Un dossier en deux parties, écrit par Laurent Dupuis de la société Airvalve France SAS. La première partie (disponible ici) mettait en évidence la problématique des poches d’air dans les réseaux d’eau et décrivait le fonctionnement des ventouses et leurs rôles pour les éliminer. Dans cette seconde partie, des cas pratiques sont détaillés.

Il existe maintenant sur le marché, un large éventail de pompes centrifuges que ce soit au niveau du type, de la taille, des types de roues, avec des courbes plates et d’autres plus raides, etc… Certaines courbes sont stables et d’autres le sont moins avec la possibilité de plusieurs points de fonctionnement (figure 8). Pour chaque application, il y a une solution avec des caractéristiques qui seront forcément adéquates.

Figure 8

Ainsi, dans le métier des stations de pompage d’eaux usées, les pompes submersibles sont davantage privilégiées. Elles ont en général un rendement inférieur aux pompes de surface. La sélection de ce type de pompe doit se faire pour qu’elle puisse fonctionner proche de son point de meilleur rendement, pas seulement pour limiter l’usure prématurée, mais également pour délivrer le meilleur débit avec la consommation énergétique optimale.

Tout système, tout réseau a ses caractéristiques hydrauliques propres et, de la même façon, chaque pompe a ses caractéristiques techniques propres. Mais si nous considérons le débit et la Hauteur Manométrique Totale (HMT) de la pompe (voir courbe – schéma 1), nous pouvons constater que la présence d’air dans le réseau qui crée des pertes de charge supplémentaires va faire glisser le point de fonctionnement vers la gauche de la courbe de sélection de la pompe, avec pour impacts directs : une réduction du débit, une augmentation de la pression et, pour finir, une baisse de rendement.

Il n’est pas rare que pour des questions de coût d’achat les pompes ne soient pas optimisées sur plan du point de fonctionnement. Ainsi, que ce soit pour économiser sur la taille des moteurs ou pour respecter les DN disponibles des canalisations et la vitesse mini de 0,7 m/s, (autocurage) les points de fonctionnement sont parfois sélectionnés très fortement à gauche sur les courbes. Mais, si à cela, il faut ajouter des pertes de charge supplémentaires dues à la présence d’air non prévue dans le réseau, nous risquons d’aboutir à des cas où les débits exigés ne sont absolument pas respectés, mais aussi d’avoir des pompes qui vibrent car fonctionnent trop à gauche; en outre ces situations  sont très défavorables d’un point de vue énergétique.

Considérons la puissance hydraulique d’une pompe

Dans ce schéma, la courbe de la pompe est stable et relativement plate. Cependant, même dans ce cas, comme l’indique le tableau ci-dessus, les pertes de charge liées à la présence d’air dans le réseau auront un impact direct sur la consommation ramenée au m3, indice principalement utilisé par les services des eaux pour justement surveiller le bon rendement d’une installation.

L’analyse énergétique de ce cas peut se considérer de deux façons :

1 – Installation sans variation de vitesse

Du fait de la présence d’air dans le réseau selon les raisons présentées avant dans cet article, le débit demandé à l’origine n’est plus respecté. C’est-à-dire que, comme expliquée précisément dans l’étude de cas ci-après, la pompe fonctionnera beaucoup plus longtemps pour transférer un volume donné avec pour impact direct une consommation accrue de la pompe concernée.

Il risque d’y avoir alors litige avec l’exploitant et le fabricant de la station de pompage qui lui-même se retournera vers le fabricant de pompe. La réaction la plus rapide reste encore de changer la roue, le moteur de la pompe avec un variateur de fréquence (ou pas) ou bien même encore la pompe elle-même. Il est peu probable malheureusement qu’une étude du réseau pour détecter l’éventuelle présence d’air soit réalisée.

Étude de cas (données fournies par la ville Horseshoe Bay, Texas)

Pour illustrer ces propos, voici une étude de cas que nous avons réalisée. Il s’agit de l’enregistrement de fonctionnement des pompes d’un réseau d’eaux usées. Les pompes étaient utilisées bien en dessous de leurs capacités déterminées au cahier des charges.

• 23 juillet 2008

Cet enregistrement d’opération des pompes des premières 24 heures nous montre une moyenne de fonctionnement des pompes relativement longue ainsi qu’un débit non conforme au cahier des charges.

À l’origine, l’installation était prévue avec des ventouses dites double fonction. Suite à ce premier enregistrement caractéristique d’un problème d’air piégé dans le système du fait de la baisse de débit ainsi que plus longue période de fonctionnement des pompes, nous décidons de remplacer 5 des ventouses double fonction par deux ventouses triple fonction pour eaux usées avec la possibilité de décharger l’air en cours de fonctionnement également.

• 25 juillet 2008

Le résultat ne se fait pas attendre et montre, dès le changement des ventouses, une diminution des temps de fonctionnement des pompes, mais surtout un changement flagrant dans l’échelle des débits. Débit qui était normalement prévu au cahier des charges.

• 26 juillet 2008

Au troisième enregistrement, l’échelle des débits est réajustée au niveau du rapport pour montrer exactement la nouvelle efficacité du système.

Maintenant, si nous faisons le compte sur le gain énergétique avant et après le changement de ventouses:

• Conclusion

Le retour sur investissement de deux ventouses eaux usées de type D025 est d’environ 12 mois, mais celui-ci pourrait encore moindre, considérant également l’extension de durée de vie de la pompe (usure des roulements et des garnitures).