Quelques définitions

Lorsque le point d'utilisation de l'eau se situe au-dessus du réservoir potentiel, il est nécessaire d'équiper une station élévatoire qui assure l'élévation de l'eau jusqu'au point de distribution. Les problèmes qui se posent concernent alors :

-les machines élévatoires proprement dites.

-Les modes d'énergie à retenir pour leur fonctionnement (généralement c'est le courant électrique).

-Les appareillages de mise en oeuvre (vannes, clapets, alarmes, etc...).

-Éventuellement le bâtiment abritant les équipements.

Rappelons ici certaines considérations qui sont à la base de la détermination des caractéristiques des machines à retenir.
Une machine élévatoire permet d'élever une certaine quantité d'eau à une certaine hauteur. Elle effectue un travail et doit, pour ce faire, recevoir une quantité d'énergie.

Désigné par Q, le débit de la machine est le volume de liquide élevé pendant l'unité de temps. Il s'exprime très souvent en litre par seconde (l/s) ou en mètre-cube par heure (m3/h).

    * Hauteur géométrique

La hauteur géométrique (Hg) mesure la distance verticale qui sépare deux niveaux (en mètres).
Selon la position de la pompe, on distingue :

-La Hauteur géométrique d'aspiration (Hga)
entre le plan d'eau et la pompe,
-La Hauteur géométrique de refoulement (Hgr)
entre la pompe et le niveau d'utilisation.

L'écoulement d'un fluide dans une canalisation se fait avec perte d'énergie due à la rugosité des parois, au régime généralement turbulent. Ce sont les pertes de charges en ligne (J, notées en pratique en mètre de hauteur d'eau par mètre linéaire de canalisation).
Par ailleurs, certains obstacles (coudes, vannes, etc...) freinent le passage de l'eau et créent des pertes de charges dites singulières (Dh en m/m).
Toutes ces pertes sont fonction du carré de la vitesse du fluide (en m/s). Les pertes de charge en ligne sont déterminées par des abaques ou des tableaux fournis par les fabricants de canalisations. (Fig. n° 6).
Les pertes de charge singulières figurent dans des ouvrages spécialisés.

La Hauteur Manométrique Totale (HMT) est la somme de la hauteur géométrique et des pertes de charges.

HMT = Hg + J + Dh

Il est possible de distinguer aussi la HMT d'aspiration (HMTa) et la HMT de refoulement (HMTr).

Le travail effectué par la machine dans l'unité de temps, c'est-à-dire la puissance hydraulique (PH) qu'elle manifeste s'écrit :

PH = w Q . HMT

PH : puissance hydraulique en kg m/s (1 kgm/s = 9,8 W)
w : poids spécifique de l'eau en Kg/m3
Q : débit à transiter en m3/s
HMT : Hauteur Manométrique totale en m.

Pour que la machine élévatoire effectue un travail par unité de temps égale à PH, il faut lui fournir une énergie supérieure à celle correspondant à ce travail pour compenser les pertes de diverses natures inhérentes au fonctionnement, au moteur.
On appelle rendement du groupe motopompe le rapport :

    PH
r = ------
    P

P étant la puissance globale

Les rendements des pompes classiques varient de 0,5 à 0,8.
Quelques formules pratiques permettent de calculer rapidement la puissance d'une installation :

       Q. (Hg + J + Dh)
P = -----------------------
     366.r

P : Puissance en kW
Q : Débit en m3/h
Hg : Hauteur géométrique totale en m
J + Dh : Pertes de charges totales en m
r : Rendement de la pompe.

      Q (Hg + J + Dh)
P = ------------------------
     75.r

P : Puissance en CV
(1 CV = 0,736 kW)
Q : Débit en l/s
Hg + J + Dh : Pertes de charge en m
r : Rendement de la pompe.

Dans certaines installations, il n'est pas rare d'entendre un crépitement rendant la pompe bruyante, entraînant des performances débit-pression non conformes aux prévisions et, si l'on n'y prend pas garde, une usure prématurée du matériel. C'est la cavitation. Elle se produit quand la limite d'aspiration est dépassée. La pression du liquide devient inférieure à la tension de vapeur et l'eau dégaze.
Le NPSH (Net Positive Suction Head ou charge nette à l'aspiration) est la hauteur de charge nette absolue à l'aspiration (en mètres d'eau).

Le NPSH requis caractérise la pompe. Il représente la valeur minimale de l'énergie du liquide à son entrée dans la pompe pour éviter la cavitation. Il est fourni par le constructeur. Un faible NPSH requis signifie de bonnes qualités d'aspiration. (Fig. n° 7).

Le NPSH possible est une somme algébrique obligatoirement positive

NPSH disponible =
10,33 - Hga - Tension vapeur - (J+Dh)

10,33 : Pression en m sur la surface du liquide
(généralement la pression atmosphérique).
Hga : Hauteur géométrique d'aspiration.
J+Dh : Pertes de charges totales en mètres.

Conditions d'aspiration correcte :
NPSH disponible > NPSH requis + marge de sécurité (10 %)

Fiche conseil élaborée par C. DANIOUX, IFREMER.