Une pompe à cavité progressive pour puits profonds est une pompe à déplacement positif qui déplace une quantité fixe d'eau par cycle. L'eau est soulevée à des profondeurs allant jusqu'à 300 mètres à l'aide d'un rotor hélicoïdal plutôt que d'un piston alternatif. Ces pompes sont utiles pour toutes les phases d'une situation d’urgence.

La plupart des Pompes à cavité progressive pour puits profonds sont mécanisées, bien qu'il existe également des versions de pompes manuelles. Elles fonctionnent en utilisant une action rotative plutôt qu'alternative. Il existe différents mécanismes d'entraînement qui peuvent être alimentés manuellement, à l'électricité (réseau ou solaire) ou par des moteurs diesel/essence. Dans le passé, le mécanisme d'entraînement était situé au niveau du sol et connecté à un arbre d'entraînement (soit par une courroie trapézoïdale ou une tête d'entraînement à engrenage), mais de nos jours un moteur électrique est accouplé à une courte section d'arbre d'entraînement flexible à l'intérieur du forage. Dans les deux cas, l'arbre d'entraînement se connecte à un rotor métallique à hélice unique qui est en contact constant avec et tourne à l'intérieur d'un stator en caoutchouc à double hélice.

Considérations sur la conception

Les Pompes à cavité progressive pour puits profonds peuvent fonctionner à des profondeurs allant jusqu'à 300 mètres, avec des débits allant jusqu'à 50 000 L/heure à faible hauteur de chute. En général, ce sont les pompes de choix pour les exigences de hauteur de chute plus élevée et de débit plus faible. Elles fonctionnent grâce à la rotation d'un rotor hélicoïdal, qui a la forme d'une hélice simple et qui se trouve dans un stator en caoutchouc à double hélice stationnaire. L'eau occupe la cavité entre les deux, et lorsque le rotor tourne, cette cavité se déplace ( « progresse » ) vers le haut avec l'eau (d'où le nom de la pompe), provoquant le soulèvement de l'eau dans la conduite montante. Cette conception rotative n'a pas besoin d'un système de clapets anti-retour, comme c'est le cas avec les pompes alternatives, mais un clapet de pied est généralement installé sous le rotor pour empêcher le reflux. L'avantage des pompes à déplacement positif mécanisées (pour lesquelles le type principal est à cavité progressive) est que le débit d'eau ne varie pas de manière significative avec les différences de hauteur de chute. Il y a quelques considérations différentes pour faire fonctionner ce type de pompe. Ces pompes peuvent être montées en parallèle, toutes deux pompant dans un tuyau (voir A.8 ). Lorsque le mécanisme d'entraînement est au niveau du sol avec un arbre d'entraînement vertical dans un forage, le forage doit également être vertical pour permettre à l'arbre d'entraînement de pendre verticalement. De plus, les pompes ne doivent jamais fonctionner contre une vanne fermée, car cela peut endommager la pompe et les raccords. Les Pompes à cavité progressive existent également sous forme de pompes aspirantes (plutôt que seulement pour puits profonds), et dans ce cas il existe une hauteur maximale à laquelle l'eau peut monter dans une canalisation en fonction de la pression atmosphérique, elle-même variable avec l'altitude (voir A.2 ). Une autre considération de conception pour les pompes d'aspiration motorisée est de s'assurer qu'une pression suffisante est maintenue au niveau de l'orifice d'aspiration pour empêcher la cavitation. C'est là que se forment des bulles d'air dans l'eau sous basse pression, qui s'effondrent ensuite, déclenchant des ondes de choc pouvant causer des dommages importants à la pompe. Pour éviter cela, la hauteur d'aspiration nette positive (NPSH) doit être calculée en utilisant la pression atmosphérique sur le site de la pompe, les données NPSH du fabricant de la pompe, la perte de charge par friction dans le tuyau d'admission et la pression de vapeur.

Matériaux

Les matériaux nécessaires comprennent la colonne montante, l'arbre d'entraînement (acier inoxydable), le moteur, un rotor hélicoïdal (généralement en acier chromé), un stator (caoutchouc) et un clapet de pied. Ce type de pompe est produit sur quelques sites de production dans quelques pays et exporté.

Applicabilité

Les Pompes à cavité progressive pour puits profonds peuvent être un bon choix pour les situations d'urgence, lorsqu'une conception de pompage détaillée n'est généralement pas possible à l'avance (par rapport aux pompes à vitesse où une bonne conception est généralement requise). Cela signifie qu'un choix de pompe desservira différentes hauteurs d'eau sans trop de variation de débit. Ces pompes sont également plus adaptées au pompage d'eau contenant des solides ou des particules abrasives que d'autres types courants de pompes de forage (par exemple, les pompes à vitesse) et sont utilisées à la fois pour les applications d'eau potable et non potable. Même ainsi, les pompes de forage doivent encore être dimensionnées et positionnées correctement pour éviter une vitesse excessive à travers un filtre (qui attire plus de particules, voir I.8 ).

Fonctionnement et entretien

Les pompes à cavité progressive pour puits profonds ont une conception mécanique simple, ce qui les rend généralement plus fiables et plus faciles à entretenir que les autres pompes mécanisées. Lorsque le mécanisme d'entraînement était au niveau du sol dans les conceptions plus anciennes, tout était facilement accessible, l’entretien était donc plus simple, mais les problèmes de vibration constante de la pompe entraînaient généralement des défaillances des joints d'arbre. Les pompes submersibles sont désormais conçues avec des moteurs accouplés et des arbres flexibles dépourvus de joints, ce qui signifie que la durée de vie des pièces est maintenant cinq fois plus longue qu'auparavant, mais ici, l'entretien du moteur nécessite de le retirer du sous-sol, ce qui implique également de retirer les colonnes montantes. Cependant, les stators s'useront en premier, et tous les deux changements de stator, un rotor doit également être changé. Les stators stockés peuvent se dégrader plus rapidement avec une augmentation de la chaleur, de l'humidité, de la lumière du soleil ou de l'ozone, ils doivent donc être stockés correctement. Si les stators ont plus de cinq ans, il y aura déjà une certaine dégradation avant même leur installation et la durée de vie opérationnelle sera réduite. Le métal est utilisé pour une partie de ce type de pompe ; lorsque ces composants entrent en contact avec les eaux souterraines avec un pH de 6,5 ou moins, la corrosion est susceptible de se produire, ce qui signifie un remplacement plus fréquent des pièces affectées. Pour cette pompe, la colonne montante en fer galvanisé est plus à risque que les autres pièces métalliques, qui sont en acier inoxydable (par exemple, arbre d'entraînement, rotor hélicoïdal).

Santé et sécurité

Seul le personnel formé doit travailler sur les pompes mécanisées. L'équipement doit être interdit au grand public et toutes les courroies trapézoïdales rapides doivent être protégées. La qualité chimique de l'eau peut être un problème avec certaines pompes métalliques. Lorsque les eaux souterraines ont un pH de 6,5 ou moins, le fer des tuyaux peut commencer à se dissoudre, entraînant un risque indirect pour la santé, et le plomb peut s'échapper de certaines soudures et raccords quel que soit le pH (voir A.2 ). Si des pompes entraînées par moteur sont utilisées, les risques potentiels pour la santé liés aux émissions du moteur doivent être évalués.

Coûts

Les pompes à cavité progressive coûtent environ 1 250 USD pour des profondeurs de 50 mètres. En règle générale, les stators (170 USD) durent environ 12 000 heures de fonctionnement, mais doivent être remplacés tous les trois ans, quoi qu'il en soit, en raison de la durée de conservation du caoutchouc. Les rotors (140 USD) durent environ 30 000 heures.

Considérations sociales et environnementales

L'utilisateur final du système d'approvisionnement en eau n'interagit généralement pas avec ces pompes. La complexité du fonctionnement et de l'entretien du système doit être prise en compte, car un personnel formé et compétent est requis. Il existe un risque de surexploitation des ressources en eau (souterraine) qui doit être pris en compte lors de l'utilisation de ce type de pompe. Pour les pompes à moteur, les principales considérations environnementales concernent l'utilisation de consommables (lubrification, huile, produits chimiques) et de sources d'énergie. Un plan de confinement et d'élimination appropriés des consommables doit être mis en place. La pompe peut également fonctionner à l'énergie solaire (voir S.10 ) pour limiter l'impact environnemental de son fonctionnement.