La Gravité peut être utilisée comme source d'énergie pour le transport de l'eau en profitant des différences d'altitude pour déplacer l'eau (généralement via des canalisations). Cela peut se produire soit depuis des sources d'eau surélevées jusqu’aux réservoirs de stockage et aux installations de traitement, soit directement depuis des installations de stockage surélevées jusqu’aux points d'approvisionnement. La Gravité peut être utilisée à de nombreuses étapes différentes dans un système d'eau et dans toutes les phases d'une situation d'urgence.La force qui attire un objet ou une substance vers le centre de la terre ou vers tout autre corps physique ayant une masse.

Les sources d'eau à partir desquelles l'eau peut être transportée de manière appropriée par Gravité comprennent les sources, les ruisseaux, les lacs, les réservoirs ou simplement un réservoir surélevé. En tant que source d'énergie, le principal avantage de l'utilisation de la Gravité est qu'elle est gratuite, de sorte que les pompes sont rarement nécessaires dans un système par Gravité. Lorsque des pompes sont utilisées, les principes d'écoulement de l'eau dans les tuyaux, qui sont décrits ci-dessous, s'appliquent également à ces systèmes (seule la source d'énergie change).

Considérations sur la conception

L'énergie totale de l'eau en un point spécifique d'un système de Gravité est la somme de son énergie due à l'élévation, la pression et la vitesse. Lorsque l'eau ne coule pas (par exemple, dans un réservoir plein avec des robinets fermés), la hauteur de charge, indiquant l'énergie par unité de poids d'eau mesurée en mètres, est déterminée par la différence de hauteur entre le robinet et le niveau de surface de l'eau dans le réservoir. Lorsqu'un robinet est ouvert, l'eau s'écoule et la hauteur de charge au robinet diminue en raison de l'énergie perdue par dissipation de chaleur dans l'environnement, produite lorsque les molécules d'eau entrent en collision les unes avec les autres et avec la paroi du tuyau. Cette réduction de l'énergie de pression est connue comme « perte par friction » ou « perte de charge » et est une quantité connue pour tout tuyau particulier qui est entièrement rempli d'eau et ouvert à l'autre extrémité (généralement donnée en mètres de perte par friction pour 100 mètres). La perte par friction varie selon le type de tuyau et son diamètre. Par exemple, les tuyaux plus rugueux ou plus petits ont davantage de turbulence, ce qui crée plus de perte d'énergie, et par conséquent la pression à l'extrémité du tuyau sera moindre. De plus, plus le tuyau est long, plus la perte de charge est importante.

Avec la perte de charge connue, la ligne du gradient hydraulique peut être calculée. Étant donné qu'une partie de l'énergie est perdue lorsque l'eau est en mouvement, la hauteur de charge sera inférieure que lorsque les robinets sont fermés, de sorte que cette ligne descend toujours de la source. Il est important de noter cependant que cette ligne doit toujours être au-dessus du sol (idéalement 10 mètres ou plus pour garder l'air dans la solution, ou sinon, des soupapes de décharge d'air doivent être utilisées), car aller sous terre provoque une pression négative et un effet de siphon qui peut faire entrer de l'air ou la contamination du sol à travers de mauvais joints de tuyaux et pourrait bloquer le débit. La ligne du gradient hydraulique doit également se terminer au-dessus du dernier robinet du système afin qu'il y ait un excès (« résiduel ») de pression au point le plus éloigné. Cela garantit que l'eau s'écoule à une vitesse suffisante à travers le robinet (qui ajoutera une certaine perte d'énergie variable selon le type de celui-ci) tout en tenant compte des écarts dans les longueurs de tuyaux réelles. La règle de base habituelle est de prévoir au moins cinq mètres de pression résiduelle au-dessus des robinets dans les plus grands systèmes de Gravité ; cependant, en cas de situation d'urgence aiguë sur de courtes distances, une pression résiduelle moindre est requise (par exemple, une distance verticale de généralement un mètre entre la base du réservoir à vessie et les bornes fontaines est suffisante pour répondre aux indicateurs de débit recommandés par le projet Sphère). Il est également possible d'avoir trop de pression sur un robinet. Lorsque la pression résiduelle est supérieure à 56 mètres, des dispositifs doivent être installés dans la canalisation pour réduire cette pression.

Matériaux

Les matériaux nécessaires dépendent du système de Gravité particulier, qui nécessite généralement des tuyaux, des vannes, des réservoirs et des robinets (voir D.7 et D.8 ).

Applicabilité

Pendant la phase de réponse aiguë, de courtes longueurs de tuyaux allant jusqu'aux bornes fontaines sont souvent utilisées, de sorte qu'une conception détaillée est moins importante au départ. Pour les systèmes plus importants, une étude topographique et une conception approfondie sont essentielles, de sorte qu'ils nécessitent plus de temps pour la mise en œuvre. Ici, une estimation topographique rapide utilisant les données d'élévation du GPS ou du satellite ne sera pas précise. Cela signifie que les systèmes plus importants ont tendance à être davantage applicables aux phases de stabilisation et de relèvement. Les systèmes à écoulement par gravité sont particulièrement adaptés dans les zones présentant des variations topographiques (par exemple, des collines, des montagnes).

Fonctionnement et entretien

Les besoins de fonctionnement et d'entretien varient selon le type de système Gravitaire, mais impliquent généralement la réparation des tuyaux et le remplacement des robinets (voir D.7 et D.8 ).

Santé et sécurité

Les problèmes de santé et de sécurité sont liés au type de système Gravitaire installé et impliquent généralement la construction de réservoirs ou des travaux de tranchées (voir D.7 et D.8 ).

Coûts

La Gravité est une source d'énergie gratuite. Selon la taille du système, les coûts d'investissement des systèmes alimentés par Gravité sont généralement plus élevés que ceux des systèmes qui prélèvent de l'eau à partir de sources souterraines. Cela est principalement dû au coût des longs pipelines depuis les sources des hautes terres jusqu'aux villages et en partie au coût de fourniture des réservoirs de stockage. En revanche, les coûts de fonctionnement au fil du temps sont généralement faibles.

Considérations sociales et environnementales

La Gravité est bien acceptée car il s'agit d'une source d'énergie gratuite, ce qui peut réduire les dépenses courantes. Elle est favorable à l'environnement, car elle réduit le besoin de pompage à travers d'énergie dérivée de combustibles fossiles, qui ont un impact plus important sur l'empreinte carbone d'un système ainsi que sur la qualité générale de l'air.