Rappel des tyupes de pompes et des techniques … · Rappel des types de pompes et des techniques d'élévation de l'eau Catégorie et désignation construc-tion charge (M) gamme

Les machines élévatoires

Chapitre 3Rappel des types de pompes

et des techniquesd'élévation de l'eau

PRINCIPES D'ELEVATION ET D'ECOULEMENT DES EAUX

L'eau peut être déplacée à l'aide d'un (ou de l'association de plus d'un) des six procédésmécaniques ci-dessous indiqués, qui sont indépendants les uns des autres dans unelarge mesure:

par élévation directe ou simple : ce procédé consiste à élever des récipientsremplis d'eau (seaux, boguets, écopes etc.).

par simple déplacement : ce procédé a du être conçu du fait du caractère plusou moins incompressible de l'eau. Donc dans ce procédé l'eau est soit "poussée"ou déplacée.

par augmentation de vitesse : cette méthode est basée sur le principe de latransformation de la vitesse de l'eau en débit liquide ou bien en pression.

par expansion de gaz : L'eau mis en contact avec un gaz en détente, ou biende la vapeur à haute pression ou de l'air comprimé, serait par conséquentrefoulée, entraînée ou projetée.

par gravité : L'écoulement des eaux vers l'aval est dû aux forces de gravité.

CLASSIFICATION DES MACHINES ELEVATOIRES ET DESPOMPES

On distingue plusieurs catégories de pompes et des machines d'élévation ou depropulsion de l'eau selon qu'elles appartiennent à l'un ou l'autre des principes ci-dessusmentionnés. Une première ébauche de classification est indiquée au tableau 5. Commeon va le voir plus loin, on peut distinguer dans la plupart des cas, dans chaque catégoriedes sous catégories, tel les dispositifs "à mouvement alternatif/cyclique" et "rotatif". Lapremière catégorie a trait aux dispositifs dont le fonctionnement correspond uneopération d'élévation de l'eau. Cette opération consiste par exemple, à faire descendreun seau fixé à une corde dans l'eau, à le plonger pour le remplir, à l'élever, à le vider, etainsi de suite). Dans ce cas le débit d'eau est intermittent ou au mieux en giclée plutôtque régulier ou continu. Les dispositifs rotatifs sont généralement conçus pour desdébits plus importants, et ils se prêtent plus facilement à l'entraînement à l'aide desmoteurs ou autres types d'entraînement mécanique. C'est ainsiqu'une pompe rotativefonctionne généralement sans inversion ou interruption de débit, bien que dans certainscas la sortie de l'eau pourrait être sous la forme d'un jet ou des giclées brusques.

TABLEAU 5Classification des pompes et des machines élévatoires

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Rappel des types de pompes et des techniques d'élévation de l'eau

Catégorie et désignation construc-tion

charge(M)

gamme depuissance

(W)

débit rende-ment

coût hauteurd'aspi-ration

usagepourl'irri-gation

1. Dispositifs d'élévationdirects

Alternatif/cyclique arrosoir 1 >3 * * * * x √écopes et seaux 1 >1 * ** * * x √panier basculant 1 >1 * ** * * x √

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rigoles pivotantes et auges 2 1-1,5 * ** * * * x √poulie ou chadouf 2 1-4 * ** ** ** x √corde, seau et manivelle 1 5-50 * * * * xx √godet à déversementautomatique

√

ou "mohte" 2 3-8 ** *** * ** x

treuil à godet d'extraction √

à mouvement alternatif 3 100-500 **** **** *** ****** x x

Rotatif/continu pompe à godet à mouvementcontinue

2 5-50 * * ** *** x √

roue persane ou à sabots"tablia"

2 3-10 * * *** *** ** x √

roue persane à sabotsperfectionnée

**** *** x √

ou "zawalfa" 2 3-15 *** **** x

Tympan ou "sakias" 2 >2 ** **** **** **** x √roue hydraulique à godets ou"noria"

2 >5 * ** ** ** x √

II. Pompes volumétriques Alternatif/cyclique pompes à piston/à aubes 2&3 2-200 *** *** ***** **** x √pompes à piston plongeur 3 100-500 *** ** **** ***** x ?pompes à diaphragme 3 5-10 ** *** **** *** √ √"petropompe" 3 10-100 ** **** **** **** √ ?pompes semi-rotatives 3 5-10 * ** ** ** √ xexpansion de gaz ou duvapeur

3 5-50 **** **** *** *** √ ou x ?

Rotatif/continu pompes à engrenages 3 10-20 * * ** *** √ xpompes à ailettes souples 3 10-20 ** *** *** **** √ xpompes à cavité progressive ou graduelle (Mono)1 3 10-100 *** *** **** **** x ?vis d'Archimède 3 >2 m ** **** *** *** x √

pompes broche hélicoïdaledécouverte2

3 >6 m **** ***** **** ***** x √

pompes spirales et pompes 2 >6 m ** ** *** *** x √

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chaîne hélice

roues à palettes et à marches 2&3 >2 m ** **** ** ** x √

chapelet incliné ou pompechinoise

2 >2 m ** *** *** *** x √

pompes à chapelet 28,3 3-20 m *** *** **** **** x √pompes péristaltiques 3 >3 m * * *** *** √ Xpompes a sangle 3 3-10 m ** ** ? ? x ?III. Pompes à variation devitesse

Alternatif/cyclique pompe à force inertie àmouvement

alternatif (Battement) 2&3 2-4 . * ** **** ** x √pompe à clapet 1&2 2-4 * * ** * x √pompe va-et-vient àrésonance

2 2-10 ** **** **** *** x ?

pompe a force ffmaftie àressaut

hydraulique 3 2-6 ** * **** *** √ XRotatif/continu pompes hélices 3 5-3 **** ***** **** **** x √pompes hélico-centrifuges 3 2-10 **** ***** **** **** x √pompes centrifuges (àvolute)

3 3-20 + ***** ***** **** *** √ √

pompes centrifuges (àturbine)

3 3-20 + ***** ***** **** **** √ √

pompes centrifuges(autoamorçantes)

3 10-30 *** *** *** **** √ x

éjecteurs (à eau, à air ou àjet)

3 2-20 *** *** ** *** x x

IV. Pompes à émulsion pompes à émulsion 3 5-50 ** *** ** **** x xV. Pompes a impulsion Bélier hydraulique 3 10-100 ** ** *** *** x √VI. Dispositifs gravitaires siphons 1,2 8.3 1-(-10) - ***** ** ** √

ganats ou foggaras 2 - - ** ***** - - √

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Construction:

1. primitive très faible * moyen àélevé

**** oui √ oui √

2. traditionnelle faible à moyen ** élevé ***** non x possible √3. industrielle moyen *** improbable x

1 pompe Moineau ou pompe PCM

2 ou Vis Hollandaise

FIGURE 16Courbes typiques montrant la relation entre la hauteur d'eau, le débit, la vitesse et lerendement d'une pompe (cas d'une pompe centrifuge)

Avant d'examiner les différentes caractéristiques des options dont on dispose pourélever l'eau, il y a lieu d'abord de décrire leurs caractéristiques communes. La manièrela plus pratique est de caractériser tous les dispositifs élévateurs d'eau par le débit fournià la sortie à différentes charges, et à différentes vitesses. Normalement, le rendementest indiqué sur chaque courbe représentant la hauteur d'eau en fonction du débit d'unepompe (diagramme H-Q, comme à la figure 16). Dans la plupart des cas les courbesreprésentant la relation entre H et Q sont données pour différentes vitesses de rotationde la pompe. Sans doute, il y aura toujours un ensemble de valeurs de la hauteur d'eau,du débit et de la vitesse de rotation correspondant au rendement optimal, c'est-à-dire audébit maximum pour une puissance donnée. Il est à noter que certains dispositifs etcertaines pompes sont plus sensibles que les autres aux variations de ces facteurs. End'autres termes, ils ne fonctionnent correctement qu'au voisinage des valeurs nominalesde vitesse, de débit et de hauteur d'eau. Tandis que d'autres dispositifs s'adaptent mieuxà un vaste éventail de conditions de fonctionnement sans que le rendement soitsensiblement affecté. Par exemple, la courbe caractéristique d'une pompe centrifuge

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reproduite à la figure 16, nous indique que pour les régimes de fonctionnement de 2000tr/min. environ, le rendement optimal est de plus de 80%.

La suite du présent chapitre décrit en détail chacun des dispositifs indiqués dans laclassification reproduite au tableau 5.

FIGURE 17Ecope à opération manuelle

FIGURE 18Utilisation du panier basculant (d'après T. Schioler [24])

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DISPOSITIFS D'ELEVATION DIRECTE A MOUVEMENTALTERNATIF ET CYCLIQUE

Arrosoirs, godets, écopes, seaux et le panier basculant

Tous ces dispositifs sont des variantes du procédé de l'élévation de l'eau au seauattache à une corde, manoeuvres à la main et constituent certainement les tout premierssystèmes d'élévation et de transport de l'eau. L'arrosoir n'est autre qu'un seau, muni del'arrosoir d'où il en emprunte le nom. C'est une méthode d'irrigation efficace pour lespetites propriétés, mais elle requiert une forte main-d'oeuvre. L'usage des arrosoirsélémentaires est très répandu en Thaïlande. Les écopes, seaux (Figure 17) et le panierbasculant (Figure 18) sont des dispositifs permettant le remplissage, l'élévation et levidange rapide d'un godet. Cependant le dernier dispositif (panier basculant) estmanoeuvré par le concours de deux personnes plutôt que d'une seule, ce qui augmentela quantité d'eau que l'on peut écoper à chaque tour. La section Force motrice humain(Chapitre 4) présente une description plus détaillée de ces méthodes dans le cadre del'étude des dispositifs actionnés par la force musculaire humaine. En effet, cesdispositifs ont été conçus pour fonctionner pour la force motrice humaine, et de ce fait ilsne peuvent pas être mécanisés. Ils sont de rendements relativement faibles, puisquel'eau est élevée à une hauteur de 1 m et délivrée à une hauteur de 0.3 à 0.5 m, ce quiconstitue pratiquement la charge ou la hauteur de service des dispositifs de ce genre.

Ecope suspendue, rigoles, auges basculantes, Dhones et bascule à contrepoidsou chadouf

La phase suivane du progrès technologique a débouché à la mise au point de dispositifsconsistant à soulever la masse d'eau à une hauteur très faible dans une écope ou godetattaché à un bras de levier. Il s'agissait selon les cas, soit d'une écope basculante(figure 19) ou bien d'une auge basculante (figure 20). Ces dispositifs fonctionnent aussià une hauteur d'élévation faible (0,5-1 m), mais la vitesse d'opération est plus rapide queles premiers et la masse d'eau à soulever est maintenue en équilibre par le contrepoidsfixé au bras de levier. La figure 21 représente un levier à contrepoids, appelé égalementmonte-eau ou "chadouf".

Si le site le permet, par exemple sur la berge d'une rivière en pente, on peut disposerplusieurs "chadoufs" en série pour réaliser plusieurs étages d'élévation de façon à avoirune Hauteur d'élévation plus importante.

Poulies à godets, treuils à mohtes et à bennes

Pour élever l'eau à des hauteurs d'élévation plus importantes, il a fallu utiliser une cordepour pouvoir soulever le récipient d'eau depuis la source d'approvisionnement en eaujusqu'au niveau du point de déversement dans la rigole de transport. Ce principe est àl'origine de tous les dispositifs qui ont été précédemment utilisés, ou bien toujours enutilisation dans certains pays. La forme la plus simple de ces dispositifs est celle d'unecorde et d'un godet. Une version perfectionnée comporte un treuil pour accroître la forcede montée et par suite soulever des quantités plus importantes d'eau.

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En général, les débits d'eau de ces dispositifs sont trop faibles pour être utilisés pourl'irrigation. Ils sont plutôt utilisés pour assurer les besoins en eau domestique ou pour lesbesoins en eau du bétail. Cependant, les dispositifs actionnés par la traction animale,généralement des boeufs, peuvent débiter des quantités d'eau pouvant être utilisés pourl'irrigation de petits réseaux, même à des hauteurs de 5 à 10 m. Ceci a permis la miseau point du dispositif connu en Inde sous le nom de "monte" (figures 22 et 92). Cesdispositifs comportent un godet en cuir ou en caoutchouc, dont le fond n'est autre qu'unclapet maintenu fermé lors de la montée par une corde tirée par les animaux. Arrivé aubout de la course, le clapet s'ouvre et le godet se vide. A l'heure actuelle il y a environplus d'un million de dispositifs de ce genre qui sont encore en utilisation, ce qui témoignede leur grande importance dans certaines régions. La section Force motrice animale(Chapitre 4) qui traite l'utilisation des animaux de trait comme force motrice donne plusde détail sur le fonctionnement des "montes".

FIGURE 19Ecope fixée à une corde

FIGURE 20Utilisation d'une auge basculante "dhone" au Bangladesh

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FIGURE 21Monte-charge à contrepoids

FIGURE 22"Monte" à déversement automatique, avec traction sur un plan incliné

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FIGURE 23Roue à sabots (persane)

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FIGURE 24Norias

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Rappel des types de pompes et des techniques d'élévation de l'eau50

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