Pompes péristaltiques : un large éventail d'applications'.

Après que vous ayez digéré vos aliments, les matières fécales passent dans l’intestin. Elles avancent non pas par simple gravité mais par la contraction péristaltique du tube digestif. L’intestin agit ainsi à la manière d'une pompe dite péristaltique. Faisant du biomimétisme sans le savoir, l’industrie a reproduit ce principe assez simple. Une variante toutefois : le tube de la pompe industrielle ne se contracte pas tout seul mais sous l’action de galets ou de rouleaux.

montés sur un rotor et qui l’écrasent périodiquement. Le fluide est ainsi aspiré et poussé vers l'avant.

La pompe péristaltique est utilisée dans tous les domaines où le fluide ne doit pas être en contact avec l’extérieur. La technologie péristaltique comporte de nombreux avantages : pas de cisaillement, pas d’altération chimique du fluide, pas de dégradation, pas de problèmes de joints, pas de frottements entre le fluide et les autres parties de la pompe, réversibilité de la pompe ou encore un auto-amorçage très intéressant (jusqu’à 9,8 m pour de l'eau).

« Les tailles des pompes sont très diverses. Selon l’application voulue, les pompes pèsent de deux kilos à plus de 2,5 tonnes », explique Jérôme Bastian, responsable export pour le Sud chez Albin Pump, une PME drômoise de 25 personnes représentée dans 70 pays pour un chiffre d'affaires de 6 millions d’euros. La gamme de produits proposée est très large puisqu’elle permet des débits allant de 2 ml/h jusqu’à 150 m³/h. Logiquement, les applications sont multiples. Certaines concernent le micro-dosage à des fins analytiques, d’apport de réactif (neutralisation, floculation) ou encore pour le remplissage de flacons. La plage de débits est alors de quelques microlitres par minute à 100 l/h. Les pompes doseuses proposées par Grundfos, PCM, ProMinent, Axflow, Watson Marlow, Iwaki, Seko, Etatron, Verder ou encore Pompes AB intègrent pour la plupart des pompes doseuses péristaltiques tout comme certains préleveurs, échantillonneurs ou analyseurs.

Car, de même que leurs homologues dédiées au pompage d’eaux usées, elles ont une capacité d’auto-amorçage, peuvent fonctionner à sec sans risque, ne possèdent ni vanne, ni clapet susceptibles de fuir ou de se boucher. Autres avantages : elles proposent un pompage stérile sans risque de contamination, leur nettoyage et leur maintenance sont simples et rapides. Enfin, elles respectent totalement l’intégrité du produit. On contrôle le dosage en jouant sur le diamètre du tube, sur l’écartement entre les galets et sur leur vitesse de rotation, à l’instar de ProMinent qui a équipé la pompe DF4 d'un robuste servomoteur permettant un réglage manuel de 1 à 100 % du débit de dosage ou un pilotage par fréquence d’impulsion (ex. compteur d’eau à tête émettrice) ou par signal analogique 0/4-20 mA. La biopharmacie et l’industrie agroalimentaire y recourent donc également massivement. Les constructeurs en vendent aussi pour le dosage du chlore en eau potable, en traitement des eaux de piscines et même à quelques éleveurs pour le dosage des médicaments. La précision, voisine de 1 %, permet de garantir la bonne marche des procédés mis en œuvre.

En ce qui concerne les grosses pompes, ce sont les mines et les carrières, la chimie et les stations d’épuration qui sont les premiers utilisateurs.

La robustesse : un atout incontestable

La robustesse de ces pompes proposées par Albin Pump, Axflow, Boyser, Seko, Mouvex, PCM, Pompes AB, PCR, Verder, Seepex, Techni-Flow ou encore Watson Marlow en fait un atout incontestable.

Le tube : la pièce maîtresse d’une pompe péristaltique

La gamme de matériaux composant les tuyaux flexibles est très large, permettant de pomper une grande variété de types de fluides, abrasifs, corrosifs, alimentaires, etc.

La spécificité des tubes péristaltiques repose sur leur capacité à reprendre leur forme initiale après avoir subi l’écrasement du galet, ce qui provoque l'aspiration. Le flexible doit donc être suffisamment rigide pour reprendre son diamètre initial.

Les matériaux utilisés pour les tubes sont : des élastomères, des caoutchoucs naturels, peu onéreux et de bonne résistance, mais aussi des EPDM (éthylène-propylène-diène monomère), des nitriles ou des matériaux synthétiques brevetés comme, par exemple, le Viton (fluorokétone monomère, FKM), le Hypalon (polyéthylène chlorosulfoné), le Gore (PTFE ou polytétrafluoréthylène), le Santoprene (TPV ou vulcanisat thermoplastique) d'ExxonMobil ou le Tygon de Saint-Gobain.

Les tubes sont le plus souvent fabriqués en plusieurs couches afin de garantir leur tenue mécanique, eux qui subissent de très nombreuses sollicitations. Le matériau en contact avec le fluide peut être armé par un enrobement de plusieurs couches de nylon ou d’acier tressé afin de maintenir la forme du tube et garantir sa stabilité.

C'est la raison pour laquelle elles sont parfois préférées à des pompes à membranes ou à lobes qui nécessitent quelquefois de longues périodes d’arrêts en raison de certaines formes d’usure par abrasion.

Les gammes de pompes haute pression ALH et basse pression ALP d’Albin Pump sont représentatives du large éventail d’applications possibles. Les premières ont été conçues pour transférer des liquides avec des débits pouvant atteindre près de 150 m³/h et des pressions de refoulement jusqu'à 15 bar. Les secondes, jusqu'à 4 bar, pompent des liquides à la vitesse de 1 l/h à 2 m³/h : auto-amorçantes, elles sont réversibles et capables de fonctionner à sec sans dommage. Elles ne comportent ni garniture mécanique, ni presse-étoupe.

Avec elles, il est possible de transférer le liquide sur plusieurs centaines de mètres avec des dénivellations importantes afin de renflouer une lagune ou bien d’alimenter un filtre-presse. Car on les trouve également en alimentation de filtre-presse. C’est alors une pompe volumétrique, c’est-à-dire qu’elle déplacera toujours la même quantité de fluide par tour. Elle est capable de déplacer ce fluide avec une pression allant jusqu'à 15 bar, la pression maximale générale de la plupart de constructeurs de filtres-presses.

C’est pourquoi, en remplissage et pressée sur un filtre, il est nécessaire de réguler la vitesse de la pompe afin d’optimiser la pressée en évitant tout dommage matériel et prolonger nettement la durée de vie du tube. Le meilleur moyen de réguler la pompe est d'utiliser un variateur de fréquence ayant la possibilité de fonctionner en couple constant (vectoriel).

Les pompes péristaltiques sont appréciées pour leur capacité à vaincre les contraintes imposées par les procédés en termes d’auto-amorçage et de capacité d’aspiration mais aussi par le fluide pompé (fortes viscosités et/ou concentrations) et leur capacité à s’adapter à tous types de fluides : abrasifs, corrosifs, les huiles, les solvants, les produits alimentaires...

« Leur simplicité et leur robustesse les rendent également idéales pour le pompage de fluides abrasifs, fragiles ou corrosifs à débit moyen et à moyenne pression, souligne Magali Levray, Responsable de Marché Minéraux chez PCM. Leur maintenance est simplifiée, parce que seul le tube est en contact avec le fluide. L’utilisation très simple de la pompe péristaltique fait qu’elle se développe dans de nombreux domaines car sa robustesse en fait également une pompe de terrain idéale. C'est pour cela, note Magali Levray, que les pompes PCM Delasco™ sont utilisées dans les mines d'or d’un bout à l'autre de la planète ».

Grâce à une gamme complète, AxFlow peut également répondre à un débit allant de quelques millilitres par minute à 20 m³/heure.

amorçantes offrent un grand pouvoir d’aspiration allant jusqu’à 9,5 m ainsi qu’une pression de refoulement allant jusqu’à 15 bar. Ces gammes sont dédiées, entre autres applications, au dosage de réactif (lait de chaux et charbon en poudre, etc.) dans les usines de potabilisation d’eau.

Les moteurs des pompes sont alimentés en 230 volts monophasé ou en basse tension quand elles sont intégrées dans des machines. Le corps des petites pompes est en plastique (souvent du polypropylène), alors que les constructeurs utilisent la fonte ou l’acier pour les plus grands modèles, mais c’est surtout le tube qui retient l’attention des ingénieurs. C’est en effet le seul élément qui est en contact avec le fluide et le seul qui soit susceptible de se déformer sous la pression des galets.

Albin Pump a développé une roue spécifique « CIP/NEP » (Nettoyage En Place) qui permet aux utilisateurs, par une simple inversion de sens de rotation de la pompe (1/2 tour), de pouvoir faire rétracter les patins pour effectuer les opérations de nettoyage et stérilisation sans intervention sur la pompe.

Le tube : un élément à ne pas négliger

Le fluide peut être abrasif, corrosif, acide ou basique, plus ou moins visqueux, jusqu’à contenir des solides de la moitié du diamètre du tube. Les papetiers, qui doivent éliminer leur “liqueur noire”, résidu de la cuisson des copeaux de bois dans une solution aqueuse, préfèrent cette solution aux pompes à engrenages, dont l’aspiration n’est pas toujours jugée optimale. Cette liqueur, comme nombre de produits utilisés par les industriels, est abrasive. C’est pour cela que les matériaux des tubes sont choisis avec une grande réflexion. « Le tube doit être durable aussi bien mécaniquement que chimiquement », explique Joël Guilleray, chez Aquacontrol. La plupart des constructeurs achètent leurs tubes à des fabricants, même si certains comme Watson Marlow préfèrent garder la maîtrise de la fabrication. En jouant sur la composition du matériau, sur le diamètre intérieur disponible et l’épaisseur du tube, les constructeurs agencent « le meilleur compromis », selon les termes de Richard Bécot, de la société Bécot. Un tube en silicone ou en caoutchouc naturel a une mémoire élastique importante et assure un bon pouvoir d’aspiration. Il est utilisé en biopharmacie ou agroalimentaire. Pour des besoins de pompes ou de dosages d’acide ou de lait de chaux, très corrosifs, il faudra plutôt utiliser un tube thermoplastique, qui se tient bien chimiquement mais dont la mémoire élastique est moindre. Seko fabrique des tubes avec différents matériaux (silicone, double-couche, caout-

(chouc…) adaptés dans de nombreuses applications et compatibles avec la majorité des produits chimiques.

La pièce maîtresse de la pompe étant le tube, c’est sur ce dernier que se porte l’évolution la plus sensible des pompes PCM Delasco™. « Chez PCM, l’amélioration continue de la qualité nous a amené à revoir entièrement la maîtrise du processus de fabrication du tube qui fonctionne plusieurs milliers d’heures sans nécessiter de remplacement, indique Magali Levray. La diminution de l'usure du tube réduit encore plus les coûts de maintenance ce qui en fait un avantage certain par rapport aux autres sortes de pompes. Autre atout majeur du tube de la pompe péristaltique, le fluide (ou gaz) pompé n'est en contact qu’avec ce morceau en élastomère souple non toxique. De cette façon, il n’y a pas de risque d’introduction dans l’échantillon de particules d’abrasion provenant d’arbre, de pales, de segmentation de piston, ou d’une autre partie de la pompe. Contrairement aux autres systèmes, les contaminations croisées peuvent être éliminées en changeant simplement le tube de la pompe ».

Reste qu’à force d’être écrasés à chaque passage de galets, ces tubes s'usent. Certaines solutions proposées par les constructeurs permettent d’allonger leur durée de vie. Certains proposent des systèmes de mise sous vide du carter pour aider le tube à retrouver sa géométrie, d’autres incluent dans le corps de pompe des lubrifiants comme de la glycérine pour diminuer le frottement des galets (ou des rouleaux) contre le tube et donc son échauffement. Il faut aussi bien avoir en tête que l'usure du tube est proportionnelle à la vitesse de rotation. Il ne faut donc pas sous-dimensionner la pompe par souci d’économie, car le coût d’exploitation risque d’augmenter substantiellement. Malgré cela, il faut changer le tube régulièrement, après trois mois à deux ans selon l'utilisation ou après 200 heures de fonctionnement en conditions difficiles ou 10 000 heures en conditions optimales.

Certains fabricants comme Bredel ont mis au point des sabots rétractables afin de faciliter le nettoyage de la pompe et le changement du tube.

Sur la Dura 55 de Verder, le changement du tube se fait de manière plus simple et plus rapide grâce à une nouvelle conception de la bride de serrage et à un système de démontage rapide (brevet du verrouillage à quart de tour de la bride), d’où des temps d’arrêt critiques réduits. Albin Pump a développé de son côté une roue spécifique “CIP/NEP” (Nettoyage En Place) qui permet aux utilisateurs, par une simple inversion du sens de rotation de la pompe (1/2 tour), de pouvoir faire rétracter les patins pour effectuer les opérations de nettoyage et stérilisation sans intervention sur la pompe.

Des innovations pour protéger la pompe ou optimiser son fonctionnement

Les pompes péristaltiques bénéficient aussi souvent d’innovations destinées à protéger la pompe, et/ou à optimiser son fonctionnement. Verder a ainsi équipé sa Dura 55 d’une protection pour le tuyau, les patins, le rotor et le réducteur. Les patins de rotor entièrement supportés réduisent les points de tension, fournissant une solution plus forte plus robuste.

Des détecteurs de rupture du fluide se développent également qui permettent d’avertir de la présence de fluide dans le corps de pompe.

On trouve aussi souvent des variateurs

Pour limiter les coups de béliers, les constructeurs préconisent également des organes antipulsation (ballons, flexibles) afin de résoudre ce problème inhérent au principe de fonctionnement de ces pompes.

La tendance qu’on voyait pointer il y a quelques années se confirme. De nombreuses pompes fonctionnent aujourd’hui sous pression (jusqu’à 7 bar) alors que c’était exceptionnel en 2010. En revanche, la mode de l’interconnectivité n’est pas encore présente partout. « Ce sont des dispositifs encore subsidiaires, note Joël Guilleray. Les pompes sont connectées à des automates ou des analyseurs d’eau qui, eux, envoient des données vers l’extérieur ». On note cependant des tentatives comme la ELA-DET 4 du Suisse Fimars, qui envoie ses données de fonctionnement, protégées par un code à 4 chiffres, à des PDA ou des smartphones par Bluetooth.

La possibilité d’en faire des objets connectés contribue à élargir le champ d’application des pompes péristaltiques. « Une caractéristique importante de la pompe péristaltique est la connexion possible d’un capteur de niveau de fluide pour le contrôle de la marche de la pompe, souligne ainsi Magali Levray chez PCM. Sa connexion pour le fonctionnement asservi “à distance” lui confère une plus grande flexibilité. L’asservissement par variateur de fréquence déporté ou intégré permet de délivrer des vitesses de rotation stables et ajustables ainsi qu’assurer une protection contre les surtensions. Dans un souci constant d’optimisation des processus, PCM travaille actuellement à étoffer et rationaliser sa gamme PCM Delasco™ afin de suivre au plus près l’évolution des besoins des clients ».

Reste que les pompes péristaltiques ne sont pas la panacée ou le remède à tout problème. « Elles présentent également certaines contraintes, note Franck Girault chez Bécot. Pour les débits importants, la taille des pompes devient problématique : une pompe de 10 m³ peut peser jusqu’à 700 kg ! Et le changement des tubes y est parfois difficile. Les pompes péristaltiques sont appréciées des industriels car faciles à mettre en œuvre. Néanmoins, lorsque le choix de la pompe n’est pas optimal, le bilan de la “Life Cycle Cost” peut se révéler pas très favorable. C’est une pompe pour applications difficiles. Pour des applications simples, les technologies plus traditionnelles sont à privilégier ». Ce sont les constructeurs ou les distributeurs qui sont les mieux placés pour trouver la meilleure solution.