Station de pompage (HU)

Traduction anglaise : Pumping station, Sewage pump

Dernière mise à jour : 30/11/2022

En assainissement, désigne un ouvrage installé sur un réseau lorsque les écoulements ne peuvent pas être assurés par l'action de la gravité.

Éléments constitutifs

Une station de pompage regroupe une réserve à surface libre, la bâche, qui sert de stockage amortisseur entre le débit arrivant à la station et celui que peuvent prendre en charge les pompes, une ou plusieurs pompes ainsi que les équipements nécessaires à leur fonctionnement, qu'ils soient mécaniques, hydrauliques ou électriques. La station de pompage comprend également le génie civil nécessaire pour implanter et protéger le matériel, avec, souvent, un système de dégrillage, la bâche de pompage, des vannes d'isolement et souvent un déversoir d’orage de sécurité. Dans les systèmes d'assainissement, on trouve des stations de pompage à l'entrée des stations d'épuration ou pour la reprise des boues, en protection contre les refoulements, les crues ou les marées, etc. L'eau pompée peut être relevée vers un réseau gravitaire (station de relèvement) ou vers un réseau sous pression (station de refoulement).

Figure 1 : Schéma de principe d'une station de pompage.

Différents types de pompes utilisables

Les technologies disponibles sont nombreuses : pompes à vide, pompes centrifuges, vis d'Archimède, etc. et le choix dépend des objectifs et de la nature des effluents.

Les pompes utilisées pour un transfert quantitatif d’effluents (eaux brutes, eaux potables, eaux usées, eaux épurées, eaux pluviales, etc.) sont généralement des pompes centrifuges (l’eau admise par le centre de la roue et expulsée à sa périphérie vers la volute de la pompe y suit un écoulement radial) dont l’axe qui entraîne la roue peut être horizontal ou vertical (soit à ligne d’arbre, soit submersible). Elles peuvent être installées en cale sèche, qu’il s’agisse de pompes à axe horizontal ou de pompes à axe vertical à ligne d’arbre, ou, avec des pompes submersibles, immergées dans une bâche (le moteur et la roue sont enfermés dans un même corps de pompe). Les pompes submersibles sont de plus en plus souvent installées en cale sèche, notamment pour le refoulement de forts débits (figures 2, 3, 4 et 5).

Figure 2 : Pompes à axe horizontal (reprise sur réseau d’eau potable) ; crédit photo Patrick Savary.

Figure 3 : Pompes immergées dont une démontée pour maintenance (reprise réseau unitaire) ; crédit photo Patrick Savary.

Figure 4 : Pompe immergée monocanal installée sur un refoulement d'eaux usées, démontée suite à une panne provoquée par la présence de filasse (voir figure 5) ; crédit photo Patrick Savary.

Figure 5 : Filasse responsable de la panne ; crédit photo Patrick Savary.

Critères de choix

Dans les contextes caractérisés par de très grands débits et de faibles hauteurs géométriques, les pompes à hélices, dans lesquelles la trajectoire de l’eau est parallèle à l’axe de la pompe, offrent de nombreux avantages (génie civil réduit). Les pompes à conception intermédiaire entre pompes à écoulement radial et pompes à écoulement axial sont dénommées pompes à écoulement mixte.

A noter que pour les contextes caractérisés par une très forte charge (ou HMT) à fournir, une pompe dite multicellulaire peut associer plusieurs roues dans son habitacle (par exemple, dans le cas de pompes installées sur des forages profonds).

La roue (ou turbine) de la pompe est à adapter à l’effluent à pomper. Elle se compose d’une ou plusieurs aubes qui peuvent être pourvues de flasques (disques latéraux) de chacun de leurs deux côtés (roue fermée monocanal ou multicanaux) ou seulement du côté opposé à l’aspiration (roue semi-ouverte comme les roues vortex). Il existe aussi des roues dites ouvertes constituées d’aubes hélicoïdales, sans flasques latéraux, tournant dans la volute.

Le rendement des roues monocanal et multicanaux est généralement supérieur à celui des pompes à roue ouverte.

La présence ou pas de sables, matières en suspension, particules grossières, matières fibreuses ou déchets de tailles diverses conduit à choisir un type de roue. Les roues multicanaux peuvent être retenues pour les effluents qui ne sont pas susceptibles de contenir des objets de forte granulométrie ou des déchets de grande taille : eaux brutes, usées ou pluviales prétraité(e)s, eaux traitées, boues activées. Les roues monocanal sont mieux adaptées à la présence de solides de grosse taille. Les roues vortex sont particulièrement indiquées pour les effluents chargés et pouvant contenir des fibres longues : effluents d’assainissement bruts et les boues digérées.

Des prétraitements (dégrillage, piégeage des graviers, voire dessablage) sont parfois indispensables, notamment pour des prises d'eau en rivières ou en bassins. Un dégrillage, au moins grossier, demeure malgré les technologies maintenant disponibles pour le pompage des eaux usées (roues sécatrices, dilacératrices, autonettoyantes, etc.), recommandé, au moins sur les stations de fort débit.

Les vis d'Archimède sont particulièrement indiquées pour le relevage de débits forts à très élevés sur de faibles hauteurs géométriques (5 à 6 mètres) concernant des effluents qui peuvent être très chargés en macro-déchets.

Fonctionnement des stations de pompage

Sauf exception, une station de pompage comporte au moins deux pompes pouvant fonctionner alternativement ou ensemble, ce qui présente deux avantages :

• offrir une sécurité contre les pannes ;
• donner une capacité de pompage plus importante en cas de besoin, ce qui permet de limiter le volume des bâches dans des zones où même le sous-sol est très encombré ou convoité.

Le système de commande automatique, généralement préconisé, est plus ou moins perfectionné (armoire câblée, automate programmable ou équipement informatique plus complexe), selon l'importance de la station, le rôle qui lui est assigné et la présence ou non de personnel ; il doit pouvoir être basculé en commande manuelle. Ce système détecte toutes les anomalies de fonctionnement, et transmet des alarmes, éventuellement, vers un poste surveillance, d'où l'on peut (ou non) assurer une télémaintenance ou une télécommande.

Le déclenchement des pompes est assuré par un capteur de niveau haut de l'eau en entrée de station, capteur mécanique (flotteur à contact) ou autre (sonde à ultra-sons, sonde piézo-électrique, etc.) (voir figure 1).

Souvent, plusieurs seuils sont définis de manière à échelonner les mises en route des pompes (en "cascade"). De même, la détection de différents seuils bas déclenche l'arrêt progressif des pompes. Le battement doit être suffisamment ample pour éviter des successions de démarrages et d'arrêts trop fréquents des pompes, nuisibles à tous les équipements. Il doit donc y avoir une parfaite cohérence entre les gammes de débits à relever, les variations du niveau d'entrée, et les caractéristiques des pompes. Souvent, la construction d'une bâche de pompage s'avère nécessaire, et on a tout intérêt à la dimensionner largement (bâche tampon), et parfois à l'équiper de déflecteurs devant les pompes.

Selon l'énergie choisie ou disponible, l'entraînement des pompes est assuré par des moteurs électriques ou thermiques. La station est conçue avec tous les dispositifs de protection contre les incidents possibles, tels que défaut de capteur, échauffement des moteurs, désamorçage des pompes, pannes d'alimentation, coups de bélier, cavitation, rupture de conduite, etc.

Principes de conception des stations de pompage

La conception d'une station de pompage nécessite de disposer des éléments suivants :

• nature de l'effluent à relever ;
• débit moyen (immédiat et futur si une évolution rapide est prévisible) ;
• débit de pointe (idem) ;
• présence ou non d'agents corrosifs, pH, température ;
• type d'utilisation de la station (continue, intermittente, soutenue, etc.) ;
• plan des conduites d'amenée et de rejet, avec indication des cotes et des capacités de stockage internes, et repérages des apports ou dessertes situés à proximité ;
• hauteur géométrique de relèvement ou refoulement : voir Caractéristiques (courbes) ; l’éventualité d’un marnage significatif des effluents dans la bâche d’aspiration est un élément important à considérer ;
• hauteur manométrique totale, entre les niveaux piézométriques prévisibles (tenir compte des mises en charge possibles dans le milieu récepteur, et des vitesses dans l'ouvrage de prise) ;
• dans le cas d'un refoulement : longueur et diamètre de la conduite de refoulement ;
• disponibilités foncières, et moyens de maintenance.

A partir de ces données, plusieurs hypothèses de conception doivent être testées selon divers scénarios de fonctionnement, jusqu'au choix technico-économique qui semble le meilleur, en particulier dans le domaine des consommations d'énergie et de la sécurité (y compris sécurité de l’approvisionnement énergétique : nécessité de groupes électrogènes à examiner). On prendra soin de placer les installations techniques au-dessus des niveaux qui pourraient être inondés, suite à une panne, ou encore suite à un orage, à une crue, à une marée exceptionnelle.

Réception, fonctionnement, maintenance

La station doit être étudiée en prévision de la maintenance et du renouvellement des équipements, notamment des pompes, dont l'efficacité et la fiabilité diminuent avec le temps d'usage. L'accès pour l'entretien devra être facilité : relevage sur un rail des pompes immergées, palans. Des dispositions doivent également être prises contre les risques de formation et de dégagement d'hydrogène sulfuré. Le cahier des charges imposera une réception détaillée avant mise en eau et des tests de réception après mise en eau. Un soin particulier sera apporté à la conformité des installations électriques. Les documents suivants seront remis à l'exploitant :

• descriptifs techniques ;
• nomenclature des équipements ;
• jeu de plan de recollement ;
• notes techniques des constructeurs pour tous les équipements ;
• plans électriques en schémas développés ;
• rapport de conformité du CONSUEL.

Voir aussi : Caractéristique (courbe) (HU)

Bibliographie :

• Lencastre, A. (1982) : Manuel d'hydraulique générale ; Eyrolles ; 1982.
• DEA (1990) : Cahier des charges pour les postes de pompage d'eaux usées et pluviales de petite taille ; Conseil Général de Seine Saint Denis ; Direction de l'Eau et de l'Assainissement.

Pour en savoir plus :

• Bauer, T. : Conception des stations de pompage en assainissement ; guide technique ; TSM N°3 ; p. 37-55; disponible sur www.astee-tsm.fr