Pompes : quelles solutions pour optimiser les consommations énergétiques ?

Tempêtes, canicule, cyclones... Les signaux d’alerte se multipliant depuis une dizaine d’années, les Français ont pris conscience qu’il était urgent de revoir l’ensemble de leur comportement pour limiter l’effet de serre. Une enquête de l’Ademe révèle que plus de la moitié des Français déclare avoir modifié son mode de vie pour économiser l’énergie et contribuer ainsi à limiter le réchauffement.

de la planète. En France, les questions d’économie d’énergie sont également devenues une priorité pour les exploitants des services locaux de l'environnement comme pour les industriels.

Si les moteurs correspondent à 64 % de la consommation d’énergie électrique (seulement 5 % pour l’éclairage et l’informatique, 24 % pour la production de chaleur, 7 % autres), les pompes représentent une grande part de cette consommation, soit 20 à 30 % (contre 10 % pour les compresseurs, 14 % pour les ventilateurs, 14 % pour les systèmes de refroidissement, et 32 % pour les autres systèmes). Et si l’on ne prend en considération que le parc des pompes, près de 50 % de la puissance totale est consommée par des pompes de puissance inférieure ou égale à 40 kW.

Ainsi, les groupes de pompage constituent, en termes d'économies d’énergie, un potentiel important, qui, selon une estimation du « Deutsches Kupferinstitut », atteindrait en Allemagne pas moins de 14 milliards de kWh par an, ce qui induirait une réduction des coûts annuels pour les opérateurs de 1,12 milliard d’euros et une réduction des émissions de CO₂ de 7,7 millions de tonnes !

Sensibilisés à cette donnée devenue stratégique, les principaux fabricants de pompes dans le secteur de l’eau, KSB, Grundfos, ITT Water & Wastewater, Salmson, Peme Gourdin ou encore ABS Pompes proposent désormais de nombreuses solutions pour optimiser l’efficacité énergétique de leurs équipements. Aucune ne constitue à elle seule LA solution « miracle », mais additionnées les unes aux autres, des gains appréciables peuvent être assez facilement obtenus.

Dimensionner les pompes sans abus de coefficients de sécurité

« Pour ce qui est des postes de relevage, l’étape la plus importante consiste à sélectionner la pompe la mieux appropriée parmi une gamme de pompes, c’est-à-dire celle qui a le meilleur rendement hydrau- »

Optimisation énergétique : Leroy-Somer lance deux nouveaux services

À eux seuls, les moteurs électriques absorbent près de 70 % de l'énergie électrique utilisée par l'industrie et 30 % par le tertiaire. Les applications motorisées constituent donc un important gisement d’économies tant leurs applications sont multiples et variées.

Fort de ce constat, Leroy-Somer, leader mondial en alternateurs industriels et en systèmes d'entraînement électromécaniques et électroniques pour l'industrie, s'est très tôt engagé dans la voie du développement durable. Dans les années 1970, le constructeur français était déjà impliqué dans les systèmes d’entraînement pour le solaire et dans l'hydraulique par le biais des génératrices pour les minicentrales. Il fabrique aujourd'hui des alternateurs pour les turbines hydrauliques jusqu’à 17 mégawatts. Leroy-Somer est également actif dans la biomasse, dans les systèmes de cogénération avec des alternateurs dédiés ou encore dans l'éolien avec des génératrices jusqu'à 5 mégawatts. L'entreprise investit aussi massivement dans la recherche de nouvelles technologies à haute efficacité énergétique et propose une offre complète de solutions à vitesse fixe haut rendement, à vitesse variable et de nouvelles technologies telles que les solutions synchrones à aimants permanents.

Mais conscient des enjeux liés aux performances énergétiques de ses produits, Leroy-Somer vient de lancer deux nouveaux services destinés à favoriser les économies d’énergie.

Le premier prend la forme d'une Charte « Maintenance Eco-Responsable », signée par les 140 Centres de Service Leroy-Somer, qui garantit la préservation du rendement de la motorisation lors d’une réparation et assure à l'utilisateur que les meilleures solutions économes en énergie lui seront proposées. « Chaque Centre de Service Leroy-Somer, à travers cette charte, prend l’engagement de se conformer à un haut niveau de qualité lors de ses interventions de maintenance sur les moteurs électriques, que ce soit lors d’une révision ou lors d'un rebobinage, afin de ne pas détériorer les caractéristiques de rendement, » explique Alain Bondoux, responsable Distribution & Services chez Leroy-Somer. Il s’appuie pour cela sur un guide des bonnes pratiques élaboré par les services techniques de Leroy-Somer. Ce guide reprend toutes les étapes de la maintenance sur un moteur en rappelant précisément les caractéristiques techniques mécaniques (contrôle géométrique, contrôle dimensionnel, équilibrage, …) et électriques (débobinage, imprégnation, essai diélectrique, …) à contrôler et à valider. Il insiste également sur l'importance de la formation ainsi que sur l'utilisation de pièces de rechange d'origine, source importante de modification des valeurs de rendement, donc de consommation d’électricité.

Le second service prend la forme d'un nouveau réseau, le premier qui soit dédié à l'optimisation énergétique des systèmes d’entraînement. « Ce réseau sera constitué de partenaires ayant obtenu le label “Expert en optimisation énergétique des systèmes d’entraînement” attestant de la capacité à mettre en œuvre toutes les technologies permettant de réduire les consommations énergétiques et à gérer toutes les conséquences que peuvent avoir cette mise en œuvre sur l'environnement immédiat du process impacté, » précise Alain Bondoux. Dans un premier temps, grâce à son expertise et à sa connaissance des applications, le partenaire labellisé va s'attacher à identifier les applications présentant un fort potentiel d’économie d'électricité. Ensuite, sur la base des paramètres de l’installation, il réalisera les simulations logicielles nécessaires et analysera les données recueillies afin d'évaluer les économies réalisables. Cette évaluation fera l'objet d'un rapport de synthèse qui mettra en évidence, entre autres, les temps de retour sur investissement.

Au cours de l’étape suivante, le partenaire conseillera et orientera le client vers la technologie la mieux adaptée parmi la multitude de technologies d’entraînement disponibles sur le marché, dans le cadre d'une offre technique et commerciale formalisée et détaillée. « Cette offre ne se limitera pas à l'analyse et à la préconisation. Elle pourra inclure l'installation et la mise en service du matériel de remplacement », précise Alain Bondoux.

Enfin, pour garantir la pérennité des performances dans le temps, l'expert labellisé Leroy-Somer proposera de prendre en charge le suivi et la maintenance des systèmes d’entraînement installés, grâce à des prestations de maintenance prédictive (contrôle thermographique, analyse vibratoire, …). Une trentaine de centres de services devraient être labellisés à la fin de l'année 2010.

Moteurs EFF1 : grâce à un meilleur rendement, ils consomment moins d’énergie

Pour optimiser l'efficacité énergétique d’un groupe de pompage, le choix des moteurs électriques est évidemment très important. Alain Bondoux, responsable Distribution & Services chez Leroy-Somer, explique : « La consommation en énergie électrique d’un moteur représente 95 % de son coût, contre 3 % pour la maintenance et 2 % seulement pour l’achat. »

Efforts ont été faits sur les coûts liés à l'achat et à la maintenance soit sur 5 % du coût de possession total d'un moteur, mais bien peu sur son efficience énergétique soit 95 % de son coût. Il est grand temps de remédier à cette anomalie ». Les moteurs électriques de la classe EFF1 (EFFiciency 1) répondent actuellement aux exigences les plus élevées de la spécification technique établie par la Commission Electrotechnique Internationale. « Ils fonctionnent sur le même principe que les moteurs EFF2, mais avec une efficacité de rendement supérieure à 3,5 % au maximum », précise Christine Leper, KSB. « Le gain n'est pas considérable, mais c'est toujours ça de gagné ».

Salmson, filiale française du fabricant allemand Wilo, vient de lancer Nexis, une gamme de pompes multicellulaires pour eaux claires dont le rendement annoncé peut atteindre 80 %. Dotées de moteurs de classe EFF1 associés à une nouvelle hydraulique, les pompes Nexis figurent parmi les plus performantes du marché. « Notre nouvelle gamme Nexis V 22, 36 et 52 m³/h, qui vient en remplacement de la gamme Multi V, sera élargie dans les prochains mois par des modèles allant de 2 à 80 m³/h dans une démarche qui se veut écodesign », souligne Guillaume Grenier, responsable grands comptes, cellule cycle de l'eau chez Salmson. L’hydraulique (soudure laser) et le corps de pompe sont optimisés afin d’offrir le meilleur rendement hydraulique possible tout en réduisant au maximum les pertes de charge internes à la pompe et au surpresseur.

De son côté, ITT Water & Wastewater propose en standard ou en option, sur l’ensemble de ses pompes de surface, des moteurs EFF1 à partir de 3 kW.

Les nouvelles pompes SLV et SL1 de Grundfos destinées au pompage des eaux usées, eaux de process et effluents bruts non dégrillés provenant de collectivités, de communes ou d'industries sont également équipées de moteurs à haut rendement de type EFF1 de 1,1 à 11 kW. Elles sont disponibles avec roues Super Vortex (SLV) ou haut rendement monocanale avec un passage libre des solides jusqu’à 100 mm. Idem chez KSB avec sa nouvelle gamme Movitec, qui dans un autre domaine, a été

Caprari

Encore plus loin en équipant sa gamme de pompes de circulation “in line” Etaline de nouveaux moteurs électriques dits “superéconomes”, correspondant à la classe de rendement IE4 (Super Premium Efficiency). En matière de consommation électrique, ces moteurs répondent donc aux exigences les plus élevées de la spécification technique 60034-30:2008, établie par la Commission électrotechnique internationale, qui est entrée en vigueur au début de l'année dans le monde entier. En équipant la pompe d’un PumpDrive, le variateur de vitesse développé par KSB, les exploitants d'installations de chauffage/climatisation peuvent économiser jusqu'à 65 % sur les coûts d'électricité au niveau de la fonction de pompage !

Reste que si le choix du moteur est important, il ne doit pas occulter d'autres éléments essentiels comme, par exemple, le rendement hydraulique. Pour Hydro-Group, le seul pompiste à parrainer actuellement le programme européen Moteur Challenge, le rendement hydraulique et son maintien dans le temps restent déterminants. « À quoi sert-il de disposer d’un moteur à haut rendement si la pompe entraînée présente un faible rendement hydraulique ou que son maintien dans le temps est rendu très complexe ? » souligne Jean-Marie Vandeput, directeur général d'Hydro-Group.

De manière plus générale, les constructeurs ont intégré la composante énergie dans leurs logiciels de sélection de pompes. EasySelect, lancé par KSB en mars dernier à l'occasion du salon ISH à Francfort, détermine ainsi le produit selon plusieurs critères, tels que le prix, le rendement mais aussi les coûts en énergie. Ainsi les utilisateurs se voient-ils proposer de façon claire et rapide différentes solutions susceptibles de répondre aux besoins de leurs projets avec leur dimension énergétique. Mêmes préoccupations chez Caprari sur son nouveau site internet “iPump” qui donne libre accès à 6 progiciels prenant en compte la dimension de l'efficience énergétique. Même chose chez Grundfos sur son nouveau site “water-utility.grundfos.fr” et à l’aide de son logiciel de sélection WebCAPS (version internet du WinCAPS) permettant d'effectuer des comparaisons de LCC (Life Cycle Costs) avec n’importe quel autre produit. ITT Water & Wastewater n'est pas en reste avec son nouveau portail dédié aux traitements des eaux usées http://www.itttreatment.com/fr/. Destiné aux professionnels ainsi qu’aux bureaux d'études, ce portail permet de gagner du temps en proposant une recherche multicritères : procédé, application, fonction. Une attention particulière a été apportée pour aider le visiteur à choisir le produit le mieux adapté à la fonction dont il a besoin tout en fournissant également des données techniques telles que les plans d’encombrement, les caractéristiques, les performances et... l’énergie.

Variation de fréquence : adapter la vitesse des pompes

La variation de fréquence, appliquée aux pompes, peut aussi constituer un atout en termes de coût énergétique. Et pour cause, sans vitesse variable, une pompe tourne toujours à plein régime. Or les besoins d'une installation de pompage sont rarement constants. D’où le principe qui consiste à adapter la puissance de la pompe aux besoins de l’exploitation en en contrôlant la vitesse. Aujourd’hui, de nombreux fabricants tels Vacon, Leroy Somer, ABB, Schneider Electric, Danfoss, Omron, Gefran ou encore Bonfiglioli proposent des produits éprouvés susceptibles de convenir à la quasi-totalité des cas de figure. Dernier né de l’offre de variateurs de vitesse, l'Altivar 61 de Schneider Electric est dédié aux pompes centrifuges, ventilateurs et compresseurs.

En termes d’économies d’énergie, il est important d’obtenir le meilleur coût global de cycle de vie d’une pompe (LCC) pour une solution donnée, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients. Celles-ci dépendent avant toute chose de l’application et de son environnement.

Pour Michel Leromain, Responsable Technique et Services chez ABS, « la variation de fréquence, appliquée aux pompes, est un élément à prendre en considération en termes de coût énergétique. Pour les secteurs pompant des liquides clairs et non chargés, si la hauteur géométrique à franchir est faible vis-à-vis des pertes de charge totales, les variateurs ont de l’intérêt. La variation de fréquence conserve un rendement global optimisé, pour autant que le point de fonctionnement sur la courbe de pompe a été bien choisi. Cependant, si la hauteur géométrique est importante, il vaut mieux prévoir des pompes en parallèle si l’on veut conserver un bon rendement » (cf. schéma).

Par ailleurs, en poste d’assainissement, le démarrage est souvent une question de couple car à basse fréquence les variateurs ne donnent pas une alimentation permettant de vaincre le couple résistant.

En ce qui concerne les pompes d’assainissement, le rendement hydraulique ne doit pas seulement être pris en considération. « Ce qui est primordial en fonction de l’énergie, c’est le rendement global », souligne Yves Moyne, Directeur Général d’ABS France. « Si l’on veut optimiser le coût énergétique, se focaliser uniquement sur le rendement (même total) de la pompe n’est pas représentatif des coûts actuels et à venir. En effet, les bouchages sur les hydrauliques risquent de compromettre par leur coût, la rentabilité du rendement élevé ».

Les rendements élevés sont liés à des jeux faibles, ceux-ci doivent être régulièrement ajustés sans quoi les rendements annoncés s’avèrent illusoires. Cela nécessite des visites sur site qui coûteront du temps et de l’énergie. « La plupart des pompes d’assainissement en poste de pompage sont d’une puissance inférieure à 20 kW, leur utilisation annuelle dépasse rarement 1 500 h/an » explique Michel Leromain. « Soit, pour une pompe de 7 kW vortex qui ne se bouche jamais, un coût annuel en électricité de 780 € (0,075 €/kWh). Si le gain apporté par une roue à haut rendement est de 50 % (ce qui est ce que l’on peut constater entre une roue fermée et une roue vortex), alors le gain annuel d’énergie sera d’environ 400 €.

Ce qui, ramené au coût d’un débouchage et de ses conséquences, est peu important. À partir du deuxième bouchage, le gain n’en est plus un, car, en plus des visites pour débouchage :

• + Une pompe tournant bouchée a un rendement proche de zéro ;
• + Comme elle ne débite pas, elle tourne bien plus longtemps (augmentant de ce fait la consommation et dégradant le rendement global) ;
• + Comme elle fonctionne bouchée, le déséquilibre produira des ruptures mécaniques ainsi que les coûts associés : visite sur site, achat d’un nouveau matériel, risque de débordement...

En conclusion, on ne prend pas le même vélo pour faire du VTT que pour gagner le Tour de France. Or, pour les pompes, on ne pompe pas de l’eau claire comme on pompe ce qui arrive des égouts non dégrillés.

Les principaux paramètres qui doivent être pris en compte pour choisir une pompe d’assainissement, qui ne créera pas de coûts disproportionnés, sont les suivants : la distance d’intervention, la criticité de l’application, les manutentions possibles, la granulométrie maximale, la teneur en abrasif et contaminant, le mode de maintenance, le taux d’utilisation, la charge hydraulique du poste.

« ABS est particulièrement sensible aux économies d’énergie dont souhaitent bénéficier ses clients » souligne Yves Moyne. « Le développement et le renouvellement continu de la gamme ABS en fournît la preuve ».

Résultats rotatifs.

De mise en œuvre aisée, assortie de nombreuses fonctionnalités, la gamme Altivar 61 intègre toutes les exigences des hydrauliciens : régulation, protections, communication, exploitation locale/distance. Idem pour le VLT® Aqua Drive de Danfoss Drives, spécialement dédié aux groupes de pompage qui intègrent de nombreuses fonctions telles que le contrôleur en cascade de pompes, détection manque d’eau, détection fin de courbe (détecte les fuites et ruptures dans les tuyauteries), permutation moteur, rampe initiale et finale (protège les paliers des pompes immergées), autoréglage du PID, contrôleur logique, etc. Vacon propose également une large gamme de convertisseurs de fréquence dédiée au segment de l’eau, robustes et fiables de 0,25 à 5 000 kW en basse tension (de 220 à 690 V). La séparation des modules de commande et de puissance facilite leur intégration et réduit les coûts des pièces de rechange et de la maintenance.

Les systèmes d’entraînements (motoréducteurs et variateurs de vitesse électroniques) et les services proposés par Sew-Usocome sont également en mesure de répondre aux exigences actuelles des fabricants et utilisateurs de pompes. Regroupées au sein du programme « effiDRIVE », les différentes solutions matérielles, logicielles et les prestations de conseil forment un ensemble cohérent dédié à la performance énergétique. Côté matériel, les différents moteurs de la nouvelle gamme DR satisfont aux exigences des nouvelles normes mondiales (tensions, fréquences, classes de rendement jusqu’à IE3 et bientôt IE4). Leur modularité facilite grandement la mise en ligne.

maintenance et le rétrofit. En fonction de l'application, les moteurs DR peuvent être associés à plusieurs types de réducteurs coaxiaux ou orthogonaux. Les réducteurs SEW se caractérisent par des rendements élevés qui exploitent bien l’apport énergétique des moteurs DR. Les variateurs électroniques Movitrac et Movidrive sont adaptés à toute solution à vitesse variable. Quant aux variateurs Movimot, montés sur le moteur en lieu et place de la boîte à bornes traditionnelle, ils permettent de réaliser facilement des solutions d'entraînement décentralisées (hors armoire électrique) capables, si besoin est, de dialoguer via un bus de terrain.

Leroy-Somer propose de son côté Dyneo®, une offre qui regroupe l'ensemble des solutions variateurs et moteurs à aimants permanents proposées par ce fabricant. Composante de Dyneo®, LSRPM est une série de moteurs synchrones à aimants permanents, qui bénéficie de la mécanique éprouvée de ce type de moteurs. La technologie brevetée du rotor à aimants radiaux permet, en réduisant les pertes rotoriques, d’augmenter significativement le rendement et la puissance massique de la motorisation. À vitesse nominale, les moteurs LSRPM de la gamme Dyneo® ont des rendements sensiblement supérieurs aux moteurs asynchrones à haut rendement. Cet écart de rendement devient encore plus significatif lors du fonctionnement en dessous de la vitesse nominale, ce qui est par définition le cas dans les applications à vitesse variable. Le temps de retour sur investissement par rapport à une solution traditionnelle peut être de 12 mois.

Les constructeurs de pompes eux-mêmes ne sont pas en reste et proposent des dispositifs adaptés à leurs équipements. Parmi ceux-ci, les surpresseurs Hydroplus AltiNexis intégrant des pompes Nexis VE de Salmson, le système PumpDrive de KSB, les pompes « E » (SPKE, CRE, CRNE ...) de Grundfos etc. Avantages, une bonne adéquation du variateur au moteur de la pompe, la possibilité de disposer de préréglages du variateur et une simplification de l'installation : pré-câblage, intégration, compacité.

ITT Water & Wastewater propose de son côté deux gammes de variateurs distinctes : la nouvelle génération Hydrovar (eau claire) et le PumpSmart 200 (eaux usées). Pour les applications de surpression, l'Hydrovar permet d’équiper des installations avec 8 pompes fonctionnant en simultané sans nécessité d'un équipement de contrôle externe. Il a pour principaux avantages d’optimiser le nombre de pompes en fonctionnement grâce à son intelligence intégrée et d’être facilement accessible. Pour les applications en eaux usées, le variateur

Weg mise sur le rendement énergétique

Augmenter la productivité grâce à un rendement énergétique maximum, c'est l'objectif dédié à cette nouvelle base de moteur électrique développée par Weg. Haut rendement et maîtrise des coûts tout au long de la durée de vie du moteur sont les axes de développement suivis par la nouvelle gamme W22.

Un produit capable de fonctionner la plus grande partie de sa durée de vie en consommant le minimum d’énergie avec un haut niveau de productivité, fiable avec un plan de maintenance réduit et des performances de haut niveau. C'est ce qui sous-tend le nouveau concept du W22, en générant ainsi les caractéristiques optimales appréciées des exploitants. Le coût énergétique représente plus de 90 % du coût total opérationnel de la durée d'exploitation d'un moteur électrique. Les 10 % restants sont répartis sur l'achat, l'installation et la maintenance.

Les nouveaux moteurs W22 sont proposés avec des rendements supérieurs aux valeurs minimales requises par la classe de rendement EFF1. En garantissant ainsi l'économie d'énergie, c'est l'assurance d'un retour sur investissement plus rapide.

Le concept innovant du montage de la boîte à bornes via un adaptateur permet d'obtenir les différentes configurations de moteurs avec boîte à bornes sur le dessus, à droite ou à gauche, en ayant recours qu’à un seul type de carcasse. Par ce procédé, ce sont les stocks et les temps de modification qui se trouvent ainsi réduits. Les carcasses des moteurs de la série W22 sont fabriquées avec une fonte de haute qualité provenant des propres fonderies de Weg. La nouvelle forme du capot de ventilation procure une meilleure résistance aux impacts. À cela, s’ajoute le nouveau dessin de la flasque arrière prévue pour une meilleure dissipation de la chaleur au niveau du roulement. Le système exclusif d'imprégnation WISE utilisé pour la gamme W22 augmente la résistance diélectrique, ainsi en version standard, les moteurs peuvent être pilotés jusqu’à une tension de 575 V.

Avec l’iFD-Stator®, Netzsch innove et optimise l’efficience énergétique de ses pompes

Netzsch Mohnopumpen GmbH, n° 1 mondial dans le domaine de la pompe à rotor excentré et sa filiale Netzsch Frères, ont présenté un nouveau stator permettant de réaliser des économies substantielles, adaptable sur toutes les pompes Nemo® de la série NM®. D’après la comparaison de performances effectuée entre un stator conventionnel et l’iFD-Stator® développé par Netzsch, on observe sur les deux géométries suivantes des résultats probants :

1) NM063-2S

Pour une vitesse de rotation de 300 t/min et une pression de refoulement de 8 bar, le rendement volumétrique est de 96 % avec l’iFD-Stator®, alors qu’il n’est que de 94 % avec le stator conventionnel. Quant au couple de démarrage, c’est-à-dire le couple nécessaire pour « décoller » le rotor du stator au démarrage, il est de 200 Nm avec un stator conventionnel, alors qu’il n’est que de 90 Nm avec l’iFD-Stator®.

2) NM045-1L

Pour une vitesse de rotation de 300 t/min et une pression de refoulement de 4 bar, le rendement volumétrique est de 95 % avec l’iFD-Stator®, alors qu’il n’est que de 93 % avec le stator conventionnel. Le couple de démarrage nécessaire est de 63 Nm avec un stator conventionnel, alors qu’il n’est que de 27 Nm avec l’iFD-Stator®.

Résultat, le gain sur le rendement volumétrique se situe globalement autour de 2 % et le couple de démarrage nécessaire est réduit de plus de 50 %.

Associer économies d’énergie et réduction des émissions de carbone

Tsurumi vient de développer une sonde-électrode innovante qui associe économies d'énergie et réduction de la quantité de CO₂ émise dans l'atmosphère. Initialement, les sondes ont été développées puis intégrées dans la gamme KTVE des pompes de chantier employées pour des applications d’assèchement. Ces pompes, qui développent une puissance de 0,75 kW à 5,5 kW avec une hauteur de refoulement allant de 2 m à 37 m, sont des versions modifiées de la gamme KTV qui, comme toutes les pompes Tsurumi, peuvent fonctionner à sec. Pour Daniel Weippert, directeur exécutif de Tsurumi Europe, « Sur des sites de construction, il n'est ni pratique, ni viable économiquement de contrôler des pompes 24 heures sur 24. Le fonctionnement à sec des pompes Tsurumi est populaire auprès des entrepreneurs car il évite d’endommager la pompe ou d'augmenter les coûts de personnel ».

Cependant, le fonctionnement d’une pompe en continu présente des inconvénients : elle est soumise à une usure supérieure nécessitant une maintenance plus fréquente ; la consommation énergétique augmente tout comme la quantité de CO₂ rejetée dans l'atmosphère.

La sonde de niveau à électrode contourne ce problème car elle réagit à la présence d'eau : lorsque le niveau d'eau augmente, cette dernière entre en contact avec l’électrode qui démarre la pompe ; lorsque le niveau d'eau diminue, la temporisation automatique arrête la pompe. Des études ont mis en évidence le potentiel d’économies pouvant être réalisées comparées à des pompes non équipées de sonde. Sur la base des données d'un site représentatif, Tsurumi a calculé que l'exploitation de la KTVE2.22 coûterait seulement 889 € par an et générerait 1,424 kg de CO₂. En comparaison, le fonctionnement d'une pompe de 2,2 kW sans sonde de niveau coûterait 3 214 € par an et générerait 5,138 kg de CO₂.

Outre les avantages évidents en termes financiers et environnementaux, la sonde de niveau à électrode fait de ces pompes les équipements idéaux pour des espaces confinés. La conception de la sonde répondait à l'origine aux exigences des clients souhaitant une pompe peu encombrante mais réactive aux niveaux d'eau et automatisable. Comparée aux commutateurs à flotteur, plus fréquemment employés pour contrôler le niveau d'eau, la sonde de Tsurumi offre des avantages incontestables en termes de taille. En outre, les électrodes ne peuvent ni se bloquer ni s'enchevêtrer, contrairement aux commutateurs à flotteur, et détectent plus précisément le niveau d'eau.

PumpSmart 200 apporte un ensemble de fonctions spécifiques au monde du pompage. Il a la capacité de détecter un début de colmatage de la pompe qu'il pilote et, en cas d’anomalie, de lancer une série de séquences d’auto-nettoyage pour tenter de maintenir la pompe à son rendement maximum et réduire ainsi les consommations d’énergie. Car rien n’est pire que de faire tourner une pompe bouchée ! Le PumpSmart 200 est en mesure de fournir d'autres fonctionnalités inédites comme le débit instantané de la pompe et la protection contre les cavitations grâce à la modélisation dans le variateur de la courbe de pompe.

Longtemps à la traîne sauf dans le secteur des eaux industrielles, eaux de process et utilités, le secteur de l’eau commence cependant à s'intéresser de près à la variation de fréquence qui permet, dans bien des cas, un gain d’économie d’énergie variant en moyenne entre 15 % et 35 %. La Compagnie d’Aménagement des Coteaux de Gascogne, qui a choisi de généraliser la variation de fréquence sur ses groupes de pompage, a pu ainsi estimer entre 15 % et 25 % les économies d’énergies directement imputables à la variation électronique de vitesse (voir à ce sujet EIN n° 293).

Pour autant, le recours à la variation de vitesse demeure délicat en assainissement. « C’est un moyen que l'on peut utiliser lorsque la hauteur manométrique est faible et les pertes de charges élevées. De plus, les économies potentielles dépendent du réseau et du rendement de la pompe, précise Thomas Fauvel, responsable du marché Industrie et Eau chez Grundfos. De nombreux paramètres doivent être pris en compte, sinon on peut y perdre en rendement ».

Une certitude : si les solutions existent pour réduire les coûts énergétiques, certaines sont bien plus pertinentes que d'autres. Idéalement, l'étape initiale consisterait à déterminer quelles sont les failles possibles en matière énergétique sur chaque installation. Pour répondre à cette problématique, certains fabricants comme KSB et Grundfos proposent un service diagnostic qui consiste à évaluer par une série de mesures la réponse du matériel aux besoins des installations. Moteur, variation de vitesse… Les réponses peuvent être très différentes d'une installation à l'autre pour que leur point de fonctionnement soit au meilleur point de rendement. Objectif clé à atteindre. En effet, un meilleur point de rendement permet d’économiser de l’énergie et augmente la durée de vie de la pompe, avec moins de problèmes de maintenance.

De son côté, Schneider Electric, conscient du paradoxe qui existe entre la part que représente la consommation d’énergie dans les coûts d’exploitation et l’intérêt des exploitants pour le sujet, a présenté en 2008 une solution complète et intégrée baptisée “3SControl” pour équiper les stations de surpression d’eau potable des opérateurs de distribution d’eau ou d’industriels. À Pollutec 2008, Schneider Electric a récidivé en présentant une offre plus globale baptisée “Energy management”. Développée à l'attention des exploitants, elle vise à optimiser le rendement de leurs systèmes électriques et de leurs équipements électromécaniques. La démarche est d'importance : des économies de l’ordre de 15 % à 30 % sont réalisables. « En France, sur des ouvrages existants, il est courant de réaliser une économie globale de 25 % de la consommation énergétique » indique Jacques Schonek, responsable solutions pour le marché de l'eau.

Leroy-Somer, spécialiste de l’application motorisée et des systèmes d’entraînement, est également très actif sur le sujet. Outre le lancement d'une charte de maintenance éco-responsable qui concerne d’ores et déjà l'ensemble de son réseau, le constructeur français a annoncé en juillet 2009 le lancement du premier réseau professionnel spécialisé dans l’optimisation énergétique des systèmes d’entraînement (voir encadré). L'objectif est de labelliser d'ici la fin de l'année 2010 une trentaine des 140 centres qui composent le réseau qui devront

être de mettre en place une démarche d'optimisation énergétique des systèmes d'entraînement en proposant des solutions techniques éprouvées.

Ne pas négliger la maintenance

L'amélioration de la maintenance, même si elle ne permet pas directement un gain en termes de consommation d'énergie, peut être à l'origine de gains indirects et apparaît comme un élément capital dans le bilan écologique, en minimisant notamment le gaspillage des matières et des déplacements inutiles.

Iwaki France, spécialiste des pompes centrifuges à entraînement magnétique pour les opérations d’empotage, de dépotage et de distribution de produits corrosifs et sensibles tel que le chlorure ferrique, travaille depuis longtemps à la réduction des coûts de maintenance. En effet, d’une part l'entraînement magnétique évite les problèmes de fuites et c’est pour cette raison qu’il est fortement recommandé pour toutes les opérations de transferts de produits chimiques, par exemple, mais il permet aussi une forte réduction des coûts de maintenance. Les pompes centrifuges à entraînement magnétique d’Iwaki peuvent ainsi être utilisées au moins 5 ans sans aucune maintenance. De plus, la plupart des pompes peuvent être démontées et remontées facilement, ce qui permet de réduire la durée d'intervention et donc les coûts.

Les nouvelles pompes immergées SLV et SLI que vient de lancer Grundfos répondent également aux enjeux environnementaux. D’abord parce que cette gamme de pompes immergées destinées au pompage des eaux usées, eaux de process et effluent bruts non dégrillés sont les seules sur le marché à disposer de moteurs à haut rendement de type EFF1 de 1,1 à 11 kW. Ensuite parce qu’elles ont fait l'objet de nombreuses innovations précisément pour offrir fiabilité et facilité de maintenance. Exemple, « la taille du moteur ayant été réduite, les risques de vibrations sont moindres assurant une plus grande durée de vie des garnitures et des roulements », souligne Thomas Fauvel. Autre atout, les garnitures primaires et secondaires ont été réunies en une seule cartouche pour réduire le temps de maintenance. Sur sa nouvelle gamme de pompes de surface Nexis, Salmson a également opté pour un système de garniture en cartouche.

Les pompes SLV et SLI sont par ailleurs pourvues d'une prise câble étanche qui élimine tout risque de pénétration d'eau par le câble dans le moteur et réduit le temps de remplacement de la pompe au strict minimum. Elles possèdent, en outre, un collier de serrage (au lieu d’un système à plusieurs vis, comme le proposent les autres fabricants), ce qui permet un accès direct à l’hydraulique. Enfin, les pompes Grundfos SLV et SLI sont disponibles avec des capteurs permettant une vraie maintenance préventive. De fait, « un relais Grundfos IO111 fourni avec la pompe, recueille en continu les informations des capteurs analogiques de résistance d’isolement et de température du moteur, ainsi que de présence d’eau dans l'huile de la chambre intermédiaire, en plus de l’indication d’humidité dans le moteur » souligne Thomas Fauvel. Contrairement aux relais disponibles, ce système de télémaintenance offre la possibilité d'agir avant que la pompe tombe en panne. En restituant des signaux correspondant à un feu “orange” et non plus uniquement à un “feu rouge ou vert”, les relais Grundfos représentent ainsi une avancée technologique appréciable : mieux vaut prévenir que guérir, en matière d'économie d’énergie, aussi.

KSB a présenté de son côté à l’Achema 2009, l’e-monitor, un système de surveillance des pompes développé par Nikkiso, le partenaire de la joint-venture Nikkiso-KSB. Conçu spécialement pour les moteurs à rotor noyé, cet appareil contrôle en continu l’état des jeux radiaux et axiaux des paliers du rotor. En conditions de service normal et sans interruption, les paliers ont une durée de vie comprise généralement entre 8 et 10 ans. Ce module de diagnostic permet d’anticiper de manière précise les opérations d’entretien nécessaires, afin d’éviter les coûts élevés que pourrait entraîner l’endommagement de la chemise d’entrefer ou du bobinage et l’immobilisation forcée des installations qui en résulterait. Les personnels de maintenance disposent ainsi d’un indicateur fiable pour planifier leurs opérations.