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Enquête

Pompage des eaux chargées, les solutions des fabricants Les eaux chargées (aussi appelées eaux usées) nécessitent des pompes adaptées à leurs différentes caractéristiques. Chargées de matières corrosives ou abrasives, de particules allant du gravillon à la lingette fibreuse en passant par la carcasse d’abattoir, elles doivent être traitées avec des pompes résistantes aux agressions. Enquête chez les constructeurs et détail de leurs différentes solutions pour traiter les eaux chargées. Eaux chargées/eaux usées ? Pour commencer, il est important de faire un petit point terminologique. En effet, le terme d’« eaux chargées » n’est pas toujours utilisé de la même manière selon les industriels et les spécialistes du pompage. Effectivement pour Michel Oddoux, responsable de la communication de KSB : « Les eaux usées (on dit aussi parfois eaux chargées) sont des eaux qui ont servi à un usage, tout simplement. Les rejets qu’elles contiennent peuvent être aussi bien d’origine domestique qu’industrielle. Elles sont chargées de matières qui peuvent aussi bien être solides que dissoutes. ». Le terme d’« eaux usées » et celui d’« eaux chargées » seraient donc équivalents. Au C.I.Eau, Centre d’Information sur l’Eau constitué en association par les sociétés assurant le service de l’eau et de l’assainissement, on n’utilise d’ailleurs que le terme d’« eaux usées », celles-ci se divisant en trois catégories : les eaux domestiques, les eaux industrielles et les eaux pluviales. Sur le site eaufrance.fr géré par l’Office national de l’eau et des milieux aquatiques (ONEMA), les eaux usées sont également

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l’ensemble des « eaux ayant été utilisées par l’homme. On distingue généralement les eaux usées d’origine domestique, industrielle ou agricole. Ces eaux sont rejetées dans le milieu naturel directement ou par l’intermédiaire de système de collecte avec ou sans traitement. « Chez Salmson, Noé le Guerrannic, chef de marchés cycle de l’eau et industrie et chef produits industrie, n’en distinguera que deux : « Les eaux usées, souillées par l’homme et qui passent par le réseau d’assainissement et les eaux chargées qui proviennent des chantiers, de l’industrie.  » Pour Jean-François Serrault, ingénieur produits solutions au pôle eau chargée d’ITT France, enfin  : «  eaux chargées est le terme général que l’on utilise. Dans ces eaux, il y a les eaux usées municipales ou domestiques, les eaux pluviales, les eaux de drainage, les eaux blanches, les eaux de process industriels, etc. Un grand nombre de termes qui indiquent en fait surtout le type de produits ou particules que l’on y trouve et qu’il faut traiter.  » Même constat chez Grundfos où Dominique Gauthier, directrice commerciale eau, précise : « les eaux chargées et les eaux usées, il s’agit de la même terminologie pour nous. La caractérisation

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Exemple de ce que l’on peut trouver dans des eaux usées.

dépendra de la taille des matières. » Pour trancher, le terme d’« eaux chargées » sera donc utilisé. C’est aussi ce que fait Damien Juts, ingénieur responsable du bureau technique pour Telstar, qui propose des solutions de pompage pour les professionnels. Il définit le besoin de ses clients selon le type de «  chargement  » des eaux. On pourra ainsi distinguer les eaux usées ou domestiques provenant du réseau d’assainissement (pouvant contenir des matières fibreuses, tissus, etc.) et les eaux contenant des déchets de l’industrie agroalimentaire (pattes de canard, carcasses, etc.), les eaux industrielles ou de process chargées de matières corrosives (avec pH importants, produits chimiques, etc.), les eaux de chantier contenant des matières abrasives (sable, graviers, verre, petits corps solides) et enfin les eaux chargées d’éléments soli-

des plus importants comme par exemple des cadres de vélos, des troncs qui nécessitent une étape en amont du pompage. Lors du traitement des eaux chargées, le choix des éléments de pompage est fondamental et notamment celui de la, ou des pompes. Selon les usages et les fabricants, on préconisera une pompe immergée ou en fosse sèche, à laquelle sera associée une roue vortex, une roue monocanale, bicanale ou encore une roue dilacératrice. Des revêtements protecteurs ou une matière plus robuste, telle que l’acier, pourront être préconisés pour des liquides corrosifs ou abrasifs. Enfin un système de dégrillage ou de déssablage en amont de la pompe pourra se révéler utile pour la préserver des particules ou des éléments trop importants pouvant endommager la roue. Les grands constructeurs de pompes


ENQUÊTE

Ce modèle de pompe immergée pour les eaux chargées, Amarex KRT du constructeur KSB, est destiné aux gros débits et aux gros morceaux. On pourra le retrouver chez des clients comme Veolia ou même Suez.

s’accordent d’ors et déjà sur un point : la proposition d’une grande souplesse de solutions selon le type d’eaux à traiter. « Pour les eaux chargées, nous proposons essentiellement des pompes submersibles. Ce sont après les différentes roues qui font la technologie et qui s’adaptent aux différents usages », explique Jean-François Serrault, ingénieur produits solutions au pôle eau chargée d’ITT France. Chez KSB, toutes les options sont possibles, selon les besoins et le type d’installation désirée : « Nous proposons des hydrauliques que l’on peut adapter à des pompes submersibles ou à des pompes de surface. Le panel est large pour répondre aux différents besoins, selon les eaux à traiter », énonce Martial Smis, responsable R & D pompes et assainissement chez KSB, en guise d’introduction à la présentation de ses gammes. On renchérit chez Salmson, où Noé le Guerrannic, chef de marchés cycle de l’eau et industrie, détaille les hydrauliques mais aussi les montages et les moteurs, interchangeables sur la gamme de pompes FA

EMU : « Une de nos propositions pour les eaux chargées est la modularité. La roue est reliée au millimètre près selon la demande. On adapte l’hydraulique à chaque cas. On propose un large choix de moteurs de différentes puissances et trois possibilités de montage. »

Pompe immergée ou pompe de surface ? Pour s’y retrouver parmi toutes les options possibles, le choix peut tout d’abord se faire entre les versions immergées ou de surface, des pompes. M. Lasagni Andrea, directeur de GLS, société d’ingénierie et de conseils dédiée aux métiers de l’eau, distingue les qualités de ces pompes qu’il préconise pour les chantiers d’usines d’épuration ou de potabilisation : « pour traiter les eaux chargées, il existe deux types de pompes. Les pompes immergées vortex donnent entière satisfaction. Elles ont une fiabilité hors pair dans des installations. Mais leur construction doit être soignée. Ces pompes utilisent le fluide qu’on relève pour refroidir la pompe. Cela permet

de donner aux pompes une fiabilité qui empêche tout risque d’échauffement. Les pompes à sec sont refroidies par aération. Elles ont une meilleure durée de vie et une meilleure fiabilité. Mais aujourd’hui en France, 80 % des pompes pour eaux brutes sont immergées. » C’est effectivement essentiellement ce type de pompe que préconise la société ITT France, qui propose de nombreuses gammes dédiées aux eaux usées, brutes ou boues. Les modèles restent pourtant flexibles et il est toujours possible de les monter en version à sec. « Nous proposons essentiellement des pompes submersibles pour les eaux chargées. Mais elles sont également utilisables en fosse sèche avec une enveloppe de refroidissement et une chambre d’étanchéité  », explique JeanFrançois Serrault d’ITT France. Chez KSB aussi les modèles sont toujours adaptables à des versions immergées ou à sec, mais le choix est motivé par deux raisons pour opter pour les pompes immergées : la place et le coût. C’est ce qu’explique

Martial Smis de KSB : « quand on n’a pas beaucoup de place, il vaut mieux opter pour une pompe submersible. Par contre pour la maintenance, on devra sortir la pompe, ce qui est plus laborieux. Pour une pompe de surface, il faudra réaliser un bâtiment pour l’accueillir, donc le génie civil sera plus cher, mais on pourra plus facilement accéder à la pompe pour changer des pièces. On peut tourner autour, on verra comment elle vit. S’il y a des fuites, on pourra sentir ses vibrations… La pompe de surface sera donc plus facile à maintenir et moins chère pour l’entretien. Le marché allemand est plus friand de ce type de pompes alors que les Français, les Méditerranéens ou encore les Anglais préféreront les pompes submersibles, sûrement pour une question de coût. » Un prix d’installation certes, mais qui peut se révéler économique pour la suite avec une maintenance moindre… C’est effectivement un type de pompes à sec que conseille Sylvie Kucharczkyk, ingénieur technico-commercial pour les

Installée par accouplement sur rail de guidage, cette pompe de relevage Grundfos se connecte automatiquement sur le pied d’assise fixé au fond de la station.

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Enquête pompes Verder : « nous proposons la gamme de pompes péristaltique verderflex VF à sec. Ces pompes traitent 80 % des particules véhiculées par les boues, les eaux chargées avec des graines, les eaux usées, le traitement des effluents. Elles ont une maintenance facile et des coûts peu élevés. On peut changer un tube par exemple en renouvelant la glycérine qui en assure le bon fonctionnement en une heure ou deux de maintenance, ou encore changer les garnitures, les roues, etc. Nos pompes ont une maintenance facile qui peut se faire sur site et n’a pas besoin de réparateur agrée, contrairement à des pompes immergées par exemple. Pour les pompes immergées, il faut toujours un minium et un maximum d’eau dans la cuve ou la fosse. J’ai travaillé avant chez un fabricant de pompes immergées mais il fallait beaucoup plus d’équipement pour la maintenance : une barre de guidage, un pied d’assise, pour pouvoir descendre puis sortir la pompe dans la cuve ou la fosse. On n’a pas besoin de ce matériel pour la maintenance des pompes à sec. » Un argument qui peut effectivement séduire… Autre avantage de la pompe à sec, si l’on en croit l’expérience de M. Lasagni Andrea, habitué aux constructions telles

que les usines de traitement des eaux usées, la limitation des risques de pollution des eaux traitées : « les risques de fuites sont toujours possibles (d’huile par exemple) quand les pompes sont immergées et peuvent donc entrer en contact avec l’eau.  » Un problème auquel ITT France a su répondre avec des moteurs plus propres sur la dernière gamme de pompes N : «  Les moteurs de nos pompes N sont à sec et fonctionnent avec de l’eau glycolée, non toxique, qui limite l’impact sur l’environnement en cas de fuites  », précise Jean-François Serrault d’ITT France. Le moteur des pompes à sec peut cependant représenter un autre problème. Autant les moteurs des pompes immergées sont refroidis par le liquide pompé, autant les moteurs à l’air peuvent s’échauffer. C’est pourquoi le constructeur Salmson a mis en place un moteur à bain d’huile permettant de limiter ce risque pour les pompes non immergées. « Nos pompes de la gamme FA, destinées aux eaux usées, pourront être immergées mais peuvent aussi être positionnées à l’extérieur des bassins. C’est ce que nous préconisons avec des moteurs à bain d’huile EMU FK. La chambre du moteur est remplie d’huile. Le refroidissement du moteur se fait grâce à la circulation de

Ensemble de pompes de la gamme FA EMU de Salmson en fosse sèche, avec revêtement en ceram.

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l’huile dans le labyrinthe où il y a un échange de chaleur au contact du liquide pompé. Il y a en fait un mini-échangeur dans le moteur qui permet de l’utiliser à l’extérieur en fosse sèche. L’avantage de ce moteur à bain d’huile en fosse sèche est qu’il permet un entretien facile et un contrôle visuel, en plus de la limitation du risque d’échauffement. Cela permet également de faire activer le moteur jusqu’au ras de la crépine, au ras de la pompe, pour les modèles de pompes de chantier, chargées de sable ou de gravillons. On peut aspirer jusqu’au plus bas. » Chez le constructeur Grundfos, on a trouvé un autre système de refroidissement des moteurs pour les pompes qui fonctionnent en fosse sèche, comme l’explique Dominique Gauthier, directrice commerciale eau : «   Nous avons un système d’évacuation de la chaleur par une pièce métallique. L’écoulement se produit avec un effet radiateur. Le moteur n’a donc pas besoin d’être immergé dans un liquide de refroidissement. » Chez Telstar, société experte en solution de pompage, installation et réparation, Damien Juts, ingénieur responsable du bureau technique, préconise l’un ou l’autre type de pompe, selon le type de matériaux contenus dans les eaux chargées à traiter. Pour des liquides contenant de l’arsenic, du fluor, du plomb, des nitrates, des matières corrosives ou des eaux de process industriels, il conseillera des pompes de surface. « Pour ce type de produits chimiques, nous préconisons des pompes de surface de marque Travaini type TCH (et ses dérivés). Les matériaux de construction peuvent être adaptés en fonction du produit pompé (fonte en standard, acier inoxydable 316 ou Uranus B6 pour des pH proche de 1, etc.).

Cette pompe immergée de la marque Toyo est préconisée par la société Telstar pour les liquides pouvant contenir des matières abrasives comme du gravier, du sable ou d’autres petits corps solides.

Le type de pompe pourra être adapté suivant la température du produit (TCD pour les hautes températures), la présence de solide ou fibre (TCT avec turbine vortex), la présence de solides abrasifs (TCA avec turbine ouverte). Ces pompes sont toutes normalisées, leur permettant une adaptation aisée sur des installations déjà existantes. L’étanchéité sera elle aussi adaptée suivant la dangerosité du produit pompé (garniture mécanique simple pour les produits peu dangereux, garniture mécanique à cartouche, garniture mécanique double dos à dos avec réservoir de rinçage pressurisé dans les cas les plus dangereux, etc.). » Pour les autres types de matériaux contenus dans des eaux à traiter, Damien Juts, préconisera exclusivement des pompes immergées. Pour les liquides pouvant contenir des matières abrasives comme du gravier, du sable ou d’autres petits corps solides :


ENQUÊTE

plus de cette gamme : elles ont un très haut rendement, sont disponibles avec une chemise de refroidissement pour un fonctionnement dénoyé ou en cale sèche pour les versions immergées. Le NPSH requis est très bas et ces pompes sont disponibles avec certification ATEX. » Pour traiter les cas les plus critiques d’eaux usées ou d’eaux contenant des déchets de l’industrie agroalimentaire, les pompes à turbine élicocentrifuges développées par la marque Hidrostal sont préconisées par Telstar.

« Nous préconisons une installation en pompe immergée de la marque Toyo type DP. Il s’agit de pompes équipées de roues fermées avec des diamètres de passage pouvant atteindre 120 mm sur les plus gros modèles. Elles sont équipées d’un agitateur situé sous la crépine permettant de créer une mise en suspension des matières solides afin d’augmenter le rendement. La concentration en solide du liquide pompé peut alors atteindre 60 % en poids. Les matériaux constituant les pièces d’usures (roues, plaques d’usures, agitateur) sont en fonte alliée au chrome jusqu’à 28 %, matériaux spécifiquement développés pour tenir aux abrasions (dureté de 600 HB). Ces pompes peuvent en option pomper des liquides ayant une température pouvant atteindre 80 °C. En standard, elles sont conçues pour un travail à une profondeur maximum de 30 mètres mais pour des applications particulières, elles peuvent être équipées d’un système «équipression» permettant de travailler jusqu’à 120 mètres de profondeur. ». Enfin pour la troisième catégorie d’eaux que définit Damien Juts de Telstar, les eaux usées ou domestiques pouvant contenir des lingettes ou des serpillières ou des eaux contenant des déchets de l’industrie agroalimentaire (pat-

tes de canards, carcasses,…) : «  Les pompes les plus adaptées à ce type de produits sont les pompes immergées, soit à turbine vortex de la marque Telstar Subo, ou dans les cas plus critiques, à turbine élicocentrifuges, développées par la marque Hidrostal. Ces turbines possèdent des diamètres de passage très importants (jusqu’à 230 mm pour les modèles les plus gros) et ont une forme spécifique qui en fait une turbine quasiment impossible à boucher. En absence d’abrasion, les matériaux utilisés sont de la fonte lamellaire ou sphéroïdale. Cependant pour des applications avec risque d’abrasion, des fonderies de type fonte alliée au chrome à la demande sont utilisées. Dans la majorité des cas, les pompes sont installées sur des pieds d’assise et manipulées grâce à des barres de guidage permettant de désolidariser la pompe de la canalisation rapidement pour pouvoir la remonter et l’entretenir. Ce type de pompes est également disponible en pompe de surface à moteur thermique insonorisé ou électrique, rendues auto-amorçantes par l’association d’une pompe à vide pilotée. Dans cette configuration, la principale application est le détournement d’égout (by-pass) lors de la réfection des canalisations d’égout. Les

Quel type de roue, pour quel usage Le choix d’immerger ou non les pompes traitant des eaux chargées est un premier point à définir. Selon les usages, les constructeurs et les sociétés d’ingénierie, les conseils divergent sensiblement. Mais chez les grands constructeurs tels que ITT France, KSB, Salmson ou encore Grundfos, c’est sur-

tout le choix de la roue qui est important. Les modèles étant modulables et adaptables en version immergée ou de surface, c’est effectivement au niveau de l’hydraulique que les performances vont se ressentir en fonction du chargement des eaux à traiter. La roue vortex est la première option possible pour le traitement d’eaux chargées. C’est l’une des plus anciennes hydrauliques utilisée, comme le rappelle JeanFrançois Serrault, ingénieur produits solutions au pôle eau chargée d’ITT France : «  La plus traditionnelle est la roue vortex, avec un rendement faible de l’ordre de 40 %, qui existe depuis 40 ans. Dans les années 80, est apparue la pompe à roue canale avec des rendements un peu meilleurs, de l’or-

Cette pompe immergée Amarex de KSB peut se combiner avec plusieurs types de roues : la vortex comme sur l’image, la monocanale ou encore la dilacératrice.

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Enquête

Les différents types de roues proposées par KSB, de gauche à droite : vortex, monocanale, multicanaux, diagonale, et devant la dilacératrice.

dre de 60 %. Dans les années 2000, nous avons breveté une nouvelle roue bicanale, la série N qui atteint un rendement hydraulique de l’ordre de 80 %, l’équivalent des pompes à eaux claires. » On l’aura compris, le faible rendement est donc l’un des principaux problèmes de cette roue. Mais elle possède également de multiples avantages, qui la positionnement encore bien dans le choix de l’hydraulique. La fiche technique de la pompe vortex, présentée par ITT France, précise en effet que cette roue à effet vortex est adaptée : « quand des matériaux longs et fibreux provoquent le bouchage. Si un morceau de tissu s’enroule autour d’une roue vortex, il y a une perte temporaire de débit jusqu’à la fin du cycle de pompage, lorsque le tissu sort de la roue.  » Elle est aussi adaptée « dans des applications à faible débit et forte hauteur de refoulement. Le canal dans une roue à vanne simple est souvent étroit, ce qui rend le bouchage possible. Une roue à effet vortex produit des courbes de performance identiques, en éliminant les risques de bouchage. » Enfin, elle est préconisée « dans un milieu qui contient du sable et autres solides abrasifs. » Des caractéristiques qui correspondent à de nombreuses eaux chargées. Pour comprendre les qualités de cette roue, il faut se pencher sur la particularité de son fonctionnement, précisé-

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ment détaillé sur sa fiche de présentation : « avec une roue à effet vortex, le flux n’est pas généré par la roue elle-même, mais par un fort tourbillon qui est créé par la roue. Ce type de pompe a deux avantages principaux et un inconvénient. Le pompage provenant du tourbillon, les particules en suspension dans le liquide ne sont pas en contact avec la roue, ce qui minimise l’usure. Le deuxième avantage réside dans la conception ouverte de la volute : placée haut dans celle-ci, la roue prend peu de place, permettant aux particules volumineuses de passer librement et de fluidiser ainsi la circulation à travers la pompe. L’inconvénient étant qu’avec une volute très ouverte, les pertes hydrauliques sont plus importantes qu’avec des roues à canaux. » Chez KSB, c’est le modèle qui reste le plus adapté pour les eaux chargées selon Martial Smis, responsable R & D pompes et assainissement : « L’hydraulique la

Roue dilacératrice de fabrication KSB.

plus couramment proposée, celle que l’on préconise le plus, « la bonne à tout faire » comme on l’appelle, c’est la roue vortex. Le passage libéré est important, le rendement est plus faible que pour d’autres roues mais il se dégrade moins dans le temps car seulement 30 % de l’eau est en contact avec l’impulseur. Nous avons tout de même pu améliorer le rendement de cette hydraulique, qui atteint les 60 %. Notre modèle accepte des eaux aérées (lors de la chute de l’eau jusqu’à la roue, elle peut se charger en air). Cette pompe traite essentiellement les eaux d’égouts, les eaux usées communales et les eaux industrielles, contenant les déchets de process. Avec ces types de pompes, par contre, on ne peut pas avoir de débit/hauteur important. » Le constructeur ne se limite donc pas au seul constat d’un rendement faible. Rendement sur lequel les équipes travaillent par ailleurs pour

Le modèle de roue SuperVortex proposé par Grundfos.

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des résultats plutôt satisfaisants, complète Martial Smis : « On travaille sur le rendement hydraulique plus que sur le rendement moteur, notamment pour le dernier modèle à usage domestique Amarex N avec une roue en vortex. Notre dernière avancée est un rendement de 60 % pour cette gamme.  » D’autres constructeurs, comme Grundfos, ont également amélioré la roue à effet vortex avec un modèle supervortex. Contrairement à la roue vortex ordinaire, où la formation de turbulences à l’entrée de la roue diminue le rendement et réduit la hauteur manométrique, avec la supervortex, le liquide passe librement hors de la roue sans causer de tourbillons. Cela permet à la roue d’assurer un passage libre des fibres ou tissus à travers la pompe sans problème de bouchage ou de blocage. « La supervortex a un effet de déflecteur comme sur une Ferrari  » précise Dominique Gautier, directrice commerciale

Roue N bicanale proposée par ITT France.


ENQUÊTE

eau chez Grundfos : « cela a un effet plus stable dans le temps. Ses ailettes d’aubes permettent également une suppression des vibrations.  » Mais ce type de roue est limité à des usages particuliers et n’est pas recommandé systématiquement ajoute Mme Gautier : «  Les roues supervortex sont utilisées dans les pompes de relevage ou d’assainissement. Plus généralement, les pompes vortex sont préconisées pour des fluides avec beaucoup de charge ou avec du sable, car les effluents sont moins en contact avec la roue, donc cela crée moins d’usure. La vortex est préconisée pour les cas difficiles, avec des passages plus importants, sur des hauteurs manométriques plus importantes. Mais comme le rendement est moindre, on les recommande seulement sur les points de pompage difficile. Sur des postes de relevage qui servent de relais notamment. Pour les matières abrasives, nous recommanderons aussi des pompes vortex car il y a moins de passage au centre de la roue du liquide abrasif. À part pour ces cas, nous ne recommandons donc pas systématiquement des vortex.  » Le deuxième type de roue qui a l’approbation des constructeurs, est celui des roues à canaux : monocanale, bicanale ou multicanale (ou multicanaux). Pour Martial Smis de KSB, les roues à canaux seront favorisées principalement pour leur meilleur rendement : « Nous proposons une roue monocanale, où tous les effluents passent par un canal. Elles ont un meilleur rendement que les roues Vortex, qui aura cependant tendance à baisser. La chicane à l’avant ou bague d’usure va avoir un jeu qui s’use et s’agrandit et on retrouvera alors les mêmes caractéristiques que la vortex au bout de 5 ans. Le rendement

passera sur cette période de 75 % à 60 %. Ce type de pompe est plus onéreux à l’exploitation et plus sensible aux éléments solides présents dans les eaux à traiter car elle travaille plus en débit/hauteur que la roue vortex. Elle pourra servir aux traitements des eaux brutes, chargées en sable, etc. » La roue multicanaux, elle, sera adaptée à un autre type d’usage poursuit Martial Smis : « Elle a les mêmes caractéristiques que la roue monocanale mais peut fonctionner avec des débits plus importants pour les eaux brutes, les stations de relevage d’eaux pluviales,etc. Elle a un très bon rendement. La baisse de diamètre permet également de l’ajuster à son point de fonctionnement. » Chez ITT France, on se montre beaucoup plus convaincu par les qualités de la roue à canaux et notamment, par le modèle de roue bicanale : « Aujourd’hui nous en sommes à la cinquième génération de notre roue bicanale de la série N. La roue N permet notamment la réduction des colmatages et des bouchages, les arrêts de pompes, assez problématiques dans le pompage des eaux chargées. Cette roue est autonettoyante. Elle a une forme bien particulière avec des angles bien définis au niveau des aubes de la roue. Elle possède en plus des rainures de dégagement qui permettent de guider les particules et d’éviter qu’elles restent coincées et provoquent un colmatage ou un bouchage de la pompe. Elle possède également un guide pin, intégré dans le fond de la volute, qui guide les solides le long des rainures pour faciliter leur évacuation. Ce modèle était une révolution quand il est sorti dans les années 2000. Il joue sur les deux paramètres essentiels du Coût du Cycle de Vie (LCC ou Life cycle cost) : en baissant le coût énergétique et le coût de main-

Schéma de fonctionnement de la nouvelle roue N adaptive d’ITT France, qui sort officiellement sur le marché le 1er juillet 2010.

tenance de la pompe. Autre évolution, elle s’adapte aux conditions de pompage. La roue se déplace axialement sur l’arbre, elle peut remonter. Cela permet de réduire encore les colmatages et d’accepter des particules de plus grosse taille ou des éléments qui posent souvent problème comme les lingettes. C’est effectivement un des facteurs les plus limitant au bon fonctionnement d’une pompe, elles se colmatent sur les roues et provoquent des bouchages voire des arrêts de pompes. La roue N enfin, possède un autre facteur important : des économies d’énergie de 25 % par rapport aux roues traditionnelles. Le rendement des roues N est supérieur aux autres, mais il se maintient également dans le temps grâce à la baisse des risques de colmatage.  » En constante évolution, cet ensemble de technologie et d’innovations proposées sur la gamme N va encore s’étoffer cet été, comme l’annonce M. Serrault : « Le 1er juillet, nous sortons sur le marché la nouvelle génération de pompe avec la roue N : la N adaptive. Pour l’instant, elle n’est disponible que sur la taille de pompe 30-85, mais elle sera disponible sur d’autres tailles à partir de l’année prochaine. Elle est déjà commercialisée depuis un an, mais le délai de livraison est maintenant d’une semaine.  » Ces modèles récents sur le marché, n’ont pas encore

remplacé les autres, mais leur percée est constante, comme le constate M. Serrault : « Aujourd’hui, c’est toujours les modèles traditionnels qui se vendent bien avec des roues vortex ou monocanale. Mais la roue N poursuit bien son ascension. » Si ces technologies de roues sont avancées et efficaces, certains matériaux fibreux, les tissus, les liquides filasses peuvent provoquer des bouchages fréquents. Pour ces matériaux que l’on retrouve essentiellement dans les eaux domestiques, les eaux agricoles ou encore de l’industrie agroalimentaire, un autre type de roue marque le pas. Cette roue sera privilégiée pour des pompes à usages plus individuels ou semi-collectif, comme c’est le cas de la gamme mini SDL de Salmson : « Nous proposons des pompes à roues dilacératrice avec une technologie intéressante pour les applications suivantes : les particules fibreuses, les tissus, les traitements d’eau usées avec des bouchages réguliers, le relevage des eaux des cuisines de collectivité ou encore les rejets de déchets non agressifs de l’industrie agro-alimentaire. Des couteaux en inox réduisent les éléments solides en très petites particules. Il est très bien quand on a des hauteurs importantes à relever. Il permet de traiter des débits de l’ordre de 15 m3/h. Ce n’est pas un modèle pour des tailles impor-

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Enquête

Le sanibroyeur que l’on retrouve pour un usage domestique utilise la roue dilacératrice pour des eaux usées qui peuvent contenir des matières fibreuses (lingettes) ou des tissus (serpillières).

tantes, mais on les retrouve sur les réseaux ramifiés sous pression. C’est une bonne solution pour des zones où le nivellement du sol est difficile, ou très dur et pour des HMT importantes. Il y a alors une pompe au niveau de chaque habitation et tout le réseau est sous pression. Il n’y a pas de contrainte de pente nécessaire et cela nécessite des canalisations souples », explique Noé le Guerrannic, chef de marchés cycle de l’eau et industrie et chef produits industrie chez Salmson. Même usage pour les modèles de chez KSB, comme le précise Martial Smis : « Pour un usage plus domestique, la roue dilacéra-

trice sera privilégiée. Elle broie les matériaux, comme une serpillière par exemple, les hache en fines particules. Mais elle ne va pas pouvoir gérer des matériaux plus importants, plus durs comme un cadre de vélo par exemple, qui de toute façon devra être arrêté en amont par un système de dégrillage. Elle fonctionnera bien sur des petits débits et des hauteurs manométriques importantes. » Ce modèle de roue est d’ailleurs bien connu des fabricants de pompes destinées à un usage domestique. Il s’agit de la roue utilisée par les sanibroyeurs. La société SFA, l’une des pionnières sur le marché en France, propose des modèles sanicom pour des usages collectifs et sanicubic (ou relève pavillon) pour toutes les eaux d’une maison. « Les cailloux y passent et les serpillières également qui seront dilacérées en particules très fines », précise Frédéric Humbert, responsable projet pour les pompes et les produits SFA. Pour le traitement de débits plus importants et d’eaux qui nécessitent un système de dilacération, la solution de la roue

n’est pas la seule proposée par les fabricants. Chez ITT France, les modèles de pompes ne sont pas figés et permettent d’ajouter d’autres éléments en complément de la roue. C’est notamment le cas pour le système de dilacération, comme le détaille Jean-François Serrault : « Le principal atout de nos pompes est qu’elles sont modulaires. On peut par exemple faire un changement du fond de volute. Il est également possible d’ajouter un plateau dilacérateur, pour le broyage des particules. On le positionnera sous la roue. Ce système permet, contrairement aux roues dilacératrices, de traiter des gros débits, des particules de grosse taille. Elles pourront être appliquées dans le domaine agricole par exemple avec des eaux contenant des pailles ou des matières fibreuses ou avec des eaux municipales contenant beaucoup de particules. Cela permettra d’éviter les problèmes de colmatage. En effet, avec une roue vortex, dans certaines applications, ces problèmes peuvent arriver tous les deux ou trois jours. Cela nécessite une maintenance et

des coûts importants. Avec ces deux éléments, le changement de fond de volute et le plateau dilacérateur, on a plus besoin d’intervention. » La modularité peut aller encore plus loin. Pour des eaux chargées de particules plus importantes, le modèle de pompe N peut devenir encore plus performant : «  Pour des utilisations dans l’industrie agroalimentaire, où l’on peut trouver des pattes, des carcasses,etc. on peut encore ajouter un élément : un système de couteaux, en plus du plateau dilacérateur. Pour les matières fibreuses, on proposera encore l’ajout d’une vis de gavage, sous la roue, qui guide les substances fibreuses. Et enfin, on pourra ajouter un matériau anti-abrasif comme la fonte au chrome. Autant d’éléments qui permettent d’adapter au mieux la pompe et ses accessoires à l’usage, aux types de chargements de l’eau. Cette grande modularité permet de pomper la plupart des effluents », commente Jean-François Serrault d’ITT France. Sur ses gammes de pompes de chantier, le constructeur Salmson propose également un

Définition de types d’eaux chargées (aussi appelées eaux usées) Les eaux industrielles Leurs caractéristiques varient d’une industrie à l’autre. En plus de matières organiques, azotées ou phosphorées, elles peuvent également contenir des produits toxiques, des solvants, des métaux lourds, des micropolluants organiques, des hydrocarbures. Les eaux usées domestiques Elles proviennent des différents usages domestiques de l’eau. Elles sont essentiellement porteuses de pollution organique. Elles se répartissent en eaux ménagères, qui ont pour origine les salles de bains et les cuisines et sont généralement chargées de détergents,

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de graisses, de solvants, de débris organiques, etc., et en eaux «vannes», c’està-dire des rejets des toilettes, chargés de diverses matières organiques azotées et de germes fécaux. Les eaux pluviales L’eau de pluie se charge d’impuretés au contact de l’air (fumées industrielles), puis, en ruisselant, des résidus déposés sur les toits et les chaussées des villes (huiles de vidange, carburants, résidus de pneus et métaux lourds…). Elles peuvent, elles aussi, constituer la cause de pollutions importantes des cours d’eau, notamment pendant les périodes orageuses.

Les eaux brutes L’eau brute est l’eau qui existe à l’état naturel, superficielle ou souterraine. Elle peut contenir des matières dissoutes provenant des terrains traversés (calcium, magnésium, sodium, potassium ; bicarbonates, sulfates, chlorures), des particules d’argile en suspension qui forment une «éponge» absorbante susceptible d’attirer des bactéries et des molécules, des bactéries, qui prolifèrent dans le milieu aquatique, des matières organiques provenant du cycle de décomposition des végétaux et des animaux. Source : C.I.eau (http://www.cieau.com)


ENQUÊTE

élément permettant de protéger les roues. Noé le Guerrannic chef de marchés cycle de l’eau et industrie et chef produits industrie, nous présente la crépine, qui permet d’avoir une pompe résistant mieux aux attaques abrasives : « Nous proposons des gammes de pompes de chantier, la gamme standardisée, Aquaval, et la gamme de pompes KS sur mesure (de la marque Wilo) avec des capacités de 340 m3/h, 75 m de colonne d’eau, des tailles allant de DN 32 à DN 150 et pouvant supporter des températures jusqu’à 40 °C. Une crépine est intégrée à l’aspiration. » Cet élément sert à empêcher les débris de pénétrer dans le circuit ou réseau, pour protéger buses, pompes, vannes, etc. Dans les modèles de pompes Salmson, « c’est un produit tout en un », poursuit M. Le Guerrannic, « qui permet d’éviter d’aspirer de trop gros éléments solides. La crépine protège la pompe qui peut également bénéficier du revêtement ceram (voir plus loin dans l’enquête, n.d.l.r.) pour des eaux agressives ou corrosives. »

Les fabricants proposent encore quelques autres modèles de roues, pour des usages plus spécifiques. On trouvera la roue diagonale chez KSB : « Les roues diagonales ont été développées il y a peu. Elles ont à peu près les mêmes caractéristiques que la roue monocanale mais permettent de pomper des fibres et des particules plus importantes de 76, 80 mm ou plus  », explique Martial Smis. Chez ITT France, on propose pour des applications bien particulières, que décrit JeanFrançois Serrault, des roues à hélice : « Nous avons une autre gamme de très grosses pompes, les « big » pour constituer des rivières artificielles par exemple avec des très gros débits et des hélices. Elles peuvent aussi être utilisées pour le traitement des eaux de pluie dans de grandes villes. »

Le choix des revêtements et des matériaux Le choix de la pompe, du montage de la pompe, du moteur et le type de roue sont les éléments

Exemple de revêtement en ceram, certifié par Salmson. Il s’applique sur tous les éléments de la pompe : le moteur, l’hydraulique, l’extérieur comme l’intérieur de la pompe.

essentiels pour le choix d’une pompe destinée à traiter les eaux chargées. Les constructeurs proposent également pour affiner les performances des pompes, des revêtements ou des matériaux propres à certains types d’effluents. Les cas les plus fréquents, et donc pour lesquels de nombreuses solutions existent, sont ceux des liquides abrasifs ou corrosifs. KSB a notamment développé selon les types d’usages, la gamme de matériaux nori. Pour la résistance à l’usure, le constructeur propose l’ERN, le norihard et le noriloy. Pour la résistance à l’usure et à la corrosion, les revêtements noridur DAS et noricrom ont été élaborés. Enfin pour la résistance à la corrosion seule, le norinox, le noridur, le noriclor et le noricid sont proposés. Selon les applications, industrie chimique et procédés industriels, industrie pétrochimique, eaux de process acides ou encore traitement des eaux usées, de stations d‘épuration, l’un ou l’autre des revêtements sera recommandé. « Comme nous sommes très proches des industriels » explique Martial Smis, « cela nous a permis de mettre au point nos propres matériaux pour les revêtements de nos pompes : le norihard en fonte trempée sera résistant à l’abrasion par exemple et le noridur à traitement thermique spécial, en acier moulé duplex sera résistant à la corrosion. » Le norihard pourra être utilisé pour le pompage de fluides à forte teneur en substances solides et à taux d’usure élevé comme par exemple la boue à bauxite et battitures, le lait de chaux et les suspensions à la pierre calcaire aussi bien que les eaux usées et de lavage à forte teneur en sable. Le noridur pourra être utilisé dans le traitement des eaux usées, pour le refoulement de fluides chlorurés de

Revêtement en ceram sur une pompe de la gamme FA EMU submersible de Salmson

tout type, d’acides réducteurs, d’eaux de process acides. Aux revêtements adaptés au type de liquide, s’ajoutent également la possibilité de choisir les matériaux de construction des pompes, comme le souligne Martial Smis de KSB : « Pour l’industrie, nous avons des variantes en inox, pour les matières corrosives et les eaux chargées agressives (lixiviat, résidus industriels). Les pompes sont habituellement en fonte pour les eaux de station d’épuration.  » Si les matières corrosives et abrasives ont leurs composants adaptés, KSB propose également des solutions adaptées aux zones ATEX. «  Selon les marchés, on peut proposer des antidéflagrants, adaptés aux milieux explosifs  », commente ainsi M. Smis. Chez ITT France, on propose également des solutions antiusure ou corrosion toujours adaptables au modèle le plus récent. « La pompe N est donc modulaire, elle peut évoluer selon le type d’effluent. Pour le modèle standard, elle est en fonte. Pour les liquides abrasifs, chargés de cailloux,

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Enquête de sable, etc., nous avons un modèle en fonte au chrome, une fonte durcie qui résiste à l’abrasion », commente JeanFrançois Serrault. «  Pour les pompes traditionnelles, hors modèle N, le stratisilicium, plus dur que la fonte permet de résister à l’abrasion. Nous avons également des peintures qui sont appliquées en une couche de 100 microns, mais peuvent être appliquées en trois couches pour des applications avec de l’eau de mer très agressive par exemple. Le modèle D8000 en tout inox (ou acier inoxydable), lui, sera adapté à des eaux chargées avec un liquide agressif », ajoute-t-il. Chez Salmson enfin, un revêtement céramique spécial a été mis au point pour protéger les pompes traitant des eaux char-

gées. « Le développement que nous proposons pour les eaux chargées est le ceram. C’est un revêtement céramique », explique Noé Le Guerrannic. « Sur l’epoxy couramment utilisé, dès qu’il y a des heurts sur la pompe, il y a une désagrégation du revêtement en epoxy avec un effet pelure d’oignon. Le ceram est un revêtement qui peut s’appliquer sur tous les éléments de la pompe : sur le moteur, sur l’hydraulique, la roue, sur tout l’extérieur et l’intérieur de la pompe. Il possède une forte adhésion. On adaptera ensuite l’épaisseur, le nombre de couches en fonction du caractère corrosif ou abrasif du liquide de 0,4 mm à 3 mm. Par exemple sur des dessableurs, on préconisera 3 mm. La durée de vie de ces

pompes est allongée et il suffira de repasser des couches en spray pour appliquer à nouveau ce revêtement », conclut-il.

Quelques solutions…

autres

Pour assurer le bon fonctionnement des pompes destinées aux eaux chargées et notamment celles immergées, les constructeurs proposent plusieurs éléments. C’est surtout sur la simplification et la réduction des coûts de maintenance qu’ils se sont concentrés. Illustration avec le fonctionnement de la garniture à cartouche que nous détaille Noé le Guerrannic de Salmson : « Le principe de la garniture à cartouche, pour faciliter la maintenance des pompes est simple. Au lieu

d’avoir des garnitures séparées qu’il faut changer une par une, un ressort et un joint de garniture par exemple, on rassemble les deux garnitures sur un même bloc en inox. Quand on a besoin d’effectuer un remplacement, on le fera par bloc et non plus par garniture. Cela permet un gain de temps et une simplification des opérations. ». Un fonctionnement qui limite la maintenance, et donc les coûts mais aussi les temps d’arrêt des appareils. Sur le modèle N d’ITT France, on propose des garnitures mécaniques « active seal ». « Encore un élément qui permet d’augmenter la durée de vie de la pompe et d’en espacer la maintenance » précise Jean-François Serrault, « les garnitures sont deux pièces qui viennent se frotter l’une

Les étapes en amont du pompage

Le relevage Le transport des eaux usées dans les collecteurs se fait généralement par gravité, sous l’effet de leur poids. Une station de relèvement permet d’acheminer les eaux usées dans la station d’épuration lorsque ces dernières arrivent à un niveau plus bas que les installations de dépollution. Cette opération de relèvement des eaux s’effectue grâce à des pompes ou à des vis d’Archimède.

Les prétraitements Les prétraitements ont pour objectif d’éliminer les éléments les plus grossiers, qui sont susceptibles de gêner les traitements ultérieurs et d’endommager les équipements. Il s’agit des déchets volumineux (dégrillage), des sables et graviers (dessablage) et des graisses (dégraissage déshuilage). Au cours du dégrillage, les eaux usées passent au travers d’une grille dont les barreaux, plus ou moins espacés, retiennent les matières les plus volumineuses. Ces éléments sont ensuite éliminés avec les ordures ménagères. Le tamisage, qui utilise des grilles dont l’espacement est plus réduit, peut compléter cette phase de prétraitement. Cependant, il génère beaucoup plus de déchets. Le dessablage débarrasse les eaux usées des sables et des graviers par sédimentation. L’écoulement de l’eau à une vitesse réduite dans un bassin appelé «dessableur» entraîne leur dépôt au fond de l’ouvrage. Ces particules sont ensuite aspirées par une pompe. Les sables récupérés sont essorés, puis lavés avant d’être soit envoyés en décharge, soit réutilisés, selon la qualité du lavage.

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Le dégraissage vise à éliminer la présence de graisses dans les eaux usées, graisses qui peuvent gêner l’efficacité des traitements biologiques qui interviennent ensuite. Le dégraissage s’effectue par flottation. L’injection d’air au fond de l’ouvrage permet la remontée en surface des corps gras. Les graisses sont raclées à la surface, puis stockées avant d’être éliminées (mise en décharge ou incinération). Elles peuvent aussi faire l’objet d’un traitement biologique spécifique au sein de la station d’épuration. De nombreuses stations utilisent des dessableurs-dégraisseurs combinés. Source : C.I.eau (http://www.cieau.com)

Pompes Salmson immergées dans un bassin « dessableur ».


ENQUÊTE

Focus sur… le dégrillage, une étape préconisée par les industriels Martial Smis, responsable R & D pompes et assainissement de KSB « Avec une roue vortex, le tuyau de passage est de 76 mm, ce qui est très convenable. Mais il y a toujours un moment où il peut y avoir un problème si en amont, on n’a pas un système de dégrillage pour retenir les éléments plus volumineux ou qui sont difficilement réductibles. On pense par exemple aux lingettes qui peuvent boucher les installations car elles continent des fibres. On voit parfois passer des déchets massifs dans les eaux usées ou les eaux d’égout, comme des cadres de vélo par exemple. Donc théoriquement, il faudrait un système de dégrillage pour contenir ce type d’éléments avant qu’ils n’arrivent à la pompe, mais comme cela demande un coût d’exploitation plus important, souvent les clients l’enlèvent. On demande aux pompes de tout faire mais dans des cas comme ceux-là, le blocage de la pompe ne peut être évité… Les pompes ne peuvent pas tout faire… » Jean-François Serrault, ingénieur produits solutions au pôle eau chargée ITT France « Nous préconisons le dégrillage lorsque la nature de l’effluent le nécessite, mais nos conseils ne sont pas toujours suivis car cela a un coût de mise en place, pour la maintenance, mais aussi pour le recyclage des éléments retenus par la grille… Du coup, les constructeurs travaillent sur les améliorations des pompes pour éviter les risques de colmatage et d’arrêts. »

contre l’autre, l’une est fixe et l’autre en mouvement. Entre elles, il y a un film de lubrification. S’il y en a trop cela peut provoquer des fuites, si au contraire il n’y en a pas assez, cela peut provoquer une usure prématurée. Pour la roue N, nous avons appliqué un film le plus épais possible et des rainures en forme de spirale sur les faces de friction, qui renvoient le liquide vers une chambre d’étanchéité au lieu de le renvoyer vers le moteur. Il y a une sorte de micropompe dans la pompe : c’est l’activeseal », conclut-il. Les solutions proposées pour le pompage des eaux chargées sont donc multiples. Au jour le jour, les fabricants essaient d’améliorer les performances de ces pompes, en fonction du chargement des eaux, des applications, mais aussi des nouvelles normes, des risques ATEX, etc. Comme le résume bien M. Lasagni Andrea,

directeur de la société d’ingénierie et de conseils GLS, les nouveautés s’appliquent à des secteurs de niche mais aussi à l’amélioration des performances économiques : « Actuellement, les nouveautés dans le secteur concernent des pompes qui sont sur des créneaux spécifiques comme les pompes qui traitent des fluides agressifs, les pompes qui sont dans des milieux explosifs ou encore à basse température. Du point de vue technique, les développements se concentrent surtout sur les rendements : de 60 à 70 % sur des pompes immergées pour 80 % sur des pompes à sec. » Ce sont enfin les réductions énergétiques qui préoccupent les industriels, qui communiquent régulièrement sur la baisse de la consommation énergétique de leurs pompes. Emmanuelle Genoud

Sylvie Kucharczkyk, ingénieur technico-commercial pour les pompes Verder « On propose sur nos pompes une option avec un élément de coupe : la dilacération pour les liquides avec de la filasse. On m’a demandé récemment cette application-là, pour des eaux qui contenaient des pattes de canard dans l’agroalimentaire. Mais il vaut toujours mieux dégriller avant. Cette option permet d’optimiser le pompage. Dans une industrie d’abattoir, il doit y avoir un dégrillage théoriquement. »

Exemple d’une pompe en maintenance, suite à un problème de colmatage.

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Pompage eaux chargees  

Enquete pompage des eaux chargees

Pompage eaux chargees  

Enquete pompage des eaux chargees

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