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La puissance du moteur d'une pompe d'irrigation de surface s'obtient en ajoutant une marge à la puissance à l'arbre calculée à partir du débit et de la hauteur manométrique de la pompe ; la vitesse est celle pour laquelle la pompe a été conçue et ne se change pas au moment du choix du moteur. En bref, la puissance se lit au point de fonctionnement sur le terrain et la vitesse sur la plaque de la pompe. Cet article explique comment se fait le calcul et comment les conditions variables propres à l'irrigation influencent le choix.
Ici, « de surface » désigne les pompes installées hors d'un puits, au bord d'une retenue, d'un canal, d'une cuve ou d'une source d'eau peu profonde, avec le moteur posé sur sol sec. Les pompes immergées et de forage, qui descendent dans l'eau, exigent un autre type de moteur ; un moteur à carcasse standard ne s'utilise pas à leur place.
Calcul de puissance : débit, hauteur manométrique et rendement de pompe
La puissance hydraulique transmise à l'eau par la pompe dépend du produit du débit par la hauteur manométrique totale. La puissance que le moteur doit fournir à l'arbre de la pompe s'obtient en divisant cette valeur par le rendement de la pompe. Pour l'eau, la formule pratique est :
Puissance à l'arbre (kW) = Débit (m³/h) × Hauteur totale (m) / (367 × rendement de la pompe)
Le 367 de la formule est une constante issue de la masse volumique de l'eau, de l'accélération de la pesanteur et de la conversion d'unités. Le rendement de la pompe est la valeur lue au point de fonctionnement sur la courbe du catalogue ; sur les petites pompes d'irrigation, ce rapport est plus faible que sur les grandes. Si vous n'avez pas la courbe, prenez le rendement dans les données du fabricant de la pompe, et non par estimation.
La hauteur totale ne se limite pas à la pente de la parcelle. Prenez en compte ensemble :
- Hauteur d'aspiration : la distance verticale entre le niveau d'eau et l'axe de la pompe. Lorsque le niveau de la retenue baisse en fin d'été, cette valeur augmente.
- Hauteur géométrique de refoulement : la différence d'altitude entre la pompe et le point le plus haut du réseau.
- Pertes de charge : le frottement dû à la longueur du réseau, au diamètre, aux coudes, aux vannes et aux filtres. Sur des réseaux longs et étroits, ce poste peut dépasser la différence d'altitude.
- Pression en bout de ligne : la pression de service nécessaire à l'asperseur ou au goutte-à-goutte, convertie en mètres de colonne d'eau et ajoutée.
Comment déterminer la marge du moteur ?
La puissance à l'arbre calculée n'est pas directement la puissance du moteur. Sur une pompe centrifuge, la puissance absorbée augmente avec le débit. Dans un réseau d'irrigation, lorsque le nombre de secteurs ouverts change, lorsqu'une conduite éclate ou pendant le premier remplissage, la pompe glisse vers la droite de la courbe et absorbe plus que la puissance calculée. Le moteur doit donc être choisi non seulement pour le point de conception, mais pour le point de débit le plus élevé qui peut se produire sur le terrain.
- Regardez la courbe de « puissance » de la pompe et trouvez la valeur la plus élevée dans la plage de fonctionnement pour votre diamètre de roue.
- Choisissez la première puissance moteur normalisée au-dessus de cette valeur. Si le fabricant de la pompe indique la puissance moteur sur la plaque, prenez-la comme référence.
- Les modèles HEM Motor de 75 kW et plus ont un facteur de service de 1,15 ; c'est une marge de sécurité, qui ne sert pas à sous-dimensionner le moteur.
Un moteur surdimensionné n'est pas non plus la solution. La pompe refoule la même eau, le moteur tourne à charge partielle, et l'appareillage de démarrage, le câble et l'armoire grossissent inutilement.
Vitesse : respectez la valeur de la plaque de la pompe
Sur une pompe centrifuge, le débit varie proportionnellement à la vitesse, la hauteur avec le carré de la vitesse et la puissance avec son cube. En raison de cette relation, monter sur la même pompe un moteur d'une autre vitesse change complètement le point de fonctionnement : une pompe conçue pour 3000 tr/min donne, avec un moteur de 1500 tr/min, environ la moitié du débit et le quart de la hauteur. L'inverse surcharge le moteur et la pompe.
Le choix de la vitesse se fait donc avec celui de la pompe. Une grande partie des pompes d'irrigation de surface fonctionnent avec des moteurs deux pôles (3000 tr/min de synchronisme) ; certaines pompes qui demandent un fort débit à faible hauteur sont à quatre pôles. La valeur que vous lirez sur la plaque du moteur est la vitesse nominale : sur les moteurs deux pôles, on lit environ 2930–2955 tr/min en charge.
Si la pression doit varier selon les secteurs, un variateur de fréquence peut être utilisé. Nos séries triphasées conviennent à la régulation de vitesse par variateur de fréquence ; pour un fonctionnement prolongé à basse vitesse à couple nominal, une ventilation forcée peut être nécessaire et, si le câble entre variateur et moteur est long, un filtre dv/dt ou sinus est envisagé ; ces conditions sont précisées à la commande. Pour plus de détails, consultez la question sur l'utilisation avec variateur.
Exemples de calcul hypothétiques
Les valeurs ci-dessous sont hypothétiques ; elles ne proviennent pas d'un site réel et ne montrent que la logique du calcul. Dans chaque exemple, le rendement de la pompe est supposé lu sur la courbe.
| Scénario | Débit | Hauteur totale | Rendement de pompe | Puissance à l'arbre | Moteur possible |
|---|---|---|---|---|---|
| Réseau de jardin et de serre | 30 m³/h | 35 m | 0,65 | ≈ 4,4 kW | 5,5 kW, 3000 tr/min |
| Aspersion, parcelle moyenne | 60 m³/h | 50 m | 0,70 | ≈ 11,7 kW | 15 kW, 3000 tr/min |
| Long réseau en altitude | 80 m³/h | 60 m | 0,72 | ≈ 18,2 kW | 22 kW, 3000 tr/min |
À la deuxième ligne, le calcul donne 11,7 kW. Un moteur de 11 kW reste en dessous de cette valeur ; compte tenu aussi de la hausse du débit pendant le premier remplissage, 15 kW est le choix adapté. À la troisième ligne, 18,5 kW est très proche de la valeur calculée ; comme la hauteur d'aspiration augmente quand le niveau de la retenue baisse, on a préféré la puissance supérieure, 22 kW. Dans un choix réel, on se base sur la valeur de puissance la plus élevée de la courbe de pompe.
