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POMPES ROTO-DYNAMIQUES

Pompes roto-dynamiques: principes de base

Toutes les pompes dites roto-dynamiques sont conçues selon le même principe de fonctionnement qui consiste à mettre l'eau en mouvement à l'aide d'une roue mobile ou rotor. On utilise l'un ou l'autre ou bien les deux mécanismes suivants pour pousser l'eau vers la sortie du rotor.

FIGURE 57
La relation entre la vitesse et la pression d'un fluide à la fois au passage dans un ajutage et dans un diffuseur

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Les premières pompes roto dynamiques réellement utilisables ont été mises au point vers la fin du 18ème et au début du 19ème siècle ( Figure 56). Les pompes du type A représentées sur la figure ont simplement pour rôle de refouler l'eau vers le haut. Les pompes du type B sont effectivement des pompes centrifuges à aspiration et elles doivent être amorcées pour pouvoir fonctionner. Elles sont munies d'un clapet de retenue à l'admission destiné à empêcher la perte de l'eau d'amorçage une fois la pompe arrêtée. Un carter circulaire reçoit l'eau débitée par la roue du côté du refoulement. Ces pompes ont un très mauvais rendement, puisque l'énergie cinétique relativement importante communiquée à l'eau à sa sortie du rotor (du fait de la grande vitesse) est purement et simplement dissipée. La pompe du type C, ou pompe Massachusetts de 1818, comporte un collecteur monté autour d'un axe horizontal, de sorte que les filets d'eau soient dirigés vers la conduite de refoulement et refoulés sur une certaine hauteur. A certains égards la pompe C annonçait les pompes centrifuges modernes qui sont les pompes à entraînement mécanique les plus répandues à l'heure actuelle.

Pompes centrifuges à volute, turbopompes et pompes à auto-amorçage

La différence essentielle entre les premières pompes décrites ci-dessus et les pompes modernes c'est que l'eau sort de la roue à une vitesse élevée et elle n'est ralentie que par les forces du frottement, pour cela les anciennes pompes avaient un faible rendement. L'application d'un principe hydraulique essentiel illustré à la figure 57 a permis de mettre au point des pompes roto-dynamiques performantes. D'après ce principe la vitesse d'écoulement des fluides peut être convertie en pression et inversement. Il suffit donc tout simplement de modifier la section de passage de l'eau (ou de n'importe quel autre fluide). Comme l'eau est pratiquement incompressible, un débit d'eau donné contraint à emprunter un passage à section transversale réduite, il le fera à une vitesse plus grande. Cependant, toute augmentation de vitesse est due à une pression agissant sur la masse d'eau en question. Inversement, le passage des filets liquides à travers une section transversale élargie est accompagné d'une réduction de la vitesse d'écoulement pour couvrir la totalité de la section d'écoulement. La décélération du fluide requiert une force supplémentaire qui accroît par conséquent la pression subie par le fluide ralenti. On peut démontrer que, (si l'on ne tient pas compte des phénomènes de frottement) la relation entre la hauteur manométrique H et les vitesses d'eau dans une conduite à section transversale variable Ventrée et Vsortie, est donnée par

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formule dans laquelle g représente l'accélération de la pesanteur.

Le schéma de la figure 57 illustre la diminution de la pression dans un ajutage au fur et à mesure que la vitesse de l'eau augmente. Le contraire se produit dans le cas d'un diffuseur qui a pour effet de ralentir l'écoulement et d'augmenter la pression du fluide. Sur le plan qualitatif, ce phénomène pourrait être accepté sans démonstration par la plupart des gens. Cependant s'il est bien évident que la pression est requise pour réaliser un jet liquide, par contre il est moins évident que le ralentissement progressif d'un jet liquide résulterait encore en une augmentation de la pression.

La mise en évidence de ce phénomène a permis de confirmer que l'amélioration du fonctionnement des pompes centrifuges pourrait être obtenue en projetant l'eau à grande vitesse à la sortie d'une roue (pour communiquer l'eau la plus grande énergie cinétique possible), puis en la faisant passer dans un diffuseur de section transversale croissante. Une partie de l'énergie cinétique à l'entrée du diffuseur sera ainsi transformée en pression. Il est essentiel que la variation de la section transversale soit progressive et régulière, car toute variation brusque créerait de fortes turbulences qui provoquent la dissipation de l'énergie hydraulique au lieu d'augmenter la pression. Il existe deux méthodes essentielles pour parvenir à ces résultats. Elles sont illustrées par les schémas A et B de la figure 58, et une autre méthode moins courante illustrée par le schéma C.

Le schéma A représente le type de pompe le plus courant, la pompe centrifuge à volute, généralement connue sous le nom simple de "pompe centrifuge". Elle comporte un carter en volute, communiquant avec un canal extérieur en forme de coquille d'escargot à section transversale graduellement variable. L'écoulement de l'eau à la sortie du rotor se transforme en écoulement tangentiel dans ce canal où il sera ralenti progressivement. Ainsi l'eau sort tangentiellement et passe dans la conduite de refoulement à vitesse réduite et à forte pression.

Le schéma B représente un autre type, à savoir la pompe dite "centrifuge à turbine" ou "turbo pompe". Elle comporte un diffuseur à aubes dont la section augmente progressivement (six dans le cas de la figure) afin de ralentir la vitesse de l'eau tout en augmentant sa pres­sion. Pour la turbine représentée sur la figure, les filets liquides sont déviés à la sortie des aubes pour suivre une trajectoire moins tan-gentielle et plus radiale afin à faciliter son passage dans le canal entourant le diffuseur, à section constante avant de sortir à la partie supérieure.

Le schéma C représente le troisième type le moins connu des pompes centrifuges, appelée géné­ralement "pompe à auto-amorçage", parfois aussi "pompe à chambre latérale", ou bien (par erreur) "turbo pompe". Dans ce type de pompes, le rotor est muni d'un grand nombre d'ailettes radiales et il tourne à l'intérieur d'une couronne de section rectangulaire. Les ailettes accélèrent les filets liquides en créant deux puissants vortex qui réagissent avec le rotor à la périphérie de la pompe sur près de trois quarts de tour. L'énergie de ces deux vortex croit constamment à chaque passage dans le rotor. Pour les gens qui sont familiers avec la transmission automatique de véhicules automobiles, le principe est tout à fait similaire à celui du volant fluide.

A sa sortie de la couronne, l'eau passe dans un diffuseur qui reconvertit sa vitesse en pression. Les pompes à auto-amorçage sont mentionnées ici pour mémoire. Comme les passages internes de ces pompes sont trop justes, elles ne peuvent pas tolérer la présence des matières en suspension. Elles ne sont donc utilisées normalement qu'avec des eaux (ou d'autres fluides) propres, ou bien là où elles se présentent comme la seule alternative. Elles ne sont pas utilisées pour l'irrigation. Leur principal avantage c'est de pouvoir fournir un débit important sous une forte charge par rapport aux autres types de pompes centrifuges monocellulaires.

FIGURE 58
Pompes centrifuges

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Caractéristiques des pompes roto-dynamiques et des rotors

II est n'est certes pas question de traiter ici en détail ce sujet complexe. Mais nous allons évoquer certaines caractéristiques essentielles des pompes, afin de mettre en relief les facteurs importants qui conditionnent le bon fonctionnement des pompes et qui font que le rendement est très sensible aux conditions de fonctionnement réel.

Toutes les pompes roto-dynamiques ont des caractéristiques semblables à celles représentées à la figure 16, où l'on voit que le rendement optimum est obtenu dans une marge de vitesse, de débits et de hauteurs d'eau assez réduite. Bien que les conditions de fonctionnement pratiques des pompes ne sont pas toujours voisines du rendement maximum, il ne faut pas non plus que l'un ou l'autre de ces paramètres soit trop éloigné de la valeur optimale . Autrement, on pourra à la limite tomber dans des conditions de fonctionnement absurdes à rendement et débit nuls. Sur la figure 16 on voit par exemple, que si la pompe est entraînée par un moteur dont la vitesse maximale est de 2000 tr/min., on voit que le débit est maximum pour une charge nulle. D'autre part, on voit aussi que la hauteur est maximum pour un débit nul. Le point de fonctionnement théorique se trouve en général au centre de la zone de rendement optimal.

Comme toute pompe roto-dynamique est généralement conçue pour travailler dans des conditions de fonctionnement bien déterminées, les fabricants lancent dans le marché une large gamme de pompes, comportant généralement de nombreux éléments communs. Ceci leur permet de couvrir une large gamme de hauteurs et de débits. Par ailleurs, à chaque type de rotor correspond une marge bien définie de hauteurs et de débits, ainsi un grand jeu de rotors ou roues a été mis au point. Nous verrons plus loin qu'il y a aussi des sous-groupes dans chaque type de roue afin que la pompe réponde le mieux aux conditions réelles de fonctionnement. Les principaux types sont représentés à la figure 59 en demi-section, pour mieux illustrer leur aspect.

Les sections types de la figure 59 nous montre que les aubes d'une pompe peuvent imposer soit un écoulement radial, soit axial, ou encore un écoulement mixte. Pour le pompage de forts débits à de faibles hauteurs d'eau ce qui est très courant dans le cas de l'irrigation par pompage, la roue la plus performante est celle à écoulement axial. La roue est semblable à une hélice installée dans une conduite (figure 60). Comme pour une hélice, l'élévation de l'eau est produite par l'énergie communiquée par une palette mobile bien profilée (aérodynamique). Comme dans le cas de la pompe l'hélice est montée dans un carter, la réaction met l'eau en mouvement. Par contre, pour des hauteurs d'eau importantes et des débits faibles, le rotor doit être à écoulement centrifuge (écoulement radial). Le rotor est généralement caractérisé par un rapport du diamètre à l'entrée au diamètre à la sortie élevé pour que l'écoulement soit pratiquement radial (figure 59). Entre ces deux cas extrêmes on trouve toute la gamme des pompes hélico-centrifuges (voir également figures 61 et 62) et les pompes centrifuges à aubes caractérisées par un faible rapport du diamètre entrée-sortie.

FIGURE 59
Caractéristiques types des pompes roto-dynamiques

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La figure 59 représente également les variations du rendement en fonction de la vitesse spécifique des différents types d'aubes. La vitesse spécifique est une grandeur sans dimensions très utile pour caractériser les aubes d'une pompe, ou bien les rotors ou les roues mobiles des turbines hydrauliques. Les manuels consacrés à l'hydrodynamique des pompes et des turbines traitent ce coefficient en détail. La vitesse spécifique est la vitesse en tours par minute d'un rotor théorique de dimensions réduites débitant 1 1/s sous une hauteur de 1 m. La vitesse spécifique utilisée pour comparer ou bien pour choisir le type du rotor d'une pompe, et elle s'écrit comme suit:

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avec n vitesse de rotation en tr/min., Q débit de la pompe en 1/s, et H la hauteur d'eau en m.

La figure 59 indique les vitesses spécifiques les plus indiquées pour les différents types d'aubes d'une roue ou d'un rotor. Ainsi le rotor d'une pompe à hélice a un fonctionnement optimal pour des débits de 500 à 1000 1/S une vitesse spécifique de 5000 à 10000, et des hauteurs manométriques de l'ordre 5 m environ. La vitesse spécifique peut être convertie de nouveau en vitesse réelle exprimée en tr/min (n) pour une hauteur (H) et un débit (Q) donnés, par la relation suivante:

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avec n en tr/min, N vitesse spécifique tirée de la figure 59, H hauteur d'eau en m et Q débit en litres/s.

Le choix du rotor n'est pas uniquement fonction des valeurs de la hauteur et du débit, mais aussi de la taille de la pompe. Ainsi quel que soit le type du rotor, le rendement des pompes de faible puissance est en règle générale sensiblement inférieur aux rendements des pompes similaires de taille plus importantes. D'autre part, la hauteur de refoulement optimal des petites pompes est aussi nettement plus faible que pour les grosses pompes.

La figure 59 montre également l'incidence sur la puissance requise et sur le rendement (courbes "kw" et "eff") des variations de la hauteur manométrique par rapport à la hauteur nominale de fabrication. Pour une pompe centrifuge, la courbe montre qu'une légère augmentation de la hauteur d'eau correspond à une diminution de la puissance requise, tandis que pour une pompe hélice c'est l'inverse. Paradoxalement, une réduction de la hauteur d'eau par rapport à la valeur nominale a pour effet d'accroître la puissance de fonctionnement d'une pompe centrifuge. Cela vient du fait qu'une diminution de la charge de 10% pourrait accroître le débit de 25%, et éventuellement une diminution de 10% du rendement. Comme la puissance est toujours définie comme le produit de la hauteur d'eau par le débit, divisée par le rendement, la nouvelle valeur de la puissance requise passe de:

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soit une augmentation du rapport 1.25:1, ou bien une augmentation de 25% de la puissance nécessaire. Ainsi, le choix des conditions de fonctionnement différentes des conditions de fonctionnement nominales peut avoir des conséquences inattendues et parfois néfastes. L'utilisation des pompes loin des conditions de fonctionnement optimales est souvent à l'origine des pertes importantes du rendement et du gaspillage du carburant.

Pompes axiales (pompes-hélices)

Nous avons déjà vu que la majeure partie de la pression exercée par la pompe à hélice est due à l'action propulsive de ses aubes en rotation sur l'eau. Cette poussée a pour effet de propulser l'eau vers la sortie du rotor ou de la roue, et elle imprime aussi l'eau d'un mouvement rotatif (spin), qui est une source de gaspillage d'énergie. En effet le spin de l'eau aurait pour conséquences l'augmentation des forces de frottement et des phénomènes de turbulence, sans toute fois avoir aucun effet positif pour le refoulement de l'eau dans la conduite. Les pompes hélices sont donc munies d'aubes de guidage dont l'angle d'inclinaison permet de redresser l'écoulement et de transformer la composante rotative de la vitesse en une pression supplémentaire, tout à fait de la même manière que le diffuseur d'une pompe centrifuge. Le schéma de la figure 60 représente un exemple type d'une pompe hélice avec des aubes de guidage montées juste au-dessus du rotor. Ces aubes ont en outre un second rôle structurel puisqu'ils comportent un grand palier plat facilitant le centrage de l'arbre. Ce palier est généralement lubrifié à l'eau et présente les mêmes caractéristiques avec la boîte arrière du moteur d'un bateau.

FIGURE 60
Pompe axiale (pompe-hélice)

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FIGURE 61
Pompe hélico-centrifuge montée en surface

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FIGURE 62
Pompe hélico-centrifuge immergée

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Les pompes hélices sont généralement fabriquées pour une gamme de débits de l'ordre de 150 à 1500 m3/h. Elles sont à axe vertical et leurs hauteurs manométriques varient de 1,5 à 3,0 m. Les pompes à hélices à plusieurs étages (c'est-à-dire de plusieurs roues sur le même arbre) peuvent avoir des hauteurs de refoulement de l'ordre de 10 m environ.

Comme les pompes de ce genre sont conçues pour pomper des débits très forts à des faibles hauteurs de refoulement, les conduites de refoulement associées sont normalement en béton afin d'éviter les coûts prohibitifs des tuyaux en acier de gros diamètres. Les pompes hélices sont pour la plupart trop encombrantes, et leur installation requiert d'importants travaux de génie civil. Par suite leur domaine d'utilisation serait celui des plus grandes exploitations agricoles. En règle générale, elles sont surtout utilisées dans projets d'irrigation à canaux à ciel ouvert par élever des débits importants à des hauteurs de 2 à 3 m à partir d'un canal principal vers un canal d'alimentation ou de distribution.

FIGURE 63
Pompe-hélice portable (IRRI)

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Les petites pompes hélices sont plutôt fabriquées ou assemblées sur place. Elles donnent en général des résultats assez probants, ce qui fait qu'elles ne sont pas fabriquées en série en usine. Les hélices ordinaires des bateaux ont été fixées sur un long arbre pour le pompage de l'eau nécessaire à la submersion des rizicultures dans certaines régions d'Asie du Sud-Est. L'Institut International de Recherche sur le Riz (IIRR) a mis à profit ce principe pour mettre au point un système de pompage portatif à grand débit (voir figure 63). Ce dispositif a été conçu pour être fabriqué dans de petits ateliers mécaniques, le débit peut 180 m3/h, et la hauteur manométrique est d'environ 1 à 4 m. Cette pompe doit être entraînée par un moteur thermique ou électrique de 5 CV de puissance (3 kW) avec une vitesse de rotation de 3000 m tr/min. L'arbre est de 3,7 m de long, la conduite de refoulement de 150 mm de diamètre et le poids total, machine motrice non comprise, est de 45 kg.

Pompe hélico-centrifuge (à écoulement mixte)

Comme son nom l'indique, la pompe hélico-centrifuge est à la fois en partie pompe axiale et pompe centrifuge. Cette pompe est d'un grand intérêt pour l'irrigation par pompage car elle constitue un bon compromis permettant d'éviter le désavantage de la hauteur derefoulement faible d'une pompe hélice, et en même temps avoir des rendements et de débits supérieurs à ceux d'une pompe centrifuge à volute. De plus, les pompes à débit axial fonctionnent uniquement à aspiration nulle tandis que les pompes hélico-centrifuges peuvent fonctionner à des hauteurs d'aspiration non nulles tout en n'étant pas à auto-amorçage.

Le schéma de la figure 61 représente une pompe aspirante hélico-centrifuge installée en surface. L'écoulement hélicoïdal créé par la rotation de l'hélice est redressé en refoulant l'eau dans un colimaçon ou diffuseur, d'une manière identique à celle d'une pompe centrifuge à volute.

Le schéma de la figure 62 représente un autre dispositif de pompage plus proche d'une pompe à hélice. Ce dispositif comporte un carter en cuvette afin que l'écoulement soit radial dans le rotor. Il converge vers l'axe au moyen d'aubes de guidage fixes qui éliminent la composante rotative, ce qui permet, comme pour les pompes à hélice, d'augmenter le rendement de la pompe. Ce type de dispositifs est toujours immergé, ce qui élimine les problèmes d'amorçage dont souffrent les grosses pompes dynamiques aspirantes installées en surface (figure 61). La pompe hélico-centrifuge à carter en cuvette est parfois qualifiée de pompe à turbine ou turbo pompe, et elle est tout à fait analogue aux pompes centrifuges à turbine ou turbopompes décrites ci-dessus. La section réduite de l'aire de passage des filets liquides à l'entrée des aubes du rotor permet d'accélérer l'écoulement et de lui imprimer une certaine énergie cinétique. Les aubes de guidage fixes jouent le rôle de diffuseur à section élargie afin de transformer la vitesse en pression et donc augmente la hauteur de pompage et améliore le rendement. On peut toujours associer plusieurs pompes en série sur le même arbre, pour réaliser une pompe multicellulaire à turbine. Ces pompes sont souvent employées comme pompes de forage puisqu'elles sont de forme allongée (faible diamètre, et grange hauteur). Le débit des pompes hélico-centrifuges est de l'ordre de 200 à 12 000 m3/h pour des hauteurs de refoulement de 2 à 10 m. les pompes multicellulaires sont couramment utilisées pour des hauteurs d'élévation pouvant atteindre une quarantaine de mètres.

Pompes centrifuges

Technologie de la pompe centrifuge à arbre horizontal

C'est la catégorie de pompes la plus utilisée dans l'irrigation à petite est moyenne échelle. Ces pompes sont généralement entraînées par des moteurs thermiques ou électriques. Le schéma de la figure 64 représente une vue en coupe d'un modèle courant d'une pompe centrifuge à volute. Le corps de cette pompe et son bâti sont habituellement en fonte ou en acier coulé, la roue pouvant être soit en bronze soit en acier. Les éléments les plus critiques de la pompe sont les extrémités des aubes à l'entrée et à la sortie de la roue. En effet, les pertes les plus importantes sont celles dues au retour d'eau à l'aspiration par l'espace libre à la sortie entre la partie fixe et la partie tournante de la pompe. Pour réduire ces pertes, le corps des pompes de bonne qualité, comme celle de la figure, est munie d'un anneau d'usure à faible jeu à l'entrée du rotor. Cette pièce est sujette à l'usure du fait des matériaux en suspension et aux autres matières abrasives transportées par l'eau. Elle est généralement remplacée chaque fois que le jeu entraine une baisse notable du rendement. Toutefois, la plupart des agriculteurs ne se rendent pas compte des pertes dues à l'usure, et ils essaient de remédier à la baisse du rendement par l'augmentation de jour en jour de la vitesse de rotation ou de la durée de fonctionnement de la pompe, d'où un gaspillage de carburant ou d'électricité.

FIGURE 64
d'une pompe centrifuge de surface sur socle

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FIGURE 65
Installation d'une pompe centrifuge de surface

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FIGURE 66
Installation d'une pompe centrifuge verticale (pompe de forage)

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Une autre pièce sujette à l'usure est le joint de presse-étoupe situé à la sortie de l'arbre du côté postérieur du carter de la roue. Elle doit être régulièrement resserrée pour réduire au minimum les fuites. Cependant le serrage excessif accélère l'usure de la garniture. Ce joint est généralement fait d'une garniture en amiante graphitée, mais le polytétrafluoro-éthylène graphité (PTFE), quand il est disponible est plus efficace. Le coté arrière de la pompe comporte un socle et un boîtier renfermant deux roulements à billes. Ce type de pompe est lubrifié à l'huile, avec un orifice de remplissage, une jauge d'huile et un bouchon de vidange. L'entretien courant consiste à remplacer l'huile de temps à autre, et à en vérifier assez fréquemment le niveau. Ne pas observer ces règles pourrait entraîner l'usure des roulements, la flexion de l'arbre, l'usure des aubes et de la turbine.

Installation des pompes centrifuges

Les figures 65 et 66 représentent deux installations types de pompes centrifuges à faible hauteur d'élévation. La plus simple est l'installation en surface avec une tuyauterie d'aspiration (figure 65). Comme on vient de le voir à la section 2.1.5, la hauteur limite d'aspiration des pompes centrifuges est de l'ordre de 4 à 5 m au niveau de la mer, de 2 m environ à 2000 d'altitude, et encore moins si la tuyauterie d'aspiration est longue. Autrement dit, l'amorçage de la pompe sera plus difficile, et dans certains cas on risque le désamorçage de la pompe. Dans ces installations la conduite d'aspiration est munie d'un clapet anti-retour, sinon la conduite se vide à travers la pompe chaque fois qu'elle fonctionne au ralenti ou bien s'arrête. Il s'ensuit que la pompe ne peut plus redémarrer, à moins de remplir d'eau au préalable la conduite d'aspiration. De plus, dans certains cas le retour d'eau peut bien inverser le fonctionnement et la pompe qui se transforme en turbine, ce qui pourrait aussi endommager l'installation électrique.

FIGURE 67
Divers types de rotors des pompes centrifuges

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Si la longueur de la conduite de refoulement est très importante, il est plus prudent d'installer un autre clapet de retenue (clapet anti-retour) au niveau de la sortie de la pompe. Ainsi, lorsque pour une raison quelconque, la pompe s'arrête brusquement, l'écoulement se poursuit par inertie jusqu'à ce que la chute de pression soit suffisamment importante pour provoquer le phénomène de la cavitation dans la conduite. Lorsque la vitesse de l'eau s'annule, l'écoulement s'inverse et les bulles de cavitation implosent, provoquant ainsi un fort coup de bélier. Un autre coup de bélier intervient au moment où l'écoulement change de sans entraînant la fermeture brusque du clapet de retenue. Des incidents pareils peuvent entraîner l'éclatement de la pompe centrifuge. Le clapet de retenue à la sortie sert donc à protéger la pompe contre ces reflux d'eau le long de la conduite de refoulement.

Dans certains cas le plan d'eau est tellement bas qu'il devient impossible d'installer la pompe en surface (conditions limites à l'aspiration). Les pompes centrifuges sont alors placées dans un puisard ou dans un puits, pour rendre minimum la hauteur d'aspiration, ou même la pompe peut être placée au-dessous du plan d'eau comme le montre la figure 66. Dans ce cas un arbre assez long accouple la pompe à un moteur électrique installé en surface, de sorte que le moteur et le matériel électrique restent toujours à l'abri de tout risque d'inondation.

Les roues d'une pompe centrifuge

Les roues des pompes centrifuges sont les pièces maîtresses qui déterminent leurs caractéristiques. La figure 67 représente plusieurs types de roues. Bien que la forme de la roue est un important facteur, le rapport de la section de sortie de l'aube à celle de l'entrée joue un rôle décisif sur les caractéristiques des pompes centrifuges. Autrement dit, la variation de la section transversale de l'écoulement à travers la roue, ou bien le rapport du diamètre de sortie ou diamètre d'entrée. Les schémas A et B de la figure représentent des rotors ouverts, tandis que les schémas C et D représentent des rotors couverts ou fermés. Les premiers ont un rendement inférieur aux seconds puisqu'ils donnent lieu plus facilement à des pertes par retour d'eau. D'autre part les frottements et les remous créés par la rotation des aubes à découvert à proximité de l'enveloppe fixe sont trop importants. Cependant ces rotors sont moins exposés au colmatage par la boue ou par les herbes. En revanche, les rotors fermés sont nettement plus robustes ils risquent moins l'usure par les matières solides en suspension ou les autres corps étrangers entraînés par l'eau. Les rotors ouverts sont moins coûteux, ils sont donc généralement utilisés dans les pompes bon marché et de faible rendement. Quant aux rotors fermés, ils sont de loin les plus utilisés lorsque le rendement et le bon fonctionnement sont de première importance.

De plus les schémas A et C de la figure 67 représentent des rotors de pompes à une roue à simple effet. Tandis que les schémas B et D sont relatifs à une pompe à double effet à deux roues dans laquelle l'eau est aspirée symétriquement des deux côtés du rotor. Le principal avantage de la disposition à double effet réside dans l'atténuation ou à la disparition de la poussée axiale qui s'exerce sur l'arbre de la pompe. Par contre, les pompes à double effet sont plus complexes et plus coûteuses. Elles sont par suite rarement employées dans le cas des équipements de petites et moyennes capacités.

La forme des aubes de la roue ou du rotor joue également un rôle important. Certains facteurs tendent à adoucir la courbure de la caractéristique H(Q) pour une vitesse de rotation donnée. Tandis que d'autres facteurs tendent à augmenter la pente de cette courbure. Les courbes de la figure 68 représentent l'effet de la forme des aubes sur les filets liquides. Bien que les caractéristiques les plus plates correspondent à des aubes de courbure concave, on constate que les aubes à courbure convexe permettent effectivement d'obtenir une hauteur manométrique maximale dans les conditions de fonctionnement nominales. D'une manière générale, plus la caractéristique hauteur d'eau-débit est plate, plus le rendement est élevé, d'autre part la vitesse de rotation du rotor doit être d'autant plus importante que la hauteur de refoulement est élevée. Ainsi, pour une vitesse de rotation donnée on a toujours tendance à utiliser les pompes à caractéristiques H (Q) les moins aplaties pour des hauteurs de refoulement élevées. Ceci est bien entendu au prix d'une légère baisse du rendement de la pompe.

Association en série et en parallèle des pompes centrifuges

Lorsque la charge requise dépasse celle que l'on peut obtenir avec une seule pompe, on peut installer deux ou plusieurs pompes en série, tel qu'indiqué à la figure 69a. Si par contre, le débit d'une pompe est inférieur à celui nécessaire, deux ou plusieurs pompes centrifuges peuvent être installées en parallèle, tel qu'indiqué à la figure 69b. L'incidence de ces associations en série ou en parallèle des pompes sur les courbes caractéristiques H(Q) d'une pompe est représentée à la figure 69c. Ces courbes représentent les variations de la charge, du débit et du rendement, exprimées en pourcentage des valeurs obtenues dans le cas d'une seule pompe dans les conditions normales de fonctionnement. Il est manifestement clair que l'association en série des pompes n'influe pas sur le rendement ni sur le débit, mais elle double la charge effective. Dans le cas de l'association en parallèle des pompes, le débit obtenu n'est pas exactement le double de celui d'une pompe unique. En effet le débit supplémentaire entraîne généralement une légère augmentation de la charge totale du fait de l'augmentation des pertes de charge par frottement principalement dans les canalisations de refoulement. Il en résulte un fort décalage du point de fonctionnement, et le débit total sera légèrement différent du double du débit d'une pompe unique.

FIGURE 68
Effet du profil des aubes du rotor ou de la roue d'une pompe centrifuge

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Pompes multicellulaires et pompes roto-dynamiques de forage

Si l'on veut utiliser une seule pompe centrifuge, on doit pour des hauteurs de refoulement importantes soit augmenter la vitesse de rotation du rotor, ou bien avoir un rotor de grand diamètre. Cependant, il y a toujours des limites qu'on ne peut pas dépasser tant pour les vitesses de rotation et que pour les diamètres des roues. Donc, on peut soit associer plusieurs pompes monocellulaires en série, ou bien adopter une autre alternative plus pratique qui consiste à installer une pompe multicellulaire où l'eau sort d'une roue pour alimenter la roue suivante ou l'étage suivant. Ceci est fait au moyen d'un canal de retour spécialement conçu dans le corps de pompe. Le schéma de la figure 70 représente une pompe de forage à cinq cellules. L'utilisation d'une pompe multicellulaire s'impose du fait que le diamètre du rotor est limité par celui du forage. La figure 144 représente une autre pompe multicellulaire, à trois étages, entraînée par une turbine.

Les pompes multicellulaires de surface sont plutôt utilisées pour l'irrigation des zones montagneuses. En effet, en dehors de ce contexte il est assez rare que les eaux de surface soient pompées à des hauteurs d'eau importantes. Par contre, la pompe multicellulaire immergée de forage à axe vertical, directement accouplée à un moteur électrique au-dessus d'elle (lui aussi immergé), est beaucoup plus utilisée actuellement en irrigation, surtout dans l'irrigation à petite échelle, où la source d'eau est constituée d'un puits ou d'un forage (voir Figure 70). De plus, il est toujours possible d'installer des pompes de forage multicellulaires à axe vertical où le moteur d'entraînement est en surface. Ce type d'installation requiert un long arbre moteur, dont la verticalité est assurée par des paliers de centrage régulièrement espacés tout le long de la colonne montante (figure 134(b)). On peut aussi utiliser un moteur d'entraînement disposé comme l'indique la figure 66, accouplé à une pompe multicellulaire à axe vertical installée dans un puisard ou dans un puits.

FIGURE 69
Association en série ou en parallèle des pompes centrifuges

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FIGURE 70
Groupe moto-pompe multicellulaire immergé de forage

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Au cours de ces dernières années, plusieurs types de pompes immergées de bonnes performances entraînées par des moteurs électriques ont été mises au point (voir figure 70). La section Energie électrique traite plus en détail les caractéristiques électriques et les détails de construction de ce type de moteur. L'adjonction des étages de pompage supplémentaires sur le même arbre ne pose guère de difficultés. Cette technique permet d'obtenir une série de pompes couvrant un large éventail des conditions de fonctionnement. La pompe de la figure 70 est du type hélico-centrifuge à cinq étages. Le même schéma montre aussi comment par la simple adjonction d'étages supplémentaires (bien sûr la puissance du moteur d'entraînement doit aussi augmenter en conséquence) on peut avoir une gamme complète de pompes pouvant élever l'eau à une hauteur de 40 m environ pour les pompes les plus petites, et à des hauteurs de 245 m environ pour les pompes les plus grosses (voir figure). Le rendement et le débit de ces pompes sont pratiquement identiques, seules la hauteur de pompage et la puissance nominale sont fonctions du nombre d'étages.

Enfin les figures 71 et 134(a) représentent des groupes moto-pompes électriques installés dans des forages. La pompe de la figure 71 est munie de capteurs de niveaux montés tout le long de la colonne montante, ces capteurs désamorcent automatiquement la pompe en cas de baisse sensible du plan d'eau.

Pompes roto-dynamiques à auto-amorçage

Les pompes roto-dynamiques de toutes sortes ne démarrent que lorsque leur rotor est préalablement rempli d'eau. Evidemment, la méthode la plus sûre pour éviter toute difficulté de démarrage consiste à immerger la pompe au-dessous du plan d'eau d'alimentation. Mais cette méthode n'est pas toujours applicable ou bien appropriée. Ceci est plutôt valable en petite irrigation chaque fois que l'on doit avoir recours à des groupes de pompage portables, qui doivent être arrêtés et réamorces à chaque poste d'irrigation.

Si le carter de pompe est bien rempli d'eau, la pompe peut bien démarrer et l'eau sera refoulée, même si la conduite d'aspiration est vide au départ. Plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour remplir les pompes roto-dynamiques installées au-dessus du niveau d'alimentation. Toutefois, il est particulièrement important de noter que si la conduite d'aspiration est vide et que la conduite de refoulement est pleine, il vaut mieux parfois vider cette dernière pour supprimer la contre-pression qui pourrait empêcher l'amorçage de la pompe. Sinon, il serait difficile, voire impossible, de pourvoir chasser l'air contenu dans l'installation et l'amorçage n'aura pas lieu. Une des méthodes utilisées pour chasser l'air Consiste à monter au départ du refoulement un robinet qui permet de "purger" la pompe en facilitant la sortie de l'air piège dans le système.

Le dispositif le plus simple pour maintenir l'eau en permanence à la fois dans la [tuyauterie d'aspiration et la pompe c'est d'installer un clapet de non-retour à l'aspiration. Au départ, la tuyauterie d'aspiration doit être remplie d'eau à la main à l'aide d'un seau d'eau. Ensuite le clapet de non-retour devrait empêcher l'eau de s'échapper du système, même si la pompe est mise hors fonctionnement pour un certain temps. Or, dans la plupart des cas les clapets de non-retour ne sont pas parfaitement étanches. Des fuites d'eau interviennent souvent surtout lorsque l'eau est chargée de boue ou de graviers qui forment un dépôt entre le clapet et son siège entravant ainsi sa fermeture. D'autre part, un autre souci s'ajoute à celui du risque désamorçage c'est celui du fonctionnement à vide. En effet, plusieurs types de pompes peuvent d'être fortement endommagés si elles fonctionnent à vide pour un certain temps. Il s'ensuit que les, points d'étanchéité internes et les surfaces de frottement qui sont normalement lubrifiés à l'eau pourraient dans ces conditions s'user rapidement. De plus, une pompe qui fonctionne à vide aura tendance à surchauffer, ce qui fait que la graisse utilisée pour lubrifier les roulements pourrait fondre et s'échapper, provoquant ainsi la détérioration des joints d'étanchéité, et toute autre pièce en plastique et chaque élément ne pouvant pas supporter de très fortes températures.

FIGURE 71
Une installation complète d'un groupe moto-pompe électrique immergé

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FIGURE 72
Pompe directement accouplée à un moteur diesel à refroidissement à l'air munie d'une pompe manuelle d'amorçage à membrane

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Les deux méthodes d'amorçage les plus courantes des groupes moto-pompes centrifuges de surface consistent à utiliser, soit une petite pompe à main montée sur la conduite de refoulement (figure 72) (le schéma représente une pompe d'amorçage à membrane dont la capacité d'aspiration est excellente), soit un "éjecteur d'épuisement pour faire le vide nécessaire dans la conduite d'aspiration (figure 57) ce principe de fonctionnement sera traité en détail dans la section suivante.

FIGURE 73
Pompe centrifuge à auto-amorçage

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D'autres méthodes d'amorçage des pompes aspirantes montées en surface peuvent fréquemment être mises au point sur place. Par exemple, on peut installer un réservoir décanteur d'eau au-dessus de la pompe avec un by-pass à fermeture automatique. Au démarrage, le by-pass est ouvert et la pompe fonctionne en court-circuit sur le réservoir décanteur et le by-pass en utilisant l'eau se trouvant dans le réservoir décanteur. Lorsque la pompe est amorcée le by-pass se referme. Ceci est très intéressant surtout si l'on a à redémarrer la pompe après le vidange de la canalisation. L'eau du réservoir se vide dans la pompe et dans la conduite d'aspiration facilitant ainsi l'amorçage de la pompe. Les fuites d'eau dans la plupart des clapets de retenue, même ceux de qualité médiocre, sont suffisamment lentes et le réservoir décanteur s'avère être une solution efficace. Une fois la pompe amorcée le réservoir pourrait être rempli d'eau pour être prêt pour le prochain démarrage.

On peut aussi installer un grand réservoir sur la conduite d'aspiration juste au-dessus de la pompe. Ce réservoir doit être de capacité suffisante pour pourvoir remplir d'eau la canalisation d'aspiration suite à la dépression créée par la pompe. Une installation de ce genre doit cependant être soigneusement conçue pour éviter l'apparition de bouchons d'air dans la canalisation d'aspiration.

Une autre méthode simple utilisée uniquement lorsque la conduite de refoulement est de très grande longueur consiste à monter immédiatement à la sortie de la pompe, une vanne au lieu d'un clapet de non-retour. Cette vanne est en position de fermeture lorsque la pompe est arrêtée. L'ouverture du robinet aura pour effet de remplir la pompe par l'intermédiaire de la conduite de refoulement, et d'assurer ainsi sa mise en eau au moment au démarrage.

La solution la plus sûre dans certains cas consiste à utiliser une pompe centrifuge spéciale dite "à auto-amorçage" (figure 73). Dans ce cas la partie supérieure du corps de la pompe comporte deux compartiments séparés par un déflecteur. Lorsque la pompe et la canalisation d'aspiration sont vides, le carter est rempli directement par l'orifice de remplissage à la partie supérieure du corps de la pompe. Une fois la pompe amorcée, l'eau est lancée vers le haut du côté refoulement et une petite zone de dépression se forme autourdu moyeu de la roue. Tant que la pompe n'est pas amorcée, l'eau introduite par l'orifice d'entrée à la partie supérieure de la pompe continue à circuler autour du déflecteur, tandis qu'une fraction de l'air entraîné remonte la conduite de refoulement vide. L'air aspiré de la tuyauterie d'aspiration est remplacé par l'eau jusqu'à ce que celle-ci soit complètement remplie d'eau et que les bulles d'air autour de la roue de la pompe soient complètement éliminées. Une fois l'air entièrement chassé, l'eau cesse de circuler autour de déflecteur et l'écoulement dans les deux compartiments serait de même sens de sorte, que l'eau se dirige vers la sortie de la pompe du côté du refoulement. Grâce à un clapet anti-retour placé à son entrée, l'eau reste dans la pompe même si elle est en arrêt. Ainsi, même si des fuites d'eau interviennent au niveau de clapet anti-retour de la conduite d'aspiration et que celle ci se vide, l'eau retenue dans le corps de la pompe serait suffisante pour l'auto-amorçage d'une manière tout à fait identique à celle décrite plus haut. Par conséquent, ce type de pompes requiert le remplissage manuel seulement au moment de leur installation, ou bien suite à une purge complète de l'installation.

Pompe venturi à auto-amorçage

Un autre type de pompe centrifuge à auto-amorçage est conçu sur le principe d'un jet d'eau. En effet un courant liquide accéléré ou un jet moteur envoyé à travers un rétrécissement crée une chute de pression (voir section Pompes centrifuges à volute, turbo pompes et pompes à auto-amorçage). Dans ce cas la pompe est logée dans un double carter contenant l'eau à la pression de la conduite du refoulement (voir figure 74). Une partie de cette eau est déviée vers un rétrécissement suivi d'un diffuseur monté à l'aspiration de la pompe qui dirigent les filets liquides vers le centre du rotor. Lorsque la pompe est mise en marche par la première fois (après un amorçage manuel initial), elle reste remplie d'eau. Les démarrages suivants sont assurés en alimentant l'aspiration par le by-pass aménagé sur la conduite du refoulement. Comme dans le cas précédent, l'air est aspiré et évacué vers le refoulement, tandis que l'eau commence à remplir progressivement la conduite d'aspiration. Dès que la tuyauterie est complètement purgée d'air qu'elle contient, la grande proportion de l'eau aspirée est refoulée à travers la conduite de refoulement. Mais une fraction repasse par le rétrécissement (ou jet) à l'aspiration, ce qui accroît considérablement le pourvoir d'aspiration de cette pompe par rapport à l'aspiration d'une pompe centrifuge normale. Par conséquent, ce type de pompe a un double avantage de pouvoir fonctionner avec une forte charge à l'aspiration, et de fonctionner correctement (sans risque d'usure) tout en "ronflant" (c'est-à-dire en aspirant un mélange d'air et d'eau sans se désamorcer). Elle est donc d'un intérêt certain pour le pompage des eaux peu profondes, où l'on ne peut pas assurer l'immersion complète du clapet de retenue, ou bien dans les cas où l'on risque l'épuisement complet de la source d'eau par pompage.

Le principe de fonctionnement des pompes éjecteurs est également valable pour les pompes de forage, tel qu'indiqué à la figure 75. Dans ce type d'installations la pompe et le moteur sont installés en surface, et ils peuvent puiser l'eau à une profondeur de 10 à 20 m. Le diffuseur installé à la sortie du jet sert à accroître la pression dans la colonne montante et à empêcher la cavitation. Bien que le système à venturi requiert un débit 1.5 à 2 fois supérieur au débit refoulé ce qui constitue donc une source de perte de puissance notable, ce type de pompe est particulièrement utile pour le pompage des eaux sablonneuses ou boueuses. En effet ces pompes sont moins sujettes aux risques de colmatage que les pompes immergées. Cependant dans le cas de pompage d'eaux chargées, un bassin de décantation est aménagé en surface entre l'aspiration et le refoulement pour débarrasser l'eau autant que possible de matières en suspension et de réduire au minimum les risques de colmatage.

FIGURE 74
Pompe venturi aspirante (ejecteur) installée en surface

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Parmi les inconvénients des pompes éjecteurs nous pouvons citer, premièrement, leur grande complexité, donc leur coût trop élevé, deuxièmement leur faible rendement car une partie de l'énergie de pompage est perdue à travers le venturi (convergent-divergent). Cette énergie n'est pas totalement perdue car elle est récupérée plus tard en partie sous la forme d'effet de pompage du venturi. Il est évidemment préférable d'utiliser une pompe centrifuge classique lorsque la hauteur d'aspiration est faible ou nulle. Dans les autres cas où le pompage par aspiration est indispensable, une pompe à auto-amorçage de ce type serait tout à fait indiquée.

FIGURE 75
Pompe ejecteur de forage

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POMPES A EMULSION OU EMULSEURS

Le principal avantage des pompes à émulsion ou émulseurs c'est leur extrême simplicité. L'appareil est composé pratiquement d'une colonne profonde plongée dans un puit de telle sorte que la hauteur de la partie immergée soit supérieure de la partie se trouvent au-dessus du plan d'eau. L'air comprimé est introduit du côté inférieur de cette colonne (voir figure 76). L'air comprimé produit une émulsion d'air et d'eau dont la densité est inférieure à celle de l'eau, par suite elle tend à remonter en surface. L'air comprimé est fourni par un compresseur entraîné normalement par un moteur, mais aussi par une éolienne. Le principe de fonctionnement de cet ap­ pareillage consiste à réaliser une émulsion d'air et d'eau dont la densité est réduite à moins de la moitié de celle de l'eau. Cette émulsion remonte dans le puits au-dessus du niveau de l'eau à une hauteur sensiblement égale à la hauteur de la partie immergée de la colonne montante. Plus la colonne montante est im­mergée dans l'eau, plus le débit de l'émulsion sera important pour le même débit d'air comprimé. Par consé­quent le rendement d'une pompe à émulsion est d'autant plus fort que le rapport de la hauteur immergée de la colonne montante à la hauteur d'aspiration statique est plus élevé. De plus, en cas d'uti­lisation dans les forages, la profondeur de forage doit dé­passer le double de la hauteur d'aspiration pour assurer une immersion adéquate.

FIGURE 76
Pompe à émulsion (émulseurs)

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La pompe à immersion a pour principal avantage c'est de ne comporter aucune pièce mécanique au-dessous du sol. Elle est essentiellement simple et fiable et fonctionne sans problèmes avec des eaux chargées de sable ou de graviers. Par contre, ce type de pompes présente des inconvénients sérieux. Première-ment, cette pompe a un rende-ment de pompage médiocre d'environ 20 à 30% au mieux, en termes de rapport d'énergie hydraulique produite à l'énergie développée pour l'obtention de l'air comprimé. De plus en règle générale le rendement global est lui aussi affecté par le mauvais rendement des compresseurs. Par conséquent, les coûts d'exploitation d'une pompe à émulsion seront donc très élevés du point de vue énergétique. Deuxièmement, en cas d'utilisation pour les forages, on est amené à avoir des forages plus profonds qu'avec d'autres types de pompes, donc des coûts de forages aussi importants. Ce problème est bien sûr moins grave pour les installa-tions à faible charge, car la profondeur supplémentaire requise n'est pas alors trop importante, ou bien lorsque de toute façon, la profondeur du forage elle-même est importante du fait de la profondeur de la nappe.

DISPOSITIFS A IMPULSION (BELIER HYDRAULIQUE)

Ces dispositifs utilisent l'énergie de la chute d'eau pour élever une partie du débit d'eau au- dessus du niveau de la source. Le prin-cipe de fonctionnement consiste à transporter l'eau dans une con-duite, puis de créer une surpres-sion brusque pour la fermeture instantanée (ou violente) d'une vanne installée à l'extrémité de la conduite en question. Cette manoeuvre produit le "coup de bélier" entraînant une forte et soudaine augmentation de pression. Cette surpression serait suffisante pour élever une faible proportion du débit d'alimentation à un niveau nettement plus haut.

Ces dispositifs sont donc utilisables principalement dans les régions montagneuses à fortes pentes où le cours d'eau ou la rivière descend le long d'une vallée à très forte pente. De même, elle est aussi utilisable dans le cas où la côte du terrain à irriguer est supérieure à la côte piézomètrique d'une adduction gravitaire par des canaux à ciel ouvert à partir de la source d'alimentation.

Le seul exemple de pompes conçues sur ce principe est celui de la pompe à bélier hydraulique ("hydram"), qui est effectivement un mélange d'une machine motrice hydraulique et d'une pompe. Simple sur le plan mécanique, la pompe à bélier hydraulique est robuste et parfaitement fiable, et elle a en outre un rendement acceptable. Par contre, le débit fourni dans la plupart des cas est trop faible (d'environ 1 à 3 litres par seconde). Ces installations sont donc particulièrement utilisées pour l'irrigation de petites exploitations ou des terrasses simples, ou de jeunes plants de pépinières, etc.

Une description plus détaillée des béliers hydrauliques est donnée à la section Le bélier hydraulique, Chapitre 4, consacrée aux dispositifs de pompage actionnés par l'énergie Hydraulique.

DISPOSITIFS GRAVITAIRES

Siphons

Les siphons ne sont pas à proprement parler, des dispositifs élévateurs d'eau, puisque le niveau d'eau à la sortie du siphon est inférieur à son niveau initial. Les siphons permettent cependant de franchir des obstacles (collines, digues, etc.) séparant la source d'alimentation de la zone à irriguer, ce qui est un grand avantage dans les installations d'irrigation. Ils sont par ailleurs reconnus comme des ouvrages difficiles à installer et à entretenir. De plus leur principe de fonctionnement est rarement parfaitement compris. Il est donc utile de les passer succinctement en revue.

Les schémas des figures 77A à 77C représentent différents types de siphons. L'usage des siphons est limité à des hauteurs d'élévation d'environ 5 m au niveau de la mer, pour les mêmes raisons invoquées lors de l'étude des conditions à l'aspiration des pompes. La principale difficulté qui entrave le fonctionnement des siphons est liée à la pression négative qui pourrait se produire au sommet du siphon. En effet, à ce moment là l'air dissous passe de la phase liquide à la phase gazeuse pour former une bulle d'air qui crée un obstacle à l'amorçage du siphon, ou bien de réduire le débit d'eau d'un siphon déjà amorcé. Cette bulle d'air pourrait se transformer en une poche d'air suffisamment importante jusqu'à devenir comme un bouchon qui ne laisse passer aucun débit. Il faut donc que le siphon qui est en totalité à une pression inférieure à la pression atmosphérique, soit parfaitement vide d'air. Par ailleurs les risques de bouchons d'air sont nettement moins graves si l'écoulement d'eau est rapide, la hauteur d'élévation est faible et les joints sont parfaitement étanches.

FIGURE 77
Types de siphons

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L'amorçage des siphons pourrait également poser certains problèmes. Les siphons les plus simples faits de petits éléments de tuyaux plastiques souples sont les plus utilisés pour l'irrigation des parcelles. Ils permettent de traverser la digue qui sépare généralement la rigole de distribution de la parcelle à irriguer. Or il est bien connu que pour amorcer le siphon, il suffit de remplir entièrement le tuyau souple en le plongeant dans la rigole, de boucher à la main une des extrémités du tuyau (celle qui doit alimenter la parcelle), ensuite de faire passer le tuyau au-dessus de la digue. Cependant, cette technique ne peut s'appliquer aux siphons de grandes dimensions qui sont strictement indispensables pour le franchissement d'obstacles difficiles à excaver ou à éliminer non plus lorsqu'il y a des risques de fuites d'eau quand la canalisation est enterrée sous une digue ou une banquette de terre.

La figure 77A représente un siphon muni du côté aspiration d'un clapet de non-retour ou d'un clapet de retenue, et d'une vanne ordinaire ou d'un robinet de manoeuvre du côté refoulement. Le sommet du siphon est muni d'un entonnoir d'alimentation qu'on peut isoler par une vanne. Si le robinet de manoeuvre, côté refoulement, est fermé et si le robinet supérieur est ouvert, le siphon pourrait être rempli d'eau. Le siphon est amorcé lors de fermeture du robinet de remplissage et l'ouverture du robinet de manoeuvre au refoulement.

Le dispositif du schéma B est semblable à celui du schéma A. Cependant, au lieu de remplir le siphon d'eau pour l'amorcer, une pompe à vide est installée à cet effet. Cette opération s'effectue évidemment après la fermeture de la vanne au refoulement. La pompe à vide peut être du type manuel simple ou bien une petite pompe à vide industrielle. Une fois 'l'air chassé, la vanne de refoulement est ouverte et le siphon s'amorce.

Le dispositif du schéma C représente un siphon dit inversé, utilisé dans le cas où une rigole d'irrigation surélevée doit traverser une route. Les siphons inversés sont soumis à une pression supérieure à la pression atmosphérique et il n'y a pas en principe de limite à la profondeur de passage du siphon. Cependant, la conduite doit supporter la pression hydrostatique. De plus, la sortie du siphon doit être à un niveau suffisamment plus bas que son d'entrée de façon à obtenir le gradient hydraulique nécessaire pour assurer un écoulement gravitaire.

Quanats et foggaras

Les quanats, connus sous ce nom en langue farsi ou sous celui de foggaras (en arabe), sont en quelque sorte des "moyens artificiels" pour remonter l'eau souterraine à la surface juste au-dessus du plan d'eau local, et ce suivant les lois de la pesanteur. Comme pour les siphons, ce ne sont pas de dispositifs d'élévation d'eau à proprement parler. Mais ils constituent un moyen d'élévation de l'eau d'un puits ou d'un forage pour l'utiliser en irrigation. Ils ont été utilisés avec grand succès depuis plus 2000 ans en Iran, et depuis des siècles en Afghanistan, dans une grande partie de Moyen Orient et dans certaines régions de l'Afrique du Nord.

Le schéma de la figure 78 représente la coupe transversale d'un quanat. Comme on peut le voir, le principe de fonctionnement repose sur le fait que la nappe est alimentée par des conduits souterrains remontant la pente et communiquants avec des réservoirs souterrains. Il est donc possible de creuser une petite galerie généralement ascendante, jusqu'à son point derencontrée avec la nappe phréatique à un niveau suffisamment supérieur à celui du terrain à irriguer et de préférence à courte distance. Cela équivaut pratiquement à incliner progressivement un forage jusqu'à ce que la nappe phréatique soit à un niveau supérieur de façon à avoir un écoulement d'eau continu par gravité et sous aucun pompage.

FIGURE 78
Section transversale d'un quanat

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La longueur des quanats est généralement comprise entre 1 et 50 kilomètres environ, les installations les plus longues se trouvent en Iran, près d'Ispahan. Les travaux d'excavation consistent à forer des puits tous les 50 à 100 mètres, et de les relier par des galeries horizontales en partant du point d'alimentation. Des techniques traditionnelles - avec de simples outils manuels - sont adoptées en même temps que les techniques plus perfectionnées de levé topographique, et de percement de galeries. Il faut parfois plusieurs décennies pour réaliser un quanat de longueur importante. Mais une fois achevées ces ouvrages peuvent fonctionner sans problèmes avec des coûts d'exploitation très faibles durant des siècles. L'aspect extérieur d'un quanat est typique puisqu'il correspond à une série de cratère en terre (ou bien d'un petit mur de brique) autour de chaque ouverture de puits. Cette disposition empêche les eaux de crues brutales (ou avalisions) d'inonder le puits et d'affouiller les parois. Les eaux d'un quanat sont utilisées pour l'irrigation des oasis cultivées qui doivent leur présence dans le désert à ce mode d'alimentation sûre et ininterrompue d'eau.

Des efforts ont été déployés en Iran afin de mécaniser la construction des quanats, sans toutefois être couronnés de succès. Dans certains cas les quanats sont parfois associés à des pompes mécaniques, dans ce cas un quanat court presque horizontale attaque la nappe phréatique au niveau le plus haut. Dans ce cas le fonds du quanat ne suit pas la pente du plan d'eau de la nappe, le quanat dans ce cas crée une sortie artificielle de la nappe à une côte supérieure au plan d'eau local de la nappe. L'eau est ensuite emmagasinée dans une cuvette ou une citerne aménagée sur une plate-forme se trouvant au-dessus du niveau local de la nappe phréatique, mais en même temps au-dessous du terrain naturel. Une pompe diesel est installée sur cette citerne ou cuvette pour élever l'eau à la surface. Cette solution est utile si l'on vent d'un côté écouler le quanat dans des difficiles, ou bien lrosque les terrains à irriguer se trouvent au-dessus de la débouchée naturelle de la nappe transportée par gravité dans un quanat.

MATERIAUX UTILISEES DANS LA FABRICATION DES DISPOSITIFS ELEVATOIRES

Il s'agit d'un domaine assez complexe et difficile à couvrir d'une manière exhaustive. On va se contenter néanmoins de présenter succinctement les avantages et les désavantages des différents matériaux généralement utilisés pour en tenir compte dans l'évaluation des caractéristiques des équipements.

Les aspects essentiels à prendre en compte dans la sélection des matériaux de construction des équipements de pompage sont les suivants :

Comme dans tous les domaines techniques, on ne trouve pas toujours des matériaux qui répondent en même temps d'une manière satisfaisante et complète à toutes ces considérations, d'où la nécessité à trouver toujours un compromis. Il n'en demeure pas moins nécessaire de vérifier si le compromis trouvé répond d'une manière satisfaisante aux conditions d'utilisation.

Il est utile de passer succinctement en revue les avantages et les inconvénients des différents matériaux utilisés pour la fabrication des pompes et des autres dispositifs d'exhaure. Ils sont par ailleurs récapitulés au tableau 7.

Matériaux ferreux

La plupart des matériaux ferreux ou à base de fer sont sujets aux problèmes de corrosion. Par contre, ils sont sans doute les matériaux les plus résistants, les mieux connus, bon marché et facilement disponibles. En règle générale, le fer et l'acier conviennent plus particulièrement aux éléments de structure dont la résistance est une caractéristique importante, et où la présence d'une couche superficielle de rouille n'est pas un problème majeur.

L'acier doux ordinaire est l'un des matériaux les plus vulnérables à la corrosion. Les coulis de fer (fonte) et d'acier, excepté au cas où ils sont travaillés en usine, sont généralement couverts d'une couche d'oxyde de fer noir qui se forme lorsque la fonte est encore à haute température. Il y a plusieurs méthodes de protection de l'acier contre la corrosion, notamment la peinture classique, les inhibiteurs modernes de corrosion qui adhérent à la surface du métal et empêchent la corrosion. Il y a aussi d'autres méthodes de protection tel que le placage, l'enduit et l'enrobage métallique, tel que le placage au zinc (galvanisation) et au cadmium. D'autres alliages d'acier à base de chrome et de nickel, appelés aussi aciers inoxydables, sont également résistant à l'oxydation cependant ils ne sont pas bon marché.

TABLEAU 7
Principales caractéristiques des matériaux utilisés dans la fabrication des pompes

Matériau

Résistance mécanique

Résistance à la corrosion dans l'eau

résistance à l'abrasion

Coût

Utilisation type

Acier doux

forte

très faible

moyenne à forte

faible

arbres tiges de pompe écrous et boulons pièces porteuses

Fonte

moyenne

moyenne

moyenne à forte

faible

carters de pompes

Acier inoxydable

forte

très bonne

bonne

élevé

écrous et boulons arbres rotors surfaces frottantes humides pièces de robinetterie

Laiton

moyenne

bonne

moyenne à forte

élevé

rotors cylindres de pompe surfaces frottantes humides

Bronze/bronze au zinc

forte à moyenne

très bonne

moyenne à forte

élevé

rotors pistons de pompes paliers et pièces frottantes humides pièces de robinetterie

Aluminium/ alliages légers

forte à moyenne

moyenne à forte

faible

moyen à élevé

carters de pompe tuyaux d'irrigation

Bois tendres

faible

faible

faible

peu élevé

pièces peu sollicitées

Bambou

moyenne

moyenne

faible

peu élevé

pièces moyennement

Bois durs de bonne qualité

moyenne à forte

moyenne à forte

moyenne à forte

moyen à élevé

ossature

Thermoplastiques, PVC, polyéthylène, etc.

moyenne

très bonne

généralement bonne

moyenne

canalisations et pièces accessoires

Thermoplastiques, plastiques moulés et composites

forte à moyenne

générale­ ment bonne

généralement bonne

moyenne à forte

carters de pompe, pièces, paliers

Bronze phosphoreux

moyenne

bonne

bonne

élevé

châssis, rondelles île butée

FIGURE 79
Pompe chinoise de type libération à traction animale en acier pour plus de robustesse et d'efficacité (voir aussi figure 96)

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Les aciers inoxydables peuvent bien être utilisés au lieu du laiton et du bronze, cependant ils sont trop difficiles à manier et à façonner. Pour cela la plupart des constructeurs de pompes préfèrent l'utilisation des alliages non ferreux résistant à la corrosion. L'acier inoxydable est utilisé pour les boulons et les écrous pour remplacer l'acier doux aux endroits fortement corrosifs. Les boulons et les écrous en acier inoxydable sont plus coûteux que ceux en acier doux. Cependant ils deviennent moins chers si l'on tient compte des frais de la maintenance et du remplacement de ces mêmes pièces en milieu humide du fait de la corrosion.

Les éléments ferreux doivent donc être bien protégés contre la corrosion, et ils sont surtout utilisés dans les parties (charpente ossature) qui ne sont pas en contact direct avec l'eau. Un mauvais exemple de l'utilisation des éléments ferreux est celui des cylindres en fonte. La surface du cylindre reste souvent en bon état tant que la pompe est en marche, mais à chaque arrêt prolongé de la pompe il y aurait formation d'une couche d'oxyde de fer (rouille) relativement importante. Même à l'échelle microscopique cette couche d'oxyde de fer (rouille) pourrait entraîner une usure rapide des joints d'étanchéité des pistons aussitôt la pompe remise en marche. D'autre part, tout revêtement, enrobage ou placage mince du cylindre de la pompe ne peut durer assez longtemps du fait de l'usure. Toutefois, les carters de pompes centrifuges en acier moulé ou coulé ont été toujours satisfaisants. Cependant les pièces critiques, telles que les anneaux d'usure intercalaires sont fabriqués d'un métal approprié de haute résistance à la corrosion. De même, les rotors de pompe centrifuge en acier moulé peuvent aussi être utilisés. Ils sont de qualité inférieure que les rotors non ferreux, mais par contre ils sont nettement moins chers. Les dimensions des pompes équipées de rotors en acier ne peuvent pas être déterminées avec une grande précision ni avoir un fine de surface mécanisé. Par suite leurs rendements sont plutôt inférieurs aux autres types de pompes.

Matériaux non ferreux

Le laiton (alliage cuivre-zinc) est le matériau le plus couramment utilisé dans les cylindres des pompes à mouvement alternatif. Du fait de leur coût élevé, les chemises minces en laiton sont utilisées comme doublure à la face interne d'un cylindre en acier, au lieu d'un cylindre en laiton massif. Il faut évidemment éviter tout contact électrolytique direct entre l'acier et l'eau. Le laiton possède une bonne résistance à l'usure due aux forces de frottements - i.e. avec des joints en cuir - mais il n'est pas un métal particulièrement résistant pour être utilisé dans les éléments de l'ossature, surtout ceux soumises à de fortes sollicitations. Le laiton connu sous le nom de laiton qualité marine contient quelques traces d'étain, ce qui améliore notablement sa résistance à la corrosion.

Le bronzes et les bronzes au zinc constituent une large gamme d'alliages à base de cuivre. Ils sont généralement coûteux, mais par contre ils sont très efficaces en milieu humide. Ils ont normalement tous les avantages du laiton, mais ils sont en outre des matériaux de structure plus résistante, (mais aussi plus coûteux). Le bronze obtenu à partir du cuivre allié à l'étain, et à de faibles proportions de chrome, de nickel ainsi qu'à des traces d'autres métaux, notamment le manganèse, le fer et le plomb. Dans les bronzes dits au plomb (ou "bronzes chinois"), une certaine proportion de l'étain est remplacée par du plomb pourbaisser son prix, tout en sauvegardant la résistance nécessaire pour qu'il reste un matériau adéquat pour la fabrication des pompes. L'introduction de différentes proportions d'antimoine, de zinc et de plomb, permet d'obtenir la variété de bronze connue sous le nom de bronze au zinc, (ou bronze rouge). Ce type de bronze est essentiellement utilisé pour la fabrication des pièces soumises à de fortes sollicitations et qui doivent en même temps résister à la corrosion. Le bronze contenant des traces de phosphore est connu sous le nom de bronze au phosphore. Il constitue un excellent matériau pour la fabrication des paliers lisses et des butées s'ils sont lubrifiés à l'huile, et lrosqu'ils sont en contact avec du métal ferreux parfaitement fini, comme celui de l'arbre d'une pompe. Dans les bronzes d'aluminium, moins chers, mais moins résistants à la corrosion, l'étain rare et coûteux est remplacé en grande partie sinon en totalité par de l'aluminium.

Les bronzes sont généralement les matériaux les plus utilisés dans la fabrication de pièces qui sont en contact avec l'eau et qui doivent être à la fois d'une haute précision et avoir une forte résistance à la traction comme les pistons, les soupapes, et les rotors, etc. On peut toujours avoir du bronze d'un bon fini, de plus la plupart des bronzes sont très faciles à usiner pour obtenir des pièces de précision.

Les autres matériaux comme l'aluminium et les alliages légers n'ont pas une forte résistance mécanique, non plus une bonne résistance à l'usure, pour être utilisés dans la fabrication des machines hydrauliques. Cependant ils sont parfois utilisés dans la fabrication des tuyaux d'irrigation portables du fait de leur légèreté. Toutefois, ils sont cependant assez coûteux comme canalisations et leur utilisation ne peut être justifiée que par la nécessité d'avoir à transporter impérativement les canalisations.

Bois

Il existe toutes sortes de qualités de bois, leur densité peut varier de moins 500 kg/m3 à 1300 kg/m3. Cependant elles n'ont pas des propriétés homogènes du point de vue résistance mécanique, aptitude au façonnage, résistances à l'usure et à l'humidité. De plus, le bois est aussi vulnérable aux insectes, aux champignons ou au feu.

Les bois les plus durables sont généralement des bois durs tropicaux tels que le greenheart, l'iroko, le jarrah, l'opepe, le teck et le wallaba. La durabilité de plusieurs types de bois peut être améliorée suite à un traitement par produits de conservation variés. Les traitements les plus efficaces sont ceux relatifs à l'application par pénétration sous pression soit du goudron, ou bien d'autres produits de conservation à base d'eau.

L'absence de noeuds juste ou au voisinage des points fortement sollicités est un des principaux facteurs qui déterminent la résistance d'un élément de structure en bois. En cas d'utilisation du bois pour la fabrication des pièces sollicitées, telles que des bielles des pompes éoliennes ou des pompes manuelles, il faut veiller à choisir du bois à grain fin et sans noeud pour limiter les accidents de rupture. Or, les bois durs de bonne qualité répandant à ces exigences sont difficiles à trouver dans certains pays et, s'ils existent, ils sont normalement très chers. Le bois bon marché présentent un intérêt marginal, et son emploi est impérativement limité à des pièces non critiques. Certains types de bois, comme le gayac lubrifié à l'huile, ont également été dans le passé utilisés pour la fabrication de paliers lisses en contact d'un arbre en acier. Cependant d'autres matériaux synthétiques sont à l'heure actuelle plus facilement disponibles et moins coûteux.

On peut aussi utiliser du bois usiné en forme de contre-plaqué ou d'aggloméré. Le facteur important dans l'usinage et le façonnage de ces matériaux est le type des résines ou des adhésifs employés. Dans la plupart des cas, l'assemblage est fait avec des adhésifs à base d'urée. Ce type de bois n'est pas assez résistant à l'eau et par conséquent il ne convient pas à l'usage externe. Par contre les matériaux assemblés avec des résines phénoliques, du moins lorsqu'elles sont correctement employées et peintes (pour se préserver contre l'humidité) peuvent bien être utilisées. Par conséquent, il est essentiel de n'utiliser pour les installations d'irrigation que des contre-plaqués et des agglomérés de qualité marine.

Matières plastiques

La gamme des matières plastiques est de plus en plus diversifiée et comprend essentiellement les trois grandes catégories suivantes:

La qualité se paie toujours et les matières plastiques de meilleure qualité sont les plus coûteuses. Toutefois, des progrès considérables sont constamment réalisés, et il existe des matières plastiques mixtes intéressantes qui sont bourrées ou bien consolidées par un autre matériau destiné à améliorer à moindre coût leurs propriétés.

Moins résistants et plus souples que les métaux, les matières plastiques présentent généralement l'avantage de pouvoir être utilisés en contact avec l'eau (il n'y a pas de risque de corrosion). Bien que les matières premières sont parfois coûteuses, les produits de série en plastique tel que les canalisations et leurs accessoires sont d'un prix raisonnable sinon bon marché.

Les thermoplastiques à base de produits pétrochimiques polymérisés sont généralement les moins chers. Les polymères les plus utilisés dans le cadre de l'irrigation comprennent notamment:

Le PVC (polychlorure de vinyle) qui est généralement utilisé dans la fabrication des tuyaux. Il se présente soit sous la forme rigide ou souple. Il faut cependant signaler que certaines variantes PVC (et d'autres matières plastique) sont utilisables pour la fabrication des canalisations destinées ou transport de l'eau potable et pour abreuver le bétail et ce à cause du risque de la dissolution des traces d'agents plastifiants toxiques des canalisations en plastique. Le PVC est relativement peu coûteux et durable, mais il risque d'être endommagé par les rayons ultra-violets. Pour cela, les tuyaux en plastique sont soit enterrés, soit revêtus d'une couche de peinture pour les protéger des rayons ultra-violets. Le PVC est également un matériau thermoplastique et il s'assouplit notablement s'il est porté à des températures d'environ 80° C. Généralement ceci est très peu probable en milieu "humide".

Moins coûteux et moins cassants que les PVC, particulièrement à très. basses températures, les polyéthylènes à haute densité sont couramment utilisés dans la fabrication des tuyaux souples noirs destinés à l'irrigation. Cependant, ils sont nettement moins résistants que le PVC. Pour cela ces tuyaux sont généralement utilisés dans les installations d'irrigation à basse pression de surface, tandis que le PVC convient davantage pour les installations sous pression.

Dans la même famille du polyéthylène, on trouve le polypropylène qui constitue pour certains usages, un matériau intermédiaire entre le polyéthylène et le PVC. Les tuyaux polypropylène sont moins sujets à la rupture. D'autre part, ces conduites ne sont pas à déclasser suite à un profilage imprécis, comme c'est le cas pour les tuyaux en PVC. En d'autres termes, le contrôle de qualité est moins strict, et il est plus fiable que le PVC fabriqué dans de mauvaises conditions. Tous les matériaux plastiques mentionnés ci-dessus ne sont jamais utilisés dans la fabrication des éléments des pompes dont les conditions de résistance et de durabilité dépassent les limites des matières plastiques. On peut par contre utiliser des matériaux plastiques peu coûteux et à caractère spécial, comme le Nylon, les polyacétates et les polycarbonates. Le Nylon est bourré de fibre de verre (pour augmenter leur résistance), de bisulfure de molybdène (pour réduire les frottements), etc. Le polytétrafluoroéthylène (PTEF) est un plastique spécial coûteux, d'un grand intérêt pour la fabrication des paliers et de surfaces de frottement, du fait de son faible coefficient de frottement et de sa bonne résistance à l'usure. Certains paliers lisses à lubrification hydraulique ont des surfaces de frottement couvertes d'une mince couche de PTFE. Cette solution s'est avérée être peu coûteuse et très efficace.

D'autre part, on trouve aussi plusieurs types plastiques spéciaux thermodurcissables qui peuvent entrer dans la fabrication de certains éléments des pompes. Etant généralement plus solides et plus résistants à l'usure et à la chaleur que les thermoplastiques, ils sont utilisés dans certains cas pour la fabrication des paliers, des roues ou des carters des pompes. Ils peuvent en outre servir comme accessoires électriques puisqu'ils ont une bonne résistance à la chaleur. La plupart des matériaux plastiques "purs" risquent le flambage quand ils sont soumis à une sollicitation permanente. En d'autres termes, ils se déforment progressivement à la longue sous l'effet d'une charge permanente. Cet inconvénient peut être éliminé et le matériau peut acquérir une résistance supplémentaire considérable, grâce à l'utilisation de matériaux composés tel qu'une couche de fibre de verre moulé avec le plastique. D'autres types de polyesters et d'epoxydes sont couramment utilisés dans la fabrication de matières plastiques renforcées par de la fibre de verre (plastique renforcé au verre ou bien fibre de verre). Ces matériaux sont utilisés soit pour fabriquer de petites pièces dures, ou bien aussi des réservoirs de grandes dimensions. Un autre type d'agglomérés plastiques est celui des agglomérés phénoliques qui sont faits du tissu simple et de la résine phénolique pour avoir un matériau très solide, résistant à l'usure, mais aussi facile à usiner, tel par exemple les paliers excellents (mais coûteux) à lubrification hydraulique tel que le "Tufnol".

RAPPEL DES DISPOSITIFS ELEVATEURS D'EAU

Le tableau 5, que nous avons déjà vu au début de ce chapitre classe les pompes selon leur principe de fonctionnement, mais il est difficile de tirer une conclusion générale à partir de ce tableau. Pour cela, le tableau 8 qui termine le présent chapitre, présente une nouvelle classification des pompes et de tout autre dispositif d'exhaure en fonction de charge, de la puissance requise, du débit, et du rendement. Enfin le diagramme hauteur d'eau-débit, en coordonnées log-log, de la figure 80 (A, B et C) (analogue à celui de la figure 11) représente les caractéristiques des différentes catégories de pompes et des dispositifs élévateurs d'eau. Evidemment, aucune règle stricte et bien définie ne dicte le choix d'une pompe, mais les diagrammes en question donnent une indication graphique des caractéristiques des pompes qui conviennent le mieux à un cas spécifique en termes de hauteur d'eau, de débit et par conséquent de puissance. Il est à noter que le tableau 8 fait apparaître la puissance à fournir, tandis que la figure 11 indique la puissance hydraulique fournie (donc inférieure à la première) qui tient compte du rendement de la pompe. L'échelle logarithmique permet de bien représenter les caractéristiques des dispositifs de faible puissance qu'il n'est serait possible avec une échelle linéaire. D'ailleurs avec une échelle linéaire, il n'est pas possible d'inscrire autant d'information dans la zone relative aux faibles puissances, faibles hauteurs d'eau, et faibles débits.

TABLEAU 8
Nouvelle classification des pompes et des dispositifs élévateurs d'eau (voir aussi tableau 5)

Catégorie et désignation

Hauteur d'eau
(m)

Puissance requise
(W)

Intervalle de débit
(m3/h)

Rendement (%)

I. Dispositifs d'élévation directe

       

A mouvement alternatif/cyclique

       
 

arrosoir

5-3

0,02

0,5

5-15

 

écopes et seaux

1

0,04

8

40-60

 

panier basculant

0,6

0,06

5

10-15

 

auge basculante et dhones

0,3-1

0,04

5-10

20-50

 

monte-charge à contrepoids ou chadouf

1-3

0,02-0,08

2-4

30-60

 

corde, seau et manivelle

5-50

0,04-0,08

1

10-40

 

godet à déversement automatique ou "monte"

5-10

0,5-0,6

5-15

10-20

 

treuil à godet d'exraction à mouvement alternatif

100 +

100 +

400 +

70-80

A mouvement rotatig/continu

       
 

pompe à godet à mouvement continu

5-20

0,2-2

10-100

60-80

 

roue de persane à sabots ou "tablia"

1,5-10

0,2-0,6

5-25

40-70

 

roue à sabots perfectionnée ou "zawalfa"

0,75-10

0,2-1

10-140

60-80

 

tympan ou "sakias"

0,2-2

0,2-1

15-160

60-80

 

roues hydrauliques au "Noria"

0,5-8

0,2-1

5-50

20-30

II. Pompes volumétriques

       

A mouvement alternatif/cyclique

       
 

pompes à piston \/à aubea

5-200 +

0,03-50 +

2-100 +

40-85

 

pompes à plongeur

40-400

0,50-50 +

2-50 +

60-85

 

pompes à membrane

1-2

0,03-5

2-20

20-30

 

"petropump"

5-50

0,03-5

2-20

50-80

 

pompes semi-rotatives

1-10

0,03-0,1

1-5

30-60

 

pompes volumétriques à gaz ou à vapeur

5-20

1-50+.

40-400 +

n/a

A mouvement rotatif/continu

       
 

pompes à ailettes souples

5-10

0,05-0,5

2-20

25-50

 

pompes à cavité progressive ou graduelle (Mono)

10-100

0,5-10

2-100 +

30-70

 

vis d'Archimède

0,2-1

0,04

15-30

30-60

 

pompes à broches hélicoïdale

2-6

1-50 +

40-400 +

60-80

 

pompes spirales et pompes chaîne hélice

2-10

0,03-0,3

2-10

60-70

 

roues à palettes et moulins

0,2-1

0,02-20

5-400 +

20-50

 

chapelet incliné ou pompe chinoise

5-1

0,02-1

5-20

50-70

 

pompes à chaîne et à disques (patenôtre)

5-20

0,02-1

5-30

50-80

III. Pompes rapides

       

A mouvement alternatif/cyclique

       
 

pompe à face inertie à mouvement alternatif (va-et-vient)

2-6

0,03

1-3

20

 

pompe à clapet

2-6

0,03

1-3

20

 

pompe à force d'inertie

2-6

0,03

2-4

50

A mouvement rotatif/continu

       
 

pompes hélices à débit axial

5-3

10-500 +

100-500 +

50-95

 

pompes héiico-centrifuges

2-20

150-500 +

50-90

 

pompes centrifuges

4-60

0,1-500 +

1-500 +

30-80

 

pompes héiico-centrifuges multicellulaires

6-20

50-500 +

10-100

50-80

 

pompes centrifuges multicellulaires

10-300

5-500 +

1-100

30-80

  éjecteurs

10-30

5-500 +

50-500

20-60

IV. Pompes à emulsion

       

pompes à poussée aérostatique

5.20

     

V. Pompes à impulsion

       

bélier hydraulique

10-100

     

VI. Dispositifs gravitaires

       

siphons, quanats ou foggaras

1-6

     

FIGURE 80a
Valeurs types de la hauteur d'eau et du débit pour différents types de pompes et de dispositifs élévateurs d'eau (échelle logarithmique) (suite figure 80b et 80c)

Les machines élévatoires

FIGURE 80b

Les machines élévatoires

FIGURE 80c

Les machines élévatoires

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