Les pompes péristaltiques : de nombreuses applications du pompage au dosage

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La simplicité du mécanisme à l'origine du fonctionnement des pompes péristaltiques fait que celles-ci n’ont pas connu d’évolutions importantes ces dernières années. Du coup, elles ne bénéficient pas auprès des exploitants d’une image aussi favorable que d'autres types de pompes qui ont connu des avancées parfois spectaculaires. À tort, car la pompe péristaltique, de par ses nombreuses qualités, reste au cœur de bien des process en matière de gestion de l'eau.

La pompe péristaltique est fondée sur le principe bien connu du péristaltisme sur lequel fonctionne, par exemple, notre tube digestif : le liquide à pomper, contenu dans un tube flexible, est entraîné par un système pressant le tube à l'intérieur de la pompe et entraînant un mouvement d’éjection.

La pompe en elle-même se compose d'un bâti sur lequel est fixé un moteur dont l'axe entraîne en rotation un porte-galets. Ce sont ces galets qui entrent en contact avec le tube déformable. Éric Blais est responsable de Watson Marlow France, distributeur en France de pompes péristaltiques fabriquées par sa maison mère en Grande-Bretagne.

« L'écrasement du tube entre le galet et le bâti de la pompe provoque derrière la zone écrasée une dépression dans le tube qui se remplit aussitôt de fluide. La quantité de fluide emprisonnée dans le tube entre deux galets est alors pulsée vers la sortie de la pompe avant que le cycle ne recommence ». Ce principe de pompage, original et simple à la fois, repose sur de nombreux avantages mais aussi quelques inconvénients.

De nombreux avantages mais aussi quelques inconvénients

L'un des intérêts du principe de pompage péristaltique est que le seul élément de la pompe en contact avec le produit pompé est la paroi intérieure du tube. Ceci permet de pomper des liquides ou même des gaz sans risque de contamination de ces fluides, ni de détérioration de la pompe. En contrepartie, le tube doit résister à l’agression chimique du produit qu'il transporte et à l’agression mécanique du galet qui le compresse. Du coup, avec un tube adapté, il devient possible de transférer des liquides chargés ou non, des fluides corrosifs, visqueux, des pâtes, des produits pulvérulents de type granulés, poudres, voire même des produits chimiques actifs... Leur construction simple, sans vannes ni clapets, présente de gros avantages quand il s'agit de pomper des boues visqueuses contenant du calcaire ou d'autres types de solides susceptibles de créer des colmatages. Autres avantages, des débits assez importants peuvent être atteints. Il suffit pour cela d’augmenter la taille de la pompe et, conséquemment, le diamètre et la longueur du tube.

Sur le marché, l’offre est abondante. PCM propose par exemple une large gamme couvrant une plage de débits allant de quelques litres/heure à 65 m³/heure avec des pressions s’étageant jusqu’à 15 bar. Cette gamme se compose de deux séries : la première, la série DL/DSC est dotée de tubes renforcés et armés qui permettent d'atteindre les pressions les plus élevées. La seconde, la série Z regroupe des pompes équipées de tubes non armés permettant d’atteindre des pressions jusqu’à 3 bar et des débits jusqu’à 20 m³/heure. Elle présente la particularité de fonctionner sans bain d'huile pour une maintenance réduite au maximum.

Chez Techniflow, les pompes péristaltiques de type FMP offrent un débit de 26,8 m³/h pour une pression maximum de 8 bar. Au sein de cette gamme, la pompe péristaltique TF-FMP dont la vitesse de rotation peut atteindre 70 tours/minute est conçue pour pomper les boues de station d'épuration et alimenter un filtre-presse. Pour les gros débits, Albin Pump propose des pompes péristaltiques pouvant atteindre un débit de 70 m³/h. Pour faciliter le glissement des patins sur le tuyau, le carter est partiellement rempli d’un lubrifiant adapté. Cette technologie dispose de facilité d’auto-amorçage (jusqu’à 9 mètres) et d’un débit précis à ± 1 %. Robustes et simples d'utilisation, ces pompes sont adaptées aux pompages difficiles. Elles constituent bien souvent la solution face aux problèmes d’amorçages ou de marche à sec qui peuvent entraîner des frais importants sur d'autres types de pompes. Elles permettent ainsi et sans nécessiter de modifier les installations de réduire les coûts d’exploitation. Elles ne contiennent pas de garnitures puisque la seule partie en contact avec le produit est le tube ; elles assurent donc un double avantage au niveau de la maintenance puisqu’il n’y a qu’une seule pièce d’usure, le tube, qui se remplace sans démontage de la pompe. Elle permet une économie financière en n’achetant qu'une seule pièce, une économie de temps en termes de référencement de pièces et surtout en temps d'intervention.

Ces pompes présentent toutefois quelques inconvénients. Elles ne peuvent, par exemple, fonctionner qu'à une température moyenne, car le tube peut perdre certaines de ses propriétés (son élasticité par exemple) avec le froid ou bien à haute température.

Pour ne pas s’exposer à ces désagréments, il importe donc de bien choisir le tube, les performances de la pompe dépendant largement de celui-ci.

Les performances de la pompe sont liées au tube utilisé

Le tube est l'élément clé d'une pompe péristaltique. Sa reprise de forme crée l'aspiration, sa résistance lui permet de tenir à la

Blackmer parie sur la durée de vie de ses tuyaux et la fiabilité de ses pompes

Forte de son expérience et des nombreuses applications chez ses clients, Blackmer a développé une gamme de tuyaux renforcés pour une durée de vie maximale adaptée aux process industriels et aux traitements des eaux. Trois types d’élastomères sont disponibles pour répondre aux diverses applications que la pompe série Abaque peut rencontrer :

• * Caoutchouc naturel : hautement élastique, ayant une excellente résistance à l'abrasion, il est généralement résistant aux acides dilués et aux alcools.
• * Buna (NBR) : hautement résistant à la présence de corps gras dans le fluide.
• * EPDM : haute résistance chimique, spécialement avec les acides concentrés, les alcools et les cétones.

Les pompes série Abaque sont déclinées en 14 modèles avec des débits variant de 15 à 66 000 l/h. Blackmer propose également des constructions flasquées ou arbre nu avec boîtier à roulement. Les options suivantes sont aussi disponibles :

• * Détecteur de crevaison de tuyau ;
• * Mise sous vide du corps de pompe ;
• * Inserts non métalliques (PPH, PVDF).

La résistance à la pression, son élasticité détermine la durée pendant laquelle le tube peut être utilisé pour le pompage, son diamètre détermine le débit, et l'épaisseur de sa paroi détermine l'efficacité du pompage. Le choix du tube est donc essentiel. Benoit Lombard est chef produit Delasco chez PCM. Il explique : « Sélectionner un tube, c'est choisir un matériau qui doit avant tout présenter une excellente tenue mécanique à l'écrasement mais également une bonne résistance chimique au liquide pompé ».

Les tubes, armés ou non, sont fabriqués soit à partir d’élastomères, soit de thermoplastiques élastiques polyvalents à haute résistance chimique et mécanique. PCM propose une dizaine de matériaux différents et assure la fabrication de tous les tubes non armés équipant sa série Z. Quant aux tubes disponibles sur la série DL, ils existent sous trois nuances : NR (Caoutchouc Naturel Renforcé), EPDM (Ethylène Propylène Diène Monomère) et NBR (Caoutchouc Butadiène-acrylonitrile). Watson-Marlow propose de son côté sept matériaux et plus de quarante tailles, ce qui permet de faire face à de nombreuses contraintes imposées par les applications et les produits chimiques pompés.

Dans la pratique, on utilise donc le matériau ayant la plus grande résistance mécanique dès lors qu'il est chimiquement adapté au fluide pompé. Mais le choix du matériau n'est pas le seul critère susceptible d’assurer la longévité du tube. La taille et la façon d'exploiter la pompe jouent également un rôle non négligeable. Ainsi, pour prolonger la durée de vie du tube, on utilisera de préférence un tube de gros diamètre à faible vitesse. Pour un débit maximal, on utilisera le diamètre le plus élevé à la vitesse maximale. Pour une précision élevée, on aura recours à un tube de petit diamètre à vitesse maximale. Pour une aspiration ou une pression maximales, on optera pour le plus petit diamètre de tube possible en faisant fonctionner la pompe à la vitesse la plus réduite possible.

Pour limiter l'usure du tube, il est également possible de modifier le dispositif d’écrasement du tuyau. PCM a ainsi opté pour la technologie galets et déflecteurs : le déflecteur pré-contraint en douceur le tube avant que le galet ne vienne fermer la chambre. « L'expérience nous a montré que ce choix était préférable à un sabot qui frotte là où le galet roule sur le tube » explique Benoit Lombard. Autre possibilité pour limiter l'usure du tube, adjoindre à la pompe un bain d’huile de lubrification ou un dispositif de réglage. Cette dernière option a été choisie par l'Italien Valisi, distribué en France par Duraliris. « L'épaisseur des tubes varie légèrement d’une fabrication à l'autre, souligne Christian Preato de Duraliris. On a par conséquent besoin d'un réglage optimum. Car si l'écrasement du tuyau est insuffisant, ce dernier n'est pas étanche et la pompe ne fonctionnera pas correctement. À l'inverse, si l'on écrase trop le tuyau, il s'abîme jusqu’à s'user prématurément. Nous proposons donc sur nos pompes un dispositif permettant de régler la position ».

Verder renforce ses positions dans le domaine des pompes péristaltiques

Le groupe Verder a acquis au mois de mars 2007 la société Autoclude Ltd qui conçoit et fabrique des pompes péristaltiques. L’entreprise se dote ainsi d'une gamme complète couvrant des débits de 1 ml/min à 23 l/min. Verder, déjà présent sur ce marché avec plusieurs gammes dont la Dura lancée en 2006, couvre ainsi la totalité de la gamme de la pompe industrielle à la pompe doseuse.

du galet qui vient écraser le tuyau de façon à obtenir un réglage parfaitement adapté aux variations du diamètre extérieur du tuyau ». Sur sa pompe LPP, Larox propose également un mécanisme breveté permettant d’ajuster la force d’écrasement du galet unique qui compresse le tube sur la paroi de la pompe.

On le voit, le mécanisme péristaltique, d'une simplicité remarquable, peut être mis en œuvre sur des pompes de dimensions très variables pour des applications tout aussi variées : de quelques centimètres cubes pour des applications liées au prélèvement d'échantillons ou au dosage jusqu’à plusieurs dizaines de mètres cube/heure lorsqu'il s'agit de pomper les liquides corrosifs ou visqueux par exemple.

Une grande variété d’applications

Dans le domaine du pompage des effluents, l'intérêt des pompes péristaltiques est triple : auto-amorçantes, elles sont aussi capables de véhiculer les liquides chargés, épais, et abrasifs et de fonctionner à sec sans dommage.

En station d’épuration, on les trouve donc fréquemment dans les applications susceptibles de générer une marche à sec comme par exemple le pompage d’écumes, de mousses ou de flottants. Autres applications courantes, le pompage de lait de chaux et de barbotine de charbon actif. « Les pompes péristaltiques s'accommodent facilement du caractère abrasif de ces fluides. Le débit pulsé généré par la pompe, qui peut être parfois un inconvénient est ici un atout : les phases d’accélération du fluide viennent nettoyer naturellement les tuyauteries, ce qui évite les risques de colmatage » souligne Benoit Lombard.

On trouve également des péristaltiques sur les applications liées aux pompages de boues mais c'est plus rare. « La technologie péristaltique trouve là ses limites » souligne Benoit Lombard. « L'utilisation intensive des pompes nécessite des vitesses réduites pour que l'exploitant n'ait pas à intervenir trop souvent. Cela conduit à un surdimensionnement coûteux des pompes pour assurer le débit requis à une basse vitesse. À moins de cas d'abrasion ou de corrosion particulièrement forte, nous préconisons davantage des pompes à rotor excentré ou des pompes à lobes sur ces postes ».

Une application typique pour les pompes péristaltiques dans le traitement des boues des stations d'épuration est leur utilisation pour le gavage des filtres presses. Les pompes Abaque fabriquées par Blackmer-Mouvex sont parfaitement adaptées à ce process dont les performances dépendent directement des performances des pompes d'alimentation. L'avantage est de pouvoir obtenir, avec une seule et même pompe pilotée par un variateur de fréquence, les débits requis pour le remplissage en début de filtration puis à pression maximum (jusqu'à 15 bar) en fin de cycle.

Grâce à ses recherches et essais, Blackmer-Mouvex a su faire évoluer ses modèles Abaque et dispose aujourd'hui d'une gamme complète de 15 l/h à 77 m³/h pour les applications industrielles, tous les groupes étant certifiés ATEX. Blackmer-Mouvex conçoit par ailleurs des groupes spéciaux type duplex ou triplex (2 ou 3 pompes en parallèle avec 1 seul moteur) qui permettent d'éliminer les phénomènes pulsatoires.

Les pompes péristaltiques donnent également leur pleine mesure sur des applications plus sévères, comme par exemple en carrières ou dans l'industrie du béton. CE2A, importateur distributeur de la marque de pompes péristaltiques Rotho a ainsi vendu une dizaine de pompes spécialement conçues après essais et prototypages pour l'industrie du béton. Ce modèle de pompe a été adapté aux pompages d'eaux très chargées de fines, sables, ciment, laitance qui sont collectées derrière les laveuses et caniveaux de ruissellement dans les centrales à béton. Dans ces centrales, la réglementation impose désormais que les eaux soient traitées en effectuant notamment une séparation liquide/solide la plus poussée possible. Pour ceci, Holcim Bétons utilise par exemple un procédé composé d'un filtre-presse de petite capacité, de 7 à 10 plateaux de 600 x 600 mm alimenté par une pompe péristaltique qui pompe en fond de bassin toutes les eaux très chargées provenant de l'ensemble des opérations de lavage d'une centrale à béton : camions toupie, malaxeur de la centrale, lavage de la bande et de la centrale, lavage de la cour, etc.... « La pompe péristaltique utilisée, une Rotho MS3, est parfaitement adaptée à cette application, souligne Alain du Petit Thouars, Directeur général de CE2A. Malgré un effluent très abrasif, son entretien se

limite au remplacement du tube tous les 3 à 4 mois lorsque l’usage est intensif et plus généralement tous les 6 à 8 mois en cas d’usage normal. Cette solution fonctionne de façon satisfaisante depuis plus de quatre ans sur plusieurs centrales, et tous les essais menés en parallèle sur des pompes à membranes à fonctionnement pneumatique ont été abandonnés », indique Alain du Petit Thouars. « La pompe péristaltique est parfaitement adaptée pour pomper des liquides chargés, très abrasifs et épais pour des débits ne dépassant pas les 20 m³/h à environ 10 à 12 bar de pression. Son sens de marche étant réversible, elle offre l’avantage sur d'autres types de pompes volumétriques de pouvoir vidanger les tuyauteries au refoulement afin que ces dernières soient hors gel ou hors séchage de boue à l’intérieur et rendues ainsi plus facilement nettoyables à l'eau claire ».

Mais les qualités du péristaltisme ne limitent pas leur application au relevage d’eaux chargées, abrasives ou corrosives. La précision du mécanisme en fait une technique de choix pour prélever et doser.

Un mécanisme de choixpour prélever et doser

L’échantillonnage est une opération délicate qui conditionne la pertinence de l'analyse. Pour que celle-ci soit correcte, il faut que l'échantillon collecté soit de qualité et représentatif du milieu que l’on veut analyser. Les échantillonneurs se doivent donc de respecter tout à la fois la représentativité de l'échantillon prélevé et son intégrité tout en garantissant sa stérilité et sa non-contamination lors de prélèvements multiples. Autant de contraintes qui justifient l’usage de pompes péristaltiques. Endress+Hauser y a par exemple recours sur son échantillonneur portable Liquiport 2000 comme sur l'une de ses deux versions de son échantillonneur à poste fixe ASP2000. L'aspiration et le dosage du liquide à prélever se font au moyen d'une pompe péristaltique permettant une hauteur de prélèvement de 6 m en standard, pouvant aller jusqu'à 8 m en option. Le tuyau d'aspiration est entraîné par des galets cylindriques au nombre de trois, augmentant ainsi la précision du volume dosé. La déformation du tuyau d'aspiration crée l'effet de pompage, et la détection de produit, qui se fait à l'aide d'un capteur de pression, commande la mesure électronique du volume.

Neotek propose également une gamme d’échantillonneurs automatiques équipés de pompes péristaltiques. L’échantillonneur Isco 4700, conforme aux normes ISO 5667-10, intègre une pompe dotée d’une vitesse d’aspiration de 0,6 m/s à une dénivellation de 8,5 m. Un détecteur de présence de liquide (sans contact avec l’effluent) garantit la précision volumétrique et autorise des cycles de rinçages supplémentaires qui s’ajoutent à la purge de la tuyauterie réalisée avant et après chaque prélèvement. « Sur cet appareil, explique Daniel Chevalier, Directeur commercial chez Neotek, le fonctionnement de la pompe n'est pas basé sur un temps de pompage, mais sur le nombre de rotations effectuées par celle-ci. Ceci assure une bonne précision du volume prélevé, même en cas de pertes de charge ou de variation de pression ». Un système opto-électronique assure le comptage des rotations effectuées par la pompe sur la base de la relation directe qui existe entre leur nombre et le volume prélevé. Le détecteur de présence de liquide garantit donc la précision volumétrique et autorise des cycles de rinçage complémentaires qui s’ajoutent à la purge de la tuyauterie réalisée avant et après chaque prélèvement. Ces caractéristiques font de cet échantillonneur l'un des plus performants du marché.

Hydreka utilise également les pompes péristaltiques pour le prélèvement de l’échantillon dans ses échantillonneurs d’eau 900. La pompe prélève à grande vitesse – 1 m/s pour 1 m d’aspiration –, et le volume de prélèvement est ajustable de 10 ml à 10 l. Pour assurer la neutralité chimique du tuyau sur l'échantillon, le tube est en silicone médical. De son côté, SDEC commercialise un échantillonneur de terrain autonome intégrant une pompe péristaltique à trois galets presseurs. Référencé 12.25, cet équipement répond à des applications d'études sur les eaux souterraines. Grâce à la technologie mise en œuvre, les contaminations croisées peuvent être éliminées en changeant simplement le tube de pompe, ainsi que le tube d'acheminement de l'échantillon avant chaque prélèvement. Géré par microprocesseur, la pompe auto-amorçante dispose d'une large gamme de réglage du débit dans une plage de 0 à 2,3 litres par minute. Elle délivre une pression de 3 bar (ce qui permet une utilisation de filtres en ligne) et une dépression maximum de 1 bar. Lorsque la pompe est à l'arrêt, il y a toujours au moins un des trois galets qui obstrue le tube par compression ce qui empêche le fluide présent dans le tube de refluer vers son lieu de pompage. Le microprocesseur permet de délivrer des vitesses de rotations stables, ajustables et mémorisables.

Le dosage est également un domaine dans lesquels la technologie péristaltique trouve de nombreux champs d'applications. Pour doser un produit qui doit être mélangé à un autre, les pompes doseuses reposent sur deux grands principes de base : les pompes à piston et les pompes à membrane. Les pompes à piston sont basées sur le va-et-vient d'un piston composé d’une phase d’aspiration et d'une phase de refoulement. Les pompes à membrane comportent une ou plusieurs membranes dont la déformation produit des phases d’aspiration et de refoulement. La pompe doseuse péristaltique repose sur un troisième principe qui permet de travailler sur des fluides difficiles.

Comme leurs homologues dédiées au pompage d’eaux usées, elles ont une capacité d’auto-amorçage, elles peuvent fonctionner à sec sans risque, ne possédant ni vanne, ni clapet susceptible de fuir, de se boucher ou de nécessiter un remplacement. 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 est essentielle pour le pompage des produits fragiles. On contrôle le dosage en jouant sur le diamètre du tube, sur l’écartement entre les galets et sur leur vitesse de rotation. PCM, ProMinent, Watson-Marlow, ATC, Verder ou encore AB Pompes proposent toutes des pompes doseuses péristaltiques.

Pompes AB a conçu et fabriqué dès 1978 des pompes péristaltiques pour répondre aux besoins des laboratoires et des pilotes de traitement des eaux. « À cette époque, il n’existait pas de pompes micro et petits débits capables de fonctionner en continu et durablement dans des ambiances industrielles humides et corrosives », explique Roland Bauchez, Pompes AB. « La pompe de laboratoire, de par sa construction mécanique et électronique, ne pouvait alors utiliser que des tubes souples en silicone qui limitaient les performances en aspiration, pression et pompage de produits visqueux avec une durée de vie réduite. La conception et le choix des éléments mécaniques et électroniques des pompes péristaltiques AB a permis l'emploi de tubes plus épais et avec une dureté Shore plus élevée, dans de nouveaux matériaux tels que les thermoplastiques élastiques (TPE). L'utilisation de ces tubes a permis d'augmenter largement la résistance aux produits chimiques et une durée de vie considérable plus conforme aux critères de maintenance des industries. Une nouvelle génération de pompes péristaltiques micro-dosage industriel était enfin présente. »

Sont nées les séries, en coffret métallique étanche, en inox, AB8 (débit 1 litre/24 h) et AB9 (débit 1 à 200 l/h) capables d’assurer une précision de dosage fine et répétitive, complétée par la souplesse d'utilisation apportée par leur système d’attaches rapides permettant le changement du tube, dans des diamètres différents, très facilement et sans outil spécial. À cette disposition s’ajoute le berceau d’écrasement du tube, réglable, afin de faire le choix entre un travail en pression ou un simple transfert (moindre usure du tube). Le succès technique de ces pompes et la demande des industriels ont très vite entraîné Pompes AB à élargir sa gamme en valorisant les caractéristiques des pompes dans le même esprit.

Aujourd’hui, les pompes péristaltiques excellent là où les micro-pompes traditionnelles à clapets, même sophistiquées « électroniquement », ne savent pas doser ou prélever des liquides chargés ou visqueux. Indésamorcables grâce à leur principe de tuyau souple, toujours en occlusion, les pompes péristaltiques assurent un dosage sûr, régulier et continu.

Dulcoflex, de ProMinent, est une pompe péristaltique offrant une plage de débit de 0,4 à 2,4 l/h avec une contre-pression de 1,5 bar. Les domaines d'application courants sont les procédés ne nécessitant qu'une faible pression de refoulement et un traitement en douceur du liquide à doser.

De son côté, AB Pompes commercialise plusieurs séries de pompes doseuses péristaltiques réversibles et auto-amorçantes, simples d'emploi, équipées d’un système d'attaches rapides permettant le montage et le démontage du tube en moins d'une minute.

Watson-Marlow propose la série 500, spécialement conçue pour le dosage précis d’hypochlorite de sodium, de chlorure ferrique, de polymères et autres produits chimiques pour le traitement des eaux. Cette série est disponible en trois versions : la 520SN/R2 à contrôle manuel, la 520UN/R2 équipée en plus de contrôles analogiques et externes, et la 520DuN/R2 qui permet des débits calibrés et un contrôle RS485.