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Pompe solaire pour l'irrigation de rivière et de canal : dimensionner un système pour un niveau d'eau mobile

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Trista Spécialiste des pompes à eau solaires · Expérience directe d'usine
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La réponse courte : puiser l’eau d’une rivière ou d’un canal n’est pas un travail de forage avec un tuyau différent. Un forage vous donne trois choses qu’une rivière ne vous donnera jamais : un niveau d’eau stable, une eau déjà filtrée, et une distance connue jusqu’à l’eau. Une rivière ne vous donne aucune de ces choses. Le niveau bouge, d’environ 10 m par an sur l’Amazone à Manaus, et le Mékong à Stung Treng passe d’environ 2,4 m en saison sèche à des pics au-dessus de 12 m en septembre. L’eau charrie du limon, du sable et des débris. Et la prise se trouve souvent à 100 à 500 m du champ que vous essayez d’arroser.

Donc dimensionnez le système au plus bas niveau que vous verrez jamais, pas au niveau d’aujourd’hui, et traitez la conduite de refoulement comme une partie de la pompe plutôt que comme de la plomberie. Deux chiffres décident encore votre modèle, exactement comme pour un forage : la hauteur dynamique totale à ce niveau de basses eaux, et le débit dont votre culture a besoin divisé par vos heures de pompage effectives. La différence, c’est que sur une rivière, le premier chiffre change de plusieurs mètres alors que vous ne regardez pas.

Trois contraintes qu’un forage ne vous donne jamais

Chaque système de rivière qui échoue à sa deuxième saison échoue sur l’une de ces trois, et aucune n’apparaît dans une conception de forage.

ContrainteForageRivière ou canalCe que cela fait à votre conception
Variation de niveauLe niveau bouge de moins d’un mètre4 m sur une rivière modérée, 8 à 15 m sur une grande rivière tropicaleFixe l’altitude de la prise, et force généralement la pompe dans l’eau
SédimentPresque rien en suspension45 à 80 mg/L dans le cours principal de l’Amazone, plus de 100 mg/L dans le Solimões et le Madeira, et bien plus près du litDécide du matériau de la roue, de la conception du filtre et de la nécessité d’un bac de décantation
Distance jusqu’à l’eauZéro, la pompe est dans le trouGénéralement 100 à 500 m de tuyau à travers une plaine d’inondationAjoute une hauteur de frottement qui peut dépasser toute votre hauteur statique
DébrisFiltrés par l’aquifèreFeuilles, bois, algues, mauvaises herbes flottantesNécessite un grillage ou un écran que quelqu’un nettoiera réellement

Relisez la première rangée, car c’est elle qui change toute l’architecture. Dans un forage, la pompe descend dans le trou et le niveau d’eau peut descendre de 20 m sans que personne n’y pense. Sur une rivière, le niveau d’eau lui-même bouge, et votre pompe se tient à côté.

Jusqu’où l’eau bouge réellement

Ce n’est pas une inquiétude théorique. Voici des plages de niveau enregistrées sur des rivières jaugées, et c’est pourquoi un système de rivière ne peut être conçu à partir d’une photographie du site en saison sèche.

Rivière et station de jaugeCe que montre l’enregistrementVariation
Amazone à ManausMinimum historique près de 16 m en septembre et octobre, maximum historique près de 30 m en mai et juinEnviron 10 m en une année moyenne, et l’écart entre les extrêmes enregistrés va de 1,5 à 2,0 fois la moyenne
Cours principal de l’Amazone, en amont de l’embouchure du MadeiraMontée et descente saisonnières lentes8 à 10 m de fluctuation annuelle typique
Milieu du Madeira au milieu du JuruáLa bande la plus extrême du bassin10 à 15 m
Rivières de piémont andinBrusques, liées à des orages isolés4 à 9 m en une seule journée
Estuaire de l’AmazoneLes marées deux fois par jour dominent le signalMoins de 2 m, mais l’eau s’inverse deux fois par jour
Mékong à Stung Treng2,36 à 3,23 m de février à avril, pics annuels de 8,0 à 12,2 m en août et septembreEnviron 8 à 9 m

Sources : Smithsonian Atlas of the Amazon via la compilation des niveaux de rivière Aguas Amazonicas, qui rapporte des fluctuations annuelles moyennes de 10 à 15 m entre le milieu du Madeira et le milieu du Juruá et environ 10 m à Manaus, l’estuaire étant maintenu sous 2 m par l’action des marées ; et les relevés de jauge de la Mekong River Commission pour Stung Treng, où les niveaux mensuels se situent entre 2,36 et 3,23 m en février à avril et les maxima annuels de 1995 à 1999 sont allés de 8,0 m à 12,2 m en août et septembre.

Deux choses dans ce tableau doivent changer votre façon de penser votre propre site.

La première est la rangée du piémont. Un affluent andin peut monter de 4 à 9 m en une seule journée. Si votre pompe est sur une plateforme fixe à 3 m au-dessus de la ligne d’eau normale, elle est sous l’eau demain, et le lendemain elle se trouve à 6 m au-dessus d’une rivière qui descend. L’altitude fixe n’est pas une conception sur une rivière comme celle-là ; c’est un pari.

La seconde est que la rangée de l’estuaire va dans l’autre sens. Là où les marées dominent, la variation est faible mais l’eau bouge deux fois par jour, ce qui est le problème opposé : votre prise doit être conçue pour un écoulement inversé et la salinité, pas pour une montée saisonnière lente.

Dimensionnez au plus bas niveau, mais survivez au plus haut

Voici la règle qui termine la plupart des systèmes de rivière faits maison, alors lisez-la deux fois.

Vous devez placer la prise au plus bas niveau d’eau que vous verrez jamais, et vous devez garder l’électronique de la pompe au-dessus du plus haut niveau d’eau que vous verrez jamais. Ces deux exigences pointent dans des directions opposées, et la distance entre elles est la plage de niveau. Sur une rivière avec une variation de 4 m, c’est un problème vertical de 4 m avant que vous n’ayez ajouté un seul mètre de tuyau.

Il n’y a que quatre réponses honnêtes.

Déplacez la pompe. Une pompe sur un support coulissant sur un poteau de berge, ou sur un flotteur, suit le niveau. Peu coûteux à construire, mais vous avez désormais une pièce mobile dans une crue, et un flotteur attaché à une berge dans un courant rapide est un risque réel pour celui qui l’entretient.

Mettez la pompe dans l’eau. Une submersible sur un câble ou un rail n’a jamais de hauteur d’aspiration, car l’eau est déjà autour d’elle. C’est la réponse standard sur les rivières à forte variation, et elle supprime aussi entièrement le problème d’amorçage.

Prenez l’eau de la berge plutôt que de la rivière. Enfoncez un puits dans la berge à une courte distance, et laissez la rivière venir à vous à travers le sol. Cela amortit la variation de niveau et filtre l’eau en même temps.

Prenez l’eau du lit. Un tuyau horizontal fendu sous le lit, une galerie d’infiltration, garde la variation de niveau et les débris hors du tableau, au prix de la plus grande excavation de toutes les options.

Et il y a une cinquième réponse qui n’est pas honnête, qui consiste à placer une pompe de surface à une hauteur fixe quelque part au milieu de la plage et à espérer. C’est la conception qui fonctionne chaque mois sauf les deux qui comptent.

Cinq façons de puiser l’eau d’une rivière

OptionFonctionnementHauteur d’aspirationVariation de niveau géréeSédiment et débrisCe que cela vous coûte
Aspiration de berge, pompe sur plateforme fixeUne centrifuge de surface aspire l’eau dans un tuyau1,5 à 2,5 m de tuyau plus le franc-bord que vous avez prévuSeulement 1 à 2 m, et rien ne survit à une vraie crueLes débris atteignent directement le filtreLe moins cher à construire, et le plus susceptible d’être détruit
Pompe de surface flottante ou sur railLa pompe suit un flotteur ou une glissière verticaleFaible, car la pompe flotte près de la surfaceToute variation, si le flotteur survit au courantLes débris atteignent encore le filtrePièces mobiles dans une eau mouvante, et un entretien après chaque crue
Submersible suspendue dans l’eauLa pompe repose dans la rivière sur un câble ou un rail, sans ligne d’aspirationZéro, par définitionToute variationL’abrasion par le sable est l’ennemi principal, donc le matériau de la roue compteNécessite une roue inox ou trempée et un câble qui peut être sorti pour l’entretien
Puits de bergeL’eau est pompée d’un puits enfoncé dans la berge, donc la rivière doit passer à travers le solZéro, la pompe est dans le puitsImportante, et le niveau dans le puits est amorti et retarde la rivièreLa berge élimine la plupartExcavation, et un puits qui peut se colmater avec les années
Galerie d’infiltrationUn tuyau fendu posé sous ou à côté du lit, rempli de gravier gradéZéroToute variationExcellente pour arrêter les débris flottantsLa plus de terrassement de toutes les options, et nécessite un lit de rivière qui ne s’envasse pas

Regardez la colonne de hauteur d’aspiration et vous voyez pourquoi la pompe de surface perd sur une grande rivière. Une pompe centrifuge montée sur la berge a un plafond physique dur, et il est plus bas que ce que la plupart des acheteurs attendent.

Au niveau de la mer, la pression atmosphérique peut soutenir en théorie une colonne d’eau d’environ 10,3 m. En pratique vous obtenez 6 à 7 m, et l’écart n’est pas négociable : la pompe a besoin d’une marge au-dessus de sa propre hauteur d’aspiration positive nette requise, le filtre et le clapet de pied vous coûtent quelque chose, et le tuyau d’aspiration lui-même consomme de la hauteur. Notre exemple travaillé plus loin dans cet article a besoin de 2,5 m de hauteur d’aspiration pour un tuyau de 8 m à 13,6 m3/h, ce qui est confortable. Placez maintenant la pompe 4 m plus haut que l’eau à cause d’une marque de crue, et vous êtes à 6,5 m avant que la rivière n’ait même baissé.

Il y a une seconde pénalité, moins évidente, et elle est visible dans la courbe mesurée de DCPM50-17-110-1500-A/D, une centrifuge de surface de 1500 W avec une sortie de 3 pouces. Ses points mesurés vont de 52 m3/h à 1 m de hauteur jusqu’à 44 m3/h à 5 m, 28 m3/h à 11 m, 16 m3/h à 14 m, 8 m3/h à 16,5 m et zéro à 17,5 m. De 5 m à 17,5 m la pompe perd 44 m3/h de débit, ce qui donne 3,5 m3/h perdus pour chaque mètre de hauteur supplémentaire. Voilà ce qu’est une pompe de surface à fort débit : brillante à hauteur quasi nulle, et finie dès que vous atteignez 17,5 m.

Cette raideur est la raison pour laquelle la conduite de refoulement dans la section suivante compte autant, et c’est aussi pourquoi les pompes de surface ont un plafond dans ce genre de travail. Sur toute la gamme de surface de notre catalogue, une fois que vous déplacez 23 m3/h ou plus, la hauteur maximale disponible la plus haute est de 30 m sur une machine de 2,2 kW, et la plupart des pompes de surface à fort débit s’arrêtent entre 14 et 21 m : DCPM15-14-48-550 à 14 m, DCPM21-14-72-750 à 14 m, DCPM27-21-110-1500 à 21 m. Au-delà d’environ 25 à 30 m de hauteur totale à un débit sérieux, une pompe de surface cesse d’être une option et vous choisissez une submersible que vous le vouliez ou non. Ce n’est pas une recommandation, c’est une limite dans les données produit, et elle pointe dans le même sens que la physique : sur une rivière, mettez la pompe dans l’eau.

Le côté submersible du catalogue n’a pas ce plafond. 4/6DSC36-22-110-1500 est une unité de 1500 W qui déplace 36 m3/h à 22 m, et 4DSC15-45-110-750 fait 15 m3/h à 45 m sur 750 W. Comparez avec DCPM27-21-110-1500, une pompe de surface de même 1500 W qui est cotée 27 m3/h à 21 m. Même puissance, même classe de hauteur, et la submersible est en avance d’environ un tiers sur le débit, parce que la machine est assise dans le milieu qu’elle déplace au lieu de s’y abaisser.

Puits de berge : le filtre que vous possédez déjà

Un puits de berge est l’option que la plupart des gens n’ont jamais entendue et celle qui résout le plus de problèmes à la fois. Vous enfoncez un puits dans la berge à 15 à 100 m en retrait de l’eau, et la rivière doit voyager à travers le matériau de la berge pour l’atteindre. Ce qui arrive dans le puits est de l’eau de rivière déjà passée à travers un filtre de sable et de gravier, et le niveau dans le puits n’est pas le niveau de la rivière. C’est une version amortie, retardée.

Les chiffres des systèmes documentés de filtration de berge valent la peine d’être connus, car ils sont meilleurs que ce que la plupart des acheteurs d’irrigation attendent :

Ce que fait la bergeChiffreSource
Distance typique de la berge au puits de production15 à 100 m pour la majorité des systèmes, avec la plage documentée complète de 5 à 813 mRevue de la filtration de berge pour l’agriculture tropicale
Profondeur typique du puits9 à 50 m pour les systèmes agricoles et de taille moyenne, avec une plage complète de 7 à 350 mMême revue
Élimination de la turbiditéEnviron 1 log en saison sèche et plus de 2 logs en mousson, sur un site où la turbidité de la rivière a augmenté de 50 à 100 fois et l’eau filtrée a à peine changéÉtude de filtration de berge de Haridwar, Hydrogeology Journal
Élimination des coliformes3 logs en saison sèche et 4 logs en moussonMême étude
Élimination des pathogènes en régime établiPlus de 5 logs rapportés dans la littératureRevue des National Academies des États-Unis sur la filtration de berge
ColmatageColmatage physique rapporté dans 40 à 50 pour cent des systèmes documentés, concentré dans les rivières tropicales riches en sédiments où la turbidité dépasse 100 NTURevue de la filtration de berge pour l’agriculture tropicale

Pour un système d’irrigation, le gain de qualité d’eau est agréable mais le vrai prix est le niveau stable. C’est ce qui transforme une conception impossible en une ordinaire, car un puits dans la berge vous permet d’utiliser une submersible de forage standard au lieu d’un engin flottant. Votre pompe repose à une profondeur fixe, son câble n’a jamais à survivre à une crue, et la hauteur que vous concevez ne bouge pas de 4 m entre les saisons.

La prise est le colmatage, et la même revue est franche à ce sujet : dans les rivières tropicales riches en sédiments qui semblent les plus attractives pour l’irrigation, environ la moitié des systèmes documentés souffrent d’un colmatage physique de l’interface d’infiltration. Budgétisez-le. Concevez le puits de sorte que la pompe puisse être sortie et l’écran nettoyé au jet, et attendez-vous à faire ce travail selon un calendrier plutôt qu’en urgence.

Deux autres points pratiques. D’abord, gardez le puits assez en retrait pour que l’affouillement de crue ne puisse pas le couper, mais assez proche pour que vous induisiez encore de l’eau de rivière plutôt que d’exploiter l’aquifère local. Ensuite, testez la salinité si vous êtes près d’un domaine à marée : un puits de berge dans un estuaire peut pomper une eau saumâtre, et aucun matériau de roue ne corrige cela.

Galeries d’infiltration : le tuyau sous le lit de la rivière

Si vous voulez le bénéfice d’eau filtrée sans puits vertical, la version horizontale est une galerie d’infiltration : un tuyau fendu ou à joints posé sous le lit de la rivière ou dans la berge, entouré d’un filtre de gravier gradé, avec la pompe pompant depuis un point de collecte sur la terre ferme.

Les règles de conception publiées sont précises, et elles valent la peine d’être suivies exactement :

  • Diamètre de tuyau 75 à 300 mm, à joints ou fendu.
  • Un filtre de gravier gradé autour du tuyau, grossier près du tuyau et plus fin vers l’extérieur.
  • Au moins 1 m sous la zone saturée de saison sèche, pour que la galerie ne pompe jamais d’air à la fin de la saison sèche.
  • Au moins 1,5 m de profondeur mesurée contre l’affouillement de la rivière, pour qu’une crue ne l’expose pas.
  • Choisissez un lit de sable moyen à grossier et évitez l’intérieur des méandres, là où la déposition se produit et le colmatage s’accélère.
  • Ne laissez pas un lit de gravier en contact direct avec l’eau de la rivière : les fines particules pénètrent le gravier plus profondément qu’elles ne pénètrent le sable, et se déposent là où l’affouillement ne peut plus les soulever.

Ce dernier point est celui que les gens font mal, et il est contre-intuitif. Une surface de gravier a l’air de devoir filtrer mieux et rester plus propre. En pratique le sable résiste mieux au colmatage, car les fines restent près de la surface où la prochaine crue peut les laver.

Pour une exploitation, le résumé honnête est qu’une galerie est l’option de meilleure qualité et le plus de travail. Si votre rivière a un lit de sable, un chenal de basses eaux stable, et que vous pouvez amener des machines sur la berge en saison sèche, cela en vaut la peine. Sinon, un puits de berge vous donne la plupart des bénéfices pour une fraction du terrassement.

Ce que la rivière transporte, et où cela se situe

Un forage vous donne une eau avec presque rien en suspension. Une rivière vous donne une charge mobile de solides, et le fait le plus utile sur cette charge est qu’elle n’est pas répartie uniformément dans la colonne d’eau.

À la station de jauge d’Obidos sur l’Amazone, le sédiment en suspension mesurait 300 à 340 mg/L près du lit et seulement 50 à 70 mg/L dans la partie supérieure de la même section verticale. La concentration moyenne à la station, moyennée sur des années de surveillance, est de 45 à 80 mg/L. Les affluents Solimões et Madeira, qui portent ensemble la plupart des sédiments du bassin, dépassent 100 mg/L. Environ 90 pour cent de la charge est du limon et de l’argile, et le matériau du lit à Obidos a un diamètre médian proche de 0,2 mm.

Deux conclusions s’ensuivent immédiatement :

  • Soulevez la prise du lit. Un filtre posé au fond voit quatre à six fois les solides d’un filtre suspendu un mètre plus haut. Cette seule décision fait plus pour la vie de la pompe que n’importe quel filtre que vous pouvez acheter.
  • Attendez un second pic de sédiment quand l’eau descend. Sur l’Amazone, le débit de sédiment augmente pendant la saison des eaux descendantes de juin à septembre, car le matériau déposé sur la plaine d’inondation est remis en suspension, produisant une augmentation moyenne d’environ 72 pour cent. La rivière qui a l’air la plus propre n’est pas nécessairement celle en crue.

Pour ce que le sédiment fait aux roues, et pourquoi l’inox ou les composants trempés comptent plus dans une rivière que dans un forage, voir plastique vs roue en acier inoxydable et gestion du sable dans les puits sableux.

Puis décidez combien vous allez en enlever, et soyez réaliste sur la réponse. Un bac de décantation se dimensionne par surface, pas par volume, et la règle est simple : la surface requise égale le débit divisé par la vitesse de chute de la plus petite particule que vous voulez retenir.

Les vitesses de chute ci-dessous viennent de la loi de Stokes pour des particules de densité du quartz dans l’eau à 20 degrés Celsius, et les surfaces supposent le cas idéal donc vous devriez les doubler pour un bac réel.

Diamètre de particuleVitesse de chuteSurface du bac à 20 m3/hSurface du bac à 30 m3/h
0,2 mm sable grossierEnviron 36 mm/s, mais la loi de Stokes n’est plus valide à cette taille0,2 m20,3 m2
0,1 mm sable fin9,0 mm/s0,6 m20,9 m2
0,05 mm limon grossier2,3 mm/s2,5 m23,7 m2
0,02 mm limon0,36 mm/s15 m223 m2

Lisez la dernière paire de colonnes ensemble et la décision de conception se fait d’elle-même. Enlever le sable est peu coûteux : un bac de la taille d’une petite table gère un grain de 0,1 mm à 20 m3/h. Enlever le limon ne l’est pas : descendez à 0,02 mm et le même débit a besoin d’un bac 25 fois plus grand, ce qui est un étang, pas un réservoir. Donc décantez le sable, contrôlez le limon en gardant la vitesse basse et en soulevant la prise, et si vous avez besoin d’une eau vraiment propre à bas coût, achetez-la à la berge plutôt, avec un puits de berge.

Puis dimensionnez le nettoyage, car le bac est un piège à solides et quelqu’un doit le vider. À 300 mg/L, le chiffre près du lit de l’Amazone, une pompe déplaçant 12,5 m3/h prend environ 3,75 kg de solides par heure. C’est environ 2,7 litres de boue humide par heure, ou environ 16 litres sur une journée de pompage de six heures, et environ 39 litres par jour si vous déplacez 30 m3/h. Mettez un drain et un trou de nettoyage sur le bac et mettez le travail dans le calendrier d’entretien, car un bac plein arrête de décante et commence à tout laisser passer.

Le problème des 300 mètres : la conduite de refoulement choisit votre pompe

Voici la partie qui surprend presque tous les projets de rivière, et elle n’a rien à voir avec la rivière. Sur un forage, la pompe est généralement près du réservoir. Sur une rivière, la pompe est à l’eau et le champ est ailleurs, et cette distance est de la hauteur.

La hauteur de frottement dans un tuyau est à peu près proportionnelle à la longueur divisée par le diamètre à la puissance 4,87. Le diamètre est au dénominateur d’une puissance élevée, ce qui signifie que le diamètre vaut bien plus que la plupart des gens ne le supposent. Ces chiffres sont calculés avec l’équation de Darcy-Weisbach pour un tube PE avec une rugosité de 0,007 mm, transportant de l’eau à 20 degrés Celsius.

Diamètre intérieur du tuyauTrajet de 60 m à 13,6 m3/hTrajet de 300 m à 13,6 m3/hTrajet de 300 m à 25 m3/h
38 mm (un tuyau de 1,5 pouce)16,4 m81,7 m252 m
55,6 mm (PE 63 mm)2,6 m12,8 m38,7 m
66,2 mm (PE 75 mm)1,1 m5,5 m16,5 m
79,4 mm (PE 90 mm)0,5 m2,3 m6,8 m
97,1 mm (PE 110 mm)0,2 m0,9 m2,6 m

Trois choses ressortent de ce tableau.

Un tuyau n’est pas une conduite de refoulement. Les mêmes 13,6 m3/h qui coûtent 2,3 m à travers un PE 90 mm coûtent 81,7 m à travers un tuyau de 1,5 pouce sur 300 m. Ce n’est pas une erreur d’arrondi, c’est plus de hauteur que la plupart des pompes solaires ne peuvent produire leur meilleur jour, et c’est la raison la plus courante pour laquelle un système de rivière correctement dimensionné sur le papier ne délivre rien sur le terrain.

La distance et le diamètre se compensent remarquablement bien. Une ligne de 63 mm sur 60 m coûte 2,6 m de hauteur ; une ligne de 90 mm sur 300 m coûte 2,3 m. Donc réduire votre distance de moitié et garder le tuyau fin vous donne à peu près ce que vous auriez obtenu en gardant la distance et en achetant le gros tuyau. L’une de ces deux choses ne coûte généralement rien du tout, et c’est celle que vous devriez regarder en premier.

La vitesse est une seconde raison d’agrandir. À 25 m3/h, le PE 63 mm tourne à 2,9 m/s, ce qui est au-dessus de la bande de 1,5 à 2 m/s que vous visez normalement, et il affouillera, frappera et usera. Le même débit à travers un PE 90 mm tourne à 1,4 m/s et se comporte. Si vous voulez la méthode complète plutôt que trois rangées d’exemple, elle est dans le guide de dimensionnement des tuyaux.

Exemple travaillé : 1,5 hectare, à 300 mètres de la rivière

Mettons tout ensemble. Une parcelle maraîchère de 1,5 hectare sur une plaine d’inondation, à 300 m du chenal de basses eaux, sur une rivière qui varie de 4 m entre la basse saison sèche et le pic de crue.

Étape 1, la demande. À 5 mm nets par jour sur 15 000 m2 la culture a besoin de 75 m3/jour. Avec 5,5 heures de pompage effectives dans une journée solaire tropicale, le système doit délivrer 13,6 m3/h. Si vous calculez un site qui vous appartient, la méthode est la même que dans comment dimensionner une pompe solaire pour l’eau.

Étape 2, la hauteur. La hauteur statique de la surface des basses eaux au plus haut hydrant est de 6 m. Ajoutez le côté aspiration et les raccords, et les deux options de conduite se séparent immédiatement.

ÉlémentAvec PE 63 mmAvec PE 90 mm
Hauteur statique, surface des basses eaux au plus haut hydrant6,0 m6,0 m
Frottement de refoulement, 300 m à 13,6 m3/h12,8 m2,3 m
Frottement d’aspiration, 8 m de tuyau de 2 pouces à 13,6 m3/h0,5 m0,5 m
Filtre, clapet de pied, clapet anti-retour, vanne de garde, deux coudes1,5 m1,5 m
Hauteur dynamique totale20,8 m10,3 m

Maintenant regardez ce que cette différence fait au choix de la pompe, en utilisant la courbe mesurée de DCPM50-17-110-1500-A/D, une centrifuge de surface de 1500 W :

  • À 20,8 m la pompe ne délivre rien du tout. Sa courbe mesurée atteint zéro à 17,5 m. Votre machine de 1500 W n’est pas « un peu courte », elle est hors de l’eau. Pour déplacer 13,6 m3/h à 20,8 m vous devez quitter entièrement cette classe et passer à une machine de 3 kW.
  • À 10,3 m la même pompe lit environ 29 m3/h sur sa courbe, plus du double de ce dont le champ a besoin, et les 75 m3 de la journée sont faits en environ 2,6 heures.

C’est toute la leçon en deux lignes. Le tuyau n’a pas changé le besoin en eau, le champ, ni le soleil. Il a changé la classe de la pompe.

Étape 3, la prise. Avec une variation de niveau de 4 m, une pompe de surface montée sur la berge placée au-dessus de la marque de crue fait face à 4 m plus son propre franc-bord de 1,5 m comme hauteur d’aspiration, et après le tuyau et le filtre vous êtes à environ 6,5 m contre un plafond pratique de 6 à 7 m. Ce n’est pas une conception, c’est un pile ou face chaque saison sèche. Donc prenez la décision de prise vers laquelle la physique pointe et suspendez une submersible dans l’eau. Le tableau ci-dessous liste les vraies options du catalogue pour un point de rivière d’environ 10 à 14 m de hauteur, triées par le choix que vous faites réellement : surface ou submersible.

ModèleFamillePuissanceDébit nominalHauteur max.Sortie
DCPM6-24-48-550Centrifuge de surface550 W6 m3/h24 m1 po
DCPM15-14-48-550Centrifuge de surface550 W15 m3/h14 m1,5 po
DCPM21-14-72-750Centrifuge de surface750 W21 m3/h14 m2 po
DCPM27-21-110-1500Centrifuge de surface1500 W27 m3/h21 m2 po
DCPM50-17-110-1500-A/DCentrifuge de surface, large tension1500 W50 m3/h17 m3 po
4DSC6-67-72-750Submersible, roue inox750 W6 m3/h67 m1,25 po
4DSC9.5-50-110-750Submersible, roue inox750 W9,5 m3/h50 m2 po
4DSC15-45-110-750Submersible, roue inox750 W15 m3/h45 m2 po
4/6DSC30-19-110-1100Submersible, roue inox1100 W30 m3/h19 m3 po
4DSC25-26-110-1500Submersible, roue inox1500 W25 m3/h26 m2 po
4DSC19-35-110-1500Submersible, roue inox1500 W19 m3/h35 m2 po
4/6DSC36-22-110-1500Submersible, roue inox1500 W36 m3/h22 m3 po

Pour ce site, 4/6DSC30-19-110-1100 a une confortable marge à un point de service de 10,3 m, et 4/6DSC36-22-110-1500 ou 4DSC19-35-110-1500 sont les étapes suivantes si vous voulez de la hauteur en réserve pour un tuyau plus long ou un réservoir surélevé.

Si à la place vous pouvez enfoncer un puits dans la berge, la conception redevient plus facile, car le niveau dans le puits est amorti et vous pouvez utiliser une machine de forage standard : 4DSC15-45-110-750 couvre 15 m3/h à 45 m avec seulement 750 W, et 4DSC9.5-50-110-750 ou 4DSC6-67-72-750 gèrent des débits plus petits à des hauteurs plus élevées. Pour la différence entre les deux familles de pompes en général, voir submersible vs pompe de surface.

Étape 4, le champ de panneaux. Les champs solaires ici sont spécifiés à 1,3 fois la puissance de la pompe ou plus, donc une pompe de 1100 W veut au moins 1,43 kW de panneaux : trois modules de 550 W vous donnent 1,65 kW. Puis vérifiez le câblage en série contre le plafond de tension à circuit ouvert du contrôleur avant d’acheter le câble, qui est l’erreur qui détruit plus de contrôleurs que la foudre.

Étape 5, le tampon. Comme la pompe délivre 29 m3/h dans un besoin de 13,6 m3/h, ajoutez un réservoir. Un tampon de 10 m3 vous permet d’irriguer le soir, garde la pompe hors de son flotteur, et transforme une pompe surdimensionnée en non-problème.

Étape 6, le limon. Si vous puisez directement dans la rivière plutôt que dans un puits de berge, et que votre prise est suspendue à un demi-mètre du lit, dimensionnez un bac de décantation pour le sable. À 13,6 m3/h la rangée de 0,1 mm de la table de Stokes a besoin d’environ 0,42 m2 de surface idéale, donc construisez environ 1 m2 de surface avec une profondeur de travail de 0,5 m. Soyez clair sur ce que cela vous achète : cela enlève le sable, pas le limon. À cette surface votre taux de débordement est de 3,8 mm/s, ce qui retient tout ce qui est plus grossier que environ 0,065 mm et laisse passer le reste.

Mise en service, colmatage et cinq erreurs qui ruinent les projets de rivière

Avant d’acheter quoi que ce soit, passez une saison à mesurer. Plantez un repère gradué dans la berge et enregistrez le niveau chaque semaine, et renseignez-vous auprès de l’autorité locale ou d’une station de jauge voisine sur ce qu’étaient les marques historiques de basses et hautes eaux. Un système de rivière conçu lors d’une seule visite de site est un système conçu pour la météo de ce jour-là.

Puis évitez ces cinq, qui couvrent la plupart des échecs que je vois.

  1. Concevoir au niveau d’eau d’aujourd’hui. Dimensionnez tout au plus bas niveau enregistré, puis vérifiez que le plus haut niveau ne submerge pas votre contrôleur. Si ces deux ne peuvent pas être satisfaits tous deux avec une pompe fixe, la pompe doit bouger, ou la prise doit passer à la berge.
  2. Utiliser l’aspiration là où la pompe appartient dans l’eau. Une submersible dans la rivière coûte moins que les terrassements pour faire survivre une pompe de berge à une crue, et elle supprime entièrement la limite d’aspiration. C’est pourquoi rivières saisonnières et charges de limon poussent aussi les systèmes africains vers les submersibles.
  3. Acheter la pompe avant le tuyau. Dans l’exemple travaillé ci-dessus, 63 mm au lieu de 90 mm a transformé un travail de 1500 W en un travail de 3000 W. Le tuyau est une fraction du coût d’une pompe, d’un contrôleur et d’un champ, et c’est la hauteur la moins chère que vous enlèverez jamais.
  4. Laisser le filtre reposer sur le lit. Rappelez-vous les chiffres d’Obidos : 300 à 340 mg/L près du lit contre 50 à 70 mg/L près de la surface. Levez la prise et vous réduisez la charge d’abrasion plusieurs fois pour le prix d’une corde plus longue.
  5. Construire une prise que personne ne peut entretenir. Un filtre que vous ne pouvez pas atteindre, une pompe que vous ne pouvez pas sortir, un bac sans drain. Chacun transforme un travail de deux heures en une panne de deux semaines en plein milieu de la saison de croissance.

Si vous préférez ne pas faire l’arithmétique sur un site que vous ne pouvez pas visiter deux fois facilement, l’outil de dimensionnement fera le calcul de hauteur pour vous, ou envoyez-moi les chiffres et je reviendrai avec un modèle, une taille de tuyau, un agencement de prise et un nombre de panneaux qui correspondent à la rivière que vous avez réellement plutôt qu’à celle de la photographie. Le travail complet de la friction, de la décantation et des chiffres de sédiment dans cet article est reproductible avec le script du projet, donc vous pouvez vérifier chaque chiffre contre votre propre site.


Vous planifiez une pompe solaire pour une rivière ou un canal ? Mettez votre niveau de basses eaux, votre hauteur et votre trajet de tuyau dans l’outil de dimensionnement pour voir votre vraie hauteur, ou écrivez-moi sur WhatsApp avec votre niveau de basses eaux, votre hauteur depuis la ligne des basses eaux, votre distance jusqu’au champ, la variation saisonnière que vous avez vue et votre culture, et je reviendrai avec un modèle, un diamètre de tuyau, un agencement de prise et un nombre de panneaux dimensionnés pour le plus bas niveau plutôt que le jour où vous avez pris la photo.

Questions fréquentes

Puis-je utiliser une pompe de surface ordinaire pour puiser l'eau d'une rivière ?
Seulement si le niveau d'eau bouge à peine. Une pompe centrifuge de surface doit se trouver au-dessus de l'eau, et elle peut aspirer l'eau d'environ 6 à 7 m en pratique au niveau de la mer. Sur une rivière avec une variation annuelle de 4 m, vous devez placer la pompe assez haut pour survivre à la crue, ce qui signifie qu'à basse eau elle essaie d'aspirer de 4 m plus sa propre hauteur au-dessus de la surface, et une fois que vous ajoutez le frottement du tuyau d'aspiration et un filtre, vous êtes à la limite de ce que la pompe peut faire. C'est pourquoi la plupart des systèmes de rivière soit font flotter la pompe, soit suspendent une submersible dans l'eau, soit déplacent la prise dans un puits de berge.
Jusqu'à quelle profondeur une pompe de surface solaire peut-elle aspirer l'eau ?
Environ 6 à 7 m de hauteur d'aspiration en pratique, pas les 10,3 m que la pression atmosphérique permet en théorie. L'écart vient de la cavitation et du frottement : la pompe a besoin d'une marge au-dessus de sa propre hauteur d'aspiration positive nette requise, le tuyau d'aspiration et le filtre vous coûtent un demi-mètre ou plus, et chaque mètre de tuyau d'aspiration à un débit correct en ajoute davantage. Si votre hauteur d'aspiration à basse eau dépasse 6 m, arrêtez de concevoir et changez la prise à la place. Aucun panneau, aucun contrôleur, aucune pompe plus grande ne la sauvera.
Qu'est-ce qu'un puits de berge, et fonctionne-t-il pour l'irrigation ?
C'est un puits enfoncé dans la berge à courte distance de l'eau, si bien que la rivière doit traverser le matériau de la berge pour l'atteindre. Les systèmes documentés de filtration de berge placent les puits de production principalement à 15 à 100 m de la berge, avec des profondeurs de puits généralement de 9 à 50 m. La berge est un vrai filtre : des sites mesurés montrent la turbidité qui chute d'un à plus de deux ordres de grandeur et les coliformes de trois à quatre, la qualité de l'eau filtrée restant stable même quand la rivière devient boueuse en saison humide. Pour l'irrigation, cela résout trois problèmes à la fois, puisque vous obtenez une eau plus propre, un niveau d'eau beaucoup plus stable, et une position de pompe qui n'a jamais à bouger. Le coût est le colmatage : un colmatage physique est rapporté dans 40 à 50 pour cent des systèmes documentés, concentré dans les rivières tropicales riches en sédiments.
Comment empêcher le sable et le limon de détruire la pompe ?
Deux gestes. D'abord, sortez la prise du lit : à Obidos sur l'Amazone, le sédiment en suspension mesurait 300 à 340 mg/L près du lit contre 50 à 70 mg/L près de la surface, donc une prise à un mètre au-dessus du fond peut réduire votre charge d'abrasion plusieurs fois. Ensuite, décantez ce que vous ne pouvez pas éviter. Un bac de décantation fonctionne sur la surface, pas sur le volume : la surface requise égale le débit divisé par la vitesse de chute de la plus petite particule que vous voulez éliminer. Un grain de sable de 0,1 mm se dépose à environ 9 mm/s dans une eau calme, donc 20 m3/h ont besoin d'environ 0,6 m2 de surface en théorie, ou quelque chose comme 1,2 m2 avec un coefficient de sécurité. Le limon fin est une autre histoire : le même bac pour des particules de 0,02 mm doit être 25 fois plus grand, c'est pourquoi vous décantez le sable grossier et vous contrôlez le limon fin par la vitesse à la place.
Jusqu'où puis-je pomper l'eau d'une rivière vers mon champ ?
Plus loin que vous ne le pensez, mais seulement si le tuyau est assez gros. La hauteur de frottement est à peu près proportionnelle à la longueur divisée par le diamètre à la puissance 4,87, donc le diamètre vous rapporte bien plus que tout le reste. À 13,6 m3/h sur 300 m, une ligne PE de 63 mm coûte environ 12,8 m de hauteur tandis qu'une ligne de 90 mm coûte 2,3 m. Cet écart de 10,5 m est toute une classe de pompe : avec le petit tuyau, une pompe de surface de 1500 W qui plafonne à 17,5 m de hauteur ne délivre absolument rien, et vous devez passer à une machine de 3000 W. Avec le gros tuyau, la même pompe de 1500 W a plus du double du débit dont vous avez besoin. Achetez le tuyau en premier.

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