Pompe solaire pour un jardin ou une petite exploitation : dimensionnez-la selon votre sol, pas selon votre parcelle

La réponse courte : une pompe solaire pour jardin ou petite exploitation ne se dimensionne pas selon la surface de la parcelle. Deux chiffres la décident. Votre plafond de débit vient du sol : le taux d’infiltration en mm/h multiplié par la surface que vous mouillez à cet instant, divisé par 1 000. Votre plancher de débit vient du soleil : le besoin en eau quotidien divisé par vos heures de pompage effectives. Choisissez n’importe quel modèle dont le débit à votre hauteur dynamique totale se situe entre ces deux chiffres et le système fonctionne. Choisissez-en un au-dessus du plafond et l’eau ruisselle hors des planches et emporte votre terre de surface avec elle. Choisissez-en un en dessous du plancher et vous ne pourrez jamais suivre le rythme, et la culture la moins chère que vous perdez coûte plus que la pompe.

On me demande « une pompe pour mon jardin » presque toutes les semaines, et presque chaque demande arrive avec les deux mauvais faits : la surface de la parcelle et un budget. Aucun des deux ne choisit une pompe. Cet article vous donne les deux chiffres qui le font, en utilisant les données de sol de la FAO, de vraies courbes mesurées tirées de notre propre catalogue, et un exemple travaillé que vous pouvez copier.

Deux chiffres décident de tout, et aucun n’est la surface de votre parcelle

La raison pour laquelle les petits systèmes échouent plus souvent que les grands n’est pas qu’ils sont plus difficiles. C’est que les marges sont plus étroites. Sur un champ de 20 hectares, une pompe surdimensionnée de 30 pour cent est une inefficienté. Sur une planche maraîchère de 120 mètres carrés, une pompe surdimensionnée de 30 pour cent est une coulée de boue dans l’allée.

Écrivez donc deux chiffres avant de regarder un quelconque catalogue.

Deux définitions comptent ici, car c’est là que les gens se trompent.

La surface mouillée dans le plafond n’est pas votre parcelle. C’est la surface que vous mouillez à cet instant : le cercle d’une seule tête d’arroseur, une zone de goutte-à-goutte, un bloc de planches avec la vanne ouverte. Divisez un jardin de 1 000 m2 en quatre blocs avec quatre vannes et votre plafond pour chaque bloc est un quart du chiffre de la parcelle entière. Ce seul changement de perspective résout la plupart des plaintes du type « ma pompe est trop puissante ».

Les heures de pompage effectives dans le plancher ne sont pas 24, et ce n’est pas non plus le nombre d’heures de lumière du jour. C’est le nombre d’heures pendant lesquelles votre champ de panneaux peut maintenir la pompe près de sa puissance nominale, soit environ 4,5 à 5,5 heures en saison de croissance tropicale ou subtropicale et 3 à 3,5 en hiver aux latitudes plus élevées.

L’arithmétique entre les millimètres et les litres est la partie la plus facile, car 1 mm sur 1 m2 est exactement 1 litre :

Mémorisez la rangée du milieu. Un événement de jardin se mesure en millimètres, un réservoir de jardin se mesure en mètres cubes, et cette table est le seul convertisseur dont vous avez besoin.

Votre sol fixe le plafond de débit

C’est le chiffre que personne ne calcule, et c’est celui qui décide si vos planches sont arrosées ou inondées. La FAO publie des taux d’infiltration de base, qui sont le taux régulier auquel un sol avale l’eau une fois la phase rapide initiale terminée. Il se mesure comme la profondeur en millimètres qui entre en une heure.

La règle qui accompagne le tableau vient du Natural Resources Conservation Service de l’USDA, et elle est directe : le débit d’application maximal des arroseurs doit être inférieur au taux d’absorption du sol. Si le débit d’application le dépasse, l’eau ruisselle ou se redistribue à l’intérieur de la planche, laissant certaines plantes noyées et d’autres sèches. Le NRCS ajoute une seconde condition qui compte pour les jardins : une fois que la profondeur d’application nette dépasse un demi-pouce, 12,7 mm, le débit d’application doit descendre encore, car l’absorption du sol a ralenti dès que vous êtes aussi profondément dans l’événement.

Appliquez-la maintenant à ce que la plupart des jardins utilisent réellement, une seule tête d’arroseur.

Relisez cette dernière rangée. Sur l’argile, une seule tête d’arroseur ordinaire applique déjà de l’eau trois fois plus vite que le sol ne peut la prendre. Rien ne cloche avec l’arroseur, et rien ne cloche avec la pompe. Le sol est la contrainte, et elle était là avant que vous n’achetiez quoi que ce soit. Les trois correctifs, par ordre de coût, sont : faire tourner la tête en cycles courts plutôt que continuellement, passer au goutte-à-goutte ou à une ligne d’imbibition répartie sur une plus grande partie de la planche, ou ajouter de la matière organique pendant quelques saisons et relever le taux d’infiltration lui-même.

Votre journée solaire fixe le plancher de débit

Le plancher est une arithmétique plus simple mais c’est là que les gens achètent trop peu. Votre besoin quotidien est fixé par la culture et la surface. La production quotidienne totale de la pompe est son débit à votre hauteur multiplié par les heures de pompage effectives, pas par 24. Donc un plus petit nombre d’heures signifie un débit proportionnellement plus grand nécessaire pour le même volume quotidien.

C’est le tableau qui vous dit pourquoi un jardin est véritablement plus facile qu’un champ. Une petite exploitation de 0,1 hectare n’a besoin que d’environ 0,91 m3/h pour rester en avance, et notre plus petite submersible 24 V fait déjà plus que cela à une hauteur de travail. La difficulté n’est pas le débit. La difficulté est le plafond ci-dessus, et la hauteur, qui sont les deux sections suivantes.

Ce qu’un jardin boit réellement chaque jour

Il y a un autre chiffre à obtenir correctement, et c’est celui qui décide votre rythme d’arrosage.

L’utilisation d’eau des cultures est l’évapotranspiration de référence multipliée par un coefficient de culture : ETc = Kc x ETo. Pour le groupe « petits légumes » de la FAO-56, qui couvre le chou, la carotte, l’oignon et la plupart des cultures à feuilles et à racines, le Kc de mi-saison est de 1,05. La tomate est à 1,15, le concombre et la laitue sont à 1,00. Dans une saison de croissance chaude, l’ETo court de 4 à 6 mm/jour en été tempéré et de 6 à 8 en saison chaude et sèche. Prenez un chiffre médian de 5 mm/jour et un Kc de 1,05, et votre chiffre de conception est d’environ 5 mm/jour d’utilisation nette des cultures pour un jardin maraîcher mixte. C’est le chiffre que j’utilise, et il est honnête pour la planification.

La seconde moitié du rythme est à quelle profondeur vous arrosez quand vous le faites. Cela vient de la capacité de rétention en eau du sol, que la FAO donne en millimètres d’eau par mètre de profondeur de sol à la capacité au champ :

Remarquez ce que ce tableau dit et ne dit pas. Le stockage diffère à peine entre le loam, le loam argileux et l’argile. Ce qui diffère énormément, c’est le taux d’infiltration de la section précédente. Donc les deux familles de sol échouent pour des raisons opposées et ont besoin de réponses opposées :

• Sur l’argile, vous êtes limité par la vitesse à laquelle l’eau entre. Le sol peut stocker abondamment, mais il ne peut pas l’accepter rapidement. Faites cycler la vanne, divisez la planche, ou utilisez une ligne d’imbibition, et vous y arriverez. Acheter une pompe plus grande aggrave l’argile, au lieu de l’améliorer.
• Sur le sable, vous êtes limité par la quantité d’eau qui reste. Le sol accepte tout ce que vous lui donnez, puis la perd sous les racines en quelques jours. Arrosez de plus petites quantités plus souvent, ajoutez du compost pour relever la capacité de rétention en eau, et ne surdimensionnez pas le réservoir en supposant qu’un grand réservoir aide. Il n’aide pas, si le sol sous lui ne peut rien retenir.

Pour un jardin loameux, le rythme pratique est donc d’environ 25 mm tous les quatre à cinq jours, pas 5 mm chaque matin. Si vous avez arrosé légèrement tous les jours avec un tuyau, vous avez fait pousser des racines superficielles, et le premier vent chaud vous le montrera.

Une même pompe, quatre débits très différents

Voici la partie que la plupart des acheteurs de jardin ne voient jamais : une pompe n’a pas un débit. Elle a une courbe. Voici les points H-Q mesurés pour quatre petits modèles DC de notre catalogue. Ce sont des mesures en banc d’essai, pas des estimations de catalogue, et chacune de ces quatre courbes appartient à un seul modèle, donc chaque point peut lui être attribué.

Trois choses à retenir de ce tableau.

La plus petite pompe n’est pas un jouet, mais c’est un filet. 3DSS0.5-28-12-80 est une pompe à vis, et les pompes à vis échangent le débit contre la pression : 400 litres par heure à 8 m de hauteur, soit 6,7 litres par minute, et elle produira encore de l’eau à 24 m là où chaque modèle centrifuge de cette classe a abandonné. Si votre jardin est quelques planches surélevées et que votre niveau d’eau est profond, c’est une pompe tout à fait sérieuse. Si vous attendez d’elle qu’elle remplisse un réservoir de 2 000 litres, cela prendra cinq heures.

Doubler la hauteur vous coûte plus que doubler la pompe. Passer de 8 m à 24 m fait tomber 2DPC1.5-35-24-200 de 1,24 à 0,65 m3/h, presque exactement la moitié. Le même doublement coûte 3DSS0.5-28-12-80 les trois quarts de sa production. La hauteur est la variable coûteuse dans un système de jardin, et chaque mètre en vient de quelque part que vous pouvez généralement trouver : enfouir le tuyau plus profondément, déplacer le réservoir, raccourcir le tuyau, ou relever le niveau d’eau en enfonçant la pompe plus profondément dans le puits.

Lisez la courbe à votre hauteur, pas la case « Débit max. » 2DPC1.5-35-24-200 est vendue avec un débit maximal de 1,5 m3/h. Vous ne verrez 1,5 m3/h que si votre hauteur manométrique totale est sous un mètre, ce qui pour un jardin avec une quelconque élévation n’arrive jamais. À 10 m réaliste, c’est 1,17 m3/h. Si vous dimensionnez à partir du tableau récapitulatif plutôt que de la courbe, vous surdimensionnez d’environ un tiers, et dans un jardin un tiers est la différence entre une planche et une flaque. Cela vaut la peine d’être lu une fois correctement : comment lire une courbe de pompe.

L’échelle : ce qui est réellement disponible de 80 W à 900 W

Voici la vraie gamme de produits pour les petites parcelles, de 12 V jusqu’à 48 V, avec les spécifications exactement telles qu’elles apparaissent dans notre catalogue. La taille de sortie compte plus que vous ne le pensez, car elle dicte le plus petit tuyau sensé et la friction avec laquelle vous vivrez pendant les quinze prochaines années.

Deux notes qui vous économiseront de l’argent.

La roue en acier inoxydable en vaut la peine si votre eau est sableuse ou légèrement salée. 3DSC et 4DSC sont les gammes inox, 3DPC et 4DPC sont en plastique. Dans un jardin, la différence compte surtout là où vous puisez dans un étang, un canal ou un puits peu profond sableux, car l’abrasion, pas la corrosion, est ce qui use une pompe de jardin. Il y a une comparaison complète de quand le plastique est vraiment acceptable dans plastique vs roue en acier inoxydable.

Le dimensionnement des panneaux est une règle, pas une supposition. Notre catalogue l’énonce directement : le champ solaire doit être au moins 1,3 fois la puissance nominale de la pompe. Une pompe de 200 W veut donc 260 W de panneaux ou plus, ce qui en pratique signifie deux panneaux de 150 W ou un panneau de 400 W. Et le contrôleur fixe un plafond strict sur la façon dont ces panneaux peuvent être câblés, parce que sa tension à circuit ouvert maximale est fixée par la classe de tension du modèle :

C’est l’erreur de câblage la plus courante sur les petits systèmes. Quelqu’un achète un panneau bon marché à 60 cellules avec un VOC de 45 V, en ajoute un second pour plus de puissance, et finit à 90 V sur un contrôleur 24 V qui s’arrête à 60 V. Et les matins froids poussent le VOC vers le haut, pas vers le bas, donc une aube d’hiver est quand cela arrive. Si votre site gèle, laissez plus de marge que ne le montre le tableau.

Tuyau, pas pipe : la hauteur que les petits systèmes oublient

Sur un système de champ, la perte par friction est un poste de conception. Sur un jardin, elle est généralement ignorée, et c’est la raison pour laquelle une pompe peut être parfaitement dimensionnée et fournir quand même un mince filet.

Voici ce que 30 mètres de tuyau vous coûtent à un modeste 0,5 m3/h, calculé avec l’équation de Darcy-Weisbach en utilisant une rugosité de 0,007 mm pour le polyéthylène lisse et le tuyau :

Cette dernière rangée est tout le problème. Un tuyau de jardin de 1/2 pouce à l’extrémité d’une pompe avec une sortie de 1,25 pouce gaspille la plupart de votre hauteur, et il le fait invisiblement, car le tuyau a l’air correct et l’eau sort bien. La règle empirique de champ d’environ 1 m de hauteur par 10 m de tuyau est calibrée pour des débits de champ de 1 à 2 m/s. Aux débits de jardin, elle surestime légèrement pour un tuyau correct, et sous-estime d’un facteur quatre pour un tuyau fin. Si votre pompe fonctionne quand vous tenez le tuyau droit et dégoutte quand vous le déroulez, vous venez de mesurer votre perte par friction. Les principes généraux se trouvent dans quel tuyau me faut-il.

Exemple travaillé : un jardin d’exploitation de 0,1 ha

Laissez-moi rassembler tout cela sur un site réel, car les chiffres interagissent et c’est là que les gens découvrent qu’une pompe « trop petite » est en réalité correcte.

Le site. 0,1 ha, 1 000 m2, légumes mélangés pour un foyer plus un peu à vendre. Sol loameux. Niveau statique de l’eau à 4 m sous terre, et il descend de 2 m en pompant. Le réservoir repose sur un support de 1,5 m. 25 m de tuyau de 20 mm courent du puits au réservoir. Une disposition est prévue pour 1,3 fois la puissance de la pompe en panneaux.

Étape 1, le plancher. À 5 mm/jour d’utilisation nette des cultures sur 1 000 m2, le jardin a besoin de 5,0 m3/jour. Ajoutez 15 pour cent pour les pertes d’application et c’est 5,9 m3/jour brut. Sur 5,5 heures de pompage effectives, cela fait 1,07 m3/h.

Étape 2, le plafond. Le loam infiltre 10-20 mm/h, donc concevez sur 12 mm/h. Si le jardin est divisé en quatre blocs de 250 m2, le plafond par bloc est 12 x 250 / 1 000 = 3,0 m3/h. Si vous irriguez les 1 000 m2 d’un coup, le plafond est de 12 m3/h, mais vous avez alors un problème de débit d’application qu’aucune pompe au monde ne peut aider, car le volume quotidien n’est que de 5,9 m3. La division en quatre blocs n’est pas un compromis, c’est la conception.

Étape 3, la hauteur. Niveau d’eau plus rabattement, 4 + 2 = 6 m. Élévation vers l’entrée du réservoir sur le support de 1,5 m, 2,5 m. Friction dans 25 m de tuyau de 20 mm à un peu plus de 1 m3/h, environ 1,6 m y compris les raccords. La hauteur dynamique totale est de 10,1 m, disons 10 m.

Étape 4, le modèle. 2DPC1.5-35-24-200 à 10 m de hauteur délivre 1,17 m3/h. Cela se situe entre le plancher de 1,07 et le plafond de 3,0. Elle correspond au plancher presque exactement, ce que vous voulez sur une pompe de jardin : aucune capacité gaspillée, aucun panneau gaspillé.

Étape 5, le calendrier. Le volume quotidien est de 5,9 m3, qui à 25 mm par événement couvre 236 m2. Donc le jardin est arrosé en quatre blocs, un bloc par jour, chaque bloc recevant 25 mm une fois tous les quatre jours. C’est précisément le rythme que les données de sol exigeaient dans la section précédente, atteint dans l’autre sens. Chaque bloc prend environ 5,5 heures à 1,17 m3/h, ce qui est toute votre journée solaire, ce qui est la raison pour laquelle la division en quatre n’est pas optionnelle.

Étape 6, le réservoir. Dimensionnez-le à 1,5 à 3 fois le besoin quotidien, soit 2 000 à 3 000 litres pour ce site. Mais notez ce que le réservoir fait réellement ici. La pompe délivre 1,17 m3/h dans un bloc qui ne peut absorber que 4,7 mm/h. Sur le loam, cet écart est inoffensif. Sur le même jardin avec un loam argileux à 6 mm/h, le plafond tombe à 1,5 m3/h par bloc et l’écart commence à compter, ce qui nous amène au second exemple.

Une variante à sol lourd. Prenons 120 m2 de planches de loam argileux, 25 mm par événement, soit 3,0 m3 d’eau. Le plafond de sol à 6 mm/h est 120 x 6 / 1 000 = 0,72 m3/h. La pompe 3DSS1.2-56-24-120 à 11 m de hauteur délivre 1,18 m3/h, ce qui est au-dessus du plafond. Deux options, et les deux sont légitimes :

1. Réduire la pompe à la 3DSS0.5-28-12-80 de 80 W, qui donne 0,35 m3/h à 10 m. Elle respecte le plafond, mais 3,0 m3 prennent alors 8,6 heures, ce qui dépasse une journée solaire. Vous appliqueriez l’événement sur deux jours.
2. Garder la pompe de 120 W et ajouter un réservoir, ce que je ferais. La pompe remplit un réservoir de 3 000 litres à 1,18 m3/h tandis que le réservoir se vide vers les planches à 0,72 m3/h par ligne d’imbibition. Sur 5,5 heures la pompe délivre 6,5 m3, les planches reçoivent 4,0 m3 à un débit d’application de 6 mm/h, juste à la limite du sol au lieu du double, et 2,5 m3 restent dans le réservoir pour le soir ou pour une journée nuageuse.

C’est l’idée à retenir : à l’échelle d’un jardin, un réservoir n’est pas vraiment un stockage, c’est un transformateur de débit. Il permet à une pompe plus rapide que le sol de devenir un irrigateur plus lent que le sol, sans acheter une pompe plus petite ni accepter un arrosage sur deux jours. La taille dont vous avez besoin est la différence entre le débit de la pompe et le plafond du sol, multipliée par vos heures de pompage, plus une réserve de travail. C’est aussi la raison pour laquelle un système à entraînement direct, sans batterie, convient si bien à un jardin, comme traité dans batterie vs réservoir, et la raison pour laquelle un jardin est l’un des rares endroits où le goutte-à-goutte est le choix par défaut naturel plutôt qu’un choix premium, comme traité dans conception d’irrigation goutte-à-goutte pour pompe solaire.

Trois erreurs qui terminent les petits systèmes prématurément

1. Choisir la pompe à partir de la surface de la parcelle. Le dénominateur est la surface que vous mouillez à cet instant, pas toute la parcelle. Si vous avez déjà tenu dans un jardin en regardant l’eau ruisseler hors d’une planche tandis que l’extrémité opposée reste complètement sèche, vous avez vu le plafond être ignoré. Divisez la parcelle en zones sur le papier avant de la diviser avec des vannes, et vérifiez chaque zone contre le tableau des sols.

2. Faire courir les 30 derniers mètres dans un tuyau de jardin. Un tuyau de 1/2 pouce coûte 13 m de hauteur là où un tuyau de 20 mm en coûte 1,4 m. Si votre hauteur totale est de 20 m, ce tuyau vient de prendre les deux tiers, et il le fera pendant toute la vie du système. Utilisez le même diamètre que la sortie de la pompe, ou une taille au-dessus, et achetez le tuyau avant la pompe pour ne pas pouvoir vous en dissuader. Cela compte double à faible hauteur, et un jardin est entièrement à faible hauteur.

3. Câbler plus de panneaux que ne le permet le VOC du contrôleur. La classe 24 V s’arrête à 60 V selon le catalogue. Deux panneaux nominal-12 V en série font environ 45 V et sont sûrs ; trois font environ 67 V et une défaillance instantanée. Le piège est que vous ajoutez le second panneau pour corriger un problème de débit faible qui est en réalité un problème de hauteur, et le panneau supplémentaire n’est pas le remède. Avant d’ajouter des panneaux, mesurez votre hauteur honnêtement avec le calcul de la hauteur manométrique totale, et lisez la méthode de dimensionnement une fois dans comment dimensionner une pompe solaire pour l’eau.

Quoi acheter, dans l’ordre

Acheter dans le mauvais ordre est la façon dont les systèmes de jardin finissent avec la mauvaise pompe. Faites-le ainsi.

1. Mesurez votre niveau d’eau, votre rabattement et votre hauteur de sortie. Ces trois chiffres, plus la friction, sont votre hauteur dynamique totale, et ils décident la pompe, pas la parcelle.
2. Calculez le volume quotidien à partir de la surface, de la culture et du climat : surface en m2 x 5 mm = litres par jour, ajusté pour votre propre saison.
3. Testez ou recherchez le taux d’infiltration de votre sol. Un test d’infiltration à anneau prend une demi-heure et ne coûte rien, et les valeurs publiées par la FAO dans le tableau ci-dessus sont un point de départ parfaitement raisonnable.
4. Calculez votre plancher et votre plafond, et vérifiez qu’ils se chevauchent. Si le plancher est au-dessus du plafond, planifiez des zones ou un réservoir avant de planifier une pompe.
5. Ne choisissez un modèle qu’à présent, en lisant sa courbe mesurée à votre hauteur, et confirmez que le débit se situe dans la fenêtre.
6. Dimensionnez le réservoir à 1,5 à 3 fois le volume quotidien, ou à l’écart de débit si votre sol est lourd, et placez-le sur un support de 1,5 m pour que la gravité fasse la distribution.
7. Dimensionnez les panneaux à 1,3 fois la puissance de la pompe ou plus, puis vérifiez le câblage en série contre le plafond VOC du contrôleur.
8. Ajoutez un interrupteur à flotteur au réservoir et un réglage de marche à sec au contrôleur. Ces deux éléments coûtent très peu et ils sont ce qui empêche une pompe de jardin d’être détruite par son propre succès sur le premier réservoir plein.
9. Achetez le tuyau au diamètre de sortie de la pompe, et achetez-le avant l’arrivée de la pompe.

Tout le reste d’un système de jardin, du choix de l’arroseur à la protection contre le gel jusqu’aux angles des panneaux, est un détail que vous pouvez ajuster après la première saison. La hauteur, le plancher et le plafond ne sont pas ajustables, et ils sont la raison pour laquelle un jardin prospère avec une pompe de 80 W tandis que le voisin échoue avec une pompe de 500 W et la même surface de parcelle. Si vous préférez que l’arithmétique soit faite pour vous, mettez votre niveau d’eau, votre élévation et la surface de votre parcelle dans l’outil de dimensionnement, ou envoyez-moi directement vos chiffres.

Vous planifiez une pompe solaire pour un jardin ou une petite exploitation ? Mettez votre niveau d’eau, votre hauteur et la surface de votre parcelle dans l’outil de dimensionnement pour voir votre vraie hauteur, ou écrivez-moi sur WhatsApp avec votre niveau d’eau, votre hauteur, la surface de votre parcelle, votre type de sol et votre culture, et je reviendrai avec un modèle, un nombre de panneaux, une taille de réservoir et un calendrier d’arrosage qui convient à votre sol plutôt qu’à votre parcelle.