BULLETIN FAO D'IRRIGATION ET DE DRAINAGE 43

Les machines  élévatoires

par
P.L. Fraenkel
Directeur
Intermediate Technology Power Ltd
Reading (Royaume-Uni)

Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture
Rome, 1994

 Les appellations employées dans cette publication et la présentation  des données qui y figurent n'impliquent de la part de l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture aucune prise de position quant au statut juridique des pays, territoires, villes ou zones, ou de leurs autorités, ni quant au tracé de leurs frontières ou limites.

1.

Superficie des terres irriguées dans le monde (1972)

2.

Vitesses maximales d'écoulement recommandées, coefficients de rugosité et pentes de talus des canaux revêtus et en terre

3.

Valeurs moyennes des rendements des différents éléments d'un réseau

4.

Valeurs moyennes(en mm/h) du taux moyen d'infiltration en mm/h pour différents types de sols et les débits d'arrosage correspondants

5.

Classification des pompes et des machines élévatoires

6.

Caractéristiques techniques des chapelets inclinées chinoises dites  "vertèbres de dragon"

7.

Principales caractéristiques des matériaux utilisés dans la fabrication des pompes

8.

Nouvelle classification des pompes et des dispositifs élévateurs d'eau

9.

Eléments de coût des machines motrices

13.

Puissance et force de traction des différents animaux

14.

Comparaison des différents carburants pétroliers pour les moteurs

15.

Comparaison des petits moteurs à combustion interne

16.

Puissance du vent calculée en fonction de la vitesse du vent exprimée en densité de puissance par unité de surface du courant d'air

17.

Variation de la densité de l'air en fonction de l'altitude

18.

Comparaison des divers caractéristiques des différents types de rotors

19.

Débit d'une pompe éolienne calculé à partir des données de la vitesse du vent classées par tranches et les performances correspondantes

20.

Facteurs affectant le rendement d'une installation d'une pompe éolienne

21.

Rendement des systèmes fonctionnant à partir de l'énergie hydraulique

22.

Dimensions types et coûts des turbopompes chinoises

23.

Comparaison des coûts d'irrigation en Chine

24.

Performances des petites turbopompes

25.

Débit d'alimentation des béliers hydrauliques

26.

Performances d'un bélier hydraulique

27.

Densité de puissance des écoulements d'eau en fonction de la vitesse de l'eau

28.

Superficie nécessaire pour la production des céréales alimentaires ou  d'alcool-carburant au Brésil

29.

Principaux résidus agricoles disponibles dans les pays en voie développement

30.

Résidus types des cultures céréalières

31.

Production photosynthétique de carbone

32.

Pouvoir calorifique des différents combustibles

33.

Pouvoir calorifique potentiel de biomasse de certaines cultures

34.

Rendement en biogaz des différentes charges

35.

Production d'excréments des différentes espèces vivantes

36.

Principaux paramètres de fonctionnement des digesteurs de biogaz agricole

37.

Exemple type de calcul d'une installation de biogaz destinée à l'irrigation par pompage

38.

39.

40.

41.

1.

Installation type de pompage

2.

Les éléments essentiels d'un réseau d'irrigation

3.

Le concept du gradient hydraulique

4.

Détermination des pertes de charge dues au frottement dans les conduites

5.

Abaque de calcul de la perte de charge due au frottement pour des tuyaux en PVC rigides par la formule de Blasius

6.

Variations de la charge et du rendement en fonction du débit

7.

Incidence des différentes conditions physiques sur le niveau de l'eau dans les forages

8.

Facteurs affectant le rendement hydraulique d'une installation

9.

Variation de l'énergie dans les différents éléments d'une installation d'irrigation (en pourcentage de l'énergie transmise d'un élément à l'autre de l'installation)

10.

Puissance hydraulique nécessaire pour l'élévation de l'eau

11.

Hauteur statique en fonction du débit pour différentes valeurs de la puissance

12.

Charge totale en fonction de l'énergie hydraulique à superficie irriguée constante (les superficies sont déterminées pour une dose d'arrosage de 8 mm)

13.

Nomogramme pour le calcul de la puissance nécessaire pour une superficie, une dose d'arrosage, et une hauteur de refoulement données

14.

Taux de croissance des cultures en fonction de la teneur en eau du sol

15.

Coefficient de culture type du maïs planté à la mi-mai au Caire (Egypte). La dose d'arrosage adoptée à la première phase de plantation est de 8 mm/jour, et la fréquence d'irrigation est de 7 jours

16.

Courbes typiques montrant la relation entre la hauteur d'eau, le débit, la vitesse et le rendement d'une pompe (cas d'une pompe centrifuge)

17.

Ecope à opération manuelle

18.

Utilisation du panier basculant

19.

Ecope fixée à une corde

20.

Utilisation d'une auge basculante "dhone" au Bangladesh

21.

Monte-charge à contrepoids

22.

"Mohte" à déversement automatique, avec traction sur un plan incliné

23.

Roue à sabots (persane)

24.

Norias

25.

Roue persane du type zawaffa

26.

Saqiya ou tympan

27.

Fathi - version améliorée de la Sakia

28.

Principes de base des pompes volumétriques

29.

Pompe à commande manuelle avec piston à clapet à simple effet

30.

Pompe de forage à piston

31.

Pompe à piston à commande par volant

32.

Les différents types des pompes à mouvement alternatif

33.

Section d'une pompe de forage

34.

Clapet type d'une pompe

35.

Pompe à piston alimentant une conduite

36.

Méthodes utilisées pour isoler une pompe à mouvement alternatif de sa conduite

37.

Amortisseur hydraulique (soupape de décharge)

38.

Coupe schématique d'un forage

39.

Pompe hydraulique à pédale (Vergnet)

40.

Section d'une pompe à diaphragme

41.

Pompe à diaphragme à pédale de l'IIRR

42.

Pompe portative commerciale à diaphragme à double effet

43.

Eléments de la pompe à pneu de New Alchemy Institute (Etats-Unis)

44.

Pompe Humphrey (moteur à combustion interne à piston liquide et la pompe associée

45.

Pompe à palettes ou à ailettes flexibles

46.

Pompe Permaprop

47.

Pompe à cavité progressive ou pompe "Mono"

48.

Dispositif élévateur du type à vis d'Archimède

49.

Section d'une pompe à broche hélicoïdale à ciel ouvert (vis hollandaise)

50.

Pompes à poussée hydrostatique

51.

Roue à palettes ou roue à marches ou pédales

52.

Chapelet incliné ou pompe chinoise "à vertèbres de dragon"

53.

Pompe à chapelet

54.

Pompe à clapet

55.

Pompe à résonance

56.

Premiers types de pompes centrifuges

57.

La relation entre la vitesse et la pression d'un fluide à la fois au passage dans un ajutage et dans un diffuseur

58.

Pompes centrifuges

59.

Caractéristiques types des pompes roto-dynamiques

60.

Pompe axiale (pompe-hélice)

61.

Pompe hélico-centrifuge montée en surface

62.

Pompe hélico-centrifuge immergée

63.

Pompe-hélice portable (IRRI)

64.

Exemple type d'une pompe centrifuge de surface sur socle

65.

Installation d'une pompe centrifuge de surface

66.

Installation d'une pompe centrifuge verticale (pompe de forage)

67.

Divers types de rotors des pompes centrifuges

68.

Effet du profil des aubes du rotor ou de la roue d'une pompe centrifuge

69.

Association en série ou en parallèle des pompes centrifuges

70.

Groupe motopompe multicellulaire immergé de forage

71.

Une installation complète d'un groupe motopompe électrique immergé

72.

Pompe directement accouplée à un moteur Diesel à refroidissement à l'air munie d'une pompe manuelle d'amorçage à membrane

73.

Pompe centrifuge à auto-amorçage

74.

Pompe venturi aspirante (Ejecteur) installée en surface

75.

Pompe éjecteur de forage

76.

Pompe à émulsion (émulseurs)

77.

Types de siphons

78.

Section transversale d'un quanat

79.

Pompe chinoise du type libération à traction animale en acier pour plus

de robustesse et d'efficacité (voir aussi 96)

80.

Valeurs types de la hauteur d'eau et du débit pour différents types de pompes et de dispositifs élévateurs d'eau

81.

Relation entre les sources d'énergie et les modes les plus indiqués de transformation en force motrice

82.

(a) La baisse de la rentabilité pourrait rendre absurde tout effort visant à augmenter les performances au-delà d'une certaine limite; (b) Incidence du rendement sur les coûts

83.

La bonne correspondance des vitesses d'une machine motrice et d'une pompe est parfois plus importante que le rendement propre de la machine motrice

84.

 Réducteur de vitesse à double étage utilisé en Chine pour l'accouplement d'un moteur électrique à une pompe à chapelet et à disque

85.

Nombre de personnes requises pour fournir une quantité d'eau donnée pour différentes hauteurs d'élévation

86.

Elévation de l'eau à l'aide d'une corde et d'un récipient d'un puits ordinaire

87.

Comparaison des performances du panier basculant et de la dhone

88.

Abaque de calcul du débit des pompes à main

89.

Pompe à mouvement rotatif à manivelle

90.

Pompe "Rower"

91.

Nombre de boeufs nécessaires pour déplacer un volume d'eau donné à des différentes hauteurs d'élévation

92.

Section transversale d'une mohte

93.

Mohte circulaire à deux seaux à fonds munis d'un clapet

94.

Roue à sabots (persane) actionnée par des boeufs - version classique à chaîne et à godets

95.

Roue à sabots (persane) à mécanisme d'entraînement surélevé actionné  par un chameau

96.

Pompe Libération chinoise à force motrice animale

97.

Essieu arrière d'un véhicule utilisé comme un mécanisme de transmission pour une pompe à vis d'Archimède à motricité animale

98.

Moteur diesel monocylindre à faible vitesse, à volant extérieur

99.

Moteur diesel Lister à trois cylindres à entraînement par courroie, accouplé à une pompe centrifuge par l'intermédiaire de courroies multiples en V

100.

Principaux éléments d'une installation de pompage à moteur et les rendements correspondants

101.

Incidence de l'accroissement de la hauteur d'aspiration sur l'efficacité d'un groupe motopompe classique

102.

Schéma d'une machine à condensation

103.

Moteur d'une pompe à air chaud Rider-Ericsson (cycle Stirling) vers 1900

104.

Principaux types de moteurs électriques

105.

Moteur électrique accouplé directement à une pompe centrifuge

106.

Pompe à piston entraînée par une courroie et actionnée par un moteur électrique (Climax)

107.

Pompe éolienne en bois de fabrication artisanale, destinée au pompage l'eau de mer dans les cuves de sel de saunage de l'île de Sal (Cap Vert)

108.

109.

Train d'engrenages démultiplicateur d'un modèle type d'une pompe  éolienne agricole "américaine"

110.

Eolienne chinoise à chaîne

111.

Pompe à éolienne Thaï

112.

Pompe éolienne de type "crétois" utilisée dans le cadre d'un projet d'irrigation dans le sud de l'Ethiopie

113.

Aérogénérateur Dunlite de 2 kw

114.

Aérogénérateur Windamatic de 55 kw

115.

Installation type d'une pompe éolienne agricole

116.

Pompe éolienne IT fabriquée au Kenya sous le nom de "Kijito" et au Pakistan sous celui de "Tawana"

117.

Pompe éolienne à axe vertical à rotor de Savonius utilisée en Ethiopie

118.

Modèle type d'une turbine éolienne à axe vertical à rotor Darrieus  (profil troposkien)

119.

Rotor à voile à axe vertical des Iles Turques et Caïques

120.

La puissance (A) et le couple (B) d'un rotor d'éolienne en fonction de la vitesse de rotation pour différentes vitesses du vent

121.

Coefficients de puissance (C_p) (ci-dessus) et coefficients de couple (C_t) de divers types de rotors de turbines à éolienne, représentés en fonction du rapport des vitesses à l'extrémité des pales () (d'après Lysen/CWD [45])

122.

Le compromis entre la vitesse du vent au démarrage et la puissance utile des pompes éoliennes aux différentes charges

123.

Courbe caractéristique d'une pompe éolienne montrant les variations de la puissance fournie et du rendement en fonction de la vitesse du vent

124.

Système classique de protection d'une pompe éolienne contre les tempêtes consistant à dévier le rotor pour l'orienter de travers face au vent

125.

Moyennes annuelles de la vitesse du vent (valeurs approximatives)

126.

Présentation courante des données à long terme de la vitesse du vent sous  la forme de moyennes mensuelles

127.

Rose des vents

128.

Histogramme des fréquences de la vitesse du vent

129.

Caractéristiques fournies par les constructeurs des pompes éoliennes "Kijito" fabriquées au Kenya sur le modèle de la pompe éolienne IT

130.

Exemple du mode de calcul de l'énergie fournie par une éolienne à partir de la courbe de distribution de la vitesse du vent (a), multipliée par la caractéristique (b) de performance de l'éolienne pour obtenir l'énergie fournie (c)

131.

Options viables de systèmes de pompage à énergie solaire

132.

Pertes dans un système solaire thermodynamique classique de pompage

133.

Structure d'une cellule photovoltaïque au silicium

134.

Exemples d'installations types de pompes solaires

135.

Courbes caractéristiques de cellules photovoltaïques au silicium

136.

Configuration schématique d'un système de pompage solaire photovoltaïque

137.

Pertes dans une installation photovoltaïque type de pompage

138.

Energie solaire disponible et besoins en eau d'irrigation des cultures (au lac du Tchad)

139.

Carte mondiale indiquant l'indice annuel moyen du niveau d'ensoleillement (clarté)

140.

Mesure du débit au moyen d'un déversoir rectangulaire (d'après BYS Népal)

141.

Méthode de jaugeage du débit sans déversoir

142.

Principaux types des turbines hydrauliques fonctionnant sous une hauteur d'eau faible, moyenne et élevée

143.

Turbopompe monocellulaire à forte hauteur d'eau

144.

Turbopompe multicellulaire à forte hauteur d'eau

145.

Turbopompe à long arbre moteur

146.

Installation type d'une turbopompe

147.

Représentation schématique d'un bélier hydraulique

148.

Bélier hydraulique classique (Blakes) de fabrication européenne

149.

Bélier hydraulique utilisé au sud-est de l'Asie

150.

Bélier hydraulique peu coûteux fabriqué à partir des pièces spéciales des conduites

151.

Roues hydrauliques en bambou (Vietnam)

152.

Modèle chinois de noria de petites dimensions

153.

Pompe à chaîne-hélice entraînée par une roue hydraulique

154.

Vue en coupe montrant une installation à pompe Plata

155.

Pompe turbine IT au fil de l'eau

156.

Filière de transformation des combustibles tirés de la biomasse

157.

Machine à vapeur de 2 kw de Ricardo

158.

Les trois principaux types de gazogènes

159.

Une petite installation d'irrigation par pompage équipée d'un gazogène

160.

Digesteur de biogaz à coupole fixe

161.

Digesteur de biogaz à gazomètre flottant et sans liant hydraulique

162.

Tracteur chinois à deux roues fonctionnant au biogaz et utilisé pour l'application de la boue digérée à la surface des champs

163.

Procédure d'évaluation par étape du coût d'un système de pompage d'eau

164.

Motricité humaine et motricité animale: Coût unitaire de l'énergie fournie en fonction de la demande quotidienne en énergie hydraulique

165.

Groupes motopompes diesel et au kérosène

166.

Pompe éolienne fonctionnant à différentes vitesses moyennes du vent

167.

Pompe solaire fonctionnant sous différents niveaux moyens du rayonnement solaire

168.

Béliers hydrauliques

169.

Valeurs moyennes des résultats indiqués aux figures 164-168, représentées avec une échelle linéaire sur l'axe de puissance hydraulique quotidienne jusqu'à 1000 m³.m

170.

Eventail des coûts unitaires de l'énergie pour trois niveaux de demande c'est-à-dire de 100, 1000 et 10 000 m³.m/jour, et pour différents types de machines motrices