Dans cette vidéo, nous examinerons l'étude de cas d'une société minière pompant de l'eau pour son activité quotidienne dans un lac situé à 10 km de ses installations.
A l'origine, les ingénieurs du projet ont proposé une solution classique avec des pompes de surface centrifuges normalisées et multicellulaires verticales qui devaient être installées dans une nouvelle station de pompage devant pour cela être construite.

Consulté sur ce projet, Grundfos a évalué la solution retenue avec des pompes de surface et identifié qu'une telle installation entraînerait des problèmes liés à la hauteur d'aspiration sur ce site.

Dans les faits, 6 problématiques majeures ont émergé liées au fait que le captage d'eau se ferait dans un lac, plus une septième potentielle. Bien que le site en question ne soit finalement pas concerné, car le niveau du lac ne varie pas beaucoup, nous explorerons aussi la solution Grundfos pour ce cas de figure, car susceptible de se produire pour des situations similaires.

Voici les principaux défis à relever :
- Non respect de la hauteur d'aspiration positive nette requise (NPSHr) qui s'applique aux pompes centrifuges
- Propriétés aggressives de l'eau
- Surchauffe du moteur de la pompe
- Profondeur d'immersion minimale
- Colmatage de la pompe par des dépôts
- Facilité d'accès à la pompe immergée
- Risques de coups de bélier et pression élevée"

Commençons par le premier challenge, à savoir l'impossibilité de pomper si le NPSHr n'est pas respecté.

Les pompes de surface Grundfos initialement choisies pour le projet répondaient parfaitement aux performances hydrauliques de débit et pression requises par l'application.

Elles semblaient parfaites jusqu'à ce que Grundfos fasse une évaluation de la configuration du site. En raison de leur capacité d'aspiration limitée, des pompes centrifuges n'auraient pas réussi à aspirer l'eau dans le lac et auraient été inutilisables.

Le choix de pompes de surface auraient également eu des conséquences financières pour la société minière, notamment avec la construction d'un nouveau local technique pour abriter la station de pompage ainsi que l'infrastructure électrique et le réseau de tuyauterie nécessaires.
Grundfos a été sollicité en tant que consultant à la conception pour garantir une solution parfaite pour l'application.

Pour relever le défi du pompage dans le lac, nos experts ont suggéré comme solution d'installer une grosse pompe immergée en acier inoxydable (gamme SP) aussi près que possible du fond de celui-ci. Grâce à cette configuration il n'y a plus la limitation de la hauteur d'aspiration, permettant de pomper efficacement l'eau du lac. Cela a eu aussi comme conséquences pour le client des économies de temps et d'argent, en lui évitant la construction d'une station de pompage et les démarches pour l'obtention des autorisations des autorités locales.

Présence d'une eau agressive :
Le deuxième défi identifié concerne la nature agressive de l'eau du lac, qui causerait de la corrosion et endommagerait la pompe immergée au fil du temps. Cela entraînerait plusieurs problèmes supplémentaires sur l'installation.

Notamment des arrêts de maintenance : la corrosion nécessiterait des réparations fréquentes, voire le remplacement de la pompe.

Ainsi qu'une augmentation des dépenses : les réparations répétées, le remplacement de pièces ou de la pompe elle-même coûteraient beaucoup d'argent au client.

Pour y remédier, Grundfos a recommandé l'installation d'une pompe SP 215-6-AAR équipée d'un moteur MMS 8000R de 110 kW.

Cette pompe, toute en acier inoxydable AISI 904L, est spécialement conçue pour résister à l'eau corrosive du lac. Grâce à cette solution, les problèmes de corrosion sont éliminés et les coûts de maintenance considérablement réduits.

Surchauffe du moteur de la pompe :
Comme la pompe doit être installée dans un plan d'eau, un débit d'eau minimal le long du moteur doit être assuré pour son refroidissement. Sans cela, les performances de la pompe risquent d'être affectées, le moteur endommagé ou voire même le système de pompage arrêté.

Pour cela Grundfos a installé la pompe dans une chemise de refroidissement, permettant de refroidir efficacement le moteur et donc prolonger sa durée de vie. Ainsi le flux est dirigé et l'eau rentre par une extrémité, assurant un écoulement suffisant le long du moteur, avant d'être aspirée et pompée par l'hydraulique de la pompe. Le faible espace entre le tube interne de la chemise et la surface de la pompe augmente la vitesse d'écoulement de l'eau, ce qui a pour avantage de limiter les dépôts sur le moteur ou la chemise.

L'extrémité de la chemise de refroidissement est également équipée d'une crépine d'aspiration pour filtrer l'eau et retenir les plus grosses particules susceptibles d'être aspirées par la pompe. La chemise de refroidissement ainsi que la crépine sont elles aussi fabriquées dans le même matériau que la pompe pour éviter les problèmes de corrosion dus à l'eau agressive.

Profondeur d'immersion minimale :
Généralement le niveau d'eau d'un lac varie au cours de l'année et il n'est pas exclu que la pompe se retrouve immergée sous une trop faible hauteur d'eau. Concrètement, si le niveau du lac baisse et que la pompe se retrouve trop près de la surface, il y a un risque que de l'air soit aspiré lors du pompage, ce qu'il faut éviter car pouvant endommager l'équipement.

Grundfos a abordé avec le client le sujet de la question de la profondeur d'immersion minimale de la pompe. Bien que dans ce projet, le problème ne se posait pas, car le niveau du lac reste stable en toutes saisons, Grundfos a une solution pour les configurations délicates.
Elle consiste à installer une plaque anti-vortex modifiant les caractéristiques de l'environnement immédiat au dessus de la pompe. Lors du pompage, le flux d'eau transite autour du dispositif ce qui supprime le risque d'entrainement d'air et protège la pompe contre les dommages potentiels, un peu comme si la pompe était immergée plus profondément dans le lac.

Colmatage de la pompe par des dépôts :
Malgré l'ajout d'une crépine d'aspiration pour éviter les grosses particules, le risque de colmatage de la pompe reste élevé si installée dans la vase au fond du lac. Pour surmonter ce défi, Grundfos a conçu un support sur lequel la pompe immergée sera fixée. Cette structure de réhausse maintient la pompe hors de la vase du lac pour empêcher l'accumulation de dépôts.

Facilité d'accès à la pompe immergée :
Les solutions Grundfos sont développées pour assurer une performance durable, mais tôt ou tard il faut effectuer un minimum d'entretien. Une pompe immergée installée au fond d'un lac n'est pas facile d'accès, tant à la mise en place que pour l'extraction hors de l'eau. La structure de réhausse conçue par Grundfos permet de résoudre ce problème, grâce à des anneaux de levage fixés sur la partie supérieure qui permettent une manutention aisée pour accéder à la pompe.

Risques de coups de bélier et pression élevée :
Il subsiste enfin un dernier défi, et non des moindres, celui du risque de coups de bélier et de pression élevée dans le réseau de l'installation. Certaines sections de la canalisation d'origine n'étaient pas en mesure de supporter les grandes quantités d'eau transportées, ce qui risque de conduire à des ruptures de tuyauteries. Pour résoudre ce problème, Grundfos a proposé d'utiliser l'entraînement à fréquence variable (EFV) Grundfos CUE avec la pompe immergée. Cette solution permet d'ajuster :
- le remplissage maîtrisé de la tuyauterie
- le démarrage progressif
- et les vitesses de rampe, pour réduire les risques de coups de bélier.

Pour répondre aux conditions de pompage requises d'un débit constant de 250 m3/h avec une HMT de
104 m, Grundfos a installé un régulateur de pression. Le régulateur a permis de réduire la pression excessive et compenser la distance de 10 km jusqu'au site minier.

Tout au long du projet, le client a fait confiance à l'expertise de Grundfos et nous lui avons apporté de précieux conseils avec des solutions adaptées à son application. Nous avons identifié très tôt sur son installation un problème de limite de hauteur d'aspiration, lié au choix technique initial.

Nous lui avons évité une erreur, malheureusement courante, qui aurait pu lui coûter cher et aurait requis l'obtention d'autorisations de construction, avec des mois de délais supplémentaires dans le calendrier et un retard potentiel de la mise en service.

Ainsi, le client a fait des économies sur les frais d'exploitation et les dépenses d'investissement, tout en garantissant un approvisionnement en eau continu pour ses besoins de production. Depuis la mise en service de l'installation en 2015, la solution Grundfos fonctionne avec succès.

Le client rembobine le moteur une fois tous les 5 ans dans une démarche de maintenance proactive pour éviter les pannes et les arrêts de production coûteux.