Pompe a eau directement actionnee par l’eolienne

Depuis quelques années, beaucoup de chercheurs sonnent l’alarme sur la dégradation de l’environnement à cause de la pollution et aussi de la diminution du pétrole qui est la source d’énergie la plus utilisée pendant le XXème siècle jusqu’aujourd’hui. Afin de remédier à ces fléaux, les dirigeants de tous les pays développés et en voies de développement font appel à l’utilisation de l’énergie nouvelle renouvelable. Réputée propre et non polluante, elle est de plus en plus répandue de nos jours, surtout pour les pays en voie de développement.

Dérivées des moulins à vent, les éoliennes mécaniques servent le plus souvent au pompage de l’eau. L’hélice entraîne un piston, qui remonte l’eau du sous-sol. Cette technique est bien adaptée pour satisfaire les besoins en eau (agriculture, alimentation, hygiène) de villages isolés, notamment dans les pays en voie de développement. La pompe à eau que nous proposons dans ce projet est un dispositif facile à manipuler, de moindre coût et n’exige pas trop d’effort physique pour puiser les nappes d’eaux souterraines et/ou la manutention des eaux fluviales.

HISTORIQUE

L’origine des pompes à eau se perd dans la nuit des temps. L’éolienne de pompage a été largement diffusée dans les pays industrialisés au XIXèm siècle. La mise en place de l’électrification rurale a entraîné le régression rapide de l’exploitation de l’éolienne de pompage et petit à petit leur abandon. L’enrichissement de l’énergie motrice au cours de ces dernières années a provoqué un regain d’intérêt pour ces machines. Leur utilisation dans les pays en voie de développement a été réétudiée et largement expérimentée. Les nouvelles idées surgissaient dans les champs ou dans les ateliers, non seulement sur les planches à dessin. Les réalisations dans les domaines favorables ont survécu si des milliers de tant d’autre ont péri. Les documents techniques que l’on possède actuellement ont évolué au rythme des générations et subissaient des améliorations apportées par les utilisateurs ou les petits entrepreneurs même s’ils sont rarement mentionnés dans la littérature spécialisée.

Vers la fin du XIXèm siècle, les grandes plaines d’Amérique du nord connurent un grand essor agricole. C’est à partir de ce moment que le développement simultané des centres d’enseignement et des stations de recherche conduisit aux premiers essais et résultats scientifiques de qualité en matière de pompes à main. Le développement de la mécanisation et de l’électrification vint affaiblir, voir même paralyser pendant plus de 50 années le marché des pompes à main dans les pays industrialisés. Ce sont plutôt les programmes d’approvisionnement en eau en milieu rural qui donnèrent un nouvel essor à cette branche. Toutefois, les fonds consacrés à la recherche et au développement des pompes à eau se sont révélés encore très faible par rapport aux investissements globaux réalisés et requis dans la cadre du développement de l’approvisionnent en eau en milieu rural.

ETUDE ET CONCEPTION

Principe de base 

L’éolienne est une machine à pales tournant qui utilise la force de vent pour produire de l’énergie. Autrement, on transforme l’énergie cinétique du vent en énergie électrique ou en énergie mécanique pour le pompage.

Condition de réalisation
Le pompage par l’énergie éolienne est réalisable si :
➤ La vitesse du vent ne descend pas au dessous de 8 Km/h au cours du temps
➤ L’eau de puits peut être pompé continuellement
➤ Un stockage qui permet d’assurer les besoins pendant trois jours ou plus, ceci pour parer aux périodes où la vitesse du vent est faible et n’arrive pas à faire tourner l’hélice.
➤ L’équipement relatif à l’éolienne peut fonctionner pendant une longue période, il est plus pratique de couvrir si possible le mécanisme de transmission et de l’équiper d’un système de lubrification automatique. Les ailettes et les manches devraient être galvanisés ou protégés par une peinture époxy.

Principe de fonctionnement de l’ensemble

L’ensemble est composé de trois parties qui sont : l’hélice, la pompe et le pylône qui est muni d’un pivot. L’hélice tourne en rotation par la force du vent et en même temps, elle transmet ce mouvement à un axe équipé d’une excentrique à son extrémité. L’ensemble axe et hélice est libre en rotation autour du pylône par l’intermédiaire du pivot Le mouvement de rotation de l’excentrique est transformé en mouvement rectiligne va-etvient à travers une bielle vers le piston, proprement dit vers la pompe. La valeur de l’excentricité définit la course, donc le débit, et détermine la valeur du couple à vaincre par la roue pour assurer le mouvement du piston. Son seul inconvénient, mais sans influence majeure, est de présenter une certaine irrégularité de couple entre les deux courses. La pompe entraînée par la bielle, ne fait qu’aspirer et refouler l’eau. Pour les pompages de grandes profondeurs, il faut considérer l’effort d’inertie et éviter les phénomènes de résonances dans la tige de commande qui, par suite de sa grande longueur, se comporte comme l’état d’un ressort. On est alors souvent conduit à réduire la vitesse par l’utilisation d’un réducteur ou à renforcer avec une glissière au milieu de la tige pour éviter d’éventuelle flexion. La pompe est simple et permet une hauteur de refoulement suffisamment importante. Par contre, elle demande un couple assez élevé et surtout constant si sa vitesse est relativement faible. Le pivot est conçu non seulement pour assurer le guidage en rotation de l’ensemble pale et pompe mais aussi pour le guidage en translation du piston. Le pylône est fondé solidement à un endroit favorable pour supporter tous les dispositifs (pâles et pompe) et assurer la stabilité de l’ensemble.

Sites d’implantation des éoliennes de pompage
En général, les éoliennes de pompage devraient être installées directement en tête de puits ou de forage. Si on fait le pompage à partir d’un point d’eau, rivière, on peut s’éloigner sans franchir la dénivellation maximum de 7 m. Donc, c’est le lieu de puisard qui détermine l’endroit pour l’implantation de l’éolienne de pompage. On peut tout de même choisir l’emplacement de façon à satisfaire au mieux les impératifs d’un pompage éolienne dans le cas où le forage n’existe pas encore.

ETUDE THEORIQUE

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA POMPE

But 
Appareils destinés pour passer un liquide d’un niveau à un autre plus élevé : le liquide est aspiré, puis refoulé. La hauteur d’aspiration est limitée en principe à 10,33 m par la pression atmosphérique et ne dépasse pas les 8 m en pratique. La hauteur de refoulement n’est limitée que par la puissance du moteur qui commande la pompe, et par la résistance mécanique de cette dernière.

Differents types d’installation de pompage
➤ Pompage au niveau du sol :
Si la pompe est aspirante, elle peut être placée en surface mais la hauteur d’aspiration est limitée à 10,33 m pour réduire les pertes, et cette dernière diminue au fur et à mesure que la profondeur du puits est profond, la hauteur de refoulement ne doit pas excéder la hauteur du pylône moins un mètre.
➤ Pompe immergée dans l’eau :
Si la pompe est immergée directement dans l’eau, on dit qu’elle est refoulante. Comme la pompe aspirante, la hauteur de refoulement ne doit pas excéder la hauteur du pylône moins un mètre.
➤ Pompage de déporté
Si la pompe se trouve au même niveau que le sol mais déportée du puits ou du point d’eau, la dénivellation entre la pompe et la nappe ne doit pas dépasser de 7 m et la hauteur de refoulement est la même que pour les autres types d’installation.

Remarque :
Il est dangereux pour les pompes de dépasser une certaine hauteur manométrique d’aspiration (7m) à cause des différentes pertes car le piston se sépare de l’eau, ce qui n’est pas souhaitable dans un fonctionnement continu. La hauteur manométrique totale ne doit dépasse la valeur de 50m pour les hélices de 2,5m de diamètre .

Table des matières

Introduction
1 – INTRODUCTION ET MOTIVATION
HISTORIQUE
Chapitre I: ETUDE ET CONCEPTION
I.1- Principe de base
I.2- Condition de réalisation
I.3- Schéma global
I.4- Chaîne cinématique
I.5- Schéma de l’ensemble
I.6- Principe de fonctionnement de l’ensemble
I.7- Détermination de l’éolienne la mieux adaptée
I.8- Sites d’implantation des éoliennes de pompage
Chapitre II- Etude théorique
II.1- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA POMPE
II.1.1- But
II.1.2- Différents types d’installation de pompage
Pompage au niveau du sol
Pompe immergée dans l’eau
Pompage déporté
II.1.3- Principe
II.2- DIFFERENTS TYPES DE POMPES
II.2.1- Pompe à piston
II.2.2- Pompe rotative
II.2.3- Pompe centrifuge
II.3- POMPE À PISTON
III.3.1- caractéristique
II.3.2- Calcul des pressions
II.3.3- Hauteur de charge statique
II.3.4- Rabattement
II.3.5-Hauteur d’aspiration
II.3.6- Perte de charge due au frottement
Chapitre III: REALISATION DE L’APPAREIL
III.1- Calcul et dimensionnement des boulons
III.1.1- Assemblage
III.1.2- Calcul de boulonnerie
III.1.3- calcul du diamètre nominal
III.1.4- Facteur de sécurité
III.1.5- calcul et vérification des boulons d’assemblage
III .1.6-Application
III.1.7- Résistance de la vis
III.1.8- Effort de serrage
III.1.9-rôle de chaque élément essentiel
III.2-Système bielle excentrique
III.2.1- But
III.2.2- Fonctionnement
III.3-Force hydraulique
III.4-Calcul de débit
III.5-Détermination de la force de piston
III.5.1-Détermination de la pression exercée par la pompe sur le piston
III.5.2-Calcul du diamètre d’aspiration
III.5.3-Détermination de la diamètre de conduite
III.6-Condition de résistance
III.6.1 – La chape de piston
III.6.2 -La bielle
III.6.3 -Calcul du maneton de la manivelle
III.6.4 -Détermination de la chape de la tige à piston
III.7-Maintenance
III.8-Avantages et inconvénients de la pompe
III.8.1- Avantages
III.8.2-Inconvénients
Chapitre IV : CALCUL ECONOMIQUE ET IMPACT ENVIRONNEMENTAUX
IV.1-ETUDE ECONOMIQUE
IV.1.1- Postes de travail
IV.11- Pièces
IV.2- Environnement
IV.2.1-Généralité
IV.2.2- Avantage du dispositif étudié
IV.2.3- Impacts négatifs et mesures d’atténuation
Conclusion

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