Généralités sur les stations de pompage

Rôle des stations de pompage en assainissement :

En général, dans un réseau d’assainissement on essaie de faire véhiculer les eaux usées gravitairement, si éventuellement la topographie et la nature du terrain le permettent.

Parfois cette solution devient difficile à cause de certaines contraintes topographiques et géotechniques (exemples : terrains accidentés ou trop plats, terrains très rocheux, etc…).

Donc pour éviter de caler le réseau à des profondeurs excessives, on fait recours à des stations de pompage (refoulement ou relèvement, selon la cas).

Les stations de pompage permettent d’élever le niveau des eaux usées d’un point à un autre en vue de leur déversement dans des ouvrages tels que regards de visite ou autres ouvrages spéciaux.

Différence entre un poste de refoulement et un poste de relèvement

Un poste de refoulement est un poste qui consiste à relever l’eau et la refouler jusqu’à une certaine distance pour être déversée dans un ouvrage. La distance de refoulement peut être importante et peut atteindre quelques kilomètres.

Tandis qu’un poste de relèvement (ou relevage) est un poste qui consiste à relever l’eau jusqu’à un certain point pour être déversée gravitairement après.

Caractéristiques des effluents en assainissement

Les eaux usées sont des eaux qui contiennent des déchets liquides et des débris solides plus ou moins importants, tels que :

Matières organiques (matières fécales…)
Boues chargées de sables, de peinture, d’huile, de graisses, de copeaux métalliques.
Déchets divers de volumes plus ou moins variés, tels que : pierres, bouteilles, papiers.

Ces liquides peuvent être très également :

Très visqueuses (à cause de graisses, huiles ou d’autres produits provenant d’industrie),
Abrasifs (à cause de sable, produits d’usinage, …),
Corrosifs ou agressifs (à cause de PH élevé).

Donc les pompes doivent être bien choisies pour résister à ce genre d’effluents.

Composition des stations de pompage :

Généralement une station de pompage des eaux usées se compose de :

Partie Génie civil :

Un puisard (ou bâche), coulé sur place ou préfabriqué,
Chambre des vannes
Ouvrage abritant le dégrilleur
Ouvrages annexes et aménagements divers (regards, locaux techniques, clôture, aire de manœuvre, espace vert, …)

Partie Equipement :

Système de dégrillage (manuel ou automatique)
Une ou plusieurs pompes
Les conduites d’aspiration
Des appareils de robinetterie (vannes d’isolement, clapets anti-retour, …)
Des appareils pour la mesure débits (débitmètre électromagnétique)
Un dispositif de fonctionnement automatique (automate programmable, poires de niveau, etc…)
Un dispositif d’homogénéisation, mélangeur, vanne de brassage ou compresseur de débourbage)
Appareils de protection éventuelle contre les coups de bélier
Pièces spéciales et accessoires de raccordement (coudes, tés, manchettes de traversées, cônes de réduction, joints de montage, …)
Système de levage, d’accès et d’entretien (portique avec palan, échelles de descente, …)
Trappes de visite (grilles caillebotis, tôles striées, …)
Equipement électrique (alimentation électrique, poste transformateur éventuel, armoire électrique et de commande, éclairage, etc…)

Les types de stations de pompage :

Deux types de stations peuvent être citées :

Station à cale sèche
Station immergée

Station à cale sèche :

Dans une station à cale sèche, la chambre des pompes et la bâche humide (ou puisard) sont séparées.

Le choix de ce type de station doit résulter d’une étude d’ordre fonctionnel, à savoir :

L’accessibilité,
L’entretien des groupes de pompage (pompe et moteur)

Les pompes peuvent être à axe horizontal ou vertical.

Station immergée :

Dans une station immergée, la bâche (ou puisard) et la chambre des pompes sont confondues, c’est-à-dire les pompes sont placées directement dans la bâche.

Le choix de ce type de station doit résulter d’une étude d’ordre économique, à savoir:

Coût de génie civil
Coût des de l’ensemble des équipements
Frais d’exploitation (entretien, énergie électrique, …)

Les pompes peuvent être à axe horizontal ou vertical.

Les pompes :

Principe :

Les pompes pour eaux usées des pompes rotor-dynamiques, c’est-à-dire utilisant un mouvement de rotation pour communiquer l’énergie au fluide pompé. Ces pompes utilisant donc des roues tournant à grande vitesse (1.500 à 3.000 tours/mn) dans une volute ou corps pompe.

Catégories des pompes :

Généralement les pompes véhiculant des liquides se divisent en deux catégories principales :

Les pompes centrifuges : le mouvement du liquide résulte de l’accroissement d’énergie qui lui est communiqué par la force centrifuge.

Les pompes volumétriques : l’écoulement résulte de la variation d’une capacité occupée par le liquide.

Les pompes centrifuges :

Une pompe centrifuge est constituée par :

Une roue à aubes tournant autour de son axe
Un distributeur dans l’axe de la roue
Un collecteur de section croissante, en forme de spirale appelée volute.

Le liquide arrive dans l’axe de l’appareil par le distributeur et la force centrifuge le projette vers l’extérieur de la turbine. Il acquiert une grande énergie cinétique qui se transforme en énergie de pression dans le collecteur où la section est croissante.

L’utilisation d’un diffuseur (roue à aubes fixe) à la périphérie de la roue mobile permet une diminution de la perte d’énergie.

Les pompes volumétriques :

Une pompe volumétrique se compose d’un corps de pompe parfaitement clos à l’intérieur duquel se déplace un élément mobile rigoureusement ajusté. Leur fonctionnement repose sur le principe suivant :

– exécution d’un mouvement cyclique

– pendant un cycle, un volume déterminé de liquide pénètre dans un compartiment avant d’être refoulé à la fin.

Ce mouvement permet le déplacement du liquide entre l’orifice d’aspiration et l’orifice de refoulement.

Formes des roues

Le choix correct de la forme de roue est décisif pour un fonctionnement fiable et économique d’installation de relevage d’eaux résiduaires en fonction de la nature du liquide véhicule, de son degré de pollution, de la taille et du volume des constituants et de leur fluidité.

Bâche d’aspiration

Pour définir correctement une bâche, il faut tenir compte des points suivants :

Le flux doit être de manière appropriée vers les aspirations des pompes de façon à éviter les tourbillons et les pertes hydrauliques.
Afin d’éliminer les tourbillons de surface entraînant l’air dans la bâche, les parois doivent être disposées de façon à éviter les zones de stagnation. Il est souvent souhaitable d’avoir une cloison à proximité de l’aspiration des pompes pour réduire toute tendance aux tourbillons localisés et à la formation de vortex qui peuvent causer des remous locaux à poche d’air ou de cavitation. Pour éviter les remous de surface, la profondeur d’eau doit être supérieure à une certaine valeur minimum.
Bien qu’il faille éviter les turbulences excessives ou les tourbillons importants, une certaine turbulence est utile dans la prévention et le développement des vortex persistants.
Les sédiments qui pourraient provoquer un encrassement ne doivent pas pouvoir s’accumuler dans la bâche. Les régions de stagnation ou de très basse vitesse doivent être évitées. Un sol en pente et des angles arrondis ou des socles sont souvent utilisés pour éviter la sédimentation.
Les boues et corps flottant peuvent demeurer dans toute zone relativement calme de la surface de l’eau et seront enlevés par pompage. Le niveau d’eau doit être abaissé autant que possible à intervalles régulier de manière à augmenter les vitesses de déplacement et la turbulence, à condition que l’air ne soit pas entraîné dans la pompe. Cela contribuera aussi à éviter toute tendance à l’accumulation de sédiments en fond de bâche.
Dans certains cas, des cloisons de séparation peuvent être requises entre les pompes. En règle générale, ces cloisons devront être proche des pompes des deux côtés.

Ballon anti-bélier :

Phénomène de coup de bélier :

Le coup de bélier résulte d’un écoulement non permanent qui apparaît dans une conduite lorsqu’on provoque une variation importante et souvent rapide du débit à l’extrémité aval de celle-ci. C’est-à-dire que chaque tranche d’eau de la conduite subit des variations brusques de pression et de vitesse à des instants différents (Propagation par ondes) ; le coup de bélier est donc un phénomène « oscillatoire ».

Causes et conséquences du phénomène :

Les principales causes sont :

Fermeture instantanée (trop rapide) d’un robinet vanne placé au bout d’une conduite d’adduction.
Arrêt brutal par disjonction inopinée d’un ou de plusieurs groupes de pompes, alimentant une conduite de refoulement débitant dans un réservoir.
Démarrage d’un groupe d’électropompes à vanne ouverte.
Démarrage ou arrêt d’une pompe débitant dans une conduite déjà alimentée.

Le phénomène du coup de bélier est caractérisé principalement par l’apparition de surpressions et/ou de dépressions qui peuvent atteindre des grandeurs assez considérables, ce qui aura pour conséquence la rupture des conduites soit par éclatement ou aplatissement.

Donc Les appareils anti-bélier devront avoir essentiellement pour effet de limiter la surpression et la dépression. Les principaux types de protection anti-bélier sont explicités dans ce qui suit.

Réservoir d’air anti-bélier :

Le ballon anti-bélier est chargé de protéger la conduite contre les régimes transitoires. Ce sont les variations de pressions générées par la disjonction simultanée de toutes les pompes qui sera plus particulièrement étudiée. Au moment de l’arrêt des pompes, l’air contenu dans le ballon se détend et pousse l’eau stockée dans la partie inférieure vers la conduite. On limite ainsi à des valeurs acceptables pour la canalisation les dépressions et surpressions qui résultent de cette transition.