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Entraînements dans les systèmes de défense contre les inondations

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Le monde regorge d'endroits menacés par les inondations. La pompe à eau est une arme ancestrale dans la lutte contre les catastrophes. Découvrez comment les pompes à eau deviennent de plus en plus efficaces grâce aux variateurs de vitesse qui les contrôlent.

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L'Organisation mondiale de la santé estime qu'entre 1998 et 2017, les inondations ont affecté la vie de plus de deux milliards de personnes dans le monde. Outre le danger immédiat pour la vie humaine, les inondations peuvent dévaster les terres agricoles (souvent situées dans les plaines inondables) et causer des ravages sur les structures et les infrastructures des zones bâties

Avec des précipitations de plus en plus intenses et l'élévation du niveau de la mer, deux conséquences observées du changement climatique, les inondations graves devraient devenir plus fréquentes, au moins à court et à moyen terme.

Une grande pompe à eau évacue les eaux de crue d'une route

Avant l'avènement des pompes, la technologie se limitait essentiellement à la construction de terrassements, de digues, de barrages et de canaux de dérivation. Puis la machine à vapeur a permis aux Victoriens de l'est de l'Angleterre de faire fonctionner de puissantes pompes afin que les terres situées sous le niveau de la mer puissent être suffisamment drainées pour être cultivées. Au XXe siècle, la machine à vapeur a cédé la place à la puissance du diesel, puis, à partir des années 1970, à l'électricité.

Systèmes efficaces de pompage des eaux de crue : stratégies de gestion des eaux imprévisibles
Les eaux de crue sont par définition imprévisibles. Si leur arrivée - à une échelle potentiellement écrasante - fait suite à une longue période de sécheresse, les pompes qui sont restées à l'arrêt pendant un certain temps doivent être activées instantanément, avec puissance et efficacité, afin de commencer à transférer de grands volumes d'eau (la plus grande station de pompage du monde, près de la Nouvelle-Orléans, peut déplacer 150 000 gallons d'eau de crue par seconde) à des débits qui fluctuent en permanence.

Différentes forces de réponse à l'inondation sont obtenues en premier lieu en variant le nombre de pompes en action.

Des pompes multiples sont indispensables dans les systèmes de défense contre les inondations (même dans les plus petits modèles, une pompe de service doit avoir une pompe de secours). Répartir le travail sur un plus grand nombre de petites pompes plutôt que sur un plus petit nombre de grosses est le premier pas vers un système plus sûr et plus contrôlable. En outre, plus la pompe est petite, moins elle est vulnérable aux problèmes liés aux débris flottants, aux tourbillons et à l'air emprisonné.

Ensuite, les moteurs à vitesse variable sont indispensables pour que les pompes puissent s'adapter à la dynamique particulière du comportement des eaux de crue avec une efficacité optimale.

Le démarrage (ou l'arrêt) direct d'une pompe pour eaux de crue est susceptible de provoquer des coups de bélier, suite au changement brutal du débit dans la conduite. Ces chocs hydrauliques réduisent la durée de vie des équipements et entraînent des fuites au niveau des joints et des éclatements de conduites. L'utilisation de démarreurs progressifs ou de variateurs de fréquence (VFD) garantit une accélération en douceur de la rotation de la pompe jusqu'à la vitesse nominale, les VFD offrant en outre l'avantage de réguler entièrement la vitesse du moteur par la suite.

Bien que souhaitable en principe, la régulation efficace de la vitesse des moteurs de pompes à eau peut s'avérer complexe.

Par exemple, s'il est logique, du point de vue de la consommation d'énergie, qu'un moteur à vitesse variable ne tourne pas plus vite que ce qui est strictement nécessaire, les pompes et les tuyaux qui traitent de grands volumes d'eau de crue peuvent, en fonction de leur conception, être plus ou moins vulnérables à l'accumulation de sédiments. Les systèmes pour lesquels ce problème se pose peuvent constater qu'en fonctionnant à une vitesse élevée constante, l'accumulation de sédiments est réduite au minimum, de même que la contrainte mécanique correspondante sur les moteurs
Il est également important que les pompes n'en fassent pas trop. Dans une région comme les Fens, autour de la rivière Great Ouse, par exemple, les niveaux d'eau doivent être gérés pour permettre la navigation (bateaux de plaisance aujourd'hui là où il y avait autrefois un trafic fluvial commercial). En d'autres termes, il faut trouver un équilibre entre l'assèchement et le drainage.

Quel est donc le défi pour les concepteurs de systèmes de pompage d'eau ?
Le concepteur du système de défense contre les inondations doit donc déterminer avec soin les niveaux d'eau cibles dans l'environnement à protéger. Il s'agit des points de collecte des données que les entraînements utiliseront pour déterminer la vitesse du moteur : plus l'eau monte au-dessus d'un niveau cible, plus la pompe fonctionnera rapidement ; plus l'eau descend, plus la pompe ralentira.

En outre, plus le système est programmable, plus il est possible d'obtenir différents types d'efficacité. Que ce soit par le biais d'un automate programmable ou d'une technologie proportionnelle-intégrale-dérivée (PID) intégrée, les valeurs prédéfinies peuvent être modifiées en fonction du calendrier afin de prendre en compte les variations saisonnières du niveau de l'eau. En complément des opérations en temps réel, des systèmes de contrôle et d'acquisition de données (SCADA) peuvent être utilisés pour fournir des informations sur les conditions météorologiques à venir.

Avantages des pompes centrifuges et de la commande à vitesse variable pour la protection contre les inondations
Les pompes centrifuges sont privilégiées dans les systèmes de protection contre les inondations en raison de leur puissance, de leur simplicité et de leur taille relativement petite. Grâce aux lois d'affinité entre la pompe centrifuge et le ventilateur, il est possible de réaliser d'importantes économies d'énergie en réduisant la vitesse du moteur (une réduction de 25 % de la vitesse du moteur équivaut à une diminution de la consommation d'énergie de près de 60 %, et ainsi de suite).

Ceci est important si l'on considère les coûts de fonctionnement généralement élevés d'une station de pompage, dont certaines privilégient encore les moteurs diesel pour des raisons économiques (bien que ces systèmes doivent se contenter de niveaux d'efficacité de l'ordre de 20 à 40 % seulement).

C'est pourquoi, lorsqu'il s'agit de construire de nouvelles stations de pompage des eaux de crue (ou de réaménager d'anciennes stations), les systèmes électriques à vitesse variable sont généralement privilégiés. Outre les avantages indéniables de la contrôlabilité, de l'efficacité et de l'économie, ils sont également relativement silencieux - une considération importante pour les systèmes situés dans des environnements plus peuplés (d'où la préférence de certains systèmes pour le refroidissement par liquide plutôt que par air des moteurs et des entraînements).

L'avenir exige le mariage d'une automatisation plus complexe avec des interfaces de plus en plus accessibles. L'objectif doit être d'obtenir des systèmes toujours plus efficaces, ce qui, dans le contexte de la défense contre les inondations, signifie des environnements toujours plus sûrs.

Des entraînements de pompe dédiés à la gestion de l'eau
Le Pump Drive F600 de Control Techniques apporte non seulement la fiabilité à la gestion du contrôle de l'eau, mais aussi l'utilisation la plus efficace de l'énergie. Offrant exactement les mêmes caractéristiques et capacités que les modèles standard, le F600 a été mis à niveau pour permettre aux clients d'utiliser des variateurs standard et à IP élevé pour le même projet. Il n'est plus nécessaire de mélanger les fournisseurs ou les caractéristiques des produits, ce qui simplifie la qualification des projets.