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Pompes pour eaux très chargées : adapter la solution au media

30 mars 2020 Paru dans le N°430 à la page 61 ( mots)
Rédigé par : Christophe BOUCHET et Pascale MEESCHAERT de EDITIONS JOHANET

Le concept d’eaux très chargées correspond à une grande diversité d’effluents qui appellent des réponses différenciées. Les fabricants de pompes centrifuges ou volumétriques ont engagé de gros efforts pour aider les exploitants à faire face à ces effluents difficiles. Les caractéristiques des liquides à transporter et l’environnement du pompage déterminent le choix de la technique de pompage à mettre en œuvre et des matériaux à utiliser.

En pompage d’eaux usées, une pompe pour eaux très chargées doit permettre de relever ou de transférer un effluent sans usure particulière de la pompe ni risque de colmatage entraînant une chute progressive du rendement et du débit.
Mais qu’est-ce qu’une eau très chargée et de quoi parle-t-on ?
Les pompes métallisées EMWR de Sulzer offrent une très bonne tenue aux fluides abrasifs et une diminution des frottements, ce qui garantit des économies d’eau et d’énergie.

Inutile d’en rechercher une quelconque définition, il n’en existe pas. « C’est un concept très vaste qui correspond à des caractéristiques différentes selon qu’il s’agisse, par exemple, d’eaux urbaines ou d’eaux industrielles », explique Stanislas Grivet, Chargé d’affaires hydraulique chez Atlantique Industrie. « En eaux usées urbaines comme en eaux industrielles, une eau très chargée peut être une eau pâteuse, fibreuse, visqueuse, sableuse, voire même tout cela à la fois », renchérit Augustin Berge, PDG d’Hidrostal France. « En invoquant la notion d’eaux très chargées, on se livre à une simplification grossière de la concentration en taux de matières sèches ou en taux de matières en suspension, poursuit Julien Gaonach, responsable du marché eaux usées chez KSB, qui donne une idée très partielle de la solution à apporter au client ».

Autant dire que le terme recouvre des réalités souvent très différentes.

« En eaux usées urbaines, les problématiques les plus fréquentes reposent sur la présence de sable ou de filasses dues aux lingettes, explique ainsi Stanislas Grivet. En revanche, en industries, on va avoir affaire à un panel de problématiques bien plus large, liées par exemple à la présence de grosses particules, à des phénomènes de graisses, d’abrasion ou de corrosion. On retrouve ces problématiques en agroalimentaire mais aussi en méthanisation, en papeteries, en industries minières, ou encore dans le secteur oil and gas ».
Et évidemment, ces réalités appellent des réponses différentes. « Le concept d’eaux très chargées ne veut pas dire grand-chose, estime Augustin Berge. Il y a des eaux très chargées bien plus difficiles à traiter que d’autres. Les eaux très chargées en sable, donc très abrasives, nécessiteront bien souvent la mise en œuvre de métallurgies adaptées. Les eaux chargées en fibres devront être traitées via des hydrauliques particulières. Il n’y a pas de miracle ni de solutions universelles susceptibles de fonctionner sur tous les effluents chargés ».
La première des choses à faire, lorsque l’on doit choisir un équipement pour relever ou transférer une eau réputée très chargée, consiste donc à essayer de caractériser l’effluent auquel on est confronté.

Caractériser l’effluent auquel on est confronté

La chose est moins simple qu’il n’y parait !
D’abord parce que la qualité des effluents évolue dans le temps et dans l’espace. Dans le temps parce que le phénomène “lingettes”, apparu il y a une vingtaine d’années, ne cesse de prendre de l’ampleur, malgré les efforts de pédagogie déployés par les services chargés de l’assainissement auprès du grand public (cf. encadré). Dans l’espace, parce que chaque poste de relevage est confronté à des problématiques particulières liées à l’effluent qu’il reçoit mais aussi à sa propre configuration.

Autre problème, les appels d’offres sont généralement peu diserts sur le sujet. « Dans la plupart des cas, ils ne font état que de la simple mention “eau usée”, indique Augustin Berge chez Hidrostal. Beaucoup de déconvenues proviennent d’une insuffisante prise en compte des particularités du ou des postes à équiper ». Les descriptions, lorsqu’elles sont plus détaillées, ne sont pas forcément explicites pour le soumissionnaire. « Des eaux sableuses peuvent aussi bien désigner beaucoup d’eau avec un peu de sable que beaucoup de sable avec un peu d’eau argumente Augustin Berge. C’est pour cette raison qu’il est intéressant de connaître l’environnement global du poste de pompage. On n’aura pas les mêmes contraintes en bord de mer, qu’en montage, en pleine campagne qu’en milieu urbain ».

KSB propose une gamme de pompes centrifuges pour tous types d’eaux chargées, notamment d’eaux usées non dégrillées chargées de matières solides et de fibres longues.

« Il y a les demandes, les études, et puis il y a l’expérience acquise sur le terrain, analyse de son côté Stanislas Grivet chez Atlantique Industrie. Seules l’expérience et la multitude de cas rencontrés permettent de définir la bonne approche ».

La relation client-fournisseur est un point clé. « Chez KSB, nous privilégions le dialogue avec le client, qui est celui qui connaît le mieux son fluide pour trouver l’hydraulique la mieux adaptée » indique ainsi Julien Gaonach. « En eaux très chargées, la communication avec le client est primordiale, confirme Thierry Chorier, Manager France chez Weir Minerals. Parce que nous connaissons parfaitement notre matériel, et parce que le client, lui, connaît parfaitement la nature et les caractéristiques de l’effluent à relever ou à transférer. Toute la difficulté consiste à bien se comprendre pour faire le bon choix ».

Sur les installations nouvelles, les choses sont plus compliquées. Xylem s’appuie sur l’expérience acquise en municipal et en industrie. Précurseur des pompes submersibles depuis plus de 50 ans, le fabricant dispose d’une expertise et d’un capital confiance qui lui permet de conseiller ses clients dans l’élaboration des cahiers des charges, quels que soient l’environnement et la situation considérée. « Nos années d’expérience nous ont appris à concevoir et fabriquer un équipement submersible à haut rendement. En municipal ou en industriel, les retours-terrains nous permettent de travailler très en amont avec les bureaux d’études pour compléter les cahiers des charges. Les remontées des exploitants nous permettent de proposer des aménagements pertinents » poursuit Jean-François Serrault, responsable pompage des eaux usées chez Xylem.

Lutter contre les mauvaises pratiques

Deux écueils subsistent cependant.
Le premier, c’est le remplacement “pompe pour pompe”, alors même que les besoins évoluent, tout comme la nature des effluents. « C’est le meilleur moyen de faire perdurer un problème dans le temps », comme l’explique Nicolas Smagghe, responsable du marché eau en France chez Sulzer. Nous évitons les remplacements systématiques. Nous avons plutôt tendance à revoir le poste, à redéfinir le besoin, y compris avec des opérateurs avertis comme les fermiers, car nous ne sommes jamais certains que ce qui était en place était fonctionnel ou optimal. Il n’existe pas de solution universelle : chaque couple débit-pression donné nécessite une analyse préliminaire et approfondie de la résistance à l’usure, du rendement, du coût de possession et de la facilité d’entretien. Sans oublier la question du rendement attendu. Le client doit être éclairé sur les risques d’un mauvais dimensionnement. On peut mettre des pompes qui tournent moins vite, donc qui limiteront l’usure, mais qui, en contrepartie, coûteront plus cher en investissement initial ».
Spécialement conçue pour éliminer les blocages dus à la présence d’éléments fibreux ou volumineux, la roue S-Tube de Grundfos associe une grande section de passage, jusqu’à 160 mm, avec un angle de 30°pour entraîner facilement les solides.

Le deuxième écueil est lié au fait que celui qui achète la pompe n’est (hélas) pas toujours celui qui l’exploite. Il sera donc tenté d’acheter au meilleur prix, même si son choix occasionne des interventions à répétition qui pèseront parfois lourdement sur le coût d’exploitation.

Pour aider les exploitants à étayer leur choix, les fabricants déploient des offres originales. « Pour rassurer l’exploitant sur la pertinence de notre solution, nous leur proposons d’essayer la pompe sur une période de 45 jours, au terme de laquelle, soit on récupère la pompe et on annule la commande, soit l’exploitant, satisfait, la garde, explique ainsi Augustin Berge chez Hidrostal. Tous les essais que nous avons proposés en 2019 se sont soldés par une vente et par l’achat d’une deuxième pompe sur le poste ».

De son côté, Atlantique Industrie puise dans son parc d’équipements en location pour proposer des essais lorsqu’un doute subsiste sur la pertinence d’une solution. « Nous valorisons notre bonne connaissance des effluents pour préconiser le bon type de pompe sans être captif ni d’une famille, ni d’une marque » souligne Stanislas Grivet.

Mais une bonne connaissance des caractéristiques d’un effluent permet-elle de choisir, sinon la pompe, au moins la famille à laquelle elle appartient : pompe centrifuge, volumétrique ou spéciale ?

Choisir la pompe qui convient

Quand on parle de pompe, le nœud du problème réside dans le comportement des propriétés du liquide pompé. La viscosité mesure la consistance, plus ou moins épaisse, d’un liquide, tandis que la densité est une mesure de poids du liquide. « Si vous ne tenez pas compte des variations de viscosité et de densité entre liquides, vous risquez de vous retrouver avec une pompe trop puissante, trop coûteuse à l’achat et en fonctionnement, et trop encombrante, explique-t-on chez Grundfos. Si la pompe est trop petite, vous ne pourrez pas faire circuler la quantité de liquide nécessaire. Et si le moteur est trop petit pour la charge, il brûlera ou le système de sécurité électrique coupera la pompe ».

Thierry Chorier, Weir Minerals, confirme qu’il est essentiel de faire le distinguo entre les solides contenus dans une eau très chargée et la rhéologie résultant de ce mélange liquide-solide. « L’influence du solide sur le slurry, c’est à dire le mélange diphasique liquide/solide, détermine la rhéologie du fluide, explique-t-il. En eaux très chargées, par exemple, on peut avoir affaire à de l’eau contenant jusqu’à 800 g/l de sable, ce qui n’empêchera pas de considérer encore ce mélange comme newtonien. A l’inverse, en station d’épuration, la présence de boues biologiques à hauteur de 50 à 80 g/l a pour effet de porter le produit à la limite de la pompabilité, ce qui implique bien souvent le recours à une pompe volumétrique ».

Les pompes Hidrostal sont dotées d’une roue à vis centrifuge constituée de deux parties. La première partie, la vis, a une fonction de gavage. Elle assure des NPSH très bas et une bonne prise en charge des particules du liquide pompé. La deuxième partie génère la pression et le débit.

« Le choix reste d’abord lié à l’application, abonde Frédéric Giordan, Managing Director chez Vogelsang, spécialisé dans les pompes volumétriques. Ou va être installée la pompe ? En tête ou en sortie de process, avec ou sans prétraitement ? Est-ce qu’elle est en amorçage ? Quelles sont les charges à pomper ? Le débit, la HMT ? Il est difficile de fixer un seuil sans disposer de l’ensemble de ces paramètres ».

« En assainissement, sur une eau usée classique, on est en concentration à 5 g/l de MES, complète Nicolas Smagghe, responsable marché eau chez Sulzer. Mais sur un poste de tête, on peut très vite monter à 20,30,40 voire 50 g/l. Dans certains cas, on sera par ailleurs beaucoup plus chargé en fin de process, par exemple sur les boues ou on peut atteindre 100 à 150 g/l de MES ».

Outre la nature réelle des MES, les données liées à la densité et à la viscosité sont indispensables pour identifier la pompe et déterminer sa puissance. Mais il faut également disposer d’informations précises sur la variabilité des effluents et sur la conception du poste de pompage pour décider de la solution la plus satisfaisante. « Aujourd’hui, ce qui coûte cher en exploitation, ce sont les problématiques de bouchage, souligne Nicolas Smagghe. En municipal, le colmatage est fréquemment lié à la variation de la charge lors des épisodes pluvieux, qui augmente mécaniquement le volume de m³ d’eau usée à traiter, et à la quantité en volume horaire et journalier. Ainsi, si le ratio entre le volume et la surface en de la base de pompage est insuffisant, vous allez déposer dans la bâche. A l’inverse, si le ratio est trop grand, le temps de séjour de la charge sera donc très faible. Il occasionnera une accumulation de graisses et de dépôts de matières sur les parois du poste de pompage et augmentera les besoins en hydrocurage ».

Les fluides pompés peuvent aussi avoir des densités différentes qui varient elles-mêmes en fonction de certains paramètres comme la température.

A la différence des eaux urbaines dont les flux sont variables en qualité comme en quantité, les eaux industrielles sont souvent plus simples à gérer dans la mesure ou le process est connu dès le départ. La qualité de l’effluent est généralement stable dans le temps. « Donc, si on se pose bien la question dès le départ, il n’y a pas de raison de se tromper » souligne Julien Gaonach chez KSB pour qui la moitié des ventes à l’échelle internationale relève de l’industrie.
Mais pour un même produit pouvant être fréquemment pompé avec différentes technologies, quelle technologie choisir ? Une chose est sûre : en centrifuge comme en volumétrique, les fabricants se sont attachés à développer des réponses optimisées.

Pompes centrifuges : des réponses optimisées

Un exploitant confronté à des colmatages ou des blocages récurrents doit il sacrifier le rendement en optant sciemment pour du vortex dans le but de minimiser le nombre d’interventions ? Jusqu’à présent la problématique se posait trop souvent en ces termes. « En pompage de liquide très chargés, il fallait souvent faire un choix entre bon rendement et gros passages libres, poursuit Augustin Berge. Une pompe à roue vortex propose un passage libre intéressant, souvent de même taille que les brides d’aspiration, mais de mauvais rendements hydrauliques (entre 25 et 40 %). Les pompes mono ou bicanales proposent quant à elles des rendements intéressants (entre 60 et 80 %), mais au prix de passages libres assez faibles, quand ils sont communiqués. Hidrostal propose de conjuguer les deux ».

Les fabricants de pompes centrifuges ont beaucoup travaillé leurs hydrauliques ces dernières années.

Spécialiste des applications industrielles exigeantes, KSB propose la roue F, une roue Vortex, ouverte et multi-canaux, dont la grande section de passage (135 mm) permet aux matières de passer dans la pompe sans risque d’accrochage. « Elle est recommandée pour le transport des eaux usées contenant des matières fibreuses longues, des particules solides, ainsi que des inclusions de gaz, explique Julien Gaonach. Pour des substances solides, des fibres longues et pour les boues épaisses, la roue D monocanal ouverte avec un passage jusqu’à 150 mm est capable de travailler à des concentrations en matières solides très importantes, jusqu’à 130 g/l et 1.400 m³/h. Son aube unique montée dans un système de cône avec une rainure permet le dégagement en cas de présence de filasses ». Si l’avantage de cette solution réside dans son meilleur rendement, comme toutes les roues à canaux ouverts, elle est plus sensible à l’abrasion, donc à une usure qui pèse sur les coûts de maintenance.

Dans sa gamme de pompes centrifuges à faible débit pour eaux chargées, Xylem propose deux matériaux différents : la fonte pour les fluides faiblement agressifs et l’inox pour les fluides agressifs et corrosifs. La fonte au chrome brevetée de Flygt a été spécialement mise au point pour les applications difficiles en matière de pompage des eaux usées. « Nous lançons en février une nouvelle pompe submersible, la 3069 Adaptive-N qui est tout en inox 313 et est destinée au pompage de fluides agressifs sur les applications industriels telles que les mines, laiteries, applications pharmaceutiques, ou l’énergie, souligne Jean-François Serrault. Cette pompe, qui existe depuis de nombreuses années en version fonte, bénéficie de bons retours sur les pompages d’eaux chargées en municipal. Équipée de l’hydraulique autonettoyante de la roue N, elle évite que les déchets se coincent dans la volute et la roue de la pompe, et est efficace sur les applications les plus courantes. Les retours des exploitants sont très bons : ils économisent de nombreuses interventions de débouchage par rapport aux hydrauliques traditionnelles ». Une fonction optimisation de l’énergie associée à l’hydraulique N Adaptive et au rendement d’un moteur Super Premium (équivalent IE4) veille automatiquement à ce que toutes les pompes fonctionnent aux points de fonctionnement les plus efficaces. Ce qui signifie qu’il n’est plus nécessaire, de ventiler, de refroidir ou de réchauffer les armoires.

Les pompes Egger Turo® Vortex à passage libre se sont imposées depuis des décennies en matière de refoulement des eaux usées, un domaine dans lequel les modifications de la composition des eaux usées brutes représentent un défi. Après un travail de recherche approfondi et de nombreux essais sur le terrain, Egger a mis au point une roue conçue spécialement pour le problème de l’engorgement, en complétant ainsi la gamme hydraulique Turo® avec la nouvelle roue TA pour les eaux usées. Cette roue se caractérise par un passage libre intégral de l’aspiration au refoulement grâce à un positionnement en retrait sur la pompe. Des corps solides jusqu’à une dimension égale au diamètre de refoulement ainsi que des matières fibreuses peuvent être refoulés sans risque d’engorgement. De plus, aucune force radiale n’est transmise à l’arbre grâce à la position de la roue en retrait dans la carcasse. La forme géométrique de la roue et de la carcasse sont parfaitement coordonnées et évitent ainsi l’abrasion. Le processus de développement a tout particulièrement veillé à ce que cette nouvelle roue soit intégrable dans le système modulable des pompes Turo® Vortex d’Egger. Cette roue peut donc être utilisée avec tous les types de construction Egger : pompe immergée, montage à sec horizontal et vertical, comme pompe en puits et pompe Cantilever.
Les composants hydrauliques des pompes à lobes de Vogelsang reposent sur des élastomères sélectionnés en fonction des caractéristiques du liquide à pomper.

Chez Sulzer, les roues Contrablock Plus facilitent également la gestion des filasses et les niveaux de résistance aux blocages (section de passage minimale de 75 mm). Par conception, le bord d’attaque de l’aube est autonettoyant et 80 % des filasses passent dans la roue, le reste par la plaque de fond rainurée. Le rendement hydraulique sur une pompe multicanal Contrablock Plus est de 86 % et les moteurs intègrent le rendement Premium IE3.

« Dès que l’on doit faire face à des concentrations en matières solides de 200 à 300 g/l ou à des problèmes de lingettes, les traiteurs d’eau obligent les constructeurs à avoir des solutions qu’ils appellent bi-performantes, c’est-à-dire associant des hydrauliques qui permettent de passer des charges tout en ne jouant pas trop sur la section de passage, donc tout en conservant un certain rendement » prévient Nicolas Smagghe. Face à de l’abrasion, Sulzer propose deux solutions : « soit on durcit la métallurgie et on opte pour des pompes EMWR qui sont des pompes métallisées, soit on ramollit l’impact en privilégiant des pompes revêtues en caoutchouc naturel ». Selon les modèles, le durcissement du matériau offre une très bonne tenue aux fluides abrasifs et une diminution des frottements, ce qui garantit des économies d’eau et d’énergie. A l’inverse, le revêtement caoutchouc apporte davantage d’élasticité, une très grande performance mécanique et permet de s’affranchir des problèmes de corrosion interne.

En assainissement, la roue Solid de Wilo revendique une sensibilité au colmatage proche de celles des roues Vortex tout en conservant des rendements comparables aux roues monocanal. Elle repose sur un profil optimisant le passage libre et le chemin parcouru par la veine liquide dans la roue.

Deux variantes de roues existent : la roue Solid-G semi-ouverte qui assure un rendement constant élevé et une faible tendance au colmatage même en présence de composants à fibres longues ; la roue Solid-T fermée destinée à transporter des eaux chargées brutes avec une efficacité maximale. Elle présente des passages largement dimensionnés permettant de fournir un rendement particulièrement élevé. Grâce à sa géométrie optimisée, elle est réputée silencieuse et vibre peu.

La gamme de pompes Wilo se singularise aussi par son revêtement Ceram CT bi-composants à base de polymère/alumine. Celui-ci offre une protection parfaite contre les fluides agressifs. Grâce à son pourcentage d’alumine élevé et sa forte adhérence sur support mouillé, il offre une résistance renforcée à la corrosion et à l’abrasion, et prévient efficacement l’usure et les agressions chimiques. Il augmente par conséquent significativement la durée de vie des pompes pour eaux usées.

Spécialement conçue pour éliminer les blocages dus à la présence d’éléments fibreux ou volumineux, la roue S-Tube de Grundfos associe une grande section de passage, jusqu’à 160 mm, avec un angle très large de 30°qui entraîne facilement les solides. De plus, des interstices sur la roue et sur la volute agissent comme des ciseaux quand ils se croisent et découpent les lingettes récalcitrantes. Cette roue équipe les pompes de la gamme SE/SL, immergées ou en fosse sèche, avec des débits pouvant atteindre 1.000 m³/h.

Tsurumi France développe de son côté deux gammes de pompes adaptées aux eaux chargées en granulométrie et matières fibreuses. Les solutions développées reposent sur des pompes centrifuges à roue semi-ouverte associées à des matériaux adaptés aux applications sévères : fonte, inox, titane ou chrome. La série GPN est dotée d’une large zone de passage et une forte épaisseur de matière résistante à l’abrasion. La série KTD, fabriquée en fonte très résistante, complète la gamme KTZ destinée aux applications lourdes en lui ajoutant un agitateur en bout d’arbre.
Cette gamme diversifiée d’hydrauliques permet de faire face, dans des conditions techniques et économiques plus favorables, au pompage de liquides très chargés.
Mais jusqu’où ? Pour KSB, « la limite des pompes centrifuges ne réside ni dans la matière sèche, la granulométrie, la tailles des particules, mais particulièrement dans la viscosité. Nous allons donc limiter le recours aux pompes centrifuges dès que le fluide commence à avoir des viscosités importantes et orienter nos clients vers des solutions volumétriques ».

Opter pour des solutions spécifiques

Ces solutions, dédiées au pompage d’eaux très chargées, reposent le plus souvent sur des pompes volumétriques même si certains fabricants proposent des solutions basées sur des pompes centrifuges.

C’est le cas de Hidrostal dont les pompes sont dotées d’une roue à vis centrifuge constituée de deux parties. La première partie, la vis, a une fonction de gavage. Elle assure des NPSH très bas et une bonne prise en charge des particules du liquide pompé. La deuxième partie génère la pression et le débit. « Cette construction présente plusieurs avantages, explique Augustin Berge. Elle permet d’abord de pomper le produit sans l’abîmer, ce qui peut avoir son importance quand il faut transférer des denrées alimentaires fragiles. La roue offre ensuite un grand passage libre, même sur des petites tailles ce qui réduit considérablement le risque de blocage et repousse les capacités de pompage. Enfin en plus des gros passage libres, nos pompes offrent de très bons rendements hydrauliques allant jusqu’à 85 % et des passages libres garantissant une très bonne prise en charge des particules ».

Le système Flygt ConcertorTM vise à fournir une fiabilité éprouvée tout en réduisant de façon significative le coût total de possession. Pour ce faire, il réduit considérablement la consommation d’énergie.

Weir Minerals développe également une large gamme de pompes centrifuges dédiées à ces problématiques. La gamme WRR, anciennement Wemco, est plutôt dédiée aux installations de petites tailles confrontés au transfert de liquides chargés. « On est le plus souvent sur des eaux sableuses, des eaux industrielles, ou, en station d’épuration, sur des boues biologiques jusqu’à 50 g/l mais pas au-delà à cause de la viscosité », explique Thierry Chorier. La gamme Warman AH et AHF trouve quant à elle de nombreuses applications en eaux chargées industrielles. Elle permet de traiter des concentrations très importantes de l’ordre de 600 à 700 g/l en industries minières… On les trouve également sur des applications liées aux boues de curage qui se traduisent parfois par des concentrations instantanées très élevées, notamment en phase de démarrage et contiennent souvent des solides très divers. « Sur ce type d’application, les épaisseurs de fonte au chrome conjuguées avec la faible vitesse de la pompe permettent d’obtenir de très bonnes longévités » souligne Thierry Chorier. L’exploitant peut ainsi renoncer à la pompe consommable et investir dans une pompe qui va durer jusqu’à 15 à 20 ans. « C’est une question de moyens. Certains exploitants acceptent d’investir un peu plus pour optimiser leurs coûts d’exploitation. C’est un choix, notre rôle se limite à l’expliquer ».

Pompe de préparation de matières 
en méthanisation.  Réalisation Atlantique Industrie. 

Le principe de fonctionnement de la pompe Warman AHF repose sur le roue brevetée Warman® : les aubes viennent chercher le fluide à l’aspiration de la pompe grâce à leur profil qui gave la roue. Ce principe d’aspiration est proche du principe de la pompe volumétrique. La bride d’aspiration élargie deux fois plus grande que la bride d’une pompe centrifuge standard) facilite d’autant plus l’entrée du fluide et réduit le NPSH requis. Ainsi, elle propose des solutions à différents problèmes tout en assurant une tenue des matières intéressante : écoulement de boues à hautes concentrations et/ou hautes viscosités (type fluide de Bingham), transferts de mousses (mélange solide/liquide/gaz) pouvant intégrer jusqu’à 25 % de gaz. « Cette pompe va bien au-delà des possibilités d’une pompe centrifuge classique en termes de capacité, d’aspiration et de pompage » souligne Thierry Chorier.

Côté volumétrique, Weir Minerals a développé la série RO qui repose sur un couple piston/membrane pour de hautes pressions et hauts débits. « Ce sont des pompes spécifiques, très utilisées dans le milieu minier mais aussi en stations d’épuration, par exemple lorsqu’il faut refouler des boues urbaines sur de longues distances », explique Thierry Chorier.

Pompes volumétriques : des réponses adaptées à des problématiques spécifiques

Les pompes à lobes, à rotor excentré ou péristaltiques développées par Borger, Vogelsang, Netzsch, PCM, Albin Pump, Wangen Pumpen ou Bécot constituent des réponses adaptées à des problématiques spécifiques. D’abord parce que leur implantation, hors sol, permet de suivre plus facilement leur fonctionnement tout en facilitant leur maintenance. Ensuite « parce que la vitesse de rotation de ses pompes de 200 à 400 tours/minute, bien moins élevée que les pompes centrifuges (autour de 1.500 tours en moyenne), permet de limiter les phénomènes d’usure » comme le souligne Frédéric Giordan chez Vogelsang.
Les pompes Albin Pump sont auto-amorçantes jusqu'à -9,8 m et acceptent des pressions de refoulement jusqu’à 15 bar. Ces performances sont bien sûr fonction des installations et de l’emplacement de la pompe. Cette dernière peut être installée en aspiration ou en charge, selon la nature de l’effluent, sa viscosité, sa densité, et sa concentration en matières en suspension.

A l’origine de nombreux développements dans le domaine des pompes à lobes, Vogelsang propose ainsi une gamme capable de répondre à la totalité des problématiques rencontrées en stations d’épuration. « Compactes, économiques, auto-amorçantes, insensibles à la marche à sec, elles constituent souvent un bon compromis technico-économique en matière de pompage d’eaux très chargées », explique Fréderic Giordan. Les composants hydrauliques et les lobes reposent sur des élastomères sélectionnés en fonction des caractéristiques du liquide à pomper. « On utilise le NBR pour sa capacité à résister à la majorité des boues de station, aux graisses et huiles, le Polyuréthane pour son excellente tenue à l’abrasion, nous avons à ce titre de très bons résultats sur des laits de chaux, l’EPDM pour des applications sur certains liquides plus corrosifs, l’Hypalon et le Viton sur des problématiques particulières, détaille Frédéric Giordan. En station d’épuration, le pompage de boues primaires ne pose aucun problème pour une pompe à lobes jusqu’à 120 g/l et même au-delà pour une pompe à rotor excentré ».

Pompe Borger type PL200. Le nombre de pièces constitutives des pompes à lobes Börger a été réduit au maximum (un lobe unique par arbre, une garniture mécanique auto-lubrifiée par quench sans surveillance ni entretien) afin de diminuer la durée d’intervention.

Les pompes péristaltiques, très utilisées en exploitation minière, en industries chimiques et en traitement des eaux, sont également capables de pomper des liquides très chargés, épais, et/ou comportant des particules solides. On les retrouve donc fréquemment en stations d’épuration sur des applications telles que le gavage de filtres-presses, le pompage de lait de chaux, de charbon actif, des media très abrasifs ou encore des boues concentrées jusqu’à 850 g/l, selon la densité. Leur limite ? « Le débit, celui-ci pouvant atteindre 150 m³/h, l'ensemble des pompes haute et basse pression pouvant être équipées d’une double tête pour doubler leur débit initial », comme l’explique Emmanuel Rolland, directeur des ventes chez Albin Pump. Les pompes Albin Pump sont auto-amorçantes jusqu'à -9,8 m et acceptent des pressions de refoulement jusqu’à 15 bar. Ces performances sont bien sûr fonction des installations et de l’emplacement de la pompe. Cette dernière peut être installée en aspiration ou en charge, selon la nature de l’effluent, sa viscosité, sa densité, et sa concentration en matières en suspension. « Les effluents chargés urbains ou industriels sont pompés selon un cahier des charges rigoureux entre le client utilisateur et notre équipe de technico-commerciaux afin de valider les conditions de pompage et les compatibilités chimiques avec les matières de tuyaux disponibles, explique Emmanuel Rolland. La technologie péristaltique exploitée par Albin Pump ne comporte qu’une seule pièce en contact avec le fluide : le tuyau, qui est, par la-même la seule pièce d’usure sur la pompe. Albin Pump avec ses deux séries de pompes ALH & ALP peut répondre à de très nombreuses applications grâce à une large gamme d’élastomères compatibles avec les différents effluents ».

La pompe KL-R Triplex de Wangen Pumpen est une pompe à gorges ultra-puissante pour le convoyage des boues d’épuration asséchées avec une grande teneur en substances sèches jusqu´à 45 %. Ses trois vis d'alimentation peuvent tourner dans directions et à des vitesses différentes.

La conception sans presse-étoupes, clapets, ni valves des pompes péristaltiques Watson-Marlow leur confère un réel avantage pour le transfert de fluides visqueux fortement chargés. Elle réduit les coûts d’exploitation grâce à une baisse des temps d’arrêt et au transfert des boues primaires ou épaissies optimisés vers les digesteurs ou les appareils d’assèchement. Les pompes péristaltiques Abaque distribuées par Mouvex sont adaptées elles aussi aux environnements les plus exigeants, tels que l’exploitation des mines et carrières, le traitement de l’eau potable et des eaux usées.

Du côté de Wangen Pumpen, les pompes de la gamme KL-R Triplex offrent une forte capacité de convoyage des boues d'épuration asséchées grâce un grand volume tampon et une alimentation discontinue en boue. La KL-R Triplex permet de convoyer des fluides issus de pressoirs à filtre, de filtres presses à bandes ou de décanteurs vers le sécheur, le silo ou l'emplacement de stockage ou en cas d'alimentation externe.

Hydrauliques : les développements se poursuivent

Les développements engagés ces dernières années en matière d’hydrauliques se poursuivent. « La modélisation permet, aujourd’hui encore, de trouver de nouvelles formes d’hydrauliques, explique Julien Gaonach chez KSB. La roue universelle n’existe pas, chaque roue a ses avantages propres, mais aussi ses inconvénients, et s’adapte plus ou moins bien à certains types d’effluents ».
Chez Weir Minerals, dont la R&D consacre de gros efforts sur le sujet, « les développements technologiques au niveau hydraulique reposent sur l’optimisation des flux d’entrée, pour en limiter l’usure et repousser les limites du pompage », comme l’explique Thierry Chorier. Ainsi, toutes les fontes en sortie de broyeurs sont désormais équipées d’un dispositif breveté qui consiste à orienter les particules dès leur entrée au niveau de la bride d’aspiration de la pompe avec un certain angle pour limiter l’impact sur les aubes de l’impulseur.
Sebico propose un large choix de cuves en polyester, de pompes et d’équipements dont la combinaison permet la réalisation d’un poste de relevage adapté et de la chambre à vannes selon le cahier des charges.

Sur ses pompes à lobes, Vogelsang a développé l’injection dynamique, un système qui permet, sur des produits très chargés, de canaliser les particules au cœur de la pompe pour remédier au vortex qui se crée à l’entrée de la pompe. « Le système se présente sous la forme, suivant les charges contenues dans le liquide, “d’une rampe de lancement”, c’est-à-dire une inclinaison à 30 ou 40 degrés de la partie basse ou de la partie haute qui permet de canaliser la particule dans le flux du produit, pour la remettre au centre en évitant ce fameux vortex, explique Frédéric Giordan. Cela permet d’augmenter la durée de vie des lobes d’un facteur 2 à 2,5 ».

De son côté, Börger s’est attaché à simplifier la maintenance de ces pompes. « Une maintenance simplifiée est synonyme d’un temps d’immobilisation réduit ainsi qu’une réduction des coûts », souligne Pascal Perache, directeur général de Börger France. Börger a breveté le concept (M.I.P – Maintenance in Place) signifiant que l’ensemble des pièces en contact avec le fluide pompé doivent être démontés par l’avant de la pompe uniquement en dévissant 4 larges écrous à oreilles. « Nul besoin de démonter la pompe de sa tuyauterie ou de refaire l’alignement, la pompe est révisée directement sur site ce qui augure un gain de temps considérable, souligne Pascal Perache. Ce concept nous conforte aujourd’hui dans notre place de leader en France et dans le monde entier ». Autre atout, le nombre de pièces constitutives des pompes a été réduit au maximum (un lobe unique par arbre, une garniture mécanique auto-lubrifiée par quench sans surveillance ni entretien) afin de diminuer la durée d’intervention.
L’autre axe important de développement concerne l’intelligence embarquée. « L’intelligence intégrée du système Concertor™ de Xylem permet d’anticiper le bouchage de la pompe et d’activer la fonction nettoyage du poste dans lequel elle est installée, en aspirant par cycle régulier les déchets qui arrivent afin de ne pas les laisser s’accumuler, explique Jean-François Serrault. En plus de cela, la fonction décolmatage de la pompe, associée à la technologie Adaptive N, détecte et élimine efficacement le colmatage dû aux gros débris ». Comme Experior™, Concertor™ intègre l’hydraulique anti-colmatage N. Mais Concertor™ embarque également une intelligence artificielle qui simplifie le pompage des eaux usées : plus besoin de déterminer le point de fonctionnement, Concertor™ s’adapte aux évolutions tout en intégrant des fonctions de nettoyage de la bâche, des canalisations et de la pompe. Le système est expérimenté depuis 2015 sur de nombreuses stations de pompage, à l’Université Sultan Qaboos au Sultanat d’Oman, sur la municipalité de Lomma en Suède, ou sur l’aéroport d’Heathrow en Grande-Bretagne qui exploite un réseau de 120 stations de pompage. Avec succès, selon Jean-François Serrault : « Depuis l’installation de Concertor™, l’aéroport n’a déploré aucun colmatage. Les postes de pompage restent propres et exempts de toute accumulation de graisse. Les économies réalisées, en termes de coûts d’exploitation, représentent près de 87,5 % des coûts annuels dédiés au nettoyage et à l’entretien des postes de l’aéroport ».

Associés aux pompes, les variateurs régulent le débit de sortie des effluents et maintiennent ainsi un niveau constant dans le poste de relevage. Pour offrir plus de souplesse à leurs clients, Wilo et Sulzer privilégient la conception d’équipements avec ‘intelligence débarquée’ « Toutes nos technologies se prêtent à l’intégration de variateurs de fréquence. La plage de variation étant très large, et pour laisser l’autonomie de pilotage à nos clients, nos pompes peuvent être équipées de variateurs externes » souligne Nicolas Smagghe. Ainsi, une attention particulière est portée à l’accessibilité et à la facilité de service. Situé dans le prolongement de la pompe, le variateur permet une connexion sans ouvrir la boîte à bornes. 

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