L'accroissement continuel de la taille des unités de production industrielle entraîne depuis plusieurs années l'augmentation du débit des circuits de refroidissement de ces unités, et partant, l’augmentation des débits des pompes qui les alimentent.
Pour répondre à ce besoin notre Société a développé depuis plus de soixante ans — la première réalisation date de 1917 — une gamme de pompes dont la principale caractéristique est que le corps — la volute — est en béton.
Les pompes conviennent particulièrement bien toutes les fois que des débits unitaires importants (à partir de 3 m³/s) pour des hauteurs d'élévation comprises entre 4 et 30 m environ doivent être assurés avec le maximum de sécurité de fonctionnement.
Or de telles conditions de base se rencontrent de plus en plus fréquemment dans des secteurs aussi divers que ceux de l'énergie (circuits de refroidissement des condenseurs), de l'industrie (circuits de refroidissement des grands ensembles industriels), de l'irrigation, du drainage, des aménagements portuaires (formes de radoub et bassins à flot).
Le domaine d'application de ce type de pompe s'est donc considérablement étendu au cours des vingt dernières années puisque lié directement à la croissance rapide des besoins industriels et agricoles internationaux.
La pompe a été mise au point et s'est principalement développée d’abord comme pompe de circulation de condenseur pour centrale thermique ou nucléaire.
La fiabilité quasi-absolue recherchée pour ce type de pompe entraînait en particulier le choix d’un palier dénoyé dans l'air et par voie de conséquence celui d'une pompe à volute (par opposition à la pompe à refoulement concentrique dont les paliers sont obligatoirement noyés).
Les débits unitaires augmentant et la pièce la plus lourde d'une pompe étant son corps, quoi de plus normal que de prévoir ce corps en béton. Cela permettait de satisfaire l'impératif de la sécurité de fonctionnement dans des conditions économiques les meilleures même pour ces débits importants.
1. — Évolution des débits
Le véritable essor de cette technique se situe, en France, en 1956, avec les centrales thermiques de 125 MW pour lesquelles il a été dès le début décidé de ne prévoir qu'une seule pompe de circulation par tranche (débit unitaire 6 m³/s).
Aucune pompe de secours n'étant nécessaire, il a été dès cette époque possible de simplifier du même coup l'ensemble du circuit d'eau de circulation pour passer au circuit dit « unitaire », avec tous
les avantages qu'un tel circuit peut comporter sur le plan de l'exploitation et du coût de réalisation en raison de son extrême simplicité.
La puissance unitaire des tranches augmentant, les pompes de circulation à volute en béton ont suivi la même croissance pour passer à 8 m³/s environ avec les tranches de 250 MW à partir de 1961 et atteindre 21 m³/s environ avec les tranches thermi ques de 600 MW et 700 MW dès 1966.
Avec ce dernier type de pompe, l'expérience était acquise pour absorber de la même façon, en toute sécurité, la nouvelle phase des grandes centrales nucléaires de production d'énergie dont le débit d'eau de refroidissement correspond sensiblement au double de celui des tranches thermiques de 600 ou 700 MW.
C'est ainsi que chacune des tranches de 900 MW et 1300 MW des programmes nucléaires français actuels ne comporte que deux pompes à demi débit sans secours, en parallèle, à volute en béton.
2. — Évolution des hauteurs et des puissances
En passant progressivement des circuits ouverts sur rivière aux circuits fermés sur réfrigérants atmo sphériques, les hauteurs d’élévation ont également évolué de façon importante, à savoir :
- • 6 à 10 m pour les circuits ouverts,
- • 27,5 m pour les circuits fermés des dernières centrales nucléaires en cours.
La combinaison des débits et des hauteurs a donc entraîné une variation de puissance unitaire de 600 kW (pour centrales thermiques de 125 MW) à 5 000 kW (pour centrale nucléaire de 900 MW).
3. — Évolution de la nature des eaux
En 1961, a été installée à Dunkerque la première centrale thermique de 125 MW équipée de pompes de circulation de condenseur à volute en béton fonc tionnant en eau de mer.
Depuis lors, l'expérience acquise dans ce domaine a été progressivement étendue à de nouveaux sites en bordure de mer pour des centrales de 250 MW et 600 MW.
Parallèlement à ces réalisations, d'autres centra les ont été installées en bordure d'estuaire en eaux saumâtres.
La technologie des pompes de circulation utilisées pour ces applications a donc été progressivement mise au point et testée en apportant l'assurance que, comme pour les pompes sur rivières, la sécurité de fonctionnement obtenue permettait d’atteindre le de gré de fiabilité quasi absolue recherché.
En fait, la conception même des pompes à volute en béton permettait d'espérer de tels résultats puis que le béton est un matériau particulièrement indi qué pour résister à la corrosion en milieu marin et que la tenue d'un palier dénoyé n'est en rien influen cée par la nature et la qualité de l'eau pompée.
Ces raisons supplémentaires ont donc logiquement conduit à retenir également ce type de pompe pour les centrales nucléaires en bordure de mer ou d'es tuaire du programme nucléaire français actuel.
PARTICULARITÉS DE CONSTRUCTION
Une pompe à volute en béton est constituée par les ensembles principaux suivants :
- • deux couronnes métalliques scellées, inférieure et supérieure servant respectivement à supporter d'une part la bague d'étanchéité inférieure et d'autre part le fond de corps supérieur,
- • une languette métallique scellée et noyée dans le béton de la volute,
- • une roue montée en bout d'arbre,
- • un palier-guide fixé sur le fond de corps (ce palier ne nécessite aucun organe auxiliaire pour sa lubrification),
- • la volute en béton ordinaire, coulé sur un coffrage en bois éventuellement démontable pour permettre plusieurs exécutions successives sur un même site.
Dans la version retenue pour les centrales nucléaires du programme français actuel, les améliorations les plus récentes ont porté principalement sur les points suivants :
- • les systèmes de fixation de la roue sur l'arbre et le chemisage de l’arbre au droit du presse-étoupe sont conçus de telle façon que l'arbre de la pompe n'est jamais en contact avec l'eau pompée,
- • la boulonnerie d'assemblage de la roue sur le tourteau de l'arbre n'est pas en contact avec l'eau,
- • les seules vis noyées dans l'eau sont celles de fixation des bagues d’étanchéité rapportées sur le corps,
- • un dispositif à joint gonflable à l'air permet de changer les tresses de presse-étoupe tout en restant isolé de l'eau de la pompe.
Notons enfin qu'une pompe de 21 m³/s de ce type ne pèse au total que 30 t environ (ce poids serait de 70 t environ pour une pompe hélice classique) et que la masse de la pièce la plus lourde à manutentionner lors d'une visite complète n'est que de 7,5 tonnes.
Ce qui précède explique donc comment les qualités essentielles pour un exploitant sont obtenues avec ce matériel à savoir :
- • coefficient d'indisponibilité de 0,5 pour mille à 1,5 pour mille exprimé en pour mille de l'énergie productible,
- • visites préventives très espacées : de 40 000 à 100 000 heures suivant les cas,
- • économie en main-d'œuvre d'entretien due à la fréquence très réduite des visites et à la facilité de ces opérations,
- • économie en pièces de rechange : seules la pointe de roue, la chemise d'arbre au droit du presse-étoupe et le roulement de butée ont été changés sur l'exemple précité à Dunkerque.
ADAPTATION À LA NATURE DE L'EAU
Pour passer de l'eau douce à l'eau de mer avec une pompe à volute en béton, il suffit de changer la nature des matériaux des pièces en contact avec l'eau.
Le principe d’exécution de la volute en béton ne change pas.
Ces modifications sont mineures et l'augmentation du prix de la pompe est relativement faible.
AUTRES UTILISATIONS DE LA POMPE À VOLUTE EN BÉTON
En partant d'une conception mise au point pour les pompes de circulation de condenseur, ce type de construction s'est étendu de l'Europe aux pays en voie de développement (ceux-ci y voient le grand avantage de faire participer d'une manière importante leurs entreprises nationales à ces réalisations).
Il s'est étendu aussi à d'autres utilisations :
- • Formes de radoub.
Avec le développement du tonnage des pétroliers, les dimensions des formes de radoub ont évolué de façon très importante : Ø 342 m × 55 m (soit un volume d'eau de 254 000 m³) pour la forme de radoub n° 2 de Brest en 1966.
• 460 m × 80 m (soit un volume d'eau de 450 000 m³) pour la forme n° 10 de Marseille en 1975, et la forme n° 3 de Brest en 1980.
Les trois pompes d’épuisement de ces deux formes sont passées de 4 m³/s à 12 m³/s par unité. Or ce dernier débit correspond pratiquement à celui d'une pompe de circulation d'une centrale thermique de 250 MW.
Ceci explique pourquoi les grandes formes de radoub récentes sont équipées le plus souvent avec ce matériel dont les qualités de robustesse et de facilité d'entretien satisfont pleinement l'exploitant puisque toute indisponibilité de ces formes, ne serait-ce que de quelques heures, serait très préjudiciable à l'armateur.
Cependant, comme ces pompes fonctionnent de façon discontinue (entre trois et quatre heures pour vider une forme), il a été possible d'apporter quelques adaptations à la technologie habituelle des pompes de circulation :
- – simplification du palier avec lubrification par groupe moto-pompe extérieur ;
- – couronnes scellées et languette en fonte perlitique alliée au chrome-cuivre ou fonte au nickel (2 %).
Irrigation et drainage
Des stations de pompage de 30 à 40 m³/s (pouvant aller jusqu'à 100 m³/s dans certains cas) et une hauteur de 10 m environ sont de plus en plus nombreuses, que ce soit pour l'irrigation (alimentation d'un canal principal d’irrigation à partir d'un fleuve ou transfert d'eau d'une vallée à une autre) ou pour le drainage (lavage des sols irrigués ou protection d'une vallée contre les inondations).
Une réalisation récente démontre bien l'intérêt technique et économique de la solution des pompes à volute en béton, même pour des hauteurs géométriques réduites : il s’agit de la station d'exhaure des eaux de l'Authion dans la Loire destinée à protéger 50 000 ha environ contre les crues et prévue pour des débits atteignant 80 m³/s avec des hauteurs géométriques variant de 0 à 4,50 m.
CONCLUSION
Les pompes à volute en béton sont particulièrement bien adaptées pour le pompage de grands débits — les dernières réalisations atteignent 30 m³/s (108 000 m³/h) — et des hauteurs manométriques comprises entre 4 et 30 mètres.
Elles présentent un excellent rendement et une incomparable fiabilité de fonctionnement même en eau de mer.
À l'heure actuelle près de 300 pompes de notre fabrication à volute en béton sont installées dans le monde.
