Analogie électro-hydraulique
L'analogie électro-hydraulique est une apparence de similitude entre les grandeurs électriques et hydraulique[1] - [2] - [3]. Comme le courant électrique est invisible et que les processus en jeu dans l'électronique sont souvent difficiles à démontrer, les différents composants électroniques peuvent être représentés par des équivalents hydrauliques. L'électricité (ainsi que la chaleur) était à l'origine comprise comme une sorte de fluide, et les noms de certaines quantités électriques (comme le courant) sont dérivés d'équivalents hydrauliques. Comme pour toutes les analogies, cela permet une compréhension intuitive et compétente des paradigmes de base (électronique et hydraulique).
| Grandeur | Électricité | Hydraulique |
|---|---|---|
| Moteur de l'écoulement | Différence de potentiel U (tension électrique) | Différence de pression ΔP |
| Débit induit | Débit de charge I (courant électrique) | Débit volumique Q |
| Relation constitutive | Loi d'Ohm : U = RI | Loi de Poiseuille : ΔP = RQ |
| Facteur | Résistance électrique R | Résistance hydrodynamique R (voir aussi Perte de charge) |
L'analogie électro-hydraulique permet notamment d’utiliser les résultats classiques des circuits électriques pour la conception de réseaux hydrauliques : loi des mailles, loi des nœuds, diviseurs de tension et de courant[4].
Une exploration des différents phénomènes, éléments, et applications en didactique de l'électricité sont disponibles sur le site electrons.ch[5]
Vous trouverez sur ce site
- Un travail de mémoire sur les différentes analogies utilisées en didactique de l'électricité.
- Un set de représentations de sources (AC-DC) / résistances / condensateurs / inductances / diodes / circuits série et parallèle en circuits hydrauliques.
- Deux vidéos représentant le comportement des éléments réactifs en alternatif (déphasage débit / pression) sous alimentation alternative (hélas à fréquence constante).
Limites de l'analogie
Les limites de l'analogie sont également présentées dans le document "Mémoire professionnel"[6]. En pratique constituer des résistances qui ne respectent pas exactement la limite d'écoulement turbulent n'est pas problématique pour une application didactique.
Il est par contre exclu de faire des liens avec le magnétisme qui est absent des phénomènes d'écoulement, à part pour la représentation d'une bobine dont le stockage d'énergie magnétique peut tout à fait être représenté par un volant d'inertie. (voir document évoqué ci-dessus)
Références
- « Analogie hydraulique », sur www.edumedia-sciences.com (consulté le )
- Marcel Guillon, Étude et détermination des systèmes hydrauliques, Dunod, (lire en ligne), p. 199
- Pierre Borne, Analyse et régulation des processus industriels : régulation numérique, Editions TECHNIP, (ISBN 978-2-7108-0642-4, lire en ligne), p. 45-50
- Louis Salkin, « Création, stabilité et rupture d'interfaces fluides », Fluid Dynamics., Université Rennes 1,‎ , p. 20-21 (lire en ligne, consulté le )
- « Equiv. hydraulique », sur electrons (consulté le )
- Jean-François Pochon, Analogie hydraulique, Lausanne, IFFP, , 90 p. (lire en ligne)