● Raisons sociales :
- — les lois réglementant les rejets polluants sont de plus en plus contraignantes : de moins en moins de fluides sont considérés comme inoffensifs, et toute fuite doit être collectée et traitée. Il est donc plus simple et économique de supprimer la pollution à la source ;
- — les lois régissant la sécurité des travailleurs sont, elles aussi, de plus en plus contraignantes : tout matériel véhiculant des produits corrosifs ou toxiques doit être étanche ; plus encore, dans les installations véhiculant des fluides explosifs ou radioactifs, aucune fuite n’est tolérable.
● Raisons économiques :
- — toute fuite entraîne une perte de matières ;
- — les fuites de produits corrosifs endommagent les matériels et aggravent les coûts d’entretien ;
- — les fuites de produits chargés endommagent les dispositifs d’étanchéité, augmentent la fréquence des opérations d’entretien et des temps d'arrêt ;
- — dans certaines industries (alimentaires, pharmaceutiques, biologiques), les dispositifs d’étanchéité sont des pièges à bactéries exigeant un nettoyage fréquent et coûteux.
La nécessité de supprimer toute fuite a conduit au développement de deux types de pompes : les pompes centrifuges à entraînement magnétique et les pompes volumétriques à membrane.
Les pompes à membrane sont des pompes alternatives à clapets où le fluide pompé est séparé du dispositif de commande par une membrane souple. Nous ne parlerons pas ici de certaines pompes à membrane à commande pneumatique utilisées pour le transfert de boues épaisses.
Toutes les pompes volumétriques à membrane présentent une partie mécanique qui transforme le mouvement rotatif d’un moteur en mouvement alternatif d’un coulisseau. Le mouvement alternatif du coulisseau peut être transmis à la membrane, soit mécaniquement, soit hydrauliquement, ce qui correspond aux deux types de pompes que nous examinons ci-après :
- — les pompes à membrane à commande mécanique,
- — les pompes à membrane à commande hydraulique.
Pompes à membraneà commande mécanique
Elles correspondent au modèle dont le schéma est porté sur la figure 1.
La membrane est accrochée mécaniquement au coulisseau. Pendant la phase d’aspiration, le coulisseau recule, entraînant dans son mouvement la membrane. Par suite de la dépression ainsi créée, le liquide pompé entre dans la chambre hydraulique. Pendant la phase suivante (refoulement) le coulisseau avance en poussant la membrane, ce qui refoule le produit hors de la chambre.
Dans ce type de pompe, la face arrière de la membrane est à la pression atmosphérique, sa face avant est soumise à la pression de refoulement.
[Photo : Figure 1 – Schéma d’une pompe à membrane à commande mécanique]
La membrane peut être réalisée en élastomère, en PTFE, ou en matériau hétérogène (élastomère toilé ou PTFE adhérisé sur support élastomère).
Ces pompes sont économiques ; elles sont adaptées à des pressions de refoulement basses, et à une précision de dosage limitée (figure 2).
Traditionnellement, ces pompes ne possèdent pas de dispositif de sécurité interne ; c’est pourquoi nous avons développé un nouveau doseur équipé, sur la face avant, d’une soupape de sécurité intégrant une purge d’amorçage (figure 3).
Pompes à membraneà commande hydraulique
Dans ce type de pompe (figure 4), la chambre de pompage est partagée en deux par une membrane étanche qui n’est plus attachée au coulisseau mais actionnée hydrauliquement. Le piston, accroché au coulisseau, repousse le fluide hydraulique qui se trouve derrière la membrane. Celle-ci se déplace et pousse le fluide pompé qui se trouve sur sa face avant ; elle est donc soumise à la même pression sur ses deux faces.
Avec ce type de pompe, la pression de refoulement peut être aussi élevée qu’avec une pompe à piston.
Purge d’air
Tout liquide hydraulique inclut de l’air dissous qui s’évapore progressivement avec le temps ; cet air est compressible et affecte la précision de la pompe.
Une purge d’air installée au point haut de la chambre hydraulique évacue ce dernier.
Compensation hydraulique
La purge d’air crée une légère fuite d’huile hors de la chambre hydraulique. Cette fuite est inoffensive, mais elle
[Photo : Pompes à membrane à commande mécanique]
[Photo : Ce nouveau doseur est équipé, sur la face avant, d'une soupape de sécurité intégrant une purge d’amorçage]
réduit progressivement le débit de la pompe, affectant ainsi sa précision. Un dispositif de remplissage est donc nécessaire pour réintroduire le liquide hydraulique perdu.
Le clapet de compensation (1) ne peut fonctionner que si deux conditions sont remplies simultanément :
- a) la membrane est en position arrière, en fin de course d’aspiration, autorisant le recul du plateau (4) ;
- b) un manque d’huile dans la chambre hydraulique provoque une dépression résiduelle par rapport au réservoir atmosphérique (6).
Ainsi la nécessaire concomitance de (a) et (b) empêche tout remplissage intempestif et assure une capacité d'aspiration équivalente à celle d'une pompe à piston.
La combinaison de (a) et (b) empêche toute distension de la membrane ; le pompage de produits très chargés (lait de chaux jusqu’à 33 %), ainsi que celui de liquides très visqueux (polyélectrolytes, 20 000 Cps et plus) est rendu possible du fait de l’absence de plaque d’appui dans le doseur ; celle-ci était indispensable sur les anciennes générations de pompes.
Les problèmes d'installation et les calculs NPSH sont ramenés à ceux habituellement rencontrés sur pompes à piston. Le pompage de fluides à haute tension de vapeur est possible.
Soupape de sécurité
La pompe est équipée d'une soupape de sécurité placée sur le circuit d’huile hydraulique qui protège la pompe en cas de surpression. Soupape de sécurité et purge d’air sont combinées dans un même dispositif.
[Photo : Coupe d'une pompe à membrane à commande hydraulique]
[Photo : Membrane composite chimiquement inerte]
Membrane composite
Une mince feuille de PTFE est collée sur un robuste support en élastomère ; côté PTFE, la membrane est chimiquement inerte tandis qu’elle présente dans sa masse les qualités élastiques et mécaniques du caoutchouc.
Des qualités spéciales de Viton permettent de pomper des fluides jusqu’à 150 °C.
Membrane préformée
Un traitement thermique exécuté avant moulage donne à la membrane la forme d’une calotte sphérique. Au montage, la membrane se place automatiquement en position arrière, ce qui facilite le remplissage de la chambre hydraulique.
Il convient d'observer que la membrane ne travaille pas en extension, mais en déroulement, toujours en dessous de la limite de déformation élastique du PTFE. La durée de vie est plus élevée, jusqu’à 20 000 heures.
Cette membrane composite préformée à joint torique incorporé constitue une innovation majeure dans la technologie du dosage des fluides.
Joint torique incorporé
Le joint torique, exécuté totalement en élastomère (à l'exception de la couche de PTFE sur la face avant), constitue un joint périphérique élastique très efficace :
- — son étanchéité par serrage mécanique de type joint torique : aucune clé dynamométrique n’est plus nécessaire, le fluage est supprimé ;
- — la pression de refoulement ne pose plus de problèmes ;
- — la membrane peut être réutilisée après démontage, l’élastomère empêchant le fluage du Téflon ;
- — son positionnement au montage est des plus aisé.
Conclusion
Ces pompes à simple ou double membrane, à commande mécanique ou hydraulique, présentent des performances similaires aux pompes à piston dans tous leurs domaines d’application (traitement des eaux, chimie, pétrochimie, gaz, etc.). Elles sont amenées à les remplacer maintenant dans la plupart de leurs utilisations.
