Mr. J. SELTZ
Tout élevage aquacole nécessite une circulation de l'eau plus ou moins importante selon son degré d'intensification. Ainsi dans le cas d'un élevage intensif de poissons en bassins, un renouvellement toutes les heures, voir toutes les demi-heures est nécessaire. Le débit d'eau, en amenant l'oxygène et en évacuant les matières toxiques (déchets d'aliment, produit d'excrétion des animax…) permet la survie et le développement des espèces élevées. Tout défaut d'alimentation en eau se traduit par une dégradation rapide des conditions d'élevage (esséntiellement baisse du taux d'oxygène) allant jusqu'à la mortalité partielle ou totale du cheptel,et ceci dans un laps de temps pouvant être très court (de l'ordre d'une heure dans certains cas).
Tout ceci situe bien l'importance que revêt l'alimentation en eau des élevage aquacoles. En aquaculture marine la circulation de l'eau est réalisée de différentes façons selon le mode d'élevage.
Ainsi les structures en pleine eau telles que tables conchylicoles ou cages flottantes utilisent le flux dû aux courants engendrés par le milieu lui-même. Les installations à terre peuvent être alimentées soit gravitairement par le jeu des marées, soit par pompage.
L'utilisation des marées engendre une circulation d'eau intermittente, dont le débit est variable en fonction des coefficients de marée. c'est pourquoi, sauf cas exceptionnel, ce procédé n'est utilisé que dans le cas d'élevage extensif ou semi-intensif.
Le pompage permet quant à lui une maîtrise totale du renouvellement de l'eau. Le problème devient alors avant tout économique. Le coût de l'amortissement et du fonctionnement d'une station de pompage impose des charges en poissons élevées et donc une intensification de l'élevage.
Une installation de pompage se compose de quatre éléments qui sont :
- le groupe de pompage comprenant la pompe proprement dite et le moteur qui l'actionne,
- la station de pompage, abritant le ou les groupes de pompage, ainsi que divers équipements annexes tels que armoire de commande, transformateur ou groupe électrogène de secours,
- la prise d'eau,
- la conduite de refoulement ou de rejet.
Les différents types de pompe généralement utilisés en aquaculture sont:
- les pompes centrifuges,
- les pompes à hélices,
- les élévateurs à hélices ou vis d'Archimède,
- les accélérateurs de courant.
Toutes ces pompes sont représentées dans les annexes 1 à 7 qui font apparaître également les différentes versions possibles (pompe de surface ou immergée, à axe vertical ou horizontal, etc… ).
Les pertes de charge représentent les pertes de pression dues aux différents obstacles s'opposant au déplacement du fluide pompé.
On distingue les pertes de charge linéaires produites par le flottement du fluide sur les parois des conduites et les pertes de charge singulières produites par tout phénomène local tel que changement de section ou de direction dans la conduite, vanne, etc…
Dans la pratique, la détermination des pertes de charge se fait à l'aide de tableaux ou d'abaques telles que celles représentées en annexes 8 à 10.
Dans ces abaques les pertes de charge linéaires sont calculées à partir de la formule de COLEBROOK ; les pertes de charge singulières sont ramenées à une longuer de tuyauterie ayant une perte de charge équivalente.
Lors du pompage, la pompe ne doit pas seulement fournir une pression équivalente à celle correspondant à la différence de niveau entre l'aspiration et le refoulement (appelée hauteur géométrique d'élévation) mais également la pression nécessaire pour vaincre les pertes de charge, J dans les canalisations d'aspiration et de refoulement (respectivement J asp. et J ref.).
On appelle hauteur manométrique totale la somme de la hauteur géométrique et des pertes de charge à l'aspiration et au refoulement.
H mt = H géom + J asp + J ref
Dans les pompes centrifuges, c'est la dépression ou l'aspiration créée par la turbine qui fait monter l'eau.
Si cette dépression atteignait le vide absolu, l'eau ne pourrait, de toutes façons, pas monter à une hauteur supérieure à la pression atmosphérique (Expérience de TORICELLI) soit de 10,33 m à l'altitude zéro.
En réalité, cette hauteur d'aspiration n'est jamais atteinte car une partie de la pression disponible est nécessaire pour:
- vaincre les pertes de charge dans la conduite d'aspiration,
- communiquer au liquide la vitesse désirable,
- maintenir une pression à l'entrée de la pompe à une valeur minimale, puisque la tension de vapeur correspondant à la température du liquide à pomper ne doit en aucun cas être atteinte. Si tel était le cas, il se formerait dans le liquide des bulles de vapeur qui, entrant dans la turbine à un endroit de plus haute pression, s'entrechoqueraient violemment créant ainsi localement de très hautes pressions spécifiques, susceptibles de détruire complêtement la matière en ces endroits.
Ce phénomène est connu sous le nom de cavitation.
Afin d'éviter de tel phénomène, il est donc nécessaire que la pression á l'entrée de la pompe se maintienne largement au-dessus de la tension de vapeur du liquide.
Dans la pratique, les possibilités d'aspiration d'une pompe centrifuge seront déterminées grâce au NPSH (net positive section head), qui est la valeur de la pression mesurée à l'entrée de la pompe. Cette valeur ne doit pas descendre sous un minimum correspondant à l'apparition de la cavitation encore appelée NPSH requis.
La courbe représentant le NPSH requis en fonction du débit pour une pompe donnée est fournie par le constructeur.
Il suffit alors de calculer le NPSH disponible qui peut s'exprimer en première approximation par la relation:
| NPSH disponible = 10 - (Ha + Ja) | H : hauteur géométrique d'aspiration |
| Ja : Perte de charge à l'aspiration |
et vérifier que cette valeur est bien supérieure au NPSH requis fourni par le constructeur.
Graphiquement, nous pouvons également résoudre le problème.
avec : Ha Hauteur géométrique d'aspiration
Ja Perte de charge dans la conduite d'aspiration.
I. Point de cavitation
Pour que la pompe fonctionne dans des conditions satisfaisantes, il faut que le point de fonctionnement de la pompe soit à gauche du point I (intersection des deux courbes NPSH requis et disponible) correspondant à l'apparition de la cavitation. L'intervalle D qui sépare les deux courbes traduit l'efficacité de l'installation face à la cavitation.
Remarque : La hauteur d'aspiration d'une pompe centrifuge est, d'une façon générale limitée à 7 m maximum.
Les courbes principales qui caractérisent une pompe sont au nombre de trois (hormis la courbe du NPSH requis):
- la courbe débit-hauteur
- la courbe de puissance absorbée
- la courbe de rendement
Une représentation graphique de ces courbes est donnée dans l'annexe 11.
Puissance absorbée
La puissance absorbée sur l'arbre de la pompe est donnée par la formule:
 | Pcv | : Puissance en cheval vapeur |
| Q | : Débit en l/s | |
 Si Q en m3/h | Hmt | : Hauteur manométrique totale en m |
| N | : Rendement de la pompe |
Remarque : La puissance peut s'exprimer en CV, KW ou HP. Les différentes unités sont reliées entre elles par les relations suivantes:
Cheval vapeur : 1 CV = 75 kg m/s = 0,737 KW
Horse power : 1 HP = 550 ft lbf/s = 0,745 KW
avec KW = kilowat
Kgm/s = Kilogramme-mètre par seconde
ft lbf/s = Foot pound force par seconde
Les rendements
Chaque constructeur fournit la courbe de rendement. Pour chaque type de pompe, il existe un maximum au voisinge duquel il convient d'utiliser la pompe.
A titre indicatif, le rendement optimum des pompes centrifuges se situe généralement entre 0,70 et 0,80.
La détermination du point de fonctionnement d'une pompe permet de connaître le débit et la hauteur manométrique engendrée par une pompe donnée débitant dans un réseau ou une conduite donnée.
Cette détermination s'effectue facilement en traçant sur un même graphique la courbe caractéristique de la conduite (qui représente pour chaque débit la somme de la hauteur géométrique et des pertes de charges dans la conduite) et la courbe H - Q caractéristique de la pompe. Au point d'intersection S de ces deux courbes, la hauteur manométrique de la pompe sera égale à la somme de la hauteur géométrique totale dans la conduite. Par conséquent, le point S est le point de fonctionnement de la pompe.
Le choix d'un type de pompe doit être fait en accord avec les caractéristiques hydrauliques de l'installation envisagée (débit, hauteur manométrique) mais aussi des conditions particulières d'utilisation (pompage en bordure de lagune ou de mer, nature et protection du terrain, etc… ).
Comme les besoins en eau sont presqe tout le temps continus, il conviendra de privilégier au maximum le rapport puissance consommé sur débit fourni.
De façon générale, nous pouvons donner les domaines d'utilisation des différents types de pompes:
- Gros débit - faible hauteur de relevage :
(> 100 l/s)
pompe à hélice (h < 15 m)
vis d'archimède (h < 10 m)
- tout débit - hauteur > 15 m
pompe centrifuge
- Création d'un courant d'eau - hauteur de relevage de quelques cms:
accélérateurs de courant
Le moteur qui fait tourner la pompe peut être électrique (dans la plupart des cas) ou thermique. Dans le cas des groupes immergées, il ne peut être qu'électrique.
Nous connaissons déjà la puissance absorbée par la pompe. Elle devra être égale à la puissance disponible sur l'arbre du moteur, c'est à dire la puissance multipliée par le rendement.
La puissance du pompage nécessaire s'écrit donc:
 | avec | Q : débit en m3/h |
| H : hauteur manométrique totale en m | ||
| N : rendement pompe | ||
| K : rendement moteur |
A titre indicatif, le rendement d'un moteur thermique est de 0,75, celui d'un moteur électriuqe de 0,90.
les moteurs électriques sont pratiquement toujours alimentées par du courant alternatif triphasé en 380 V. Ce courant est fourni, soit par le réseau (s'il passe à proximité) soit par un groupe électrogène placé à proximité des groupes de pompage.
Remarque : Le pompage de l'eau en aquaculture devant être permanent, une installation de pompage alimentée par le réseau comprendra également un groupe électrogène de secours démarrant automatiquement en cas de défaut d'alimentation du réseau.
Ce raccordement au réseau peut se faire directement si celui-ci véhicule de la basse tension (220/380 V)
Cependant, dans la plupart des cas, la station sera alimentée à partir d'une ligne à moyenne tension, comprise entre 5,5 et 15 KV. L'installation d'un poste de transformation pour l'alimentation des moteurs et des divers appareillages est alors nécessaire.
La puissance d'un transformateur est donnée en KVA. Ayant déterminé la puissance P totale de la station en CV, et considérant un cos moyen égal à 0,85, nous pouvons calculer la puissance du transformateur:
Un groupe électrogène peut servir comme source principale d'énergie (dans le cas d'absence de réseau électrique) ou intervenir comme moyen de secours en cas de défaut de la source principale (réseau). Dans le calcul de la puissance électrique du groupe (effectué en KVA), il faut tenir compte du fait que les moteurs électriques consomment au démarrage une intensité supérieure à celle correspondant à la marche. De ce fait, la puissance du groupe électrogène sera supérieure à celle de la pompe (voir Annexe 12).
Les liaisons électriques entre le transformateur ou le groupe électrogène et la station de pompage peuvent être souterraines ou aériennes.
Les cables d'alimentation doivent être largement dimensionnés ; pour des longueurs inférieures à 100 m, on peut admettre de 3 à 4 A par millimètre carré de section ; pour des longueurs supérieures, il est bon de ramener ces quantités à 1,5 et 2 A.
Les chutes de tension sur une ligne peuvent se calculer de la manière suivante :
| avec L | : Longueur du cable en mètres |
| I | : Intensité en ampères |
Cos  | : Facteur de puissance du moteur |
| S | : Section du conducteur en mm2 |
| V | : Tension en volts |
En général, il ne faut guère compter pouvoir alimenter un moteur à plus de 6 à 700 m d'un transformateur, les chutes de tension devenant alors trop importantes.
Dans certains cas, on peut être amené à installer des pompes directement actionnées par un moteur thermique (diesel ou essence).
Les moteurs diesel sont utilisées pour des installations de moyenne ou de grande importance. A titre indicatif, la consommation des moteurs diesel varie de 0,15 à 0,25 l/h/CV.
Pour les puissances allant de quelques dizaines à plusieurs centaines de CV, on utilise des moteurs tournant entre 1000 et 1500 T/mn.
Quant au moteur à essence, la consommation élevée en carburant limite leur emploi à de petites pompes utilisées le plus souvent par intermittence.
La station de pompage regroupe l'ensemble des appareils décrits précédemment (pompes, moteurs, transformateurs, etc… ) ainsi que divers équipements de commande, de régulation et protection des installations (contacteur, disjoncteur, pressostat, horloge, etc… ).
Pour des raisons de sécurité et de fiabilité, une station de pompage est normalement équipée de :
- deux sources d'alimentation en énergie (réseau et groupe électrogène de secours),
- deux ou plusieurs pompes montées en parallèle.
En général, elle dispose soit de deux pompes pouvant débiter chacune le débit maximum nécessaire aux bassins d'élevage (soit Q m) et fonctionnant alternativement, soit de trois groupes débitant chacun la moitié du débit maximum et fonctionnant par deux, le troisième servant de secours. Cette dernière solution permet, en outre, de réduire le débit à une simple pompe lorsque le stock instantané de poissons le permet.
Un exemple est donné en Annexe 13.
Elle est constituée par un local abritant la pompe sur laquelle se raccordent obligatoirement une conduite d'aspiration et une conduite de refoulement.
Certaines règles sont à respecter pour l'installation de ces canalisations (voir Annexe 14). Le point le plus important étant de veiller à ce que la canalisation d'aspiration soit protégée contre toute entrée ou accumulation o'air pouvant entraîner le désarmorçage de la pompe (Vortex, point haut, etc… ).
Ces stations sont constituées par une cuve de section rectangulaire ou de préférence circulaire enfoncée dans le sol à un niveau inférier au niveau de la mer afin que la cuve puisse être alimentée par gravité, les groupes ne travaillant qu'au refoulement.
On distingue deux types de stations enterrées selon le groupe de pompage utilisé :
Dans le cas d'un groupe à turbine, la cuve ne comporte qu'un seul compartiment d'aspiration (Annexe 15).
Dans le cas d'une pompe à hélice (Annexe 16), la cuve comporte deux compartiments:
- une chambre d'aspiration ou partie basse dans laquelle débouche la prise d'eau,
- une chambre de relèvement ou partie haute dans laquelle la pompe élève l'eau jusqu'à la conduite d'évacuation.
Les pompes à hélice sont disposées à l'intersection des deux chambres qu'elles séparent hermétiquement.
L'annexe 17 montre les conditions de montage de ces groupes.
Remarque : Toute station enterrée doit comporter une vanne sur la conduite d'arrivée permettant d'isoler la cuve de la mer pour effectuer la vidange de celle-ci en vue du démontage des groupes et de leur entretien.
Il existe plusieurs types de prise d'eau généralement utilisées pour alimenter hydrauliquement une installation de pompage d'eau de mer.
Ces prises d'eau se classent en deux catégories:
- les prises d'eau par aspiration,
- les prises d'eau gravitaires.
Elle constitue la conduite d'aspiration d'un groupe de pompage de surface. Cette conduite a un trajet, en partie terrestre et en partie maritime, lequel doit être plus ou moins protégé selon l'exposition du site. Son extrêmité est équipée d'une crépine évitant l'entrée de corps étrangers pouvant endommager la pompe ainsi que d'un clapet qui empêche la canalisation de se vider lors des arrêts de pompage (Annexe 18 B).
Dans le cas de plage (sable), la conduite d'aspiration peut être constituée par un réseau de drains (Annexe 18 C).
Si le site est bien protégé (ex. : lagune), la prise d'eau peut être un simple canal d'amenée.
En mer, on prévoit généralement une canalisation protégée par des enrochments (Annexe 18 A).
Une variante peut être unpetit canal enserré entre deux épis protégeant l'extrémité de la canalisation alimentant la station. Cette formule plus coûteuse a l'avantage de disposer d'une prise d'eau accessible, d'un entretien facile, ce qui n'est pas le cas de la canalisation noyée dans un épi.
Le déversement dans les bassins d'élevage de l'eau prélevée en mer par les pompes se fait à l'aide des conduites de refoulement assurant la liaison entre la pompe et les ouvrages d'alimentation des bassins d'élevage.
Le fait que le pompe s'effectue an milieu marin pose un certain nombre de difficultés techniques à:
- la corrosion,
- le transport de sable,
- le développement d'organismes marins (moules, balanes) dans les canalisations.
Les matériaux modernes tels que acier inoxidable, matières plastiques (polychlorure de vinyle, polyéthylène, résine polyester) permettent de lutter efficacement contre la corrosion.
La lutte contre le sable est beaucoup plus difficile à réaliser. Il faut prévoir nettoyages fréquents des cuves de pompages et des bassins de décantation.
D'autre part, l'envahissement des canalisations par les organismes marins n'a pas encore trouvé de solutions satisfaisantes. Il faut prévoir des vitesses élevées dans les canalisations (> 1,5 m/s) et prévoir des regards permettant un nettoyage aisé des canalisations.
Lors de l'arrêt d'une pompe, les forces d'inertie empêchent la masse d'eau de s'arrêter brusquement. Celle-ci va continuer à avancer provoquant une onde de dépression qui risque de créer des cavitations.
Arrivant au réservoir d'extrêmité, cette onde de dépression se réfléchit et se transforme en onde de surpression égale an valeur absolue à la dépression obtenue précédement.
Cette variation brutale de pression est connue sous le nom de coup de bélier.
La mise en place de dispositifs tels que réservoir à air ou soupape de sureté permet de lutter contre ces phénomènes.
Les données
Alimentation en eau de bassins d'élevage à raison de 50 1/s à partir d'une installation enterrée ayant une amenée d'eau gravitaire d'une longueur de 100 m et refoulant dans les bassins à l'aide d'un groupe centrifuge immergé et d'une conduite de refoulement d'une longueur de 50 m (voir schéma, Annexe 19)
Amenée de l'eau
La charge disponible est de 2 m, soit 0,02 m par mètre de conduite. Le débite correspondant à cette perte de charge est obtenu dans une canalisation de diamètre intérieur 170 mm selon l'abaque (Annexe 8). Le choix se portera donc sur une canalisation disponible dans le commerce ayant un diamètre intérieur supérieur à 170 mm.
Conduite de refoulement
Si on desire avoir une vitesse de l'eau à l'intérieur de la conduite de refoulement de l'ordre de 1,5 m/s, il faut, pour un débit de 50 1/s, un diamètre de 210 mm.
La perte de charge correspondante est de 0,009 m par mètre de conduite, soit pour 50 m de tuyauterie 0,45 m.
Supposons qu'il y ait déux coudes dans la conduite de refoulement, la perte de charge au niveau d'un coude est équivalente à 1,5 m de conduite, Soit 3 m pour les deux coudes. Ceci correspond à:
3 × 0,009 m ou 0,03 m de perte de charge singulière.
En résumé:
Perte de charge linéaire refoulement : 0,45 m
Perte de charge singulière : 0,03 m
D'où la hauteur manométrique totale:
Hmt = H gem + J
= 5 + 0,45 + 0,03 ≠ 5,5 m
La puissance du groupe immergée sera de :
= 5,5 cv (ou 4 KW)
BIBLIOGRAPHIE SOMMAIRE
- “Hydraulique Générale et Appliquée” par M. CARLIER - Rd. Eyrolles
- “Inland Aquaculture Engineering” - ADCP - FAO
- “Aquacultural Engineering” par F. WEATON - Ed. J. WILLEY and Sons
- “Les pompes et les petites stations de pompage” Technique Rurale en Afrique par la SOGREAH
- “Les pompes et leur application” par D. THIN - Ed. Eyrolles
- “Machines Hydrauliques” par CARLIER - ENGREE
- “Pertes de charge dans les canalisations d'adduction d'eau an P.V.C rigide” Syndicat des fabricants de tubes et raccords P.V.C
- “Mémento technique de l'eau” - Soc. DEGREMONT - Ed. Technique et Documentation
- “Inventaire des prises et rejets d'eau de mer sur le littoral breton entre DOUARNENEZ et MORLAIX” par QUINTIN - Rapport IFREMER
Pompe centrifuge
Pompe à hélice
Générateurs
| Pompe | Consommation kW | Générateur kVA |
| L150 | 1.4 | 5.0 |
| S150 | 1.4 | 5.0 |
| L200 | 2.7 | 7.5 |
| L500 | 5.0 | 15 |
| C550 | 7.5 | 20 |
| L554 | 8.5 | 20 |
| L556 | 9.0 | 20 |
| L700 | 13.5 | 35 |
| L700R | 13.5 | 35 |
| L900 | 30 | 70 |
| L1100 | 65 | 150 |
1 kVA (kilo-volt ampere) correspond a environ (0.8 w)
MT: moyenne tension
BT: basse tension
Pompe centrifuge de surface
MT: moyenne tension
BT: basse tension
MT: moyenne tension
BT: basse tension
- CONDITIONS DE MONTAGE -
| 1o:Cas Pompe avec eau non chargée | 2o:Cas: Pompe avec contenant des graviers |
 | D indique le ø; cóne d'aspiration et non celui de la pompe |
| Ex: Pompe ø 400 - Tuyau ø 400 cóne d'asp.ø 600 | |
 |
3o Cas plusieurs pompes
schéma hydraulique
AC: hauteur geometrique de re Foulement
AB: charge à l'aspiration
Données: hauteur géometrique : 5m (AC) de re Foulement
charge à l'aspiration : 2 m (AB)
longueur de re Foulement : 50 m
