POMPES A EMULSION OU EMULSEURS - fao.org · fortes pentes où le cours d'eau ou la rivière descend le long d'une vallée à très forte pente. ... Le seul exemple de pompes conçues

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

POMPES A EMULSION OU EMULSEURS

Le principal avantage des pompes à émulsion ou émulseurs c'est leur extrêmesimplicité. L'appareil est composé pratiquement d'une colonne profonde plongée dansun puit de telle sorte que la hauteur de la partie immergée soit supérieure de la partie setrouvent au-dessus du plan d'eau. L'air comprimé est introduit du côté inférieur de cettecolonne (voir figure 76). L'air comprimé produit une émulsion d'air et d'eau dont ladensité est inférieure à celle de l'eau, par suite elle tend à remonter en surface. L'aircomprimé est fourni par un compresseur entraîné normalement par un moteur, maisaussi par une éolienne. Le principe de fonctionnement de cet ap pareillage consiste àréaliser une émulsion d'air et d'eau dont la densité est réduite à moins de la moitié decelle de l'eau. Cette émulsion remonte dans le puits au-dessus du niveau de l'eau à unehauteur sensiblement égale à la hauteur de la partie immergée de la colonne montante.Plus la colonne montante est immergée dans l'eau, plus le débit de l'émulsion seraimportant pour le même débit d'air comprimé. Par conséquent le rendement d'unepompe à émulsion est d'autant plus fort que le rapport de la hauteur immergée de lacolonne montante à la hauteur d'aspiration statique est plus élevé. De plus, en cas d'uti-lisation dans les forages, la profondeur de forage doit dépasser le double de la hauteurd'aspiration pour assurer une immersion adéquate.

FIGURE 76Pompe à émulsion (émulseurs)

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Les machines élévatoires

La pompe à immersion a pour principal avantage c'est de ne comporter aucune piècemécanique au-dessous du sol. Elle est essentiellement simple et fiable et fonctionnesans problèmes avec des eaux chargées de sable ou de graviers. Par contre, ce type depompes présente des inconvénients sérieux. Première-ment, cette pompe a un rende-ment de pompage médiocre d'environ 20 à 30% au mieux, en termes de rapportd'énergie hydraulique produite à l'énergie développée pour l'obtention de l'air comprimé.De plus en règle générale le rendement global est lui aussi affecté par le mauvaisrendement des compresseurs. Par conséquent, les coûts d'exploitation d'une pompe àémulsion seront donc très élevés du point de vue énergétique. Deuxièmement, en casd'utilisation pour les forages, on est amené à avoir des forages plus profonds qu'avecd'autres types de pompes, donc des coûts de forages aussi importants. Ce problème estbien sûr moins grave pour les installa-tions à faible charge, car la profondeur

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supplémentaire requise n'est pas alors trop importante, ou bien lorsque de toute façon,la profondeur du forage elle-même est importante du fait de la profondeur de la nappe.

DISPOSITIFS A IMPULSION (BELIER HYDRAULIQUE)

Ces dispositifs utilisent l'énergie de la chute d'eau pour élever une partie du débit d'eauau- dessus du niveau de la source. Le prin-cipe de fonctionnement consiste àtransporter l'eau dans une con-duite, puis de créer une surpres-sion brusque pour lafermeture instantanée (ou violente) d'une vanne installée à l'extrémité de la conduite enquestion. Cette manoeuvre produit le "coup de bélier" entraînant une forte et soudaineaugmentation de pression. Cette surpression serait suffisante pour élever une faibleproportion du débit d'alimentation à un niveau nettement plus haut.

Ces dispositifs sont donc utilisables principalement dans les régions montagneuses àfortes pentes où le cours d'eau ou la rivière descend le long d'une vallée à très fortepente. De même, elle est aussi utilisable dans le cas où la côte du terrain à irriguer estsupérieure à la côte piézomètrique d'une adduction gravitaire par des canaux à cielouvert à partir de la source d'alimentation.

Le seul exemple de pompes conçues sur ce principe est celui de la pompe à bélierhydraulique ("hydram"), qui est effectivement un mélange d'une machine motricehydraulique et d'une pompe. Simple sur le plan mécanique, la pompe à bélierhydraulique est robuste et parfaitement fiable, et elle a en outre un rendementacceptable. Par contre, le débit fourni dans la plupart des cas est trop faible (d'environ 1à 3 litres par seconde). Ces installations sont donc particulièrement utilisées pourl'irrigation de petites exploitations ou des terrasses simples, ou de jeunes plants depépinières, etc.

Une description plus détaillée des béliers hydrauliques est donnée à la section Le bélierhydraulique, Chapitre 4, consacrée aux dispositifs de pompage actionnés par l'énergieHydraulique.

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DISPOSITIFS GRAVITAIRES

Siphons

Les siphons ne sont pas à proprement parler, des dispositifs élévateurs d'eau, puisquele niveau d'eau à la sortie du siphon est inférieur à son niveau initial. Les siphonspermettent cependant de franchir des obstacles (collines, digues, etc.) séparant lasource d'alimentation de la zone à irriguer, ce qui est un grand avantage dans lesinstallations d'irrigation. Ils sont par ailleurs reconnus comme des ouvrages difficiles àinstaller et à entretenir. De plus leur principe de fonctionnement est rarementparfaitement compris. Il est donc utile de les passer succinctement en revue.

Les schémas des figures 77A à 77C représentent différents types de siphons. L'usagedes siphons est limité à des hauteurs d'élévation d'environ 5 m au niveau de la mer,pour les mêmes raisons invoquées lors de l'étude des conditions à l'aspiration despompes. La principale difficulté qui entrave le fonctionnement des siphons est liée à lapression négative qui pourrait se produire au sommet du siphon. En effet, à ce momentlà l'air dissous passe de la phase liquide à la phase gazeuse pour former une bulle d'airqui crée un obstacle à l'amorçage du siphon, ou bien de réduire le débit d'eau d'unsiphon déjà amorcé. Cette bulle d'air pourrait se transformer en une poche d'airsuffisamment importante jusqu'à devenir comme un bouchon qui ne laisse passer aucundébit. Il faut donc que le siphon qui est en totalité à une pression inférieure à la pressionatmosphérique, soit parfaitement vide d'air. Par ailleurs les risques de bouchons d'airsont nettement moins graves si l'écoulement d'eau est rapide, la hauteur d'élévation estfaible et les joints sont parfaitement étanches.

FIGURE 77Types de siphons

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Rappel des types de pompes et des techniques d'élévation de l'eau142


L'amorçage des siphons pourrait également poser certains problèmes. Les siphons lesplus simples faits de petits éléments de tuyaux plastiques souples sont les plus utiliséspour l'irrigation des parcelles. Ils permettent de traverser la digue qui séparegénéralement la rigole de distribution de la parcelle à irriguer. Or il est bien connu quepour amorcer le siphon, il suffit de remplir entièrement le tuyau souple en le plongeantdans la rigole, de boucher à la main une des extrémités du tuyau (celle qui doit alimenterla parcelle), ensuite de faire passer le tuyau au-dessus de la digue. Cependant, cettetechnique ne peut s'appliquer aux siphons de grandes dimensions qui sont strictementindispensables pour le franchissement d'obstacles difficiles à excaver ou à éliminer nonplus lorsqu'il y a des risques de fuites d'eau quand la canalisation est enterrée sous unedigue ou une banquette de terre.

La figure 77A représente un siphon muni du côté aspiration d'un clapet de non-retour oud'un clapet de retenue, et d'une vanne ordinaire ou d'un robinet de manoeuvre du côtérefoulement. Le sommet du siphon est muni d'un entonnoir d'alimentation qu'on peutisoler par une vanne. Si le robinet de manoeuvre, côté refoulement, est fermé et si lerobinet supérieur est ouvert, le siphon pourrait être rempli d'eau. Le siphon est amorcélors de fermeture du robinet de remplissage et l'ouverture du robinet de manoeuvre aurefoulement.

Le dispositif du schéma B est semblable à celui du schéma A. Cependant, au lieu deremplir le siphon d'eau pour l'amorcer, une pompe à vide est installée à cet effet. Cetteopération s'effectue évidemment après la fermeture de la vanne au refoulement. Lapompe à vide peut être du type manuel simple ou bien une petite pompe à videindustrielle. Une fois 'l'air chassé, la vanne de refoulement est ouverte et le siphons'amorce.

Le dispositif du schéma C représente un siphon dit inversé, utilisé dans le cas où unerigole d'irrigation surélevée doit traverser une route. Les siphons inversés sont soumis àune pression supérieure à la pression atmosphérique et il n'y a pas en principe de limiteà la profondeur de passage du siphon. Cependant, la conduite doit supporter la pressionhydrostatique. De plus, la sortie du siphon doit être à un niveau suffisamment plus basque son d'entrée de façon à obtenir le gradient hydraulique nécessaire pour assurer unécoulement gravitaire.

Quanats et foggaras

Les quanats, connus sous ce nom en langue farsi ou sous celui de foggaras (en arabe),sont en quelque sorte des "moyens artificiels" pour remonter l'eau souterraine à lasurface juste au-dessus du plan d'eau local, et ce suivant les lois de la pesanteur.Comme pour les siphons, ce ne sont pas de dispositifs d'élévation d'eau à proprementparler. Mais ils constituent un moyen d'élévation de l'eau d'un puits ou d'un forage pourl'utiliser en irrigation. Ils ont été utilisés avec grand succès depuis plus 2000 ans en Iran,et depuis des siècles en Afghanistan, dans une grande partie de Moyen Orient et danscertaines régions de l'Afrique du Nord.

Le schéma de la figure 78 représente la coupe transversale d'un quanat. Comme onpeut le voir, le principe de fonctionnement repose sur le fait que la nappe est alimentéepar des conduits souterrains remontant la pente et communiquants avec des réservoirssouterrains. Il est donc possible de creuser une petite galerie généralement ascendante,

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jusqu'à son point derencontrée avec la nappe phréatique à un niveau suffisammentsupérieur à celui du terrain à irriguer et de préférence à courte distance. Cela équivautpratiquement à incliner progressivement un forage jusqu'à ce que la nappe phréatiquesoit à un niveau supérieur de façon à avoir un écoulement d'eau continu par gravité etsous aucun pompage.

FIGURE 78Section transversale d'un quanat

La longueur des quanats est généralement comprise entre 1 et 50 kilomètres environ,les installations les plus longues se trouvent en Iran, près d'Ispahan. Les travauxd'excavation consistent à forer des puits tous les 50 à 100 mètres, et de les relier pardes galeries horizontales en partant du point d'alimentation. Des techniquestraditionnelles - avec de simples outils manuels - sont adoptées en même temps que lestechniques plus perfectionnées de levé topographique, et de percement de galeries. Ilfaut parfois plusieurs décennies pour réaliser un quanat de longueur importante. Maisune fois achevées ces ouvrages peuvent fonctionner sans problèmes avec des coûtsd'exploitation très faibles durant des siècles. L'aspect extérieur d'un quanat est typiquepuisqu'il correspond à une série de cratère en terre (ou bien d'un petit mur de brique)autour de chaque ouverture de puits. Cette disposition empêche les eaux de cruesbrutales (ou avalisions) d'inonder le puits et d'affouiller les parois. Les eaux d'un quanatsont utilisées pour l'irrigation des oasis cultivées qui doivent leur présence dans le désertà ce mode d'alimentation sûre et ininterrompue d'eau.

Des efforts ont été déployés en Iran afin de mécaniser la construction des quanats, sanstoutefois être couronnés de succès. Dans certains cas les quanats sont parfois associésà des pompes mécaniques, dans ce cas un quanat court presque horizontale attaque lanappe phréatique au niveau le plus haut. Dans ce cas le fonds du quanat ne suit pas lapente du plan d'eau de la nappe, le quanat dans ce cas crée une sortie artificielle de lanappe à une côte supérieure au plan d'eau local de la nappe. L'eau est ensuiteemmagasinée dans une cuvette ou une citerne aménagée sur une plate-forme setrouvant au-dessus du niveau local de la nappe phréatique, mais en même temps au-dessous du terrain naturel. Une pompe diesel est installée sur cette citerne ou cuvettepour élever l'eau à la surface. Cette solution est utile si l'on vent d'un côté écouler lequanat dans des difficiles, ou bien lrosque les terrains à irriguer se trouvent au-dessusde la débouchée naturelle de la nappe transportée par gravité dans un quanat.

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MATERIAUX UTILISEES DANS LA FABRICATION DESDISPOSITIFS ELEVATOIRES

Il s'agit d'un domaine assez complexe et difficile à couvrir d'une manière exhaustive. Onva se contenter néanmoins de présenter succinctement les avantages et lesdésavantages des différents matériaux généralement utilisés pour en tenir compte dansl'évaluation des caractéristiques des équipements.

Les aspects essentiels à prendre en compte dans la sélection des matériaux deconstruction des équipements de pompage sont les suivants :

la résistance mécanique, les éléments sujets à des efforts intenses doiventpouvoir fonctionner pour une longue période sans risques de défaillance suite àune surcharge ou plus vraisemblablement par fatigue;

la résistance à la corrosion et à l'humidité; la résistance à l'usure et à l'abrasion. Cette propriété est surtout importante pour

les éléments glissants ou bien sujets aux forces de frottement, ainsi qu'à ceux encontact avec les filets liquides chargés de matières solides en suspension:

le coût.

Comme dans tous les domaines techniques, on ne trouve pas toujours des matériauxqui répondent en même temps d'une manière satisfaisante et complète à toutes cesconsidérations, d'où la nécessité à trouver toujours un compromis. Il n'en demeure pasmoins nécessaire de vérifier si le compromis trouvé répond d'une manière satisfaisanteaux conditions d'utilisation.

Il est utile de passer succinctement en revue les avantages et les inconvénients desdifférents matériaux utilisés pour la fabrication des pompes et des autres dispositifsd'exhaure. Ils sont par ailleurs récapitulés au tableau 7.

Matériaux ferreux

La plupart des matériaux ferreux ou à base de fer sont sujets aux problèmes decorrosion. Par contre, ils sont sans doute les matériaux les plus résistants, les mieuxconnus, bon marché et facilement disponibles. En règle générale, le fer et l'acierconviennent plus particulièrement aux éléments de structure dont la résistance est unecaractéristique importante, et où la présence d'une couche superficielle de rouille n'estpas un problème majeur.

L'acier doux ordinaire est l'un des matériaux les plus vulnérables à la corrosion. Lescoulis de fer (fonte) et d'acier, excepté au cas où ils sont travaillés en usine, sontgénéralement couverts d'une couche d'oxyde de fer noir qui se forme lorsque la fonteest encore à haute température. Il y a plusieurs méthodes de protection de l'acier contrela corrosion, notamment la peinture classique, les inhibiteurs modernes de corrosion quiadhérent à la surface du métal et empêchent la corrosion. Il y a aussi d'autres méthodesde protection tel que le placage, l'enduit et l'enrobage métallique, tel que le placage auzinc (galvanisation) et au cadmium. D'autres alliages d'acier à base de chrome et denickel, appelés aussi aciers inoxydables, sont également résistant à l'oxydationcependant ils ne sont pas bon marché.

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TABLEAU 7Principales caractéristiques des matériaux utilisés dans la fabrication des pompes

Matériau Résistancemécanique

Résistance àla corrosiondans l'eau

résistance àl'abrasion

Coût Utilisation type

Acier doux forte très faible moyenne àforte

faible arbres tiges de pompeécrous et boulonspièces porteuses

Fonte moyenne moyenne moyenne àforte

faible carters de pompes

Acier inoxydable forte très bonne bonne élevé écrous et boulonsarbres rotors surfacesfrottantes humidespièces de robinetterie

Laiton moyenne bonne moyenne àforte

élevé rotors cylindres depompe surfacesfrottantes humides

Bronze/bronze auzinc

forte à moyenne très bonne moyenne àforte

élevé rotors pistons depompes paliers etpièces frottanteshumides pièces derobinetterie

Aluminium/alliages légers

forte à moyenne moyenne àforte

faible moyen àélevé

carters de pompetuyaux d'irrigation

Bois tendres faible faible faible peu élevé pièces peu sollicitéesBambou moyenne moyenne faible peu élevé pièces moyennementBois durs de bonnequalité

moyenne à forte moyenne àforte

moyenne àforte

moyen àélevé

ossature

Thermoplastiques,PVC,polyéthylène, etc.

moyenne très bonne généralementbonne

moyenne canalisations et piècesaccessoires

Thermoplastiques,plastiques mouléset composites

forte à moyenne généralement bonne

généralementbonne

moyenneà forte

carters de pompe,pièces, paliers

Bronzephosphoreux

moyenne bonne bonne élevé châssis, rondelles îlebutée

FIGURE 79Pompe chinoise de type libération à traction animale en acier pour plus de robustesse etd'efficacité (voir aussi figure 96)

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Les aciers inoxydables peuvent bien être utilisés au lieu du laiton et du bronze,cependant ils sont trop difficiles à manier et à façonner. Pour cela la plupart desconstructeurs de pompes préfèrent l'utilisation des alliages non ferreux résistant à lacorrosion. L'acier inoxydable est utilisé pour les boulons et les écrous pour remplacerl'acier doux aux endroits fortement corrosifs. Les boulons et les écrous en acierinoxydable sont plus coûteux que ceux en acier doux. Cependant ils deviennent moins

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chers si l'on tient compte des frais de la maintenance et du remplacement de cesmêmes pièces en milieu humide du fait de la corrosion.

Les éléments ferreux doivent donc être bien protégés contre la corrosion, et ils sontsurtout utilisés dans les parties (charpente ossature) qui ne sont pas en contact directavec l'eau. Un mauvais exemple de l'utilisation des éléments ferreux est celui descylindres en fonte. La surface du cylindre reste souvent en bon état tant que la pompeest en marche, mais à chaque arrêt prolongé de la pompe il y aurait formation d'unecouche d'oxyde de fer (rouille) relativement importante. Même à l'échelle microscopiquecette couche d'oxyde de fer (rouille) pourrait entraîner une usure rapide des jointsd'étanchéité des pistons aussitôt la pompe remise en marche. D'autre part, toutrevêtement, enrobage ou placage mince du cylindre de la pompe ne peut durer assezlongtemps du fait de l'usure. Toutefois, les carters de pompes centrifuges en acier mouléou coulé ont été toujours satisfaisants. Cependant les pièces critiques, telles que lesanneaux d'usure intercalaires sont fabriqués d'un métal approprié de haute résistance àla corrosion. De même, les rotors de pompe centrifuge en acier moulé peuvent aussiêtre utilisés. Ils sont de qualité inférieure que les rotors non ferreux, mais par contre ilssont nettement moins chers. Les dimensions des pompes équipées de rotors en acierne peuvent pas être déterminées avec une grande précision ni avoir un fine de surfacemécanisé. Par suite leurs rendements sont plutôt inférieurs aux autres types de pompes.

Matériaux non ferreux

Le laiton (alliage cuivre-zinc) est le matériau le plus couramment utilisé dans lescylindres des pompes à mouvement alternatif. Du fait de leur coût élevé, les chemisesminces en laiton sont utilisées comme doublure à la face interne d'un cylindre en acier,au lieu d'un cylindre en laiton massif. Il faut évidemment éviter tout contact électrolytiquedirect entre l'acier et l'eau. Le laiton possède une bonne résistance à l'usure due auxforces de frottements - i.e. avec des joints en cuir - mais il n'est pas un métalparticulièrement résistant pour être utilisé dans les éléments de l'ossature, surtout ceuxsoumises à de fortes sollicitations. Le laiton connu sous le nom de laiton qualité marinecontient quelques traces d'étain, ce qui améliore notablement sa résistance à lacorrosion.

Le bronzes et les bronzes au zinc constituent une large gamme d'alliages à base decuivre. Ils sont généralement coûteux, mais par contre ils sont très efficaces en milieuhumide. Ils ont normalement tous les avantages du laiton, mais ils sont en outre desmatériaux de structure plus résistante, (mais aussi plus coûteux). Le bronze obtenu àpartir du cuivre allié à l'étain, et à de faibles proportions de chrome, de nickel ainsi qu'àdes traces d'autres métaux, notamment le manganèse, le fer et le plomb. Dans lesbronzes dits au plomb (ou "bronzes chinois"), une certaine proportion de l'étain estremplacée par du plomb pourbaisser son prix, tout en sauvegardant la résistancenécessaire pour qu'il reste un matériau adéquat pour la fabrication des pompes.L'introduction de différentes proportions d'antimoine, de zinc et de plomb, permetd'obtenir la variété de bronze connue sous le nom de bronze au zinc, (ou bronze rouge).Ce type de bronze est essentiellement utilisé pour la fabrication des pièces soumises àde fortes sollicitations et qui doivent en même temps résister à la corrosion. Le bronzecontenant des traces de phosphore est connu sous le nom de bronze au phosphore. Ilconstitue un excellent matériau pour la fabrication des paliers lisses et des butées s'ilssont lubrifiés à l'huile, et lrosqu'ils sont en contact avec du métal ferreux parfaitement

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fini, comme celui de l'arbre d'une pompe. Dans les bronzes d'aluminium, moins chers,mais moins résistants à la corrosion, l'étain rare et coûteux est remplacé en grandepartie sinon en totalité par de l'aluminium.

Les bronzes sont généralement les matériaux les plus utilisés dans la fabrication depièces qui sont en contact avec l'eau et qui doivent être à la fois d'une haute précision etavoir une forte résistance à la traction comme les pistons, les soupapes, et les rotors,etc. On peut toujours avoir du bronze d'un bon fini, de plus la plupart des bronzes sonttrès faciles à usiner pour obtenir des pièces de précision.

Les autres matériaux comme l'aluminium et les alliages légers n'ont pas une forterésistance mécanique, non plus une bonne résistance à l'usure, pour être utilisés dansla fabrication des machines hydrauliques. Cependant ils sont parfois utilisés dans lafabrication des tuyaux d'irrigation portables du fait de leur légèreté. Toutefois, ils sontcependant assez coûteux comme canalisations et leur utilisation ne peut être justifiéeque par la nécessité d'avoir à transporter impérativement les canalisations.

Bois

Il existe toutes sortes de qualités de bois, leur densité peut varier de moins 500 kg/m3 à1300 kg/m3. Cependant elles n'ont pas des propriétés homogènes du point de vuerésistance mécanique, aptitude au façonnage, résistances à l'usure et à l'humidité. Deplus, le bois est aussi vulnérable aux insectes, aux champignons ou au feu.

Les bois les plus durables sont généralement des bois durs tropicaux tels que legreenheart, l'iroko, le jarrah, l'opepe, le teck et le wallaba. La durabilité de plusieurstypes de bois peut être améliorée suite à un traitement par produits de conservationvariés. Les traitements les plus efficaces sont ceux relatifs à l'application par pénétrationsous pression soit du goudron, ou bien d'autres produits de conservation à base d'eau.

L'absence de noeuds juste ou au voisinage des points fortement sollicités est un desprincipaux facteurs qui déterminent la résistance d'un élément de structure en bois. Encas d'utilisation du bois pour la fabrication des pièces sollicitées, telles que des biellesdes pompes éoliennes ou des pompes manuelles, il faut veiller à choisir du bois à grainfin et sans noeud pour limiter les accidents de rupture. Or, les bois durs de bonne qualitérépandant à ces exigences sont difficiles à trouver dans certains pays et, s'ils existent,ils sont normalement très chers. Le bois bon marché présentent un intérêt marginal, etson emploi est impérativement limité à des pièces non critiques. Certains types de bois,comme le gayac lubrifié à l'huile, ont également été dans le passé utilisés pour lafabrication de paliers lisses en contact d'un arbre en acier. Cependant d'autresmatériaux synthétiques sont à l'heure actuelle plus facilement disponibles et moinscoûteux.

On peut aussi utiliser du bois usiné en forme de contre-plaqué ou d'aggloméré. Lefacteur important dans l'usinage et le façonnage de ces matériaux est le type desrésines ou des adhésifs employés. Dans la plupart des cas, l'assemblage est fait avecdes adhésifs à base d'urée. Ce type de bois n'est pas assez résistant à l'eau et parconséquent il ne convient pas à l'usage externe. Par contre les matériaux assemblésavec des résines phénoliques, du moins lorsqu'elles sont correctement employées etpeintes (pour se préserver contre l'humidité) peuvent bien être utilisées. Par conséquent,

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il est essentiel de n'utiliser pour les installations d'irrigation que des contre-plaqués etdes agglomérés de qualité marine.

Matières plastiques

La gamme des matières plastiques est de plus en plus diversifiée et comprendessentiellement les trois grandes catégories suivantes:

Les thermoplastiques, qui s'amollissent à la chaleur, ils sont donc faciles àchauffer, à travailler, à mouler ou à extruder.

Les thermodurcissables chauffés uniquement une seule fois lors du façonnage,cette opération s'accompagne d'un processus chimique irréversible.

Les résines à polymérisation catalytique.

La qualité se paie toujours et les matières plastiques de meilleure qualité sont les pluscoûteuses. Toutefois, des progrès considérables sont constamment réalisés, et il existedes matières plastiques mixtes intéressantes qui sont bourrées ou bien consolidées parun autre matériau destiné à améliorer à moindre coût leurs propriétés.

Moins résistants et plus souples que les métaux, les matières plastiques présententgénéralement l'avantage de pouvoir être utilisés en contact avec l'eau (il n'y a pas derisque de corrosion). Bien que les matières premières sont parfois coûteuses, lesproduits de série en plastique tel que les canalisations et leurs accessoires sont d'un prixraisonnable sinon bon marché.

Les thermoplastiques à base de produits pétrochimiques polymérisés sont généralementles moins chers. Les polymères les plus utilisés dans le cadre de l'irrigationcomprennent notamment:

Le PVC (polychlorure de vinyle) qui est généralement utilisé dans la fabrication destuyaux. Il se présente soit sous la forme rigide ou souple. Il faut cependant signaler quecertaines variantes PVC (et d'autres matières plastique) sont utilisables pour lafabrication des canalisations destinées ou transport de l'eau potable et pour abreuver lebétail et ce à cause du risque de la dissolution des traces d'agents plastifiants toxiquesdes canalisations en plastique. Le PVC est relativement peu coûteux et durable, mais ilrisque d'être endommagé par les rayons ultra-violets. Pour cela, les tuyaux en plastiquesont soit enterrés, soit revêtus d'une couche de peinture pour les protéger des rayonsultra-violets. Le PVC est également un matériau thermoplastique et il s'assouplitnotablement s'il est porté à des températures d'environ 80° C. Généralement ceci esttrès peu probable en milieu "humide".

Moins coûteux et moins cassants que les PVC, particulièrement à très. bassestempératures, les polyéthylènes à haute densité sont couramment utilisés dans lafabrication des tuyaux souples noirs destinés à l'irrigation. Cependant, ils sont nettementmoins résistants que le PVC. Pour cela ces tuyaux sont généralement utilisés dans lesinstallations d'irrigation à basse pression de surface, tandis que le PVC convientdavantage pour les installations sous pression.

Dans la même famille du polyéthylène, on trouve le polypropylène qui constitue pourcertains usages, un matériau intermédiaire entre le polyéthylène et le PVC. Les tuyaux

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polypropylène sont moins sujets à la rupture. D'autre part, ces conduites ne sont pas àdéclasser suite à un profilage imprécis, comme c'est le cas pour les tuyaux en PVC. End'autres termes, le contrôle de qualité est moins strict, et il est plus fiable que le PVCfabriqué dans de mauvaises conditions. Tous les matériaux plastiques mentionnés ci-dessus ne sont jamais utilisés dans la fabrication des éléments des pompes dont lesconditions de résistance et de durabilité dépassent les limites des matières plastiques.On peut par contre utiliser des matériaux plastiques peu coûteux et à caractère spécial,comme le Nylon, les polyacétates et les polycarbonates. Le Nylon est bourré de fibre deverre (pour augmenter leur résistance), de bisulfure de molybdène (pour réduire lesfrottements), etc. Le polytétrafluoroéthylène (PTEF) est un plastique spécial coûteux,d'un grand intérêt pour la fabrication des paliers et de surfaces de frottement, du fait deson faible coefficient de frottement et de sa bonne résistance à l'usure. Certains palierslisses à lubrification hydraulique ont des surfaces de frottement couvertes d'une mincecouche de PTFE. Cette solution s'est avérée être peu coûteuse et très efficace.

D'autre part, on trouve aussi plusieurs types plastiques spéciaux thermodurcissables quipeuvent entrer dans la fabrication de certains éléments des pompes. Etantgénéralement plus solides et plus résistants à l'usure et à la chaleur que lesthermoplastiques, ils sont utilisés dans certains cas pour la fabrication des paliers, desroues ou des carters des pompes. Ils peuvent en outre servir comme accessoiresélectriques puisqu'ils ont une bonne résistance à la chaleur. La plupart des matériauxplastiques "purs" risquent le flambage quand ils sont soumis à une sollicitationpermanente. En d'autres termes, ils se déforment progressivement à la longue sousl'effet d'une charge permanente. Cet inconvénient peut être éliminé et le matériau peutacquérir une résistance supplémentaire considérable, grâce à l'utilisation de matériauxcomposés tel qu'une couche de fibre de verre moulé avec le plastique. D'autres types depolyesters et d'epoxydes sont couramment utilisés dans la fabrication de matièresplastiques renforcées par de la fibre de verre (plastique renforcé au verre ou bien fibrede verre). Ces matériaux sont utilisés soit pour fabriquer de petites pièces dures, ou bienaussi des réservoirs de grandes dimensions. Un autre type d'agglomérés plastiques estcelui des agglomérés phénoliques qui sont faits du tissu simple et de la résinephénolique pour avoir un matériau très solide, résistant à l'usure, mais aussi facile àusiner, tel par exemple les paliers excellents (mais coûteux) à lubrification hydrauliquetel que le "Tufnol".

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RAPPEL DES DISPOSITIFS ELEVATEURS D'EAU

Le tableau 5, que nous avons déjà vu au début de ce chapitre classe les pompes selonleur principe de fonctionnement, mais il est difficile de tirer une conclusion générale àpartir de ce tableau. Pour cela, le tableau 8 qui termine le présent chapitre, présente unenouvelle classification des pompes et de tout autre dispositif d'exhaure en fonction decharge, de la puissance requise, du débit, et du rendement. Enfin le diagramme hauteurd'eau-débit, en coordonnées log-log, de la figure 80 (A, B et C) (analogue à celui de lafigure 11) représente les caractéristiques des différentes catégories de pompes et desdispositifs élévateurs d'eau. Evidemment, aucune règle stricte et bien définie ne dicte lechoix d'une pompe, mais les diagrammes en question donnent une indication graphiquedes caractéristiques des pompes qui conviennent le mieux à un cas spécifique entermes de hauteur d'eau, de débit et par conséquent de puissance. Il est à noter que letableau 8 fait apparaître la puissance à fournir, tandis que la figure 11 indique lapuissance hydraulique fournie (donc inférieure à la première) qui tient compte durendement de la pompe. L'échelle logarithmique permet de bien représenter lescaractéristiques des dispositifs de faible puissance qu'il n'est serait possible avec uneéchelle linéaire. D'ailleurs avec une échelle linéaire, il n'est pas possible d'inscrire autantd'information dans la zone relative aux faibles puissances, faibles hauteurs d'eau, etfaibles débits.

TABLEAU 8Nouvelle classification des pompes et des dispositifs élévateurs d'eau (voir aussitableau 5)

Catégorie et désignation Hauteurd'eau(m)

Puissancerequise

(W)

Intervallede débit(m3/h)

Rendement(%)

I. Dispositifs d'élévation directe A mouvement alternatif/cyclique arrosoir 5-3 0,02 0,5 5-15 écopes et seaux 1 0,04 8 40-60 panier basculant 0,6 0,06 5 10-15 auge basculante et dhones 0,3-1 0,04 5-10 20-50 monte-charge à contrepoids ou chadouf 1-3 0,02-0,08 2-4 30-60 corde, seau et manivelle 5-50 0,04-0,08 1 10-40 godet à déversement automatique ou "monte" 5-10 0,5-0,6 5-15 10-20 treuil à godet d'exraction à mouvement alternatif 100 + 100 + 400 + 70-80A mouvement rotatig/continu pompe à godet à mouvement continu 5-20 0,2-2 10-100 60-80 roue de persane à sabots ou "tablia" 1,5-10 0,2-0,6 5-25 40-70 roue à sabots perfectionnée ou "zawalfa" 0,75-10 0,2-1 10-140 60-80 tympan ou "sakias" 0,2-2 0,2-1 15-160 60-80 roues hydrauliques au "Noria" 0,5-8 0,2-1 5-50 20-30

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II. Pompes volumétriques A mouvement alternatif/cyclique pompes à piston \/à aubea 5-200 + 0,03-50 + 2-100 + 40-85 pompes à plongeur 40-400 0,50-50 + 2-50 + 60-85 pompes à membrane 1-2 0,03-5 2-20 20-30 "petropump" 5-50 0,03-5 2-20 50-80 pompes semi-rotatives 1-10 0,03-0,1 1-5 30-60 pompes volumétriques à gaz ou à vapeur 5-20 1-50+. 40-400 + n/aA mouvement rotatif/continu pompes à ailettes souples 5-10 0,05-0,5 2-20 25-50 pompes à cavité progressive ou graduelle

(Mono)10-100 0,5-10 2-100 + 30-70

vis d'Archimède 0,2-1 0,04 15-30 30-60 pompes à broches hélicoïdale 2-6 1-50 + 40-400 + 60-80 pompes spirales et pompes chaîne hélice 2-10 0,03-0,3 2-10 60-70 roues à palettes et moulins 0,2-1 0,02-20 5-400 + 20-50 chapelet incliné ou pompe chinoise 5-1 0,02-1 5-20 50-70 pompes à chaîne et à disques (patenôtre) 5-20 0,02-1 5-30 50-80III. Pompes rapides A mouvement alternatif/cyclique pompe à face inertie à mouvement alternatif (va-

et-vient)2-6 0,03 1-3 20

pompe à clapet 2-6 0,03 1-3 20 pompe à force d'inertie 2-6 0,03 2-4 50A mouvement rotatif/continu pompes hélices à débit axial 5-3 10-500 + 100-500 + 50-95 pompes héiico-centrifuges 2-20 150-500 + 50-90 pompes centrifuges 4-60 0,1-500 + 1-500 + 30-80 pompes héiico-centrifuges multicellulaires 6-20 50-500 + 10-100 50-80 pompes centrifuges multicellulaires 10-300 5-500 + 1-100 30-80 éjecteurs 10-30 5-500 + 50-500 20-60IV. Pompes à emulsion pompes à poussée aérostatique 5.20 V. Pompes à impulsion bélier hydraulique 10-100 VI. Dispositifs gravitaires siphons, quanats ou foggaras 1-6

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FIGURE 80aValeurs types de la hauteur d'eau et du débit pour différents types de pompes et dedispositifs élévateurs d'eau (échelle logarithmique) (suite figure 80b et 80c)

FIGURE 80b

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Les machines élévatoires 155


FIGURE 80c

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POMPES A EMULSION OU EMULSEURS - fao.org · fortes pentes où le cours d'eau ou la rivière descend le long d'une vallée à très forte pente. ... Le seul exemple de pompes conçues