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Chapitre 4
Alimentation en énergie des installations de pompage

Le diagramme de la figure 81 représente les modes de transformation les plus indiquées de la source d'énergie en force motrice. Il ressort de ce diagramme que toutes les sources d'énergie utilisables pour l'irrigation par pompage à petite ou moyenne échelle sont du type renouvelable ou à base du fuel. Les flèches indiquent les diverses techniques possibles pour le pompage de l'eau en utilisant une ressource énergétique donnée. Dans certains cas, le mode d'alimentation des éléments similaires diffère d'une installation à une autre. Par exemple, l'utilisation de moteurs électriques est indispensable, qu'il s'agisse d'une installation de pompage alimentée par pile solaire photovoltaïque ou à partir du réseau électrique. Ainsi, les sous-groupes de motopompes appartenant à ce mode d'alimentation ou à l'autre peuvent avoir plusieurs points en commun.

Tous les éléments de la figure 81 seront étudiés en détail dans ce chapitre. Mais avant de procéder à cette analyse nous allons énoncer au préalable quelques principes généraux concernant les modalités d'accouplement des machines motrices et des pompes.

LES MACHINES MOTRICE EN TANT QU'ELEMENT D'UNE INSTALLATION DE POMPAGE

Importance du rapport coût-efficacité

Pratiquement tous les composants d'une installation d'irrigation par pompage découlent d'un compromis entre les coûts d'investissement (ou coût initial) de l'installation et les coûts d'exploitation (ou de fonctionnement). Les agriculteurs ont toujours tendance à adopter des installations à faibles coûts d'investissement mais à forts coûts d'exploitation. Il en découle la prolifération à grande échelle d'installations qui ont ni le meilleur rendement ni le rapport coût efficacité les plus élevés. Cette tendance s'explique par le fait qu'en général les agriculteurs n'ont pas de capitaux importants à investir; d'autant plus qu'ils considèrent que les investissements importants sont accompagnés de plus de risque que la prise en charge de coûts d'exploitation périodiques (dont le cumul peut atteindre néanmoins des montants importants).

Il s'agit là d'un problème important auquel doivent s'adresser les institutions oeuvrant à l'amélioration des techniques agricoles. Des institutions telles que le crédit agricole, les organismes d'aide et les pouvoirs publics doivent lui accorder une priorité absolue, et elles doivent s'employer à résoudre le problème chronique de manque de capital. La solution probable c'est de recourir à des incitations financières appropriées, visant à promouvoir le développement des réseaux d'irrigation présentant un meilleur rapport coût-efficacité.

FIGURE 81
Relation entre les sources d'énergie et les modes les plus indiqués de transformation en force motrice

Les machines élévatoires

En fin de compte, le choix d'une installation de pompage dépend de la valeur globale du rapport coût-efficacité de l'ensemble de l'installation choisie, quelles que soient les conditions spécifiques techniques, agricoles et financières en présence. C'est-à-dire la prise en compte du "rapport coût-efficacité" au sens le plus large du terme. Cet indicateur tient compte non seulement des coûts d'investissement et de fonctionnement, mais aussi d'autres facteurs à caractère qualitatif tels que la simplicité du fonctionnement et de l'entretien de l'installation en question du point de vue de l'agriculteur (c'est-à-dire, compte tenu, dans le jargon des économistes, coût d'opportunité). En réalité, le choix est généralement limité aux systèmes dont on sait a priori qu'ils sont à prix abordables et qui sont capables d'assurer le pompage requis.

La section suivante présente d'une façon plus détaillée la procédure de sélection d'une installation de pompage. Mais il faut aussi noter que des considérations purement économiques inhérentes au calcul du rapport coût-efficacité sont importantes dans la procédure de sélection des éléments constitutifs des installations de pompage. A cet effet, certains éléments de coût des différentes options de forces motrices sont présentés au tableau 9. Ce tableau établit une comparaison entre les principales installations d'irrigation par pompage du point de vue coût initial et des charges de fonctionnement. Ensuite ces installations sont classées en fonction de deux facteurs liés davantage à leur "efficacité" à savoir, leur productivité et leur disponibilité.

Il ressort clairement de ce tableau qu'il n'y a pas une technique qui se caractérise à la fois par des coûts d'investissement et des coûts de fonctionnement faibles, et en même temps avoir un bon rendement. Si cette solution existait, elle aurait été adoptée partout et les autres options ne seraient plus d'aucun intérêt pratique. En fait, une bonne productivité est liée soit à des coûts de premier investissement relativement importants (ce qui est généralement le cas avec des installations utilisant une source d'énergie renouvelable), soit à des coûts de fonctionnement relativement élevés et des coûts d'investissement initiaux modérés (ce qui est le cas des installations utilisant les combustibles fossiles). En dernier ressort, la solution à adopter est tributaire au meilleur compromis que l'on peut obtenir entre les diverses considérations contradictoires tel la disponibilité du financement, la capacité d'assurer l'entretien adéquat de l'installation d'un part, la productivité ou les performances requises d'autre part.

Il arrive parfois que l'on écarte des systèmes qui pourraient être efficaces, pour la simple raison que, faute d'être couramment employés à l'heure actuelle, ils sont très peu connus ou bien perçus d'une manière erronée de la part des agriculteurs. On espère que des publications telles que celle-ci puisse aboutir à l'expérimentation de nouvelles méthodes en premier lieu par des institutions ou des individus qui ont les moyens d'assumer ce risque.

Rapport coût-efficacité et rendement

En règle générale, un système doté d'un bon rapport coût-efficacité doit avoir un bon rendement technique. Autrement dit, l'énergie produite doit être du même ordre de grandeur de l'énergie fournie. Ceci est valable pour tous les systèmes qui sont alimentés soit par une source d'énergie renouvelable, ou bien alimentés par des combustibles fossiles. Dans le premier cas, la source d'énergie - solaire, éolienne ou hydraulique - est en principe gratuite, mais le coût d'investissement du système est étroitement lié à son rendement. En effet, pour des conditions de pompage déterminées, diviser par deux le rendement implique une "section transversale" double de la ressource énergétique à capter. C'est-à-dire qu'il faut doubler soit la superficie du capteur solaire, ou bien doubler la superficie du rotor d'une éolienne, ou bien choisir une turbine capable d'absorber un débit double. Cela entraîne d'une manière générale une installation deux fois plus grande et par conséquent deux fois plus coûteuse.

TABLEAU 9
Eléments de coût des machines motrices

Coût

force motrice

homme

animal

énergie solaire

énergie éolienne

énergie hydrau­lique

moteurs à combus­tibles tirés de |a biomasse

réseau de distribu­tion élec­trique1

au

fuel

au charbon

Coûts d'investissement

Investissement

*

* *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * ou

* *

* * * *

Transport

*

*

* * *

* * * *

* * *

* * * *

* * * * *

* *

* * * *

Installation

           

* *

   
   

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* * *

* ou

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* * *

               

*****

   

Coûts de fonctionnement

Carburant

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NEANT

NEANT

NEANT

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* * *

* * *

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Accessoires

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* * * *

* * *

Entretien

*

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* * * *

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* * * *

* * * * *

Assistance2

* * * * *

* * * *

*

*

*

* * *

*

* * *

* * *

     

* * à

* * à

         

Productivité

*

* *

* * *

* * * *

* * * *

* * * *

* * * *

* * * *

* * * *

 Coûts d'opportunité

* * * * *

* * *

*

*

*

* *

* * *

* * * *

* *

Légende * = faible
  * * = faible à moyen
  * * * = moyen
  * * * * = moyen à élevé
  * * * * * = élevé

1le coût d'alimentation en énergie électrique est très variable selon la présence ou la non présence d'un poste de moyenne ou de haute tension

2 la notion d'"assistance" correspond au niveau d'intervention humaine requis. 

Dans tous les cas il existe toujours un rendement théorique limite, dont on peut se rapprocher, mais jamais atteindre réellement (figure 82A). La poursuite des efforts et des recherches pour améliorer le rendement est justifiée jusqu'à une certaine limite, au-delà duquel le contraire se produit. En effet, au-delà de cette limite l'augmentation du rendement serait d'une part minime, et d'autre part elle serait au prix d'une installation plus complexe, sophistiquée et bien sûr plus chère. En tout cas il y a là tout à faire pour parvenir à niveau technologique assez développé au-delà duquel toute d'augmentation du rendement ne serait plus réelle (i.e au prix d'une baisse de la rentabilité financière de l'installation). En tout cas l'apparition de nouveaux procédés de fabrication et de nouveaux matériaux ainsi que la hausse des coûts de fonctionnement (due à l'inflation) pourraient rendre économiquement et financièrement rentables certaines améliorations qui s'avèrent être absurdes à l'heure actuelle.

L'incidence du rendement sur les coûts est représentée à la figure 82B. On voit qu'un faible rendement corres­pond généralement à des coûts globaux (investissement et fonctionnement) élevés, et qu'il y aussi un rendement optimal pour lequel les coûts sont relativement bas et au-dessus duquel la rentabilité de l'installation commence à se détériorer. Pour les systèmes alimentés par une source d'énergie renouvelable, ces coûts importants sont imputables aux frais d'investissement importants et aux charges découlant de la mobilisation du capital nécessaire. Tandis que pour les dispositifs ali­mentés par des combustibles fossiles, cette augmentation importante des coûts est plutôt liée aux frais d'exploi­tation et d'entretien du système.

FIGURE 82
A. La baisse de la rentabilité pourrait rendre absurde tout effort visant à augmenter les performances au delà d'une certaine limite.
B. Incidence du rendement sur les coûts.

Les machines élévatoires

Association des éléments de rendements différents dans une installation de pompage

Pratiquement tous les éléments d'une installation de pompage fonctionnent à un rendement optimal pour une certaine vitesse de fonctionnement. Certains éléments, comme les canalisa­tions et les modes de transmission, ont un très bon rendement (en ce qui concerne la réduction des forces de frottement et par conséquent des pertes) à très faibles débits, mais au-delà duquel ils deviennent nettement moins productifs. Ils sont donc caractérisés par une valeur optimale du rapport coût-efficacité, correspondant à un bon compromis entre leur produc­tivité et leur rendement. Il existe toujours une vitesse de fonctionnement optimale des forces motrices et cette règle s'applique aussi bien aux hommes qu'aux animaux, ainsi qu'aux moteurs diesel ou aux éoliennes.

La figure 83 représente trois séries de caractéristiques, la première est celle du rendement en fonction de la vitesse pour deux machines motrices (dans l'exemple choisi les vitesses et les rendements indiqués correspondent à des moteurs électriques) la deuxième est une caractéristique type d'une pompe, enfin la dernière correspond à un groupe moto-pompe (moteur accouplé à une pompe). Il ne faut pas oublier que le rendement global de deux éléments consécutifs d'une même installation est numériquement égal au produit (résultat de la multiplication) de leurs rendements respectifs. Par exemple une installation comprenant un moteur de rendement 30% (0,3) associé à une pompe dont le rendement est de 50% (0,5) aura un rendement global de:

Les machines élévatoires

FIGURE 83
La bonne correspondance des vitesses d'une machine motrice et d'une pompe est parfois plus importante que le rendement propre de la machine motrice. Dans l'exemple choisi, le rendement de la machine motrice A est inférieur à celui de la machine B, mais la vitesse de fonctionnement de la première est mieux adaptée à celle de la pompe - ainsi l'utilisation de la machine motrice A à plus faible rendement permet d'avoir un groupe moto-pompe de rendement plus fort

Les machines élévatoires

La conclusion importante à tirer de la figure 83 c'est que l'utilisation de la machine motrice dont le rendement est le plus élevé ne correspond pas toujours à un rendement global maximum quand il est associé à une pompe déterminée. Dans l'exemple choisi les moteurs "A" et "B" sont caractérisés par des rendements optimaux de 58% et 66% respectivement, mais comme que le rendement optimal du moteur "A" correspond à une vitesse voisine de celle correspondant au rendement optimal de la pompe, le rendement global de leur association serait le meilleur. En effet le moteur "B" entraîne la pompe à une vitesse supérieure à sa vitesse de fonctionnement optimale, puisqu'à 1500 tr/min. le rendement de la pompe ne dépasse guère 35%. Ainsi, les rendements optimaux de ces deux options que l'on vient de présenter seront:

moteur et pompe fonctionnant à 1000 tr/min:

0,58x0,55 = 0,32 soit 32%

moteur fonctionnant à 1500 tr/min et pompe à 1000 tr/min:

0,66x0,35 = 0,23 soit 23%

Ceci illustre clairement combien il est généralement plus important de veiller à la bonne correspondance des vitesses nominales des éléments du système que de veiller à ce que le rendement individuel de chaque élément du système soit le plus fort possible.

Systèmes de transmission

Il arrive souvent que les éléments d'une installation ne soient pas judicieusement adaptés, c'est-à-dire que leurs vitesses de fonctionnement optimales soient différentes. Dans ces conditions, il est généralement opportun et parfois essentiel d'installer un système de transmission à multiplication/démultiplication de vitesse. Entre autre, dans plusieurs cas, il est difficile d'installer la machine motrice tout près de la pompe, et il faut par conséquent trouver un moyen de transmission de l'énergie fournie horizontalement ou verticalement au dispositif élévateur d'eau.

Principes de la transmission

Il y a plusieurs façons de transmettre l'énergie fournie par une machine motrice à la pompe. La méthode plus courante consiste à utiliser un accouplement mécanique rotatif (arbres, corroies ou engrenages) ou alternatif (bielles de pompe ou leviers). S'il faut transporter l'énergie motrice à une certaine distance, il est possible d'utiliser l'électricité, la poussée hydraulique ou l'air comprimé. En effet, il est difficile de transmettre l'énergie mécanique à une distance relativement longue, particulièrement lorsqu'il s'agit d'utiliser des coudes ou de procéder à des changements de direction.

Presque dans tous les cas, le choix d'un système de transmission est le résultat d'un compromis entre la force ou le couple transmis par le système (ce qui exige une certaine robustesse) et la vitesse de fonctionnement (provoquant l'usure du mécanisme et la réduction de sa durée de vie). La puissance transmise peut être définie comme le produit d'une force par une vitesse. Or, les systèmes de transmission mécanique à mouvement rotatif ou alternatif lent requièrent des forces plus importantes pour transmettre une puissance donnée. D'où la nécessité d'utiliser des dents d'engrenages, de courroies ou de bielles de pompes de plus grandes dimensions (par exemple) dont le coût dépasse nécessairement celui des mêmes pièces de plus petites dimensions. La transmission à une certaine distance d'une puissance mécanique exige que les tringles éventuelles à mouvement alternatif soient solidement ancrées. Même un simple pompe éolienne agricole de 5 m peut exercer un effort de traction alternatif dont l'intensité peut atteindre une tonne environ. Pour cette raison la plupart des systèmes industrielles modernes à liaisons mécaniques relativement longues utilisent généralement des arbres moteurs tournant à grande vitesse, comme dans le cas des moteurs électriques installés en surface entraînant une pompe immergée (figures 66 ou 134 B). Le diamètre d'un arbre moteur tournant à grande vitesse peut être assez faible, car aux vitesses élevées le moment du couple sera faible. Toutefois, un arbre tournant à grande vitesse requiert un usinage de haute précision, et il doit être maintenu par des paliers de très bonne qualité (et d'un prix non moins élevé). D'autre part son alignement doit être très précis, de manière à éviter les vibrations, et à empêcher la torsion de l'arbre et à éviter l'usure prématurée et tout autre problème similaire.

FIGURE 84
Réducteur de vitesse à double étage utilisé en Chine pour l'accouplement d'un moteur électrique à une pompe à chapelet et à disque

Les machines élévatoires

Tous les dispositifs de transmission électrique, hydraulique, ou pneumatique fonctionnent dans les meilleures conditions lorsque la tension ou la pression de service est forte. Ceci permet de réduire au minimum la section transversale du câble ou de la canalisation requise pour la bonne transmission d'une puissance donnée. Les câbles haute- tension (ou les canalisations haute-pression) doivent être de bonne qualité et leur coût unitaire pour une section transversale donnée est inévitablement plus élevé. Par conséquent, pour tous les systèmes de transmission il y a lieu de rechercher le juste compromis entre le rendement et le coût. Les modes de transmission les moins coûteux sont caractérisés par des frais d'investissement réduits au départ, par contre les charges de fonctionnement seront trop fortes, du fait du faible rendement et des dépenses d'entretien et de renouvellement trop importantes et vice-versa. Par conséquent il est toujours préférable de grouper des machines motrices et des pompes dont les vitesses de fonctionnement sont similaires pour éviter les complications et les frais liés aux systèmes de transmission à multiplication/démultiplication de vitesse.

Transmission mécanique

Un système de transmission mécanique est pour la plupart du temps utilisé par l'accouplement d'un moteur thermique ou électrique à une pompe. En règle générale, les machines motrices de ce genre sont associées à des pompes centrifuges ou rotors dynamiques qui ont la même vitesse de rotation que le moteur. Dans ces conditions la machine motrice et la pompe sont directement accouplées au moyen d'une simple courroie d'entraînement souple (figures 72 et 105). L'utilisation des courroies en V, tel indiqué aux figures 84, 99 et 106 permet de changer facilement la vitesse dans un rapport pouvant atteindre 4:1. La figure 84 représente un système d'entraînement par double courroie en V dans lequel chaque étage permet de démultiplier la vitesse dans le rapport 4:1. Dans ce cas, la variation totale est le produit des rapports de démultiplication de chaque étage. Au cas où l'on a besoin de plusieurs étages de démultiplication, i.e. le recours à des courroies en V multiples, (figure 99 qui représente 4 courroies en service), il est toujours préférable d'utiliser un jeu de courroies provenant d'un même fournisseur, et de les remplacer tous en même temps pour que la charge soit repartie à égalité entre les courroies. Un nouveau système plus moderne et plus pratique consiste à utiliser des courroies dites polycourroies en V, que l'on peut assimiler à toute une série de courroies en V montées côte à côte. Les courroies minces (en cuir) ont été couramment utilisées et elles le sont encore. Mais elles sont actuellement fabriquées de matériaux synthétiques, du fait de leur bon rendement et de leurs frottements réduits par rapport à la série de courroies en V.

Si l'on veut avoir une démultiplication de vitesse supérieure à 4 ou 5: 1, les courroies à étages multiples (qui posent des problèmes de réglage de tension) peuvent être remplacées par une boîte de vitesse. On peut aussi adopter une transmission à angle droit pour l'entraînement d'une pompe de forage, soit en tournant la tête du forage à 90°, ou bien en utilisant une courroie plate tordue. Pour avoir une transmission par courroie efficace il faut que la distance entre les poulies soit relativement grande par rapport à leurs diamètres sinon l'usure sera excessive.

D'autres types de transmission mécanique sont d'un usage courant à l'heure actuelle, tel que les boites à démultiplication de vitesse du type "pitman" par bielle. Elles ont une grande ressemblance à la transmission de la pompe éolienne représentée à la figure 109. Ces transmissions sont constituées d'un arbre moteur tournant qui entraîne par le moyen d'un petit pignon une ou deux roues dentées de diamètres plus importants. Les roues dentées entraînent une crosse de piston ou un coulisseau du type pitman à mouvement alternatif, par l'intermédiaire de deux bielles de liaison. Enfin, la tige de la pompe est attachée à la crosse ou à la bielle. Des mécanismes de ce type peuvent servir à mettre en commun un moteur diesel et une pompe à piston à mouvement alternatif. D'autres types de transmission mécanique à angle droit sont représentés sur les figures 94, 95 et 96. Le dispositif de la figure 95 montre bien que l'utilisation des matériaux traditionnels résulte en équipements trop encombrants si l'on vent avoir la robustesse désirée. Lors de l'établissement du devis estimatif d'une installation de pompage, il est important de savoir que le coût de la transmission mécanique peut être aussi important que celui de la machine motrice, et même être plus cher surtout si l'on utilise un dispositif à engrenage ou une tête de puits à mouvement alternatif. Cela découle d'une part du fait que la fiabilité de fonctionnement requiert des caractéristiques mécaniques très strictes, et d'autre part du fait que ces dispositifs sont fabriqués en série en un nombre nettement plus limité que les moteurs thermiques ou électriques.

La méthode de transmission de la puissance mécanique à n'importe, quelle distance consiste à utiliser un arbre tournant à grande vitesse. Il faut alors maintenir le bon alignement de l'arbre par des paliers de faible équidistance pour éviter le flambage qui pourrait provoquer des vibration intenses et la destruction de la pièce, Les arbres verticaux installés dans les forages à des profondeurs pouvant atteindre 100 m et tournant à 1500 tr/mn et même plus, sont toujours utilisés et fonctionnent d'une manière satisfaisante. Cependant les groupes moto-pompes électriques multicellulaires immergés sont devenus de plus en plus courants.

Systèmes de transmission électrique, hydraulique ou pneumatique

L'emploi d'un groupe moteur, diesel (ou d'une génératrice à éolienne ou à pile solaire électrique ou hydroélectrique") comme force motrice, garantit une souplesse de transmission (au sens propre) considérable. En effet, il suffit alors d'avoir un câble électrique pour relier la force motrice au groupe motopompe, où il serait alors possible de l'immerger au fond d'un puits ou d'un forage tel indiqué aux figures 71 ou 134A.

Parmi les autres options qui sont techniquement réalisables, mais rarement utilisées, on peut citer les transmissions hydrauliques ou pneumatiques qui agissent par le pompage d'un liquide (de l'eau, de l'huile) ou de l'air dans les canalisations afin de mettre en marche la pompe. La pompe éjecteur représentée à la figure 75 ou les pompes volumétriques hydrauliques de la figure 39 illustrent le mode de transmission hydraulique. Par ailleurs, la pompe à émulsion ou émulseur représentée à la figure 76 constitue un système de pompage à transmission pneumatique. Les pompes pneumatiques à membrane sont devenues d'un usage couvrant dans le cadre des projets de construction. Le débit d'air nécessaire est assuré par des groupes moto compresseurs. Elles ne sont pas utilisées en irrigation, mais il n'y a aucune raison technique valable. Toutefois, les transmissions hydrauliques et pneumatiques n'ont pas généralement un rendement satisfaisant, ce qui pourrait entraîner la majoration des coûts d'exploitation d'un système de ce type.

Emmagasinage du fuel et de l'énergie

Les machines motrices ont besoin d'une alimentation en énergie, soit du carburant pour un moteur, du vent pour une pompe à éolienne, ou du rayonnement solaire pour une. pompe solaire. La différence majeure entre ces modes d'alimentation vient du fait que l'utilisateur est généralement capable d'assurer une bonne réserve de carburant pour assurer la continuité du service, mais personne ne peut faire souffler le vent ou le soleil rayonner à volonté. Il y a donc une différence qualitative évidente entre les dispositifs à énergie solaire ou éolienne, qui fonctionnent uniquement dans certaines conditions atmosphériques, et les autres dispositifs que l'on peut généralement faire fonctionner à la demande.

Bien que le caractère apparemment aléatoire de la disponibilité de l'énergie éolienne ou solaire constitue un inconvénient sérieux, mais en réalité, l'énergie disponible au cours d'une période donnée à un endroit donné, et à une époque déterminée de l'année ne varie pas beaucoup d'une année à l'autre. Le problème consiste plutôt à compenser le décalage éventuel entre le rythme de l'approvisionnement en énergie et le cycle opérationnel adopté par l'agriculteur. Cette difficulté peut être surmontée dans pas mal de cas par le choix d'une technique appropriée ou bien par l'adjonction d'une installation de stockage.

Dans la plupart des cas de pompage d'eau, la solution dont le rapport coût-efficacité est le plus élevé, consiste à installer un réservoir de stockage entre la pompe et l'utilisation. Dans certains cas le champ lui même peut faire office d'un réservoir de stockage. Une autre méthode principale de stockage de l'énergie à petite échelle consiste à utiliser des accumulateurs au plomb. Mais cette solution est coûteuse à mois qu'on veuille stocker de faibles quantités d'énergie ne dépassant 1 à 2 kwh. Le coût des réservoirs de stockage d'eau est proportionnel à leur volume, tandis que celui des batteries (accumulateurs) est fonction de leur capacité énergétique exprimée en ampère-heures. Par conséquent, pour des hauteurs d'élévation faibles, et pour des débits d'eau importants n'impliquant pas une quantité d'énergie considérable, il serait plus avantageux d'opter pour les accumulateurs électriques (qui n'ont pas besoin d'un grand espace) de préférence aux réservoirs de stockage. Toutefois, avant d'opter pour cette solution, il ne faut pas oublier que les accumulateurs ont une courte durée de vie par rapport à celle d'une cuve de stockage et qu'ils requièrent beaucoup plus d'entretien.

FORCE MOTRICE HUMAINE

Utilisation de l'énergie humaine comme force motrice

Dans le domaine du pompage à petite échelle, il est généralement difficile de définir la capacité de pompage d'une manière précise et valable dans l'absolu. Ceci est tout particulièrement vrai dans le domaine des dispositifs élévateurs d'eau et des pompes à force motrice humaine. Cela vient en partie du fait que les forces humaines sont très variables, mais aussi de la multiplicité des pompes et des dispositifs élévateurs et des rendements très différents qui les caractérisent.

Efficacité en tant que machine motrice

Les hommes (et les animaux) tirent leur énergie de la valeur énergétique de leur alimentation. Même si le corps humain n'exerce aucune activité physique, ses fonctions métaboliques de base exigent un apport énergétique, i.e pour le travail cardiaque, la circulation sanguine, la respiration, la digestion, etc.. L'effort musculaire supplémentaire vient s'ajouter à ces besoins. Les besoins énergétiques alimentaires s'élèvent normalement à quelque 2400 kcal, soit 10 MJ ou 2,8 kwh en 24 heures. Le tableau 10 donne les valeurs énergétiques des différents aliments de base (d'après Leech [6]).

La capacité quotidienne de travail musculaire d'un individu est de l'ordre de 200 à 300 Wh/jour. L'organisme humain se caractérise donc par un rendement global moyen de l'ordre de 7 à 11 % pour la transformation de l'énergie contenue dans les aliments en "énergie mécanique disponible sur l'arbre". Ceci correspond au métabolisme énergétique de base. Cependant, pour un effort musculaire bref mais intense le rendement peut atteindre des valeurs d'environ 20 ou 30% [12] [19]. Ces résultats sont comparables au rendement des moteurs à combustion interne.

TABLEAU 10
Valeur énergétique des divers aliments de base (d'après Leech [16])

Culture de base

Valeur énergétique MJ/kg

kg/j nécessaire pour fournir 10 MJ

riz Dayak

10,4-11,4

0,92

riz Iban

13,3

0,75

ris de Tanzanie

8,2

1,22

maïs (Afrique)

4,2

2,38

mil (Afrique)

3,8

2,63

patate douce (Afrique)

10,1

0,99

manioc (Afrique)

15,0

0,67

igname (Afrique)

9,5

1,05

arachide (Afrique)

7,2

1,39

Kraatz [12] (citant Wood) donne une méthode de calcul de la ration alimentaire qu'un homme en a besoin pour produire l'énergie nécessaire à l'irrigation d'une culture. Si l'on considère une culture de riz à irriguer avec une dose de 850 mm d'eau en 120 jours, une productivité de 600 kg de riz sur une parcelle de 0,2 ha, avec un dispositif élévateur de 50% de rendement, et pour une hauteur de pompage de 3 m, le coût marginal pour "alimenter" la machine motrice humaine actionnant la pompe d'irrigation s'élève à 35 kg de riz, soit 6% de la récolte totale escomptée. Une quantité supplémentaire de 35 kg devrait être prévue pour couvrir les besoins du métabolisme de base de la personne concernée, soit au total 70 kg ou 12% de la production de riz.

Le comité de l'hydraulique de l'Intermediate Technology Development Group a établi une règle empirique suivant laquelle chaque MJ de travail hydraulique fourni nécessite un apport alimentaire de 0,5 kg de riz, auquel s'ajoute 0,012 kg de riz par jour et par kg de poids du corps. Dans l'exemple précédent, l'énergie hydraulique à fournir s'élève à 50 MJ. D'après la règle empirique ci-dessus, l'énergie de pompage correspond à une consommation de 25 kg de riz, et un homme de 60 kg aurait besoin en outre d'un supplément de (0,012 x 60 x 120 = 86 kg) de riz, soit au total 111 kg de riz ou encore 18% de la production totale obtenue.

Si l'on tient compte des pertes de riz, d'une mauvaise récolte éventuelle, et des besoins alimentaires des personnes à la charge de l'agriculteur, on voit aisément à quel point il est difficile d'obtenir un surplus de production dans le cas des petites exploitations. Par exemple, avec 3 personnes en charge, et si toutes les pertes confondues sont de l'ordre de 20% de la production, l'agriculteur et sa famille auront besoin de 60 à 90% de la récolte en fonction de la méthode d'estimation des besoins de riz. Il suffit donc d'une légère aggravation du gaspillage ou d'une famille légèrement plus nombreuse pour que la production soit à peine suffisante pour couvrir les besoins alimentaires de subsistance.

Productivité

Contrairement à ce que l'on voit en général, l'énergie musculaire humaine n'est pas bon marché. Les agriculteurs les plus pauvres sont généralement contraints à recourir à la motricité humaine faute de mieux. Puisque cette technique est à un investissement de base minimum, elle parait être plus "abordable" que les autres options. Comme nous le verrons par la suite, pratiquement toutes les autres sources d'énergie motrice pompent l'eau à un prix moins cher, à moins que l'on travaille à petite échelle.

La capacité de travail de l'organisme humain est voisine de 250 Wh/jour, donc il faut quatre journées de dur labeur pour obtenir un seul kwh - quantité d'énergie qu'un petit moteur pourrait fournir en moins d'une heure, avec moins d'un litre de carburant. Ainsi, l'agriculteur doté d'une petite installation de pompage mécanique dispose de l'équivalent d'une équipe de 20 à 40 hommes à un "salaire" ou un coût d'exploitation équivalent à un litre de carburant par heure. Il est donc évident que si ses moyens lui permettent, l'agriculteur s'empressera d'acheter un moteur, plutôt que de faire appel à une équipe de 20 à 40 hommes.

TABLEAU 11A
Puissance musculaire maximale de l'organisms humain

Age

Puissance musculaire fournie en fonction de la durée de l'effort (en Watts)

années

5 min

10 min

15 min

30 min

60 min

1 80 min

20

220 210 200 180 160 90

35

210 200 180 160 135 75

60

180 160 150 130 110 60

Ce raisonnement peut être inversé pour mettre en relief le prix élevé de l'énergie musculaire humaine, si le travail musculaire humain est payé au "coût de substitution" ou au salaire réel. Par exemple pour un salaire journalier de 1 $EU/jour, le coût du kilowatt-heure humain sera 4$/kwh. Bien qu'il s'agisse d'un salaire modique pour un travail pénible, même dans les pays les plus pauvres, cela correspond à un coût énergétique nettement fort, même plus fort que les sources d'énergie nouvelles et peu familières, comme les panneaux de batteries solaires photovoltaïques.

Economiquement parlant il y a aussi à prendre en considération le "coût de substitution" du fait de la déviation de l'effort humain des tâches plus produc­tives à celles du pompage de l'eau. L'atout le plus précieux de l'homme est son cerveau et non pas ses muscles. Par conséquent, si l'on veut améliorer la productivité agricole et rehausser le niveau de vie, il est essentiel d'adopter des sources d'énergie plus productives et ce, dans toutes les exploitations agricoles à l'exception des plus petites.

TABLEAU 11 B
POMPE 1: Hauteur de pompage 10,54 m, temps de remplissage d'un arrosoir de 201

Age

Poids
(kg)

Temps
(sec)

Puissance
moyenne
(watts)

9

34

173

12

14

54

74

28

14

54

77

27

16

50

69

30

18

55

59

35

20

68

70

29

29

82

100

21

33

65

55

32

47

75

48

43

POMPE 2: Hauteur de pompage 6,35 m, temps de remplissage d'un arrosoir de 201

9

33

51

29

11

31

48

28

11

31

68

18

10

55

60

20

10

32

66

19

14

37

55

22

POMPE 3: Hauteur de pompage 2,14 m, temps de remplissage d'un arrosoir de 201

6

17

61

6,9

10

27

44

9,5

14

65

36

6,6

19

54

39

11,0

38

57

34

12,0

Puissance maximale

La force musculaire peut bien s'accommoder à des surcharges assez importantes pendant de courtes durées, mais l'intensité de l'effort diminue au-delà de quelques minutes. La capacité de l'homme dépend également de la stature, de l'âge, de l'état de santé et du poids. Enfin, l'aptitude à fournir de l'énergie dépend de la nature du dispositif actionné et du genre des muscles mis en action. Le tableau 11A indique la puissance susceptible d'être fournie par des Individus de 20, 35 et 60 ans respectivement pour des durées de 5 mn à 3 heures. Ces résultats ont été tirés des données établies par Hofkes [21], vraisemblablement au moyen de dispositifs mettant en oeuvre une grande partie du système musculaire. Le tableau 11B donne le résultat des mesures réelles effectuées par le Blair Research Institue au Zimbabwe [22].

FIGURE 85
Nombre de personnes requises pour fournir une quantité d'eau donnée pour différentes hauteurs d'élévation. Les courbes ont été tracées en supposant qu'une personne peut fournir 60 watts, 4 heures par jour, avec une pompe de 60% de rendement

Les machines élévatoires

Aussi, bien qu'il soit impossible de prédire avec précision la puissance effectivement fournie par une pompe à motricité humaine, il est néanmoins possible d'avancer des valeurs approchées acceptables. La figure 85 reproduit une série de courbes indiquant la puissance obtenue avec une équipe de 1 à 4 personnes, chaque personne est supposée pouvoir fournir 240 Wh par jour de travail utile avec un dispositif de pompage dont le rendement est de 60%. Ces courbes correspondent sans doute aux résultats que l'on pourrait obtenir dans des conditions favorables. Par exemple, elles montrent que le volume d'eau quotidien soulevé par une personne atteint environ 12 m3 sur une hauteur d'élévation de 5 m.

Ergonomie

La puissance effective utile d'une personne dépend dans une large mesure du mode de fonctionnement du dispositif élévateur ou de la pompe. Les muscles les plus puissants sont ceux des jambes et du dos, tandis que les muscles des bras sont relativement plus faibles. Ainsi les pompes à main classiques usent moins de la force humaine qu'un dispositif analogue à une bicyclette. De plus, l'ergonomie du dispositif joue un rôle important. En effet, l'opérateur doit être en position confortable et non pas être cantonné dans une position difficile. La conception du dispositif doit permettre une posture détendue, l'opérateur étant en bon équilibre et une vitesse de manoeuvre acceptable. En utilisant ses jambes, l'opérateur pourrait ajouter à leurs forces propres l'effet de son propre poids pour accélérer d'autant plus la pédale. D'après Wilson [23] le débit d'une pompe manuelle rotative a été multiplié par trois (300 %) suite à une légère modification permettant son fonctionnement avec les pieds au lieu des mains. Cette même publication fait valoir par ailleurs que la bicyclette est un exemple idéal d'ergonomie efficace. En effet, elle met en exercice les muscles appropriés dans un mouvement juste et à la bonne vitesse, en utilisant un mécanisme léger, mais robuste et à bon rendement. Wilson signale à très juste titre la nécessité de mettre au point une pompe qui soit à la fois robuste, efficace et facile à utiliser. D'après les résultats d'essais au dynamomètre dont il fait état, un cycliste fournit en moyenne 75 W en pédalant à une vitesse de 18 km/heure. Si cette puissance est utilisée à des fins de pompage, les débits suivants pourraient être obtenus pour différentes hauteurs d'élévation avec un dispositif élévateur de rendement égale 50%.

Hauteur:

0,5

1,0

2,5

5,0

10,0 m

Débit:

27,5

13,8

5,5

2,2

1,1 m3/h

Pour cela, les pompes d'irrigation les plus efficaces sont en réalité les dispositifs à pédales. D'autre part, une pompe d'irrigation doit pouvoir fonctionner si nécessaire plusieurs heures de suite, par suite son rendement et sa maniabilité jouent donc un rôle décisif. Par contre, les dispositifs à mise en marche manuelle sont plus faciles à installer et parfois plus légers et plus petits. Dans ce dernier cas l'opérateur n'aurait pas à se tenir ou à s'assoir dessus, d'autre part les forces appliquées sont aussi faibles. Au cas où la pompe est utilisée pour l'alimentation en eau potable plutôt que pour l'irrigation, le bon rendement ne serait plus une exigence trop stricte. En effet dans ce cas chaque utilisateur aurait à mettre la pompe en marche seulement quelques minutes par jour pour remplir un nombre limité de petits réservoirs.

Par suite les critères de sélection d'une bonne pompe d'irrigation à motricité humaine diffèrent notablement de ceux utilisés pour le choix d'une pompe d'alimentation en eau potable. Il serait donc erroné de croire que des pompes qui se sont avérées efficaces pour l'alimentation en eau domestique pourraient être de même pour l'irrigation.

Dispositifs traditionnels d'élévation de l'eau

La plupart des dispositifs élévateurs d'eau traditionnels sont spécifiquement conçus pour les installations d'irrigation à faibles hauteurs d'élévation. Ils sont plutôt mis en marche à l'aide des pieds, puisqu'il a été bien établi que ce mode de fonctionnement est le meilleur à mettre en oeuvre la puissance motrice humaine.

La solution la plus économique a toujours consisté à utiliser un godet ou un récipient rempli d'eau élevé avec une corde (figure 86). Le principal avantage de cette technique c'est que la distribution de l'eau se fait directement à chaque plante surtout pour les petites exploitations. C'est ainsi que la bonne efficacité du transport et de la distribution pourrait compenser du moins en partie l'inefficacité du dispositif d'élévation d'eau proprement dit. Aux faibles hauteurs d'élévation, l'utilisation de godets et d'écopes (voir également section Arrosoirs, godets, écopes, seaux et le panier basculant, Chapitre 3) a conduit à mettre au point le panier basculant (voir figure 18), manoeuvré par deux personnes par exemple pour les faibles charges entre les canaux d'adduction et les rizières.

FIGURE 86
Elévation d'eau à l'aide d'une corde et d'un récipient à partir d'un puits ordinaire

Les machines élévatoires

Toutefois, ce dispositif n'est pas de conception ergonomique, car une grande partie de l'effort musculaire déployé est absorbé par la torsion du corps. Les pertes sont importantes de plus l'eau est élevée plus haut qu'il n'est nécessaire. Néanmoins, deux jeunes garçons, au Bangla­desh, ont pu effectuer 2000 levées consécutives sans inter­ruption, d'après Schioler [91].

Une légère amélioration de ce dispositif a pu être réalisée, mais au prix d'une légère compli­cation. Par exemple, des disposi­tifs suspendus ou pivotants, tels que l'écope suspendue ont été conçues (figure 19), de même d'autres dispositifs bien équilibres tels que les auges basculantes (figure 20) ou le levier à contre­poids ont été aussi utilisés (ou chadouf) (figure 21). Il ne s'agit plus de dispositifs transportables, puisqu'il faut les installer à un poste bien déterminé fixé à un support solidement ancré au sol. Cependant leurs rendements dépassent largement ceux des systèmes primitifs, tels que godets ou paniers basculants, comme en témoignent les courbes tirées de Khan [25] reproduites à la figure 87. Ces courbes indiquent qu'une dhone simple élève un débit de 7,5 litres/seconde à une hauteur de 0,75 m (soit 115 gallons/min, sous 30 pouces), ce débit qui pourrait devenir environ 2 litres/seconde (30 gallons/min.) pour une hauteur d'élévation de 1,5 m (soit 60 pouces) La dhone permet par conséquent d'avoir un débit double de celui d'un panier basculant pour les faibles hauteurs d'élévation, d'autant plus qu'un seul manoeuvre à lui seul pourrait assurer son fonctionnement. Khan signale que plusieurs agriculteurs au Bangladesh utilisent une dhone simple pour l'élévation de l'eau à des hauteurs d'élévation excessives et de ce fait, ils obtiennent un rendement nettement moins bon. La hauteur d'élévation optimale par étage est de 1 m (40") environ.

Le tableau 12 adopté de Khan [25], montre à quel point l'utilisation de la dhone est répandue au Bangladesh, pays dans lequel des zones très étendues peuvent être irriguées à des faibles hauteurs d'élévation. D'autre part ce tableau fait clairement apparaître l'effet du progrès que constitue ce dispositif par rapport au panier basculant. On trouve en outre, les données chiffrées relatives à un "puits ordinaire" - levier à contrepoids installé sur un puits peu profond creusé à la main - et le "Mosti", pompe à main en fonte montée sur un forage.

FIGURE 87
Comparaison des performances du panier basculant et de la dhone (d'après Khan [25])

Les machines élévatoires

La dhone représente certes une amélioration considérable par rapport au panier basculant, mais son rendement est certainement inférieur à celui des dispositifs rotatifs décrits à la section Pompes volumétriques rotatives, Chapitre 3. Elle constitue néan­moins, un compromis satisfaisant entre le souci d'avoir de disposi­tifs simples à coût faible, et la nécessité de fournir un débit appréciable pour répondre aux besoins en eau d'irrigation.

TABLEAU 12
Comparaison des divers dispositifs élévateurs d'eau utilisés au Bangladesh1

 

Dhone

Panier basculant

Puits ordinaire2

Mosti3

Superficie irriguée ha x 1000

392

65

4

20

pourcentage du total

35

6

0,8

 

Alimentation en eau

surface

surface

pompage

pompage

Débit maximum (m3/h)

7,5

2,3

0,6

0,8

Hauteur de pompage (m)

0-1,5

0-1,8

0-4,5

1,5-6,0

Coût d'investissement $EU

20,0

1,33

10,0

80,0

Durée de vie (années)

4

2

3

6

Aire de manoeuvre ha de rizière pluviale

1,6-2,0

0,4-0,6

0,3

0,2

1tiré de Khan (25]

2Puits ordinaire creusé à la main et levier à godet à contrepoids

3Forage crépine peu profond actionné à la main utilise une unité de tête de fabrication industrielle (pompe Carbiron n° 6)

Les dispositifs rotatifs sont généralement plus commodes. En effet, ils fournissent un débit continu, et ils peuvent facilement être manoeuvrés (mis en rotation) à la main, ou de préférence à l'aide des jambes. Les divers types de pompes à palettes, chapelets d'eau, et de "vertèbres de dragon" sont généralement mis en marche à l'aide des pieds (voir sections Roues hydrauliques à palettes, à pédales et à augets, Chapelet incliné ou pompe chinoise et Pompes à chapelet ou patenôtre (Chapitre 3) et figures 51 et 52). De cette façon on peut souvent mettre ensemble plusieurs opérateurs pour augmenter leur vitesse de fonctionnement. Par ailleurs, bien que les vis d'Archimède soient actuellement des dispositifs à commande manuelle (figure 48), à l'époque romaine, on marchait dessus comme on marchait sur les roues à palettes (figure 51), ce qui facilitait incontestablement leur fonctionnement et améliore leur rendement.

FIGURE 88
Abaque de calcul du débit des pompes à main (tiré Hofkes [21] et McJunkin  [26]

Les machines élévatoires

Certains dispositifs élévateurs d'eau traditionnels simples pourraient certainement être perfectionnés. A cet égard, des travaux de recherche et d'expérimentation pourraient être entrepris, éventuellement dans le cadre de programmes de formation technique, ou bien dans le cadre des activités des Organisations Non Gouvernementales oeuvrant sur le terrain.

Dans la plupart des cas, les dispositifs à motricité humaine constituent la bonne solution pour l'irrigation à petite échelle et ce, à cause de leur faible coût initial. Toutefois, à plus long terme, il est souhaitable que le soutien nécessaire soit accordé aux petits exploitants afin qu'ils puissent utiliser des techniques de pompage plus efficaces, pour passer ensuite inévitablement à l'irrigation mécanisée.

Pompes à main

Malgré un rendement inférieur à celui des pompes à pied, les pompes à main sont les dispositifs les plus couramment fabriqués à l'échelle industrielle. C'est pour cette raison qu'elles sont très fortement utilisées. Les figures 29 et 30 montrent une pompe à piston ou à clapet de conception classique. Ces pompes ont été initialement conçues pour être utilisées à l'échelle des exploitations familiales pour l'approvisionnement en eau de la famille et de son bétail plutôt que pour l'irrigation. La difficulté principale qu'on rencontre, lorsqu'elles sont utilisées en irrigation est la fréquence d'utilisation assez importante par rapport à celle nécessaire pour l'usage domestique. En effet, au lieu de fonctionner quelques minutes par jour, elles doivent alors pomper plusieurs heures par jour, ce qui aurait pour effet d'écourter leur durée de vie dans des proportions considérables et à accroître les risques de pannes.

Les forces à mettre enjeu pour mettre en marche une pompe à piston munie d'un levier ont été déjà étudiées à la section Pompes à piston à clapet - Principe de base (Chapitre 3). D'après Hofkes, les hauteurs d'eau maximales suivantes correspondent parfaitement, en règle générale, à l'utilisation sans problèmes des pompes à main de dimensions courantes:

Diamètre du cylindre

Hauteur d'eau maximale

(mm)

(in)

(m)

(pieds)

51

2

25

75

63

2 1/2

20

60

76

3

15

45

102

4

10

30

Pour une hauteur d'eau donnée, la réduction de la course du piston de la pompe résulterait en une diminution de la force à exercer. Les valeurs recommandées ci-dessus sont vraisemblablement valables pour des courses de piston de l'ordre de 150 à 300 mm.

Hofkes [21] et McJunkin [26] ont établi le nomographe de la figure 88 pour la détermination du débit des pompes à main. Il suffit à cet effet de tracer à la règle et au crayon une droite reliant le point correspondant à la course en question (250 mm ou 10 in dans l'exemple considéré) au point relatif à la fréquence de pompage prévue (40 coups par minute dans l'exemple). Si l'on trace ensuite un autre trait au crayon depuis l'intersection de la première droite avec la droite d'alignement (ligne pivot) en passant par le diamètre du cylindre considéré (76 mm ou 3 in dans le cas présent), le débit est alors indiqué sur l'échelle la plus à gauche (46 litres/mn soit 12 gallons EU par minute dans notre cas). Il n'est nullement tenu compte du phénomène de "glissement" ou des pertes d'eau qui feraient que le débit d'eau réel soit inférieur au volume engendré par la course du piston. Ainsi le nomographe indique le débit maximum susceptible d'être obtenu. Il est parfois plus réaliste de réduire cette valeur dans une proportion de 10 à 20%.

FIGURE 89
Pompe à mouvement rotatif à manivelle (Gambie)

Les machines élévatoires

Plusieurs défaillances de la pompe à main ont été observées sur le terrain, en particulier dans le cadre de projets d'alimentation en eau à caractère public. Pour cette raison, les pompes à main communales ont acquis dans certain pays une piètre réputation. Il y a lieu de mentionner à cet égard le grand projet international PNUD/Banque Mondiale intitulé "Global Handpump Project", dont l'objectif principal est de recenser les pompes à main de bonne qualité utilisables dans les projets de développement (essentiellement pour l'alimentation en eau des villages). Ce projet a donné de très bons résultats et il a donné lieu à un certain nombre de publications intéressantes, en particulier [27].

La figure 29 montre les principaux éléments d'une pompe à main typique. Les points faibles sont notamment le levier et le pivot, ainsi que la colonne de la pompe proprement dite. Ces pièces peuvent en effet lâcher sous l'effet de la fatigue du métal surtout lorsqu'elles sont en fonte de mauvaise qualité. Un des avantages de la pompe de la figure 29 c'est de comporter un treillis de force destiné à soutenir le corps de la pompe. Cependant son point faible c'est que l'axe du pivot de la poignée passe au milieu de la partie la plus sollicitée du levier. Une autre méthode plus commode pour pivoter le bras du levier c'est de l'articuler sur un roulement à billes logé dans une oreille au-dessous du bras de levier pour ne pas créer un point faible à cet endroit.

L'usure et les accidents de toutes sortes résultant du martelage de la chaîne de commande constituent un autre inconvénient des pompes à bras de levier. Cela pourrait provenir du jeu dû à l'usure des coussinets et des pivots. Ces jeux pourraient créer des battements entretenus si l'opérateur soulève la poignée trop rapidement pour suivre le piston et la tige dans la course descendante, avant de soulever de nouveau le piston. L'usure excessive pourrait provenir aussi des fausses manoeuvres tel que donner libre cours au bras de levier dans sa course descendante. D'autre part, la nécessité de lever et d'abaisser constamment un levier pesant (dont le poids est majoré par celui du poids de l'opérateur) est un gaspillage d'énergie. De plus, les pompes rotatives dont le piston est commandé par une manivelle entraînée par une roue motrice, sont souvent d'un emploi plus commode (voir figures 31 et 89). Dans le cas de la figure, un volant atténue les fluctuations et facilite le fonctionnement de la pompe, particulièrement pour les longues durées. En effet, l'effort périodique lié à la mise en vitesse de petites quantités d'eau dans une conduite verticale sera absorbé par le volant d'inertie et il ne sera donc pas ressenti par l'opérateur. Les pompes rotatives de ce type ont en outre le mérite de ne pas être exposées aux problèmes couramment observés dans les pompes à levier, à savoir le martelage des butées finales lorsque l'opérateur lève le levier trop haut, ou bien lorsque la tige de la pompe lâche suite à une manoeuvre trop rapide du levier.

Le principal inconvénient des pompes rotatives est lié à leur poids et à leur coût relativement élevé imputable au volant massif et à l'ensemble de la manivelle, en plus du support nécessaire. Toutefois, pour pomper des quantités d'eau importantes, comme c'est le cas en irrigation, les caractéristiques ergonomiques plus performantes des dispositifs rotatifs sont plutôt essentielles que pour les tâches d'approvisionnement en eau, où la pompe ne fonctionne que par intermittence et pour de courtes durées.

Idéalement, la mise en marche des pompes à piston utilisées pour l'irrigation devraient mettre enjeu d'autres muscles en plus des bras. D'après Klassen [28], le Comité Central de Mennonite a réalisé au Bangladesh, avec l'aide de Caritas, une pompe à piston répondant à ces conditions. Cette pompe est appelée la pompe "Rower", puisqu'elle a une inclinaison de 30. par rapport à l'horizontale, et de plus qu'elle fonctionne de la même manière qu'une rame (voir figure 90). Sa fabrication est essentiellement simple et économique. En effet, son cylindre n'est autre qu'un tuyau en PVC de 50 mm (2 m) de diamètre. La pompe Rower est supposée délivrer un débit supérieur de 50% au débit d'une pompe standard à bras de levier No. 6 (de l'UNICEF) utilisée dans les installations MOSTI (MOSTI, Manually Operated Shallow Tubewell for irrigation: puits peu profonds pour l'irrigation par pompage manuel). L'augmentation du débit est d'autant plus importante que les hauteurs d'élévation sont plus grandes. D'après Klassen, le principal intérêt de la pompe rame ne tient pas tellement à son mode fonctionnement qui doit permettre des heures de services plus supérieures par jour, mais plutôt à la présence d'une chambre d'air à l'aspiration qui régularise le débit introduit dans la pompe (voir aussi Pompes à mouvement rectiligne alternatif et les canalisations et Pompes à résonance, Chapitre 3, pour le fonctionnement des chambres d'air). Sans cette chambre d'air, les performances de cette pompe redeviennent pratiquement identiques à celles de la pompe UNICEF. De la même manière l'adaptation d'une chambre d'air à l'aspiration de la pompe UNICEF permet d'obtenir des résultats comparables à ceux de la pompe rame. Les performances moyennes citées par Klassen pour ces deux types de pompes, pour des hauteurs d'eau d'environ 5 à 6,5 m (17-21 pieds) sont les suivantes:

Pompe Rower MCC

Pompe UNICEF 6

sans chambre d'air

avec chambre d'air

sans chambre d'air

avec chambre d'air

1,75

2,8

1,8

2,7 m3/h

7,7

12,3

8,0

11,7 gai EU/min

FIGURE 90
Pompe "Rower" (partiellement en coupe (d'après Klassen [28])

Les machines élévatoires

L'exemple précédent illustre parfaitement le type d'innovations utiles et nécessaires, pouvant être entreprises par les Organisations Non Gouvernementales et les institutions de formation dans ce domaine. Il serait intéressant d'observer l'incidence de l'adaptation des chambres d'air sur les performances et la facilité de fonctionnement des divers types de pompes à main actuellement en service.

Entretien des pompes à main

L'inconvénient des pompes à main de fabrication industrielle par rapport aux dispositifs à fabrication artisanale, tels que dhones ou leviers à contrepoids, émane du fait qu'elles sont tributaires des pièces de rechange dont la fabrication est difficile sur place. De plus, elles doivent généralement être l'objet d'un entretien préventif fréquent, afin d'éviter le risque d'une défaillance prématurée des pièces ou une altération de leurs performances. Toutefois, elles constituent probablement une des rares possibilités réelles que les fonds de développement doivent saisir pour la commercialisation à grande échelle des dispositifs élévateurs d'eau. D'ailleurs, l'utilisation des dispositifs traditionnels de fabrication artisanale ne présente un intérêt que dans les régions où leur fabrication est devenue une tradition locale, et que d'autre part, les conditions d'utilisation s'y prêtent à leur emploi (par exemple, pour les faibles hauteurs d'élévation).

Plusieurs projets d'alimentation en eau bâtis sur emploi à grande échelle de pompes à main se sont souvent heurtés à de graves problèmes, notamment la défaillance de la pompe généralement imputable à l'entretien insuffisant ou inexistant. Dans certains cas, les défaillances observées ont été également dues au choix de dispositifs de pompage médiocres ne résistant pas à un fonctionnement long et intensif. Les différents problèmes posés par les pompes à main peuvent être classés comme suit :

Plusieurs solutions ont été adoptées afin de surmonter certaines de ces difficultés. Notamment l'établissement de programmes d'entretien périodique par des équipes volantes qui effectuent des campagnes d'entretien couvrant quelques douzaines de pompes à l'intérieur d'un district (formule qui s'est avérée inefficace et coûteuse). Une autre solution préconisée consistait à mettre en place un système d'entretien à deux niveaux, comportant d'une part un organisme central chargé de l'installation et de l'approvisionnement des pièces de rechange, de la formation, du transport, etc., et d'autre part, des ouvriers spécialisés (dûment formés) qui assurent les travaux d'entretien et de remplacement habituels.

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