La simulation amène Geberit à concevoir une cuvette de toilettes asymétrique

Géométrie intérieure asymétrique de la cuvette des toilettes

L'un des derniers exemples de développement de produits innovants est la technologie TurboFlush. Elle est basée sur une géométrie interne asymétrique de la cuvette des toilettes développée et brevetée par Geberit. Elle aurait été inenvisageable sans logiciel de CFD. La technologie TurboFlush assure un rinçage totalement efficace et silencieux de la cuvette des toilettes. Cela permet de réduire la consommation d'eau, car tout est généralement propre en une seule fois.

"De plus, la technologie TurboFlush fonctionne sans bord", explique Rolf Weiss, l'un des experts CFD de Geberit. "C'est un grand avantage pour le client lors du nettoyage de la cuvette des toilettes. Pour nous développeurs, la conception de la géométrie favorisant l'écoulement a été un grand défi, car rien ne doit déborder pendant le rinçage".

L'objectif était de mettre au point une géométrie de toilettes capable d'utiliser l'eau de remplissage d'un réservoir aussi efficacement que possible lors de l’activation de la chasse d'eau, pour qu'une seule opération soit nécessaire. Pour cela, l'eau doit d'abord entrer dans la cuvette sans perte de débit afin qu'elle puisse y développer pleinement sa puissance de rinçage. "Pour y parvenir, nous avons dû trouver un chemin sans obstacles pour l'eau", rapporte Rolf Weiss, "ce qui signifie, dans la mesure du possible, aucune collision à l'entrée de la cuvette en céramique et lors de son cheminement et bien sûr aucune collision de l'eau avec elle-même pour éviter les turbulences".

C'est ainsi que l'on obtient une performance de rinçage unique

En utilisant divers outils CFD, les développeurs de Geberit ont pu tester virtuellement plus de cent variantes de leurs conceptions avant de décider de construire des prototypes pour valider l'état chaque version. La simulations et les tests de prototype ont donné la préférence à la conception asymétrique avec une entrée d'eau latérale. Il en résulte une performance de rinçage unique.

Dans le passé, il était courant d'utiliser 12,0 litres pour tirer la chasse. Cette valeur pourrait être réduite progressivement grâce à l’amélioration de la technologie des chasses d'eau. Aujourd'hui, les doubles chasses avec un volume nominal de 6,0 ou 4,5 litres pour la chasse complète et de 3,0 litres pour la chasse partielle sont courantes. Cela a déjà permis de réaliser des économies considérables.

Mais il est difficile d'estimer la réduction concrète de la consommation d'eau. En effet, elle ne dépend pas seulement du volume nominal de chasse, mais aussi du nombre de chasses d'eau nécessaires par utilisation des toilettes. Tout le monde sait qu'après avoir tiré la chasse une première fois, il y a encore des particules ou du papier dans le siphon. Ou que la brosse des toilettes doit être utilisée puis rincée à son tour, pour éliminer toute trace. TurboFlush rend ces rinçages superflus ou les réduit au minimum. Il en résulte une réduction importante de la consommation d’eau.

Une impulsion maximale pour moins de pistes restantes

Un réservoir standard avec sortie libre a un débit maximal de 2,4 litres par seconde. Avec certaines cuvettes de toilettes, cependant, le débit peut être réduit à moins de 1,0 litre par seconde en raison de la géométrie de la cuvette ou de l’entartrage. Avec la chasse d'eau TurboFlush, la nouvelle géométrie de la cuvette sans bord - la saleté et le tartre pouvant adhérer sous le bord - garantit un flux d'environ 2,0 litres par seconde, idéalement guidé sur les surfaces. Cela permet de réduire considérablement les traces restantes dans la cuvette et d'obtenir une impulsion maximale dans le siphon par lequel les solides sont évacués.

En plus de l'efficacité nettement supérieure des chasses d'eau, les ingénieurs de Geberit ont pu, grâce aux simulations, en concevoir une qui fonctionne beaucoup plus silencieusement. Les réductions de bruit ont été obtenues, entre autres, par un guidage du flux à faible turbulence de l'eau de rinçage, qui est donc moins mélangée à l'air que dans les concepts de rinçage classiques.

Un cycle complet de variantes en 24 heures seulement

"Gain de temps et visualisation sont en résumé les deux grands avantages de la simulation", souligne Rolf Weiss. "Grâce à la simulation, nous avons pu réaliser un cycle complet de variantes en seulement 24 heures. Cela comprend les changements de géométrie discutés avec le département de conception ainsi que les modifications nécessaires du prototype virtuel. Les nouveaux calculs sont effectués pendant la nuit, de sorte que les résultats de simulation sont disponibles et analysés au matin. Sans simulation, il nous faudrait beaucoup plus de temps pour un cycle de variantes".

En plus, la simulation a permis une analyse localisée du débit de l'eau tout au long de son cheminement. Dans un laboratoire réel, l’opération de chasse d’eau est terminée en cinq secondes environ. Bien que le délai puisse être ralenti avec les caméras à grande vitesse, on est toujours limité à un seul angle de vue. Alors que la simulation permet de visualiser le modèle sous n'importe quel angle et à tout moment. On a également des indications sur les conditions d'écoulement qui ne peuvent être observées lors d'essais avec une véritable cuvette de toilettes, car la cuvette n'est pas transparente.