Fonctionnement

Généralement, lorsqu'on veut faire fonctionner un récepteur à tout moment, jour ou nuit, ensoleillement ou non, avec un système photovoltaïque, on utilise une batterie d'accumulateurs. Pour le pompage, c'est différent. En effet, il est plus facile et moins onéreux de stocker de l'eau que de l'énergie. De plus, on s’affranchit de la durée de vie de la batterie et de l'entretien.

Dans ce cas, on pratique le pompage "au fil du soleil". La pompe est couplée directement au champ solaire photovoltaïque via un contrôleur qui va permettre, entre autres, d'optimiser le rendement journalier de la pompe. Le débit varie en fonction de la vitesse de rotation et donc de l'ensoleillement.

Dans certains cas, le fonctionnement sur batterie sera inévitable, on essayera de rester sur des pompes avec une tension d'alimentation semblable à celle d'une batterie 12V, 24V ou 48V voir 36V et 96V.

 Attention
Pour une pompe avec une tension alternative 230V ou 400V (anciennement 220 et 380V), l'utilisation d'un convertisseur sera obligatoire, il faut donc porter une attention toute particulière à la pointe de courant de la pompe au démarrage qui peut être 3 à 8 fois supérieur au courant nominal.

Définitions

Pour le pompage en général, on utilise un vocabulaire bien spécifique, voici les termes les plus couramment employés et leurs définitions :

1/ Niveau statique (Ns)

C'est la différence de dénivelé ou d'altitude en mètres (m) entre le niveau d'eau et le sol lorsque la pompe est arrêtée, il n'y a donc pas de variations de niveau.

2/ Niveau dynamique (Nd)

C'est la différence de dénivelé ou d'altitude en mètres (m) entre le niveau d'eau et le sol lorsque la pompe est en marche. Le niveau peut être amené à varier et même fortement dans des forages par exemple ou en fonction des saisons (évaporation). Cette information est obtenu auprès du foreur.

La plupart du temps, le niveau dynamique est égal au niveau statique.

3/ Hauteur de refoulement (Hr)

C'est la différence de dénivelé ou d'altitude en mètres (m) entre le sol et l'arrivée au point le plus haut de la cuve, du réservoir, du robinet, surpresseur, etc...

4/ Hauteur d'aspiration (Ha)

Uniquement pour les pompes de surface, c'est la différence de dénivelé ou d'altitude en mètres (m) entre le niveau d'eau dynamique et la pompe.

5/ Perte de charge (ΔP)

C'est la perte de pression et de débit provoquée par les frottements de l'eau sur les parois des tuyaux. Plus le tuyau est long et le débit important, plus les pertes de charge augmentent. Elles sont exprimées en pourcentage (%) ou en (bars).

En moyenne, la perte est d'environ 1 bar de pression pour 10 m de dénivelé ou pour 100 m de tuyau linéaire.

6/ Pression utile (Pu)

C'est le besoin en pression (bars) à l'arrivée. Pour un réseau domestique, dans une habitation par exemple, la pression utile est en général de 3 bars, il est donc important d'en tenir compte dans le dimensionnement de la pompe.

6/ Hauteur Manométrique Totale (HMT)

C'est le total des contraintes hydrauliques liées à la hauteur ; Hauteur d'aspiration (Ha), Hauteur de refoulement (Hr), Niveau dynamique (Nd), la longueur de tuyau (L), les pertes de charges (ΔP) et la pression utile à l'arrivée (Pu). Exprimé en mètres (m).

Soit pour une pompe de surface : Ha + Hr + L + Pu + ΔP

Et pour une pompe immergée : Nd + Hr + L + Pu + ΔP

 

Installation d'une pompe solaire

Une pompe solaire peut être composée avec plusieurs technologies différentes, volumétrique (Shurflo), centrifuge ou hélicoïdale (Lorentz) et pour des utilisations variées comme le pompage de surface (étang, lac, rivière, cuve...) et le pompage immergé (puits, forage...).

La tension d'alimentation qui est en continu, de 12 V et 24 V pour les plus petites à plus de 200 V, que l'on peut obtenir grâce à des panneaux solaires ou à des batteries.

Choix et compatibilité

Il y a trois paramètres qui interviennent dans le choix d'une pompe, le type, le débit et la pression.

1/ Type de pompe

On retrouve principalement deux types de pompe, la pompe de surface qui est positionnée au-dessus du point d'eau avec une entrée pour l'aspiration et une sortie pour le refoulement puis la pompe immergée qui est, comme son nom l'indique, immergée dans l'eau, l'aspiration se fait directement au niveau de la pompe.

C'est le point de puisage et les besoins qui vont déterminer quel type de pompe est nécessaire.

Pompe de surface

Une pompe de surface ne peut aspirer une colonne d'eau illimitée, c'est pourquoi en fonction des technologies la hauteur d'aspiration ne peut excéder 3 mètres pour les plus petites pompes à 7 mètres pour les plus puissantes. Au-delà, il faut obligatoirement passer sur une pompe immergée.

La pompe de surface est amenée à monter en température tout au long de son fonctionnement et d'autant plus si elle est exposée au soleil ou à une source de chaleur externe. Pour exemple, les pompes de surface volumétriques SHURFLO, sont par conception, limitées de 30 min à 2 h de fonctionnement en continu suivant les modèles. Pour des durées de fonctionnement plus longues, on passera sur une pompe centrifuge LORENTZ ou si la situation le permet sur une pompe immergée.

Pompe immergée

Une pompe immergée étant, de fait, refroidie par l'eau peut fonctionner plusieurs heures sans interruption, sans chauffer et donc sans se détériorer. Elle est donc à privilégier lors d'un pompage au fil du soleil (définition dans "Principe de fonctionnement").

Le diamètre minimal de forage pour une pompe immergée est de 4" à 6" en fonction des modèles.

2/ Débit

Le besoin en débit dépend de l'utilisation.

Pour de l'arrosage, c'est le système employé (goutte à goutte ou autre) et les besoins journaliers en m3 qui vont le déterminer.

Pour une habitation, on se base sur les débits préconisés dans un logement raccordé au réseau, soit :

 A savoir
6 l/min (litres par minute) pour un robinet et 11 l/min pour une douche par exemple.

C'est le débit nécessaire pour un confort minimal, il faut tenir compte des diverses pertes lors du pompage et durant le transport pour arriver à ce débit à la sortie.

3/ Pression

Tout comme le débit, la pression dépend de l'utilisation.

La pression de la pompe, aussi appelée Hauteur Manométrique Totale (HMT), c'est la somme de toutes les contraintes hydrauliques que la pompe va devoir compenser, altitude, distance, pertes de charges et pression utile à l'arrivée. (pour calculer cette HMT, rendez-vous dans la rubrique "Principe de fonctionnement d'une pompe solaire").

 A savoir
En moyenne, on partira sur ce raisonnement : 1 bar de pression pour 10 m de dénivelé ou pour 100 m de tuyau linéaire.

Installation

Le diamètre des tuyaux utilisés ne doit jamais être inférieur au diamètre des orifices de la pompe. De plus, on utilisera des tuyaux renforcés (armés) pour éviter une déformation ou un écrasement de ceux-ci.

Sur tous les systèmes de pompage, on doit retrouver une protection contre le manque d'eau, appelé "flotteur" ou "sonde de niveau", qui va permettre d'arrêter la pompe si le niveau descend trop. Ce qui évite un désamorçage et un fonctionnement à sec qui à terme pourrait endommager la pompe.

1/ Pompe de surface

Raccordement hydraulique : La pompe de surface est composé d'un orifice pour l'aspiration et un autre pour le refoulement.

Côté aspiration, il est préconisé d'ajouter un filtre à tamis très fin (10 à 50 microns) pour protéger la pompe et sur la ligne d'aspiration, devront être montés un clapet anti-retour pour éviter que la pompe ne se désamorce et une crépine pour bloquer les grosses impuretés.

 Attention
La hauteur d'aspiration maximale diffère selon les modèles de pompe. Sur les pompes solaires, cette hauteur est, en général, limitée à 3 mètres.

De manière plus générale, il est préférable de chercher à raccourcir au maximum la longueur et surtout la hauteur de la ligne d'aspiration pour de meilleures performances.

L'étanchéité de tous les raccords est primordial, sur les pompes volumétriques SHURFLO elle est faite par l'intermédiaire de raccords coniques en plastique fournis par le fabricant, il n'est donc pas nécessaire d'ajouter un produit supplémentaire type téflon ou filasse. Pour tous les autres raccords en laiton par exemple, une étanchéité doit être faite.

2/ Pompe immergée

L'aspiration se fait directement au niveau de la pompe. Le seul raccordement hydraulique se fait sur le refoulement.

La pompe ne doit pas être suspendue par le tuyau ou le câble électrique d'alimentation, on utilise une corde ou un câble inox adapté.

La pompe ne doit pas toucher le fond du point de puisage (forage) pour ne pas remuer les dépôts de terre ou autres qui seraient ensuite aspirer puis encrasseraient la tête de la pompe.

Câblage

Le choix du câble est primordial pour le bon fonctionnement du système. Une section de câble insuffisante va provoquer une grande perte d'énergie.

Le dimensionnement du câble est définis par le courant et la tension qui le traverse ainsi que par sa longueur.

Pour calculer la section adéquate, reportez-vous au tableau de dimensionnement.

Vérifier la polarité des câbles avant chaque branchement à l'aide d'un testeur (multimètre) ou en repérant les câbles avec du scotch par exemple. Les couleurs communes étant le rouge pour le (+) et le bleu pour le (-).