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LA STATION DE POMPAGE
GENERALITES
L'eau utilisée en agriculture est puisée à partir des eaux de surface ou
des eaux souterraines et parfois à partir des eaux recyclées à l'aide de
moyens mécaniques d'élévation en hauteur ou en pression appelés pompes.
La pompe effectue l'élévation ou le pompage vers un réservoir ou vers la
canalisation d'emmenée ou vers l'élément de distribution de l'eau sur les
cultures.
Depuis longtemps l'homme a conçu différentes solutions pour exploiter
les eaux dans le but de les utiliser en d'irrigation ou pour l'eau potable.
Parmis les solution et à titre historique on peut citer:
- les anciennes machines
- les machines rustiques
- et les machines modernes
LES MACHINES ANCIENNES
Le moyen le plus anciennement utilisé était l'élévation de l'eau à l'aide
du seau ou baquet en utilisant l'effort musculaire de l'homme.
Des installations importantes d'élévation de l'eau ont été montées en Inde et
en Égypte.
Les Égyptiens ont utilisés le Nattal, qui est une sorte de panier
étanche en feuilles de palmier tressées avec un fond en cuir portant quatre
cordes. Deux hommes sont placés sur une plate-forme entaillée dans la
berge, et tenant deux cordes dans chaque main, lancent le panier dans l'eau
de l'oued ou du fleuve, puis le retirent plein d'eau, l'élèvent par un mouvement
de rein et de bras et le vident dans la rigole d'emmenée de l'eau.
Deux équipes de deux hommes se relayent toutes les heures peuvent élever
à 1 m de hauteur 4 à 5 m3/ heure et arroser de 1/6 à 1/3 d'hectare.
Cette méthode a connu un progrès au cours de son utilisation dans le
but d'alléger l'effort musculaire; c'est l'utilisation du Chadouf et le levier à
contre-poids.
L'élévation du Chadouf plein est effectuée
par traction de l'homme sur la corde pour faire
descendre le seau vide et le remplir dans l'oued ou
le canal. Comme les berges du Nil ont souvent 8 à
12 m de hauteur, il faut installer une série de
chadoufs disposés en gradins. Chadouf égyptien
L'eau puisée par les chadoufs inférieurs est versée dans un premier
bassin, reprise par les chadoufs du deuxième étage et ainsi de suite jusqu'au
canal d'arrosage.
Un chadouf avec deux hommes peut élever 6 m3 à l'heure à 2 m de hauteur.
Les Hindous ont perfectionnés ce système en remplaçant le simple
levier par une sorte d'échelle en bambou, sur laquelle un homme, en se
déplaçant constamment de l'axe à l'extrémité et inversement, facilitait
l'élévation du seau.
Le progrès le plus remarquable fut le remplacement des leviers
devenus plus encombrants, par des poulies ou des treuils. dans ce cas on
peut utiliser des animaux, ce qui a permit un
arrosage plus intensif et plus régulier. Le
dispositif était le treuil à double seau. Sur un
tambour s'enroule durant 3 ou 4 spires une
corde dont chaque brin passe sur une poulie
et descend verticalement dans un puits en
supportant un seau, Lorsque le treuil tourne dans un sens, Kuppilai indien
l'un des seaux monte plein, l'autre descend vide.
Un échappement, placé à hauteur convenable, limite l'ascension, tandis que
le seau plein butant contre une butée (taquet) se vide
automatiquement dans la rigole d'arrosage. Le mouvement est transmis au
treuil par un manège actionné par un cheval, un bœuf ou un chameau.
Ensuite c'est les Maures en Espagne qui ont utilisés les chapelets
qui sont d'un débit plus régulier et d'une utilisation plus généralisée.
Le chapelet appelé aussi Noria ou sakié est constitué par une roue
horizontale en bois portant des dents
obliques et entraînées par un timon sur
lequel tire les animaux. La roue
communique le mouvement par renvoi
d'angle à la noria proprement dite,
constituée par une grande roue verticale
sur laquelle passe une sorte d'échelle de
corde supportant des pots de terre cuite Ancienne roue chinoise
espacés de 0,50 m. Les pots se remplissent d'eau et s'élèvent jusqu'au
sommet de la roue où ils se déversent latéralement.
LES MACHINES RUSTIQUES
Parmi les anciennes machines rustiques utilisées encore, on trouve:
les noria, les roues à palettes, les vis d'Archimède, les tympans, les
béliers.
Le chapelet est le plus simple, mais ne convient que pour les faibles
hauteurs. Quand l'axe du chapelet est vertical et que les palettes forment
godets, on a une noria. Une telle machine en
bon état tournant lentement (15 à 20 tours/mn),
peut avoir un rendement de 80%. Si on
augmente la vitesse, le rendement baisse; pour
augmenter le débit, il vaut mieux augmenter Chapelet
la contenance des godets. Quand la hauteur d'élévation est faible (2 à 3 m),
on peut utiliser:
les roues à palettes, les vis d'Archimède ou les
tympans.
Tympan
Le tympan élève l'eau grâce à des cloisons disposées en spirales de
la circonférence au centre d'une roue. En tournant
l'appareil fait monter progressivement le volume d'eau compris entre deux
spires, volume qui s'évacue par canal central. Le rendement peut atteindre 70
et même 80%. On peut placer des palettes à la périphérie, ou mieux caler
une roue à aubes sur le même axe, de façon à utiliser la rivière comme force
motrice.
La vis d'Archimède est utilisée de 3 à 4 m; sa longueur peut atteindre 7
ou 8 m et son axe doit faire un angle de 30 à 40° avec l'horizontale.
C'est une large gouttière demi-cylindrique
formant coursier, dans laquelle se meut
une surface hélicoïdale mise en
mouvement par un pignon denté placé à
la partie supérieure de l'axe. le jeu entre
le coursier et l'hélice ne doit pas dépasser 2 mm
pour que le rendement de l'appareil soit acceptable. Vis d'Archimède
La roue à palettes est très utilisée en Hollande pour de faibles
hauteurs d'élévation (1 à 1,5 m).
Les palettes, au lieu d'être radiales, sont
inclinées sur le rayon afin d'éviter les heurts
sur la nappe inférieure et de faciliter
l'écoulement dans le bief amont.
Les roues de faibles dimensions (0,5 m
de largeur, 5 m de hauteur), sont en bois, Roue à palettes
celles en acier peuvent atteindre 2,5 m de largeur et 8 m de hauteur.
Chaque roue se mut dans un coursier en maçonnerie ou en bois qui est
fermé à l'amont par un clapet s'opposant au retour des eaux lorsque la roue
s'arrête.
LES MACHINES MODERNES DE POMPAGE
La station de pompage joue un rôle important dans un périmètre
irrigué, elle assure un double caractère:
- avoir un gros débit à desservir
- à une hauteur demandée
CONSTITUTION D'UNE STATION DE POMPAGE
La station de pompage est constituée: de la source d'eau, des organes
d'aspiration, de la pompe d'aspiration et de refoulement, de la source
d'énergie, etc.
Exemple de station moderne de pompage (pompe de
surface)
La station de pompage est constituée de plusieurs éléments qui sont:
Le clapet crépine: (1)
La crépine est une grille fermant le bout de la canalisation d'aspiration
et plongée dans l'eau; ayant pour rôle d'empêcher l'aspiration des corps
étrangers d'être aspirés avec l'eau.
A l'intérieur de
la crépine on
trouve: un clapet
de retenu, ayant
pour rôle
d'empêcher que la
canalisation
d'aspiration se
vide,
Clapets Crépines
de pied
on serait alors obliger d'amorcer la pompe.
Les autres pièces (2,3,6,7,8,9) sont des pièces de raccordement
pour adapter le système à la configuration de l'emplacement de la
station de pompage.
Le convergent (4), est un organe réalisant une meilleure disposition
des filets liquides en améliorant le parallélisme et l'égalisation des
vitesses.
La vanne (5), appelée vanne à passage directe, elle permet la
fermeture lorsqu'on arrête le pompage et empêche que la charge de
l'eau contenue dans la canalisation de refoulement reposer sur
l'élément mobile de la pompe (risque de casse ou de former un couple
résistant plus important que le couple fourni par le moteur).
Une armoire de commande (10), dans le cas où la station de
pompage est automatisée on trouve un automate installé dans une
boîte de commande, ayant pour rôle de commander la mise en marche
et l'arrêt de pompage.
Un manostat (11), est un appareil ayant pour rôle de maintenir
constante la pression de l'eau dans la canalisation de refoulement.
des câbles (12), effectuant la liaison des différents appareils
d'automatisation.
Une pompe d'amorçage (13), dans la station de pompage on trouve
souvent une pompe du type à membrane ayant pour rôle d'effectuer
l'amorçage de la canalisation d'aspiration en cas de désamorçage.
Un robinet d'isolement (14), ce robinet isole la pompe d'amorçage
lorsqu'elle n'est en fonctionnement.
Un manomètre (15), un manomètre surveille la pression dans le circuit
de refoulement, un robinet (16) est aussi équipé d'un robinet
d'isolement pour éviter de garder en permanence le ressort du
manomètre en contact avec la pression.
Un groupe moto-pompe (17), constitué d'une pompe et d'un moteur.
LA POMPEROLE:
La pompe est l'organe responsable de la transformation de l'énergie
mécanique en énergie hydraulique.
Elle sert à aspirer l'eau d'irrigation de la source hydraulique et de le refouler
sous pression dans des canalisations de refoulement vers l'utilisation
(asperseurs, etc.).
CLASSIFICATION DE POMPES
Les pompes sont classées d'après plusieurs critères:
Classification d'après le principe de fonctionnement:
Selon le mode de transmission de l'énergie mise en œuvre ou
liquide véhiculé on trouve:
Les pompes centrifuges:
les pompes centrifuges ont pour rôle d'augmenter et de transformer
l'énergie d'un liquide par passage dans un aubage appelé "roue".
La rotation de la roue fournit au liquide de l'énergie cinétique qui est
ensuite partiellement transformée en pression, c'est pourquoi on
appelle ces pompes des pompes rotodynamiques.
Les pompes volumétriques:
Dans ce type de pompe l'accroissement d'énergie du liquide est réalisé
dans des chambres dont le volume augmente en phase d'aspiration et
diminue en phase de refoulement de telle sorte que l'écoulement
procède de volumes engendrés successifs.
la variation de volume est obtenue soit par un mouvement alternatif
(pompes volumétriques alternatives), soit par une rotation continue
(pompes rotatives) d'un ou de plusieurs organes d'impulsion. Dans ce
type de pompe l'accroissement de l'énergie du liquide est réalisé par
variation de volume.
Classification d'après les caractéristiques de construction
Pompes horizontales
pompes centrifuges ou pompes volumétriques rotative dont l'axe est
horizontal, ou pompes à piston dont les cylindres sont horizontaux.
Pompes verticales
Pompes centrifuges ou pompes volumétriques rotatives dont l'axe est
vertical ou pompes à piston dont les cylindres sont verticaux.
Pompes à plusieurs étages
Pompes dans lesquelles l'accroissement d'énergie du liquide est obtenu
dans plusieurs étages raccordés en série. Dans le cas des pompes
centrifuges, ces étages sont appelés cellules, d'où les appellations de
pompes monocellulaires et de pompes multicellulaires.(Si plusieurs
cellules sont couplées en parallèles, la pompe reste à un étage).
Pompe en ligne
Pompes sur lesquelles les tubulures d'aspiration et de refoulement,
situées de part et d'autre de la pompe, sont sur un même axe.
Classification selon le mode d'entraînement
Pompe à commande manuelle: le fonctionnement est assuré à
l'aide des mains ou des pieds.
Moto-pompe:
pompe entraînée à l'aide d'un moteur thermique ou pneumatique.
Electro-pompe
pompe entraînée par un moteur électrique
Turbo-pompe: pompe entraînée par une turbine.
Désignation des pompes
Une pompe est désignée par l'énumération, dans l'ordre suivant, de:
son mode d'entraînement,
son principe de fonctionnement,
et ses caractéristiques de construction
Exemple: Moto-pompe centrifuge verticale multicellulaire.
Caractéristiques d'une pompe d'irrigation:
Une pompe centrifuge d'irrigation est caractérisée par:
Débit (Q): le débit est la masse de liquide pompée pendant l'unité de
temps. Il s'exprime dans les unités suivantes: litre/seconde, mètre
cube/seconde ou mètre cube/heure.
La hauteur manométrique totale (HMT)
HMT = Ha + Hr + Ja
- Ha = hauteur d'aspiration
- Hr = hauteur de refoulement
- Ja = pertes de charge
Hauteur d'aspiration (Ha)
La hauteur maximale d'aspiration ou la hauteur géométrique
d'aspiration: est la distance verticale qui sépare le niveau de l'axe à
l'aspiration.
* de l'axe de la pompe s'il s'agit d'une pompe centrifuge ou
volumétrique à
axe horizontal.
* du plan moyen des arêtes d'entrée des aubes de la première roue à
aubes
s'il s'agit d'une pompe centrifuge à axe vertical.
* de l'axe de la tige du piston s'il s'agit d'une pompe à piston à cylindre
horizontal. du haut de la course du piston s'il s'agit d'une pompe à
piston à
cylindre vertical.
* du point le plus haut des organes actifs d'une pompe volumétrique à
axe
vertical.
Pratiquement, les possibilités d'aspiration d'une pompe en fonction de
ses caractéristiques et des conditions d'installation seront déterminés
grâce au NPSH ( Net Posiitive Suction) (Hauter de Charge nette absolue).
Hauteur de refoulement (Hr)
La hauteur géométrique de refoulement est la distance verticale qui
sépare le niveau de l'eau dans le réservoir de refoulement:
- de l'axe de la pompe s'il s'agit d'une pompe centrifuge ou volumétrique à
axe horizontal.
- du plan moyen des arêtes d'entrée des aubes de la première roue à
aubes s'il s'agit d'une pompe centrifuge à axe vertical.
- de l'axe de l'axe de la tige du piston s'il s'agit d'une pompe à piston à
cylindre horizontal.
- du haut de la course du piston s'il s'agit d'une pompe à piston à cylindre
vertical.
- du point le plus haut des organes actifs s'il s'agit d'une pompe
volumétrique à axe vertical.
Les pertes de charge (Ja)
sont les pertes dues aux frottements internes de l'eau contre la paroi des
canalisation et des accessoires (coudes et autres.
dans le cas où la hauteur d'aspiration de l'eau dépasse 7 mètres on fait
recours aux pompes centrifuges immergées.
La pompe immergée est une pompe très utilisée dans les forages
où la hauteur d'aspiration dépasse les sept mètres. Elle a les mêmes
constituants qu'une pompe de surface sauf qu'elle est immergée dans l'eau,
elle peut comporter une ou plusieurs cellules
Elle peut avoir soit uniquement la pompe immergée ou aussi la pompe et le
moteur immergée. Dans le deuxième cas une étanchéité doit être parfaite,
c'est pourquoi les réparations doivent être effectuées par des organismes
spécialisés.
pompe et moteur immergées
pompe immergé avec moteur en surface
ETUDE DES POMPES CENTRIFUGES
Les pompes centrifuges ou rotodynamiques sont des machines
comportant une roue à aubes ou à
ailettes dont la rotation assure le
mouvement de l'eau.
Constitution:
Les pompes utilisées en irrigation sont des pompes centrifuges.
Une pompe centrifuge est constituée:
* D'une tubulure d'admission d'eau, appelée aussi * distributeur ou ouïe ou
aussi oeillard de la roue qui sert à conduire l'eau avec une vitesse et une
direction convenables dans l'axe de la pompe.
* D'une roue, ou turbine, ou rotor, constitué d'un moyeu porté par un arbre
et muni d'aubes tournant à l'intérieur de deux coquilles formant le corps de
pompe.
Différents types de rotors sont utilisés: le rotor ouvert, le rotor
demi- ouvert, le rotor fermé.
D'un diffuseur effectuant un ralentissement progressif qui est
terminé par un divergent qui contribue au ralentissement de la
vitesse du fluide, et partant à récupérer sous forme de pression
l'énergie cinétique correspondante. Le diffuseur peut être: lisse, à
ailettes, ou un colimaçon (volute).
Fonctionnement:
L'eau entre par le centre de la roue et sort à la périphérie, en
décrivant une trajectoire centrifuge.
Entre l'entrée et la
sortie de la roue ou
turbine ou rotor,
l'énergie mécanique
La pompe est
généralement
entraînée soit par un
moteur Diesel soit par
un moteur électrique.
Cette seconde formule est plus commode d'emploi mais il faut une ligne
électrique fournissant le courant adapté et ceci coûte cher à installer, même
pour une faible distance .
La pression peut également être obtenue par une différence de niveau :
un réservoir situé très haut fournit de l'eau sous pression au périmètre irrigué .
Un tel réservoir peut être alimenté partiellement ou même totalement
par refoulement à partir de la vallée. Cette formule présente des avantages
techniques et en particulier de rendre relativement indépendants les débits de
pompage et d'utilisation sur le terrain .
LES POMPES VOLUMETRIQUES
Une pompe volumétrique se compose d’une capacité hermétiquement close
(corps de pompe) à l’intérieur de laquelle se meut un élément mobile. rigoureusement
ajusté, dont le déplacement engendre, soit le vide requis à l’aspiration, soit
l’impulsion nécessaire refoulement, soit l’un et l’autre. L’énergie mécanique, produit
d’une force par un déplacement, est transformée en énergie hydraulique de pression.
Ces pompes connaissent une utilisation bien moins généralisée que celle des
turbopompe.
Leurs emploi se trouve limité à des services très particuliers et conviennent
pour élever de faibles débits à des pressions élevées. Elles sont généralement
réservées au pompage des fluides visqueux..
On distingue dans la catégorie des pompes volumétrique :
* Les pompes à piston alternatifs
* Les pompes rotatifs.
Les pompes à piston
Le refoulement du liquide est assuré par le mouvement de va- et – vient
rectiligne d’un piston dans un cylindre. Ce mouvement est engendré par un
mécanisme de transmission à manivelle. Suivant l’allure discontinue du débit, on
distingue les pompes à simple ou double effet :
Ces types des pompes sont utilisées
pour pomper l’eau dans des puits
profonds, mais ne se prêtent qu’à
l’élévation de modestes quantités d’eau
( max.- 1,5 m3 /h ). Leur coût est élevé et
elle et elles nécessitent un montage et une
manutention soignés. Elles ne conviennent
pas pour les eaux chargées.
Pompe de forage à piston
La pompe aspirante est un cas d’application de pompe à piston dans
l’alimentation en eau.
Cette machine tient de la pompe et de l’élévateur, car le liquide n’est jamais sous
pression .
Un autre cas d’application est constitué par la pompe à membrane. La
variation de volume est obtenue par la déformation d’une membrane élastique. Son
emploi est limité aux faibles pression : pompe de chantier, pompe de prairie
