Comment elle se produit
Lorsqu'un liquide accélère, sa pression statique baisse. Si elle descend sous la pression de vapeur à la température de service, des cavités de vapeur se forment. Entraînées vers une zone de pression plus élevée, elles implosent en quelques microsecondes ; les implosions près d'une paroi produisent des microjets et des ondes de choc qui martèlent la surface. Chaque impact est minuscule, mais des millions de cycles fatiguent et arrachent la matière, laissant une texture rugueuse, criblée de cratères et spongieuse, aux arêtes vives. Lorsque le fluide est aussi corrosif, le métal fraîchement exposé se corrode entre les impacts et les deux mécanismes se renforcent mutuellement.
La cavitation est donc d'abord un problème hydraulique. Des surfaces plus dures ou plus résilientes ralentissent les dommages ; seule une modification des conditions de pression les arrête.
NPSH disponible et NPSH requis
Dans une pompe centrifuge, la pression la plus basse se trouve à l'œillard de la roue, juste derrière le bord d'attaque des aubes. Deux grandeurs déterminent si des bulles s'y forment :
- Le NPSH disponible (NPSHa) est une propriété du système : la charge de pression à l'aspiration de la pompe au-dessus de la pression de vapeur du liquide, fixée par le niveau et la pression du réservoir d'aspiration, les pertes de charge de la conduite et la température du liquide.
- Le NPSH requis (NPSHr) est une propriété de la pompe à un débit donné, déterminée par l'essai du fabricant selon un critère défini de perte de performance.
Comme le NPSHr est défini à un point où la cavitation nuit déjà de façon mesurable à la performance, fonctionner avec un NPSHa simplement égal au NPSHr ne garantit pas l'absence de cavitation. Une marge est nécessaire, et sa valeur dépend de la pompe, du liquide et du régime de service ; le fabricant de la pompe et la norme de pompe applicable la régissent. Les liquides chauds, les crépines d'aspiration colmatées, la baisse du niveau des réservoirs et l'augmentation du débit grugent tous la marge.
Fonctionner loin sous le point de meilleur rendement cause un autre phénomène, la recirculation à l'aspiration ou au refoulement, avec des dommages sur la face en pression des aubes ou à l'extrémité de sortie plutôt qu'à l'œillard. L'emplacement des dommages est le premier indice de diagnostic.
Où on la rencontre ailleurs
Les vannes de régulation à forte perte de charge, les plaques à orifice, les hélices, les roues de turbines hydrauliques et le côté eau de refroidissement des chemises de cylindres de moteurs cavitent tous dans les bonnes conditions. La résistance des matériaux à l'érosion par cavitation est classée en laboratoire selon la norme ASTM G32, méthode à appareil vibratoire.
Que faire
Corriger la cause (augmenter le NPSHa, réduire les pertes à l'aspiration, abaisser la température du liquide ou ramener la pompe dans sa plage de fonctionnement prévue), puis restaurer la surface. Les revêtements élastomères résilients absorbent mieux l'implosion des bulles que les revêtements rigides, mais une remise en état sans correction hydraulique ne fait que remettre le compteur à zéro. Il faut la distinguer de l'érosion-corrosion, qui laisse une perte de métal lisse, orientée selon l'écoulement, et exige une réparation différente.