,  encombrement   et 
esthétisme. 
 
Cet ajutage est prévu pour se fixer sur la partie externe (mobile) de la liaison pivot. 
 
On peut évaluer le couple que procure un ajutage propulsif à partir de son débit massique, et de la longueur des pipes : 
On a  F

= ρ eau.S.v²   où  ρ eau  est la masse volumique de l’eau, S la section et v la vitesse tangentielle.
 
  

 
 
(avec ρ la masse volumique de l’eau, S la surface et V la vitesse) 
 
Il suffit de le multiplier par 2 pour avoir le couple engendré par les 2 ajutages propulsif, qui est donc le couple minimal à partir 
duquel la liaison pivot doit se mettre à tourner. 

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Nous  avons  aussi  simulé  sur  SolidWorks  des  tests  (pas  complètement  aboutis), où  nous avons  réalisé  l’ajutage  rotatif,  avec  la 
cavité  centrale  et  les  tuyaux  avec  les  coudes.   En  insérant  des  contraintes,  comme   la  pression atmosphérique au  niveau  de la 
sortie,  ainsi  que,  en  entrée  le  débit  volumique,  nous  avons  pu  simulé  sur  FlowSimulation  (Complément  sur  SolidWorks)  et 
obtenir ce genre de schéma en 3D : 
 

 
Ici nous voyons des lignes de courants pour avoir une idée approximative de ce qu’il se passe dans l’ajutage. 

 
 
Ici voici un plan de visualisation qui nous montre la vitesse aux parois. 
 
Nous n’avons pas développé cette partie sur SolidWorks, nous avons juste constaté qu’il était possible de modéliser tout avec 
toutes les  contraintes, mais cela devient très compliqué, et ce n’est pas ce qui nous était demandé. Aquaprism connaît ces 
valeurs de vitesse et de pression par l’expérience, il fallait faire quelque chose de pratique et non théorique. 

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4.2.2/ Fabrication et test du prototype 
 
Nous avons choisi de réaliser cet ajutage en PVC, car ce matériau est peu cher, résistant, facile à usiner, à assembler et à 
coller. 
Comme pour la liaison pivot, nous avons du usiner les pièces (perçage, découpe, taraudage) et créer un ordre d’assemblage, 
avant de les coller ensemble avec de la colle PVC indémontable. 
 
Nous avons rencontré quelques problèmes lors de la fabrication: les pipes doivent être parfaitement rigide et fixées à leur base, 
ce qui n’est pas évident vu l’épaisseur de la paroi et la surface en contact 
entre les pipes et la cavité. On a donc collé des cales à l’intérieur qui aident au maintient de l’ensemble. 
 
Enfin, nous avons rencontré des problèmes d’étanchéité: il y avait certaines fuites que nous avons colmaté avec une deuxième 
couche de colle ou de la fillasse pour les filetages. 

 
Ensuite nous avons fait différents essais, en changeant l’angle des ajutages des jets du dessus afin d’obtenir des effets de 
croisement, cela était intéressant à observer également. Comme le montre les photos ci­contre : 
 
Voici ici deux différentes positions des ajutages  
de sortie de jet. On observe différents effets. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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L’esthétique en fonctionnement de rotation est assez réussie. Nous avons pu faire des démonstrations tout d’abord dans le 
jardin d’un des membres du groupe puis sur la terrasse du laboratoire de Sciences de l’ingénieur. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
On voit donc qu’on obtient plusieurs effets différents, qu’on peut modifier selon notre envie. 
 
Le rendu visuel est assez prometteur, car on pourrait maintenant agrandir notre ajutage et la pression, mettre plus de jets au 
dessus, et mettre ça dans une grande piscine. Selon quelques contraintes (de poids à supporter pour la liaison pivot et les 
frottements), mais il est possible de penser ce projet à une échelle beaucoup plus grande. 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
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4.3/ Ajutage à angle variable 
 
4.3.1/ Choix technologiques et conception du premier prototype 

 
4.3.1.1/Analyse fonctionnelle de l'ajutage à angle variable 

 
Analyse du besoin : 
           Éléments extérieurs et fonctions : 
 
 
 
 
 
 
 
 
FP 

Faire varier l'angle

Contrainte 

Valeur

angle 

0<a<45°(minimum)

 

FS1 
Contrainte

 

Être esthétique

 

Valeur

 
 

 

Matériaux 

Métal 

Taille 

Inférieure à 30 x 30 x 30 au dessus de l'eau 
FS2 

Approvisionnement en énergie 

Contrainte 

Valeur

Consommer peu d'énergie 
Consommer une énergie adaptée au milieu

 
 

 

 

FS3 

Respecter les normes de sécurité 

FS4 

Être résistant à l'eau 

Contrainte 

Valeur 

Résister à la saleté 

Eau légèrement boueuse 

 
Suite à ces différentes contraintes nous avons réfléchi à différentes solutions satisfaisant ces critères. 

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4.3.1.2/ Choix du principe général 

 
Nous avons commencé à chercher une solution pour ce projet, nous avons d'abord pensé ainsi : 
En bleu il y a un ajutage, dont le centre porte une sphère plus importante, en orange deux cylindres 
libres ayant chacun un contact linéaire avec la sphère. Cela garantit une liaison pivot. Le troisième 
cylindre est motorisé et permet de régler l'angle de l'ajutage. L'un des problème engagé par ce système 
est le moteur guidant le cylindre rouge. 
 
Nous avons alors imaginé une autre solution. 
Ici  la  partie  bleu  représente  l'ajutage,  la  partie  orange  le  tuyau  d'arrivée  d'eau  et  en  rouge  un 
vérin. Lorsque celui changeait de longueur, l'angle changeait aussi. 
Cette  solution  présente  le   même  défaut  que   la  précédente,  à   savoir  l’approvisionnement  en 
électricité  ou  en  fluide  hydraulique.  À  ce  défaut  s'ajoute  la  limitation  de   la  course  de  l'ajutage,  du  à  la  
longueur du vérin. 
Malgré  ces  différents  défauts,  cette  solution  nous  a  permis  d'imaginer  la  solution   qui  allait 
finalement être mise en œuvre. 
 
Cette  solution  ressemble  un  peu  à  la  précédente,  sauf   qu'à  la  place  d'un  vérin  pilotable,  on 
appuie  l'ajutage  sur  un   cylindre  prédécoupé.  En   faisant  tourner  le  cylindre,  on  peut  faire varier  l'angle  de 
l'ajutage.  Le  principal   intérêt  de  cette  solution  est  l’absence  d'électricité.   On  peut  en  effet  utiliser   des  
systèmes  de  turbine  à  eau,  ou  de   propulseur  comme   dans  le projet  précédent. De  plus, il est  possible, 
avec quelque ajustement, de faire un jet d'eau tournant à angle variable. 
Les deux principaux inconvénient de cette méthode sont : 
● la limite de l'angle maximal 
 
 
● l'ajutage  aura  toujours  les  même  variations  d'angle.  On  peut  néanmoins  essayer   de  régler 
précisément  l'angle,   en  réglant  la position du  cylindre.  Mais  pour  permettre un  réglage  précis, il  faudrait 
mettre en place une chaîne de retour,  donc des capteurs, donc de l'électricité. On reviendrait ainsi on 
principal problème de la première solution envisagée. 
 
Ce sera cette dernière solution qui sera choisie. 
 
4.3.1.3/ Analyse fonctionnelle de la solution envisagée 
 
Suite  au  choix  de  la  solution  technique,  nous 
avons  alors  commencé  à  chercher  les 
différentes  fonctions  que  devra  réalisé  notre 
ajutage,  ce  qui  permettra  d'identifier  les 
principaux problèmes. 
Le  pivot  étanche  sera  le   même  que  celui  de  
l'ajutage  précédent.  Ce  choix  s'est  fait  pour 
deux  raisons.  La  première  était  de  permettre  à 
l'entreprise  de  n'avoir   qu'à  concevoir  une  seul 
liaison  pivot  générique,  adaptable  au  différent 
ajutages.  La  seconde  était  de  limiter  les coups 
et  les  temps  de  réalisation   dans  le  cadre  de la 
présentation au juri. 

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4.3.2/ Dessin des premiers plans 
 
 
 
Le  raccord  entre  le   tuyau 
de  sortie  et  l'arrivée  d'eau   a  été  le 
principal  problème  rencontré.  Il est 
apparu  très  tôt   qu'un  tuyau souple 
ne  pourrait   pas  suivre  toutes   les 
trajectoires  
possibles 
et 
imaginables,  et  il   fallait  prévoir  un 
certain degré de liberté. 
La  première  solution  
envisagée  était  de  créer  deux 
armatures   parallèles  au  milieu   de 
laquelle  passerait   le tuyau  souple. 
Cette  solution  était  néanmoins 
très  compliquée  à  réaliser. Il  fallait 
en  effet  créer  une  liaison  pivot 
alignée  entre   deux  armatures 
parallèles,  sans  faire  passer 
d'axe. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nous  avons  alors 
décidé  de  décaler  la   liaison 
pivot,  ce  qui  permettrait  de 
supprimer  une  armature.  La  
liaison  pivot  se  retrouverait 
ainsi  directement  sur  le tuyau 
de  sortie,  ce   qui  permet  de 
mettre  une   pièce   reliant  le 
tuyau  de  sortie  au   axe  de  la 
liaison  pivot.  Le  problème   de 
l’alignement  peut  être  ainsi 
facilement régler. 
 
 

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4.3.3/ Premier prototype 
 
Suite  à  ces  premiers  plans,  nous   avons  décidé,  comme  pour  l'ajutage  rotatif,  de  fabriquer  un  premier  prototype 
simplifié, afin de valider le concept générale de l'ajutage. 
Dans  ce  premier  ajutage,  nous   n'avons  pas  mis  de véritable liaison pivot. Le  tuyau de  sortie  n'était  relié  à  l'arrivée  d'eau 
que par un simple tuyau souple très court, laissé libre. 
Nous  avons  aussi  testé   deux  types  de  turbines.  La  première  avait  six  pales,  en  réalité  de  simples  planches  de  bois 
collées  sur  le fond du  cylindre. Celle  ci avait  un très  bon  rendement, ce  qui nous  a  permis  d'observer que  le  tuyau  de sortie  avait 
tendance  à  sauter  lorsque  le   cylindre  tourne  trop vite.  Pour régler  ce problème, nous avons mis en  place  un ressort  tirant.  Mais  
à  ce  moment  là  le  tuyau  commence   à  bouger.  Nous  avons alors, pour limiter  les mouvements  du tuyau,  ajouté une  pièce  en U 
guidant le tuyau. 
La  première  turbine   n'étant  pas  très  solide,  nous   l'avons   remplacé  par  une   turbine  avec  des  pales  en  équerre  en  
aluminium.  Cela   nous  à  permis  de  voir  que  trois équerres ne  sont  pas suffisantes  pour  faire  tourner le tuyau,  il faut  en  placer  au 
moins 6.P­ 
 
 
 
4.3.4/Réalisation du dernier prototype et essais 
 
4.3.4.1/ Turbine 
 
Nous avons choisi un bouchon de 160mm pour la turbine.  
Nous  avons  d’abord  percé  le  fond  du bouchon pour coller l'embout  se 
vissant  sur   la  liaison  pivot.  Puis nous  avons placé les  huit  pales  de la  turbine. 
Il   est  apparu  que  les  pales  se  décollaient,  et  nous  avons  dû  les  visser.   pour  
permettre  à  l’eau  qui  s'accumule  dans  le   cylindre,  à  cause  des  fuites,   des  
éclaboussures… nous avons percé le fond du bouchon . 
Durant  les  tests,  il  est  apparu  que  la  turbine  ne  pouvait  pas  tourner 
avec  la   pression  apportée  par  la  pompe,  mais  que  la   pression  du  réseau 
permettait de faire tourner la turbine à vide à grande vitesse. 
 
 
 
4.3.4.2/ Armature 
 
En  haut  de  l'arrivée  d’eau   sortant  de  la  liaison  pivot,  nous  avons  collé  un 
embout fileté sur le quelle on peut fixer à la fois l’armature fixe et le tuyau souple.  
Du  fait  du  faible  espace  disponible,   il  fallait  trouver  un  tuyau  pouvant  relier  
l'arrivée  d’eau au  tuyau  de sortie  sans trop  entraver la  rotation  du tuyau.  Nous avons 
opté  pour  un  tuyau   effectuant  une  boucle  complète.  Il   n’existe pas  de  tuyau assez 
court et assez souple pour relier l’ajutage à l'arrivée d’eau directement. 
Cela  pose  néanmoins   un  problème  de  frottement  de  l’arrière  de  la   crosse 
sur  le  cylindre.   Une  des  solution  envisagée  était  de   contenir  la  crosse  par  un  U. 
Cependant,  cela  entrave  trop  la  rotation  du  tuyau   de  sortie.  Nous  avons  donc 
décider  de  laisser  les  frottements  du  tuyau   sur  le  cylindre,  d’autant  plus  que  les  
tests ont montré que ces frottements sont relativement négligeables. 

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4.3.4.1/ Cylindre 
 
Nous  avons  découpé  le  collet  de  tel   façon  que  le  tuyau soit  horizontal  au  minimum et  de  garder le maximum  du  collet.  
nous  avons ensuite fait  en  sorte  que  la  pente soit  la  plus  lisse  possible pour opposer le moins  de résistance. Après l’essai il est 
apparue que l’on ne pouvait pas monter jusqu’en haut du cylindre. Nous avons dû réduire la hauteur du cylindre. 
 
 
Voici l’ajutage, final, à angle variable, totalement monté. 

 

 

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5/ Appréciation des performances 
 
5.1/ Mesurages 
 
Suite  à  la  première  phase  de  conception  des  ajutages,  il   convient  d'apprécier  quantitativement  les  performances 
obtenues  afin  de  pouvoir   renseigner  précisément  le  cahier  des  charges.  Pour   cela,  il  nous  faut  définir  des  protocoles  afin 
d'effectuer un certain nombre de mesures qui pourront caractériser les performances obtenues. 
 
 
5.1.1/ Pression 
 
Le  flux  hydraulique  à  l'origine   du jet et  des  mouvements de  rotation est  d’abord  caractérisé  par sa  pression,  c'est à dire  
la force du flux hydraulique qui s'exerce sur la surface de section de l'arrivée d'eau. 
Pour  mesurer  cette  pression,  on   se  propose  d'utiliser   un  manomètre  hydraulique  analogique   :  le  modèle  choisi  est  
capable de mesurer des pressions comprises entre 0bar et 10bar avec une précision à 0,1bar. 
 
⇒ Mesures : On mesure une pression de 0,5 bar à l’entrée de l’ajutage. 
 
 
5.1.2/ Débit 
 
Le  flux  hydraulique  est  aussi   caractérisé  par  son  débit, qui  correspond  au  volume  d’eau  s’écoulant par unité de  temps. 
Pour  mesurer  le  débit  d’un  ajutage,  on mesure  le  temps Δt (en s)  nécessaire  pour  remplir  un  récipient dont  on  connaît  le  volume 
V
V (en  m 3 ). Le débit est alors donné par la formule 
 
D = Δt
 et s’exprime en  m 3.s −1 .   

 
Il   nous  faut  mesurer  plusieurs  débits,  à  commencer  par  celui  fourni  par  la  pompe. Pour  l’ajutage rotatif, il y  a  six  sorties  
d’eau  qui  se  répartissent  en  deux  catégories  :  les  jets  verticaux  et  les  propulseurs  radiaux.   On  mesurera  donc  le  débit 
correspondant  à  chaque  type   de  sortie.  En  additionnant  ces  débits,  on  obtient  le  débit  total  de   sortie  de  l’ajutage,  selon  la 
formule :  D ajutage

= 2D propulseur + 4D jet vertical  

 
⇒ Mesures : 






Jet de propulsion : on obtient un volume de 10L, c’est à dire de 0,01 m 3  en 115s.
 
 
0,01
−6
3 −1
Donc  D propulseur = 115 = 87.10   m  .s   
Jet vertical : on obtient un volume de 6,5L, c’est à dire de 0,0065 m 3 en 92s.
 
  
0,0065
−6 3 −1
Donc   D jet vertical = 92
= 71.10  m  .s   
D ajutage = 2D propulseur + 4D jet vertical = 458.10 −6m 3.s −1  

 

 
 
 
 
 
36 / 39 

5.1.3/ Vitesse de rotation des ajutages 
 
Les  deux  effets  proposés  sont  basés  sur  une  rotation  que  l'on  pourra  caractériser  par   sa  vitesse.  Pour  calculer  cette 
vitesse  de  rotation,  on  filme les  essais  puis  on  passe  la  vidéo  au ralenti  (coefficient  0.25).  On compte  alors  le temps  nécessaire 
à  l’ajutage  pour  faire  11  tours  sur  la   vidéo   puis  on  divise  ce  temps  par  4  pour  obtenir  le  temps   réel  Δt   (en  s). A  partir  de  là,  la 
n tours
vitesse de rotation ω (en tr/s) est donnée par la relation  ω = Δt . 
⇒ Mesures : 
n tours
11
● ω mesuré = Δt
= 4,537
= 2, 424 tr.s −1 = 15, 231 rad.s −1  

 
 
5.1.4/ Hauteur du jet 
 
Les  équipements  techniques  réalisés  ont  pour  but  de  créer  un  mouvement  d'eau  et  plus  précisément,  un jet  d'eau qui 
sera  donc  principalement  caractérisé   par  sa  hauteur. Pour  apprécier  les  performances,  Il est  donc  nécessaire  de  mesurer  cette 
hauteur  de   manière   précise.  Notons  que  cette  notion   de  précision  est  relative  à  l'ordre  de grandeur du  jet :  en effet, la précision 
attendue   sur  un  jet  de  l'ordre  des  10m  n'est  pas  la  même   que  celle  attendue   pour   un  jet  de  l'ordre  des  10cm.  Dans  le  cas 
présent, le jet est de l'ordre de 1m (hauteur variant entre 1m et 1,5m) : on est donc en droit d'attendre une précision à 5cm près. 
 
Pour  mesurer  la  hauteur  des  jets,  on   filme  la  fontaine  en fonctionnement à  côté  d’un  objet  dont on  connaît exactement 
les dimensions  et  qui  fait office de  référence, par exemple,  une  planche ou  un tuyau  de longueur  1m.  On  fait ensuite un  arrêt sur 
image et, par un calcul d’échelle, on peut calculer la hauteur des jets.  
 
 
5.2/ Rendement de la liaison pivot 
 
P mesurée
Le  but   est de  calculer  le  rendement  η de  la  laison. η  est  défini  par  la  relation  η = P 
ou  P  désigne la puissance 
théorique
(en W).  
 
La  puissance  est  définie  par  le   produit  vectoriel  du  couple  moteur  par  la  vitesse  de  rotation.  Si  l’on   résonne   en  termes  de 
normes, on a donc  P

= C .ω  

 
La valeur du couple moteur C est donnée par la formule  C

= F .R   où F est la force motrice et R le bras de levier. 

 
 
Or  la   force  est  la  dérivée   de  la  quantité  de  mouvement  par   rapport  au  temps  et  la   quantité  de  mouvement  est  donnée 
2
Δl
par la formule  Δp = Δm.V  eau = ρ.S.Δl.V  eau = ρ.S. Δt .Δt.V  eau = ρ.S.V   eau.Δt  
Δl
(car  Δt = V  eau ) 
2
dΔp
ρ.S.V  eau
.Δt
Donc  F = dt =
= ρ.S.V  2eau  
Δt
V  tangentielle
2
Donc  P = C .ω = 2.F .R.ω = 2.ρ.S.V   eau.R.
= 2.ρ.S.V  2eau.V  tangentielle  
R

 
37 / 39 

Dans  le  cas  où  la  liaison  pivot   est  parfaite,  c’est  à  dire   quand  il  n’y  a  pas  de  frottements,  la  vitesse  tangentielle  est 
égale à la vitesse de l’eau donc on a : 
P  théorique = 2.ρ.S.V  3eau  
Or on a  V  eau

=

Donc  P  théorique

D propulseur
S

=

87.10 −6
= 12.43 m.s −1  
π.(1,5.10 −3) 2
−3 2
3

= 2.1000.π.(1, 5.10  )  .(12, 43)  = 27, 15 W  

 

−1

Dans  la  pratique,  on   mesure  une   vitesse  de  rotation  ω = 15, 231 rad.s 
−2
−1
tangentielle  V  tangentielle = ω.R = 15, 231.(15.10  ) = 2.285m.s   
−3 2
2
Donc  P  mesurée = 2.1000.π.(1, 5.10  )  .(12, 43)  .2, 285 = 4, 99 W  

  ce  qui  correspond  à  une  vitesse 

 
Donc  η

=

P mesurée
P théorique

=

4,99
27,15

= 0, 184 = 18, 4 %  

On a donc une déperdition de 81,6 % de la puissance, à priori principalement due aux frottements.  

 
 

 

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Conclusion 
 

Cette  démarche  de  Projet  Pluritechnique  Encadré  fut  très  enrichissante,  et   ce  pour  plusieurs 
raisons.  Elle fut  tout  d’abord une  expérience de  travail en équipe : il a fallu à la fois se répartir les tâches et 
réfléchir  ensemble  afin  d’être  le plus efficace  possible.  Le  travail en  équipe  implique  aussi  d’apprendre à 
déléguer et à faire confiance à ses partenaires : il est en cela un bon entraînement à la vie professionnelle.  
 
Ce  projet  était  aussi  une  occasion  d’appliquer  et  d’approfondir  nos  connaissances scientifiques : 
nous avons  dû  utiliser  des notions d’analyse fonctionnelles (vues en première) et de mécanique des fluides 
qui  nous  ont  été exposées  par  M. Patrick Gilliéron.  Le partenariat  avec Aquaprism  nous a permis de nous 
bénéficier  de  l’expérience  et  des  connaissances  d’ingénieurs  qualifiés  qui  nous  ont  aidé  à  fixer  des 
objectifs précis.  
 
Ce  fut  aussi une  épreuve  pratique  : il nous a fallu produire des prototypes, et à cette fin, réaliser des 
modélisations,  chercher  des  pièces,  les  usiner  et  les  assembler.  Il  a  ensuite  fallu  faire  évoluer  ces 
prototypes afin de répondre aux problèmes de réalisation et d’améliorer les performances.  
 
Ce  projet  est  donc   un  exercice  très  complet  qui  fait  ressortir  les   différents  aspects  du  travail  d’un 
ingénieur  :  l’utilisation  de  connaissances  théoriques  et  les  réalisations  pratiques,  le  tout  structuré  par  un 
travail d’équipe.  
 
Pour  terminer,  nous  souhaitions  aussi  ajouter  que  ce  fut  un  réel plaisir  de  pouvoir travailller sur  ce 
projet,  et  nous   en  sommes  d’autant  plus  fier  que  nous  avons  pu  aboutir  à  une  réalisation  technique 
effective.  
 
 
Remerciements à :  
 
● M.  Vincent  CROS,  enseignant   de  Sciences  de  l’Ingénieur  et  M.   Florian  AUDOUIN,  enseignant  de  Sciences 
Physiques, pour nous avoir guidé durant l’ensemble de notre projet. 
● M Pascal PONCET, Directeur général d’Aquaprism 
● M. Romain POTIER, Ingénieur Recherche et Développement à Aquaprism, pour sa collaboration 
● M. Patrick GILLIERON, Enseignant Chercheur en Sciences Physiques pour son aide scientifique 
● M.TETU, jardinier de l’établissement, pour nous avoir permis d’effectuer les essais au sein du lycée 
● M  Frédéric   CHERRIERE,  ingénieur,  pour  son  aide,  ses  conseils  et  pour  nous  avoir  permis  d’effectuer  la  plupart  des 
essais chez lui 
● M Pierre­Yves LE BIHAN pour son aide dans la conception des ajutages 
● L’’équipe  du   laboratoire  de  chimie  du  lycée  Hoche  pour  le  prêt  d’un  support  et  d’un  système  de  fixation  pour  notre 
liaison pivot 
 
Sans oublier les techniciens et ouvriers du lycée Hoche pour leurs conseils et leurs prêts de matériel. 

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