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Le pompage de l'eau

L'eau, milieu d'élevage, est utilisable de deux manières :
* Sur place : la structure d'élevage est implantée dans le milieu (exemple des cages, des filières).
* Transportée à terre dans la structure d'élevage, soit naturellement par gravité, soit artificiellement par pompage.
Cette alimentation par pompage est un poste important dans certains élevages, et une attention toute particulière doit être apportée à sa réalisation. L'essentiel réside dans les éléments suivants :


PRISE D'EAU
ASPIRATION
STATION DE POMPAGE
REFOULEMENT
DISTRIBUTION




Les prises d’eau

La prise d'eau est l'élément essentiel d'une installation de pompage. La technique doit être parfaitement soignée, les risques encourus étant importants.
Les deux éléments essentiels de cette prise d'eau, très proches par leur fonction, sont :
La grille : dispositif fixe, généralement à barreaux, arrêtant les gros obstacles (paquets d'algues, branchages, etc ...),
La crépine : cylindre perforé, refusant le passage à des objets nettement plus petits. La surface de passage de l'eau doit être au minimum de 25 à 30 fois la section de la canalisation raccordée.
Ces deux éléments peuvent d'ailleurs être présents sur une même prise d'eau. De nombreux types existent. Les principaux sont décrits ci-après :

Les bassins submersibles

Un bassin construit sur l'estran et se remplissant à marée haute est une bonne réserve d'eau de mer pour le pompage.(Fig. n° 1).
Cette pratique est couramment utilisée par les ostréiculteurs. Elle a l'avantage de permettre un pompage en continu. Les débits restent faibles, sauf à prévoir d'énormes volumes.
Les matériels de pompage utilisés sont indifféremment des pompes à terre avec canalisation d'aspiration ou des pompes immergées.

Les vannes murales et les clapets

En rivière ou dans les bassins à marées, l'eau prélevée pénètre gravitairement dans un bassin insubmersible au travers de vannes murales ou de clapets. C'est le modèle classique des piscicultures d'eau douce. L'eau stockée est utilisable gravitairement ou par pompage. (Fig. n° 2).
Cette prise est protégée par une grille généralement posée inclinée sur toute la hauteur d'eau.
Les barreaux sont disposés parallèlement dans le sens de la plus grande pente (et non à l'horizontale). Cette disposition évite un colmatage complet de la prise d'eau en obligeant les corps flottants arrêtés à monter le long de la grille.
Ce type de prise est onéreux par les travaux relativement importants à entreprendre, tant en terrassements qu'en génie civil. Par contre, elle est très rustique et très fiable dans son fonctionnement.


 


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Les prises en pleine eau

La crépine (ou la pompe immergée) est implantée en pleine eau. Plusieurs supports sont possibles :
(Fig. n° 3)
Les quais : c'est le pompage traditionnel pour alimenter en eau les viviers,
Les estacades : passerelles avancées sur le plan d'eau soutenues par des pieux.
Les pontons flottants : la liaison avec la terre se faisant par des tuyaux souples.
Pour les quais et les estacades, la pompe immergée est souvent utilisée. Elle est alors montée sur des guides facilitant la remontée.
Pour tous ces cas, une grille de protection est souvent préconisée pour éviter le colmatage de la pompe.

Les prises sur le fond

De nombreuses variantes existent par la forme, les matériaux. Toutes dérivent du même principe :
- Un support pesant pouvant être ancré, ensouillé.
- Une protection de l'élément de pompage par grille ou grillage fixé(e) au support.
Quelques exemples :
Bloc de béton surmonté d'une cage grillagée (chapelle de vivier), puisard d'aspiration ou de pompage enterré dans le sol avec grille de protection. (Fig. n° 4).
L'entretien de ce type de prise est important et nécessite bien souvent l'intervention de plongeurs. Selon le site, paquets d'algues et sable, ou branchages et feuilles arrivent à colmater l'ensemble. Des visites systématiques doivent être prévues.

Les puits

Selon les sites et pour éviter les inconvénients d'entretien et d'intervention sur un pompage en fond, on a recours au puits.
Celui-ci est creusé au pied même de la ferme d'élevage et est équipé de pompes, y compris des pompes immergées sur guides.
En cas d'incident sur le pompage, une intervention directe est possible quel que soit l'état du plan d'eau (rivière en crue, marée).
Plusieurs alimentations en eau de ce puits sont possibles selon le site et selon le sol rencontré.


  • Alimentation gravitaire

par communication directe entre le plan d'eau et le puits : pose de canalisation(s) d'un diamètre suffisamment grand pour éviter les pertes de charges. Une cage grillagée peut protéger l'entrée de cette conduite et éviter l'introduction de gros corps étrangers dans le puits. (Fig. 5a).


  • Alimentation par siphon

pour diminuer le coût des terrassements (exemple d'une côte rocheuse). (Fig. 5b).
Le désamorçage est un inconvénient majeur dans cette solution. Toutefois, une installation bien conçue et surtout la mise en place de deux siphons, réduisent les risques.
L'entrée du siphon peut être protégée par des grilles. En cas de colmatage sérieux, des pertes de charges amèneront de la cavitation. Le dégagement gazeux s'accentuant, la poche formée finira par provoquer le désamorçage. L'entrée libre de siphon montre que le passage de corps étrangers ne perturbe en rien le pompage si l'on prend la précaution de placer dans le puits des pompes sécatrices. Les corps étrangers hachés sont récupérés par tamisage sur le refoulement.


  • Alimentation par drains

Cette disposition est recommandée dans les terrains sableux. Des drains sont disposés tout autour du puits. L'eau récoltée a l'avantage d'être débarrassée de tout élément en suspension car filtrée par le sol.
(Fig. 5c)
Ce type de prise d'eau se rencontre très souvent dans les mers sans marée.
Il est particulièrement intéressant car il amène l'eau directement sur la ferme d'élevage. Bien que l'investissement d'origine soit généralement élevé, il est souvent compensé par une exploitation plus aisée.


 


 


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Le pompage

En aquaculture, les pompes les plus fréquemment utilisées sont les pompes centrifuges. Toutefois, selon les utilisations, d'autres machines élévatoires peuvent compléter la gamme précédente : ce sont les pompes volumétriques.


  • Les pompes volumétriques

Dans ces pompes, un volume d'eau est emprisonné dans une enceinte et transporté de l'aspiration au refoulement.

*Les machines élévatoires simples Vis d'Archimède
Ces machines parmi les plus anciennes sont pourvues de capacités se remplissant par immersion dans un réservoir bas et soulevant la masse liquide jusqu'à la déverser dans un réservoir haut (Fig. n° 8).

La masse liquide est toujours maintenue à la pression atmosphérique. L'axe de la vis est incliné pour maintenir l'eau emprisonnée entre le support et son hélice.

Ces machines permettent l'élévation de débits importants (2 m3/s) à des hauteurs d'élévation faibles (quelques mètres), avec des puissances faibles. Leur rendement avoisine 65 %.

* Les pompes à piston alternatives
Un piston se meut dans un cylindre, animé d'un mouvement alternatif rectiligne. Des soupapes règlent l'admission et le refoulement de l'eau à l'intérieur du corps de pompe. (Fig. n° 9).

La pompe est entraînée par un moteur rotatif. Le mouvement rotatif du moteur est transformé en mouvement alternatif par un système bielle-manivelle.
La pompe à simple effet ne débite que pendant l'une des deux courses du piston. La vitesse du piston variant de 0 à 0 en passant par un maximum, le débit varie dans le même sens en fonction du temps.
Le fonctionnement irrégulier de la pompe à simple effet conduit à utiliser des pompes à double effets, le piston travaillant sur chaque face alternativement à l'aspiration et au refoulement.
Le débit moyen est alors double de celui de la même pompe fonctionnant en simple effet.

* La pompe à membrane ou à diaphragme dans laquelle le piston est remplacé par une membrane (Fig. n° 10).
Celle-ci est fixée sur les parois d'une cuve.

La partie centrale de la membrane est fixée à une tige animée d'un mouvement rectiligne alternatif. La variation du volume de la cuve engendre la variation de pression.

Les pompes à piston sont des matériels robustes. Leur vitesse lente entraîne une faible usure des différents organes. Elles ont un bon rendement qui ne varie pas avec la hauteur de refoulement. Elles sont intéressantes pour de petits débits et de fortes pressions.

En revanche, leur construction mécanique est complexe. Elles nécessitent un entretien soigné. Elles exigent un fort couple au démarrage.
Leur coût est ordinairement plus élevé que celui des pompes centrifuges.

* Les pompes rotatives à palettes
Le principe de fonctionnement de ces machines est d'assurer la variation d'une capacité par le mouvement continu d'un organe appelé rotor animé d'un mouvement circulaire. Il n'y a aucune communication directe entre l'aspiration et le refoulement. Le mouvement continu du rotor évite les forces d'inertie à vaincre dans le mouvement alternatif.
Les pompes à palettes sont constituées par un cylindre dans lequel tourne un cylindre de diamètre plus petit dont l'axe est excentré par rapport à celui du corps de pompe. (Fig. n° 11).
Dans le cylindre-rotor, des rainures abritent des palettes poussées vers l'extérieur par un ressort, de telle sorte que ces palettes suivent la paroi du corps de pompe. Ainsi, la rotation du rotor entraîne la création de capacités successives dont le volume commence par croître (aspiration) pour décroître ensuite (refoulement).

* Les pompes rotatives à rouleaux
sont constituées par un cylindre et un rotor excentré. Ce rotor est composé d'un noyau présentant des doigts. La rotation entraîne une succession de capacités rendues étanches par des rouleaux cylindriques en caoutchouc appliqués sur la paroi par la force centrifuge. La variation du volume de chaque capacité assure l'entraînement du liquide. (Fig. n° 12).

* Les pompes rotatives à engrenages (ou à pignons) comportent deux pignons spéciaux s'engrenant l'un dans l'autre, tournant autour de deux axes parallèles, en sens contraire l'un de l'autre, dans un corps de pompe communiquant d'une part avec l'aspiration, d'autre part avec le refoulement.
(Fig. n° 13).

* Les pompes péristaltiques
Un tube flexible est emprisonné dans une enceinte mi-cylindrique et un rotor servant de piston externe écrase ce tube. Une capacité d'eau est ainsi emprisonnée entre les deux extrémités du rotor. La rotation entraîne ce volume de l'aspiration au refoulement. (Fig. n° 14).
Ces pompes rotatives s'amorcent automatiquement. Leur débit indépendant de la hauteur d'élévation est proportionnel à la vitesse de rotation, donc dépendant uniquement de la puissance du moteur et de la résistance des organes.
Toutes ces pompes volumétriques sont utilisées plutôt en laboratoire, à cause de leurs faibles débits.


 


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  • Les pompes centrifuges

- Description

Une pompe centrifuge ou turbo-pompe se compose : (Fig. n° 15)

- d'un distributeur, sorte de tubulure profilée qui conduit l'eau de la canalisation d'aspiration dans l'axe de la pompe, appelée "ouïe",

- d'une roue ou rotor munie d'aubes sur son pourtour et tournant à l'intérieur d'un corps de pompe. Cette roue calée sur l'axe d'entraînement, communique à l'eau l'énergie cinétique reçue du moteur,

- d'un diffuseur ou limaçon se prolongeant par un cône (ou divergent) vers la canalisation de refoulement. Le rôle de ce diffuseur est de ralentir le courant d'eau pour transformer l'énergie cinétique du liquide en pression. Il peut être lisse ou équipé d'ailettes.

L'eau entre par le centre de la roue et sort par la périphérie, décrivant une trajectoire centrifuge d'où le nom donné à ces machines. En fait, ce nom est impropre. En effet, il existe des pompes à fonctionnement obéissant aux mêmes lois et dans lesquelles la trajectoire générale des filets liquides tend à devenir parallèle à l'axe : le mouvement correspond à celui d'une hélice d'où le nom de pompes hélices. La force centrifuge ne joue donc aucun rôle dans le fonctionnement de ces dernières machines. Pour ces raisons, l'expression "turbo-pompes" serait mieux choisie. Néanmoins, nous conserverons le terme de “pompes centrifuges“ consacré par l'usage.

Caractéristiques et couplage de pompes

L'étude des pompes centrifuges conduit à tracer leurs courbes caractéristiques.(Fig. n° 16).
Rappelons les caractéristiques à vitesse constante qui donnent, en fonction du débit, la hauteur recueillie HMT (hauteur manométrique totale), la puissance sur l'arbre P et le rendement r.
Ces courbes permettent de déterminer le point de fonctionnement d'une pompe centrifuge connaissant sa vitesse et les caractéristiques du réseau (diamètre, longueur et nature des canalisations). Elles sont fournies par le constructeur.
Deux pompes identiques peuvent être couplées en parallèle, la pression ou hauteur recueillie reste identique mais le débit change sans doubler.
Le couplage de deux pompes en série fait passer l'eau sortant de la première turbine au centre de la seconde. Le débit reste inchangé. Par contre, la hauteur de refoulement est approximativement multipliée par le nombre d'étages, aux pertes de charge près : les pompes à plusieurs turbines sont appelées à étages ou multicellulaires.
La courbe des rendements permet de se guider dans le choix de la puissance. Il ne faut pas simplement se dire qu'une machine de puissance très supérieure à celle nécessaire, pouvant le plus pourra le moins.
Si une pompe est construite pour assurer un débit Q à une pression P avec un rendement maximum, toute utilisation modifiant Q et P (diminution de débit par fermeture d'une vanne de réglage) fait diminuer le rendement. L'énergie consommée par m3 refoulé devient plus onéreuse. Il faut donc bien définir le débit et la hauteur d'élévation pour bien choisir la pompe.


  • Les différents types

D'après le nombre de roues :
La pompe monocellulaire comporte une roue, la multicellulaire plusieurs roues (couplage en série). Ce dernier type est utilisé lorsque, pour un même débit, l'on veut augmenter la hauteur de refoulement.

D'après la forme des roues :
Dans la pompe de type centrifuge pur, la vitesse de l'eau à la sortie est dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Ce type de pompe convient pour des débits faibles et des hauteurs de refoulement importants.(Fig. n° 17a).
Dans la pompe hélicoïde (pompe hélice), la vitesse tend à être parallèle à l'axe de rotation et l'eau décrit une surface hélicoïde. Ce type de pompe convient aux débits importants avec des hauteurs d'élévation réduites.
(Fig. n° 17b).
Dans la pompe hélico-centrifuge, la vitesse de l'eau à la sortie est inclinée sur l'axe de rotation. Les pompes de ce type conviennent pour des caractéristiques intermédiaires à celles indiquées précédemment. (Fig. n° 17c).

D'après la position de l'axe
La pompe à axe horizontal est entraînée par un moteur placé à côté d'elle. On l'emploie pour les reprises en surface (Fig. n° 18a).
On installe cette pompe, soit en charge sur un réservoir de pompage ou sur le plan d'eau lui-même si la station de pompage est enterrée, soit en aspiration. La pompe centrifuge du type courant ne s'amorce pas d'elle-même : son tuyau d'aspiration doit être plein d'eau. Deux solutions sont utilisées :
- La mise en place d'un clapet de pied à la crépine empêchant, après arrêt de la pompe, la vidange de la colonne d'eau.
- La création d'un système d'amorçage automatique, par exemple à l'aide d'une pompe à vide.
Cette dernière aspire l'air et la canalisation se remplit d'eau.
La pompe à axe vertical qui permet de descendre la pompe dans l'eau évitant ainsi les défauts d'amorçage. (Fig. n° 18b).
Cependant, il ne faut pas éloigner de façon exagérée la pompe de son moteur. La solution n'est pas économique et les risques de vibration des axes augmentent.
Une variante de cette pompe est le groupe moto-pompe immergé dans l'eau. Les problèmes d'amorçage sont résolus ainsi que ceux de refroidissement du moteur. Un inconvénient majeur réside dans le maintien de l'étanchéité à l'eau du moteur (joint entre la pompe et le moteur, joint à l'entrée du câble électrique).


 


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  • Les pompes radiales ou centrifuges pures

La force centrifuge imprimée par les aubes aux particules de liquide les propulse vers l’extérieur dans un plan perpendiculaire à l’axe du mobile.
La trajectoire des particules liquides est une composante de la force centrifuge et de la force axiale.

Les pompes immergées à roues sécatrices
Ces pompes comportent une roue à canaux classiques à l'entrée de laquelle est fixé un cône broyeur en acier. Ce dernier tourne devant des couteaux fixés à l'intérieur du corps de pompe.
Cette disposition permet la coupure franche des matières solides et diminue considérablement les risques de colmatage.

On utilise ces pompes pour:
* pompage d’eaux chargées contenant des algues et débris végétaux.
* pompage de déchets en provenance de l’industrie de conditionnement de poissons.

Pompes immergées à canaux
Les pompes à canaux sont utilisées pour le pompage et le recyclage d’eaux faiblement chargées et dégrillées.
La roue est constituée de 2 ou 3 canaux.

Pompes de surface monocellulaires horizontales
Ce modèle est conçu pour le pompage de liquides clairs, propres, non agressifs et non explosifs, sans particules solides ou fibreuses.
Ces pompes ne sont pas auto-amorçantes et possèdent un orifice d’aspiration axial, un orifice de refoulement radial ainsi qu’un arbre horizontal.
Débit : 2 000 m3/h maxi
Hauteur manométrique : 150 mCE maxi
Température du liquide : -40°C à +160°C
Pression de fonctionnement : 10 bars ou 16 bars
Pression d’entrée : 9 bars maxi, 7 bars maxi pour les pompes avec diamètre de roue de 400 mm ou plus.

Pompes de surface multicellulaires

Cette catégorie de pompes peut atteindre des débits jusqu’à 120 m3/h. Elles résistent aux hautes pressions, d’une maintenance simplifiée, elles sont utilisées soit pour :
- Les adductions d’eau
- l’industrie et les traitements d’eau, process industriels, agro-alimentaires etc...
- Irrigation
Ce type de pompes offre d’excellentes performances à l’aspiration, elles sont conçues spécialement pour véhiculer des eaux légèrement chargées de sable ou de particules solides qui pourraient endommager d’autres types de pompes. Cette performance est essentiellement liée aux paliers en carbure de tungstène. De plus elles sont étudiées pour redémarrer en toute sécurité même après de longues périodes d’arrêt. Elles possèdent des chemises d’étanchéité à joints toriques pour supporter d’importantes variations de températures ainsi qu’un système de raccordement flexible pour installations rapides.


  • Les pompes axiales ou à hélices

Les particules liquides sont projetées axialement en décrivant une trajectoire suivant un cylindre de révolution et paralellement à l’axe de la pompe.

Les pompes à hélices
Les pompes à hélices sont caractérisées par la rotation d'une hélice dans un tube. Par son profilage, cette hélice crée à sa partie inférieure une dépression et une surpression à sa partie supérieure : l'eau est ainsi mise en mouvement.
Ces pompes comprennent : (Fig. n° 20)
Une tête : bâti supportant l'ensemble de la pompe sur montée du moteur.
Une colonne : plus ou moins longue selon la hauteur à pomper, cette colonne comprend un tube à brides servant de canalisation de refoulement, un arbre de transmission et un palier de guidage.
Un corps : placé à l'extrémité de la transmission, il est composé d'une hélice à pales fixes et d'un diffuseur avec aubages redresseurs.

Les pompes à hélices refoulent de grandes quantités d'eau (plusieurs centaines à plusieurs milliers de m3/h) à des hauteurs très faibles (quelques mètres). Les rendements atteints sont excellents (de 60 à 75%). Elles sont parfaitement adaptées à l'aquaculture en bassin de par leur facilité d'installation et d'entretien, car les mécanismes sont simples, et par leur polyvalence d'utilisation (alimentation en eau, recyclage, brassage).

Plusieurs dispositifs existent :
axe vertical (modèle standard,le plus utilisé)
Moteurs
aériens
axe horizontal (pompes coudées
généralement utilisées en recirculation de fluides)



axe vertical (électro-pompe
submersible à hélice,
ensemble compact à arbre court)
Moteurs
immergés
axe horizontal (agitateur - accélérateur,
utilisables pour créer
un courant d'eau ou une recirculation)

Pompe-hélice à gros débit

Ces pompes sont conçues pour de très faibles hauteurs, des débits variables, une très faible consommation énergétique et un haut rendement : 500 m3/h à 2,30 m = 4,2 kW
Le diamètre d’hélices disponibles varie de 180 à 500 mm.
Le débit est de 150 à 2800 m3/h pour des hauteurs de 40 cm à 6 m.
Le corps de pompe est étudié et fabriqué en fonction de chaque utilisation particulière.

Pompes de forage
Une gamme complète de pompes et moteurs immergés avec un eplage de débits entre 0 et 250 m3/h avec rendement trés élevés. Les pompes sont fabriquées en acier inoxydable, offrant ainsi une haute tenue à l’abrasion et un minimum de risques de corrosion pour le pompage d’eau claire. Certains modèles propose un acier plus résistant permettant le pompage des liquides plus agressifs ou même légèrement pollués comme par exemple des huiles.
Une télésurveillance assure une protection électronique des moteurs 50 Hz et 60 Hz, de l’équipement, des cables et des jonctions (intensité jusqu’à 400 A). Ce contrôle permet de protéger la pompe de la marche à sec, de la surcharge, du fonctionnement à vanne fermée, du gel des tuyauteries ainsi que d’autres risques suceptibles de l’endommager.


  • Les pompes à vortex
La roue est placée au fond du corps de pompe laissant la chambre de la pompe pratiquement vide.(Fig. n° 19).
La rotation de cette roue entraîne à l'amont une dépression qui facilite l'opération. Le libre passage dans le corps de pompe permet le pompage du mélange liquide-corps solides, refoulé par la force centrifuge vers la distribution.
La veine liquide tourbillonnaire évite le contact des corps solides avec les parois et la roue. Ce procédé est utilisé pour le transport de produits fragiles (fruits, poissons vivants).


 


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