Simples par leur principe, les pompes péristaltiques offrent une très large gamme de débits et de transfert de liquides les plus variés. Rustiques, elles n?en profitent pas moins des avancées technologiques : tubes de plus en plus élaborés et avantages de l'électronique pour réguler les débits. Dans les applications gros débits, elles restent des pompes de l'extrême, utilisées lorsque toutes les autres solutions sont inopérantes.
Difficile de faire plus simple : un tuyau, écrasé périodiquement par des galets, aspire et pousse le fluide qui se trouve à l’intérieur. Ce qui procure de nombreux avantages. Le liquide est en contact uniquement avec le tuyau contenant le fluide donc pas de souci d’étanchéité, de presse-étoupe et autres joints. Il n'y a pas de frottement dans le liquide pompé donc quasiment pas de problème d’abrasion du “corps de pompe”, c’est-à-dire le tuyau, même avec des fluides contenant des grains très abrasifs, voire des morceaux solides pouvant atteindre la moitié du diamètre du tuyau. Le fluide ne subit pas de cisaillement, il n'est donc pas dégradé.
Par principe, la pompe est fortement auto-amorçante (9 m CE) et ne craint pas de
fonctionner à sec. « Tous ces avantages ont leur contrepartie. Le principe même du pompage par des galets d’écrasement restreint les vitesses possibles de rotation, de l'ordre de 60 t/min, le double pour les plus rapides, alors qu’une pompe à palettes va tourner à 1000 t/min donc procurer des débits importants, explique Paul Cardon de la société Mouvex. À débit égal, les pompes péristaltiques sont beaucoup plus grosses que d'autres pompes volumétriques. Pour fixer les idées, pour un débit de 60 m³/h une pompe à palettes aura une dimension de 1,5 m de long sur 0,5 × 0,5 m et pèsera 400 kg, alors qu'une péristaltique s’inscrira dans un cube de 2 m de côté et pèsera 2 t. S’il s'agit d’un fluide ordinaire, on ne retiendra pas la pompe péristaltique pour des utilisations industrielles. Les pompes péristaltiques sont des pompes de l'extrême, utilisées parce qu'aucune autre pompe ne résiste dans cette application. »
Pompe volumétrique sans cisaillement, elle est à même de déplacer des fluides sur une très large plage de viscosité, des plus faibles aux plus importantes (100 000 cP). D’où leurs applications toujours très spécifiques mais dans une multitude de secteurs : industries minérales pour pomper des boues dans les installations minières et de transformation des minerais ; industries agroalimentaires qui apprécient le non cisaillement du liquide et des éventuels morceaux présents ; traitement des eaux usées lorsqu’il y a présence de sables et de boues (pompe de gavage de filtre-presse) ou pour l’injection de lait de chaux et autres réactifs corrosifs ; chimie et parachimie, peinture, etc. Elles sont proposées par plusieurs constructeurs dont Pompes PCM, Aquacontrol, Albin Pump, Mouvex, Pompes PCR, Parelis, Watson-Marlow ou encore Verder.
Des applications qui se développent
Les applications auraient même tendance à se développer particulièrement pour des raisons environnementales. De plus en plus, on récupère des eaux de ruissellement chargées très diversement, qui sont pompées à des fréquences très variables impliquant de longs temps d'arrêt dont ce type de pompe s'accommode. « Dans le secteur des peintures, le passage à des bases aqueuses se traduit par des fluides beaucoup plus grippants, avec des charges moins enrobées donc plus abrasives. Ainsi, les peintures routières (bandes blanches) qui contiennent des poudres de verre réduisent la durée de vie des pompes traditionnelles et l'on constate une évolution vers de la pompe péristaltique », remarque Paul Cardon. Dans ces utilisations de pompage industriel, les fabricants de pompes proposent une gamme couvrant des débits de 10 l/h à 70 m³/h avec des pressions de refoulement ne dépassant pas 16 bar.
Outre les utilisations en pompage industriel à débit élevé, l'autre grande application des pompes péristaltiques est le dosage de produits à des fins analytiques, d’apport de réactif (neutralisation, floculation) ou pour le remplissage de flacons. La plage de débits est très large : de quelques microlitres par minute à 100 l/h ; les puissances concernées vont du watt à quelques dizaines de watts ; ces pompes travaillent généralement à pression ordinaire mais on voit une certaine montée en pression comme sur le dernier produit Aura de Verderflex dont la pression atteint 4 bar. Il s'agit d'une pompe à deux galets avec un débit maximum de 80 ml/min, protégée IP 66 et équipée d'un minuteur pour les phases de dosage. Cette pompe présente un accès dégagé à la tête de pompe et l'avantage d'un changement de tube très facile en toute sécurité. Le dosage minuté et les fonctions de temps de pause assurent une dose précise délivrée sans possibilité de surdosage.
tion, l’ajout de détergent dans des machines à laver industrielles, mais aussi dans le domaine des loisirs pour le traitement des eaux de piscine. On est alors dans des gammes de prix faible, une centaine d’euros et moins. Parmi les améliorations apportées récemment, la présence de roulement à billes pour rendre l’axe de rotor plus stable », précise Joël Guilleray d’Aquacontrol, société qui distribue les pompes Etatron.
On exploite deux caractéristiques de ces pompes : d’une part la précision du volume délivré (1 % et moins), et pour certaines applications, l’absence de cisaillement du fluide ce qui évite un échauffement pouvant dégrader certaines molécules et préserve la texture du liquide et toutes ses propriétés rhéologiques. C’est le cas en agroalimentaire (émulsions) et dans la cosmétique, ce secteur utilisant beaucoup de formulations sous forme de crèmes émulsionnées, de gels qui ne supportent pas le cisaillement. En matière de dosage, l’éventail des débits est très large : de dizaines de litres par heure pour doser des réactifs comme un lait de chaux pour neutraliser, du chlorure ferrique, des floculants etc. à quelques microlitres par minute pour des applications de chimie analytique et de recherche en biologie. Ces très faibles débits sont obtenus par combinaison d’une vitesse de rotation lente et de tubes de faible diamètre. Il est fréquent que ces pompes de laboratoire, notamment dans le domaine pharmaceutique, soient munies de plusieurs circuits en parallèle sur une même tête. Ainsi, Gilson dans sa gamme Minipuls Evolution, dispose de têtes à 16 canaux avec une reproductibilité des débits sur tous les canaux meilleure que 0,1 %. Ces pompes sont prévues pour fonctionner en continu (équipées de rouleaux). La gamme est modulaire, c’est-à-dire composée d’un module de contrôle de la vitesse, de têtes mono et multicanaux (de 0,2 µL/min à 340 mL/min) et de tubes standards (PVC, silicone, Pharmed®, Isoversinic®) ; en fonction de son besoin, on assemble ces différents composants.
Le fonctionnement est silencieux, le rotor à six galets limite les pulsations. Celles-ci sont éliminées sur la Minipuls à 10 galets. Sur ce modèle, le changement d’un tube est très simple grâce à une came de compression d’ouverture facile, sans toucher aux autres tubes. Le fonctionnement de ces pompes de laboratoire est contrôlé par microprocesseur. Une application particulière profite des avantages du péristaltique : les circuits aseptiques. Watson Marlow Flexicon a développé toute une gamme de matériels pour le remplissage en milieu aseptique. Produits sous le nom de Dafpa Disposable aseptic fluid path (circuit de fluides aseptiques et jetable), ils répondent aux impératifs de production en pharmacie et santé (fluides biologiques). Avec de tels kits jetables, les problèmes de désinfection de lignes, donc de produits de rinçages, de leur traitement sont éliminés. Certes, il faut traiter ces déchets après usage, mais c’est la contrepartie de la sécurité vis-à-vis des contaminations des produits et du personnel et à la disponibilité des équipements. Dans ce genre d’application, les volumes transférés sont généralement faibles. Le remplacement du tube prend moins d’une minute. La cosmétique utilise souvent des crèmes ou des gels facilement pompés par les pompes péristaltiques, et là encore, le tuyau jetable est utilisé, d’autant plus quand les lots sont de petite taille et les produits coûteux ; ainsi pas de risque de mélanges. La précision de remplissage est de l’ordre de 0,5 %. Flexicon a développé des matériels en versions semi-automatique et entièrement automatique pour des capacités de remplissage de liquide de 0,5 à 250 mL (modèle PF6) et de 10 mL à 2 L pour crèmes et gels (GD 301). La possibilité de s’affranchir du rinçage de pompe est aussi appréciée dans le domaine nucléaire : c’est une réduction directe du volume d’effluents.
Motorisation et variation de fréquence : de nombreuses combinaisons
La motorisation des pompes, quelle que soit leur taille, n'est pas un problème, il existe suffisamment de moteurs électriques, de motoréducteurs et de variateurs de vitesse sur le marché ; on peut aussi faire appel à d'autres motorisations, par air par exemple. Certains constructeurs comme Pompes AB proposent des variateurs de fréquence en propre.
Dans les applications les plus simples de vidage et transfert en fonctionnement tout ou rien, un simple interrupteur suffit à la mise en marche du moteur qui tourne à vitesse constante. Si l'on est en milieu explosible, les précautions à prendre toucheront essentiellement la partie électrique.
Des applications plus exigeantes utilisent la variation de vitesse avec toutes les solutions des fabricants de tels dispositifs. La commande et la surveillance s’électronisent. Watson Marlow a lancé cette année trois nouvelles pompes IP 66 (modèles 520 Bp, 620 Bp et 720 Bp) connectables directement sur un réseau Profibus DP grâce à son interface spécifique. Jusqu’à présent, on utilisait une passerelle dédiée. Grâce à cette interface, les données de fonctionnement et de diagnostic sont reportées à la salle de contrôle via le réseau. Ceci permet de détecter au plus tôt une fuite, une ouverture de capot, minimisant ainsi les conséquences d'un incident et réduisant aussi les coûts de maintenance et les temps d'indisponibilité.
Ces pompes sont très prisées dans les usines de traitement des eaux, fortement automatisées, vastes, fonctionnant avec peu de personnel. Chez tous les constructeurs, les pompes de dosage de réactifs sont dotées de commande avec clavier de programmation et écran de visualisation.
Série PPI
Le contact tuyau/dispositif de pressage est important vu qu’il est responsable de l’étanchéité donc de l’efficacité de la portion de tuyau qui pompe et, dans une certaine mesure, de la durée de vie du tuyau. L’écrasement du tuyau est réalisé par un galet qui frotte sur le tube ou par un rouleau qui roule sans frottement sur le tuyau. On peut penser que le rouleau abîme moins le tuyau ; c’est vrai, même si les mécanismes qui entrent en jeu sont plus complexes.
Le rouleau a un rayon de courbure faible en proportion du tuyau, le contact sera peu étendu, donc la pression d’écrasement du tuyau sera plus forte, ce qui le fatigue davantage. Certaines constructions intègrent un dispositif mécanique de réglage de la pression d’appui ou de positionnement du rouleau.
Le galet écrase le tuyau en le frottant. Pour réduire le frottement, le tuyau est lubrifié avec une graisse siliconée pour les petits diamètres ou, pour les grosses pompes, en mettant un liquide (mélange glycérine-glycol le plus souvent) dans le carter de pompe rendu étanche ; il agit comme lubrifiant et comme dissipateur de la chaleur de frottement.
Des tuyaux à durée de vie variable
Le contact tuyau/dispositif de pressage est important vu qu’il est responsable de l’étanchéité donc de l’efficacité de la portion de tuyau qui pompe, et, dans une certaine mesure, de la durée de vie du tuyau. L’écrasement du tuyau est réalisé par un galet qui frotte sur le tube ou par un rouleau qui roule sans frottement sur le tuyau. On peut penser que le rouleau abîme moins le tuyau ; c’est vrai, même si les mécanismes qui entrent en jeu sont plus complexes.
Le rouleau a un rayon de courbure faible en proportion du tuyau, le contact sera peu étendu, donc la pression d’écrasement du tuyau sera plus forte, ce qui le fatigue davantage. Certaines constructions intègrent un dispositif mécanique de réglage de la pression d’appui ou de positionnement du rouleau.
Le galet écrase le tuyau en le frottant. Pour réduire le frottement, le tuyau est lubrifié avec une graisse siliconée pour les petits diamètres ou, pour les grosses pompes, en mettant un liquide (mélange glycérine-glycol le plus souvent) dans le carter de pompe rendu étanche ; il agit comme lubrifiant et comme dissipateur de la chaleur de frottement.
L’avantage du galet est que l’on peut jouer sur la surface de contact donc réduire la pression à laquelle est soumis le tuyau et finalement moins le fatiguer (problème de fatigue cyclique). Certains constructeurs recommandent d'inverser le sens de rotation pour augmenter la durée de vie. Il existe des galets munis de déflecteurs qui assurent une mise en pression progressive de la chambre. Les galets sont choisis sur les pompes de gros débit travaillant sous pression en raison des efforts importants.
Les constructeurs de pompes jouent sur la géométrie des gorges et du dispositif de pressage pour concevoir des pompes efficaces ne fatiguant pas trop le tuyau. Lors du pompage de liquides visqueux, le tuyau peut avoir du mal à retrouver sa forme initiale et aspirer ; des constructeurs proposent des systèmes de mise sous vide du carter pour aider le tuyau à retrouver sa géométrie.
Toujours pour les liquides très visqueux (plus de 35 000 cP) pompés en continu, Techni-Flow recommande l’utilisation d’une vis sans fin de gavage en entrée.
Une variante de la roue à rouleau est la compression rectiligne développée par PCR. Il ne s’agit plus d’une roue mais d’une sorte de chenille comportant des galets. Comme son nom l'indique, la compression est rectiligne, le tuyau n’a donc pas de tension différentielle entre un rayon intérieur et extérieur comme sur les pompes classiques. Le tuyau, armé par du polyamide, est réalisé à partir d’un profil moulé à plat et soudé ; il est lubrifié par une huile siliconée.
Comme sur les autres pompes péristaltiques, il est possible d'inverser le sens de pompage par simple inversion de la rotation du moteur. Les galets sont débrayables ce qui facilite les opérations de nettoyage en place (passage intégral sur le DN) et le changement du tuyau. Les pompes disponibles PCR 118 à 310 ont des débits de 170 L/h à 12 m³/h.
Amortir les pulsations, limiter l'usure
Quelle que soit la géométrie de la pompe, l'action des galets sur le tuyau entraîne une pulsation du débit refoulé, souvent non gênante, mais on cherche parfois à la réduire. La fréquence dépend de la ...
Certaines pompes ont des rotors à trois, voire quatre galets pour minimiser la pulsation. On peut mettre deux pompes en opposition pour lisser le débit. Mettler-Toledo propose, sur son modèle Rainin RP1 de pompe doseuse de laboratoire, une tête à 10 rouleaux inox dont 5 sont toujours en contact avec le tuyau pour réduire la pulsation.
Ce modèle s’équipe de têtes interchangeables à 1, 2, 4 ou 8 canaux. De plus, sur chaque canal, une vis à oreilles déplace une came pour régler finement la pression sur le tuyau, ce qui prolonge sa vie. Les tubes disponibles ont des diamètres internes de 0,25 à 4 mm ; avec une vitesse qui varie de 0,01 t/min à 48 t/min on peut couvrir une gamme de débits de 0,5 µl/min à 25 ml/min.
Pour les pompes industrielles, cette pulsation peut être bénéfique en évitant des sédimentations dans certaines parties de circuit. Pour ces pompes, et si l'on souhaite tout de même amortir les pulsations, il est possible de placer un amortisseur sur la canalisation au plus près de la pompe. C’est un réservoir de quelques litres en charge sur le tuyau comme le fait Pompes AB, par exemple, sur ses pompes type MS et SDF.
Même avec une bonne géométrie, l'usure du tuyau est inévitable d'où des durées de vie très variables : 200 heures en conditions très difficiles à quelques milliers d’heures pour les cas les plus favorables. Par conséquent, les coûts d'exploitation sont très variables surtout pour des tubes renforcés de diamètre important. Les sollicitations cycliques, l'interaction avec les produits pompés comme les solvants qui parviennent toujours à diffuser provoquent un vieillissement du matériau. La vitesse de rotation utilisée ainsi que le régime d'utilisation de la pompe, continu ou périodique, jouent un rôle.
Thierry Hellegouarch de Europumps (distributeur des pompes Boyser) souligne l’importance d’un bon dimensionnement de la pompe en fonction du besoin pour ne pas avoir d’usures prématurées ni de surinvestissement en optant pour une pompe plus grande. « Nous fournissons des abaques de durée de vie des tuyaux selon nos modèles de pompes et la nature du tuyau : nombre d’heures en fonction de la vitesse de rotation utilisée. Une durée de 3000 h à 30 t/min passera à 600 heures à 110 t/min. Cela donne une indication pour le renouvellement du tuyau, mais chaque cas est particulier. Même si l’indication est imprécise, elle aidera les services de maintenance dont les effectifs sont en constante réduction ».
Thierry Hellegouarch indique aussi qu'il n’y a pas beaucoup de fabricants de tuyaux dans le monde et que les fabricants de pompes, qui investissent dans l’achat de longueurs de tuyaux, sont sous leur dépendance. Vu le marché restreint, il est difficile de créer des matériaux spécifiques et des tuyaux tout en restant à des prix raisonnables.
En stations d’épuration : de nombreuses applications
La robustesse de ces pompes en font un atout incontestable dans les stations d’épuration, usines de traitement d’eau potable, carrières, sablières, mines, forage etc.
La gamme ALH d’Albin Pump est représentative du large éventail d’applications possibles. Elle a été conçue pour transférer des liquides avec des débits pouvant atteindre près de 150 m³/h et des pressions de refoulement jusqu’à 15 bar : auto-amorçante jusqu’à 9,8 m, elle est réversible et capable de fonctionner à sec sans dommage. Elle ne comporte ni garniture mécanique, ni presse-étoupe. Les corps de pompes sont en fonte GG et/ou en fonte GS.
Les applications de ces pompes sont nombreuses : 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. Le corps de pompe est rempli à 40 % de glycérine afin d’améliorer le glissement patins/tube et réduire les échauffements générés par ce frottement. De ce fait, la durée de vie des tubes peut atteindre jusqu’à 10 000 heures de fonctionnement en conditions d’utilisations optimales.
Malgré tout, une rupture du tuyau n’est pas à exclure, d’où la présence chez la plupart des constructeurs de pompes d’un système de détection de défaillance qui stoppe immédiatement la pompe.
Chaque constructeur a développé des corps de pompe maison. Larox a opté pour un système d’écrasement du tuyau par roulement, évitant ainsi l’échauffement du fluide et réduisant considérablement la quantité de lubrifiant dans le corps de pompe. Ces pompes sont conçues avec une géométrie particulière puisque le pompage s’effectue sur 360°, augmentant ainsi le volume de fluide pompé par révolution ce qui entraîne les échauffements générés par ce frottement.
On la trouve également en alimentation de filtre-presse. C’est 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 (pression maximale générale de la plupart de constructeurs de filtres). 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 tuyau. Le meilleur moyen de réguler la pompe est d’utiliser un variateur de fréquence ayant la possibilité de fonctionner en couple constant (vectoriel). Afin de limiter les coups de bélier, il est recommandé d’utiliser un amortisseur de pulsations en ligne, garantissant une durée de vie du tuyau doublée.
Ces pompes sont conçues pour travailler en continu dans des applications difficiles. Le tuyau qui les équipe est préformé et existe en EPDM, NBR et NR. Il se compose de trois couches : interne (correspondant aux fluides véhiculés), intermédiaire (renfort) et externe (caoutchouc naturel), lui permettant de résister à la corrosion, l’abrasion, mais aussi d’être compatible avec les applications alimentaires. La gamme LPP-T modèles 25 à 80 couvre des débits de 2,2 m³/h à 40 m³/h sous une pression de 10 bar (puissances de 0,37 à 18 kW).
L’accent est mis sur la facilité de changement des tuyaux chez Verder avec sa Smart (débit de 15 l/min) : la mâchoire de serrage du tube est manœuvrable d’une seule main.
Le changement de tube s’effectue non pas par le devant comme souvent mais par-dessus, la manœuvre est rapide. Le dispositif existe aussi sur les têtes avec plusieurs tubes en parallèle. La tête dispose de ses propres roulements ce qui soulage l’entraînement et accroît la durée de vie des tubes.
Pour les grosses pompes, afin de limiter la longueur du tuyau de pompage à la portion utile dans le carter, tous les constructeurs ont développé des systèmes de bride. Là encore, les solutions sont très variées, certains utilisant des attaches rapides pour un changement sans outil. Ces dispositifs font partie des critères de choix pour une pompe selon les utilisations.
Simples de conception, les pompes péristaltiques évoluent lentement, tout comme leur marché. Dans le domaine du pompage industriel, des progrès sont attendus du côté des tubes, le cœur de la machine, par une amélioration de la durabilité des tuyaux grâce à des formulations plus ciblées en fonction des usages. Sur les pompes de laboratoire, les efforts portent sur le design et la disponibilité de contrôle électronique bon marché.
