Cet article est le premier d’une série pour comprendre comment bien définir le circuit hydraulique d’une piscine et la puissance de la pompe en fonction des caractéristiques de chaque bassin. Vitesse, débit, pression, pertes de charges, hauteur d’eau, diamètre et longueur des canalisations, puissance de la pompe… L’occasion de refaire un point sur des notions essentielles.
Vitesse, débit et pression sont des grandeurs physiques qui ne sont pas toujours faciles à appréhender intuitivement mais qui sont essentiels à intégrer pour bien dimensionner le réseau hydraulique d’une piscine en fonction des besoins et, surtout, parce qu’une fois installé… il est difficile de le modifier.
Décryptage.
Le débit
Le débit est la quantité ou volume d’eau qui va circuler dans l’installation dans un temps donné. Il se mesure en mètres cubes par heure (m³/h). Exemple : Dans un robinet, le débit indique combien d’eau s’écoule en une minute. Si on ouvre le robinet à fond, le débit sera plus élevé que s’il est à peine ouvert.
Le débit doit être maximum et constant pour débarrasser l’eau de ses impuretés lors du passage dans le filtre. Pour conserver ce débit, il faut :
- réduire les pertes de charges liées à l’installation : longueur des canalisations, coudes, vannes, équipements raccordés (filtre, régulateur, pompe à chaleur, etc.)
- bien dimensionner les tuyaux en entrée et en sortie pour maitriser la vitesse de circulation, le débit étant le produit de la vitesse par la section du tuyau (débit = section x vitesse). Exemple : si l’eau doit passer d’1 tuyau à 3 tuyaux via un collecteur, le débit théorique sera divisé par 3 (soit 5 m3/h en sortie de collecteur pour 15 m3/h en entrée).
Un débit qui baisse au bout de quelques semaines de fonctionnement indique un encrassement du média filtrant et une augmentation de la pression dans le filtre.
La pression
La pression est la force exercée par l’eau sur les canalisations. Elle dépend directement des pertes de charges (plus il y a de perte de charge, plus il y aura de pression). Elle est généralement mesurée en pascals (Pa) ou en bars.
Dans une piscine, elle se mesure en hauteur de colonne d’eau (10 mètres d’eau = 1 bar = 0,1 MPa) et peut s’estimer en fonction de la position du local technique (enterré ou au niveau du sol) et de sa distance au bassin. Cette information est nécessaire pour choisir sa pompe en fonction de sa courbe débit / pression pour être au plus proche du débit nominal calculé lors de la conception du bassin.
Estimations de hauteurs de colonne d’eau :
- 6 m : local technique proche et enterré, sans contrainte liée à la hauteur.
- 8 m : local technique proche et au-dessus du sol.
- 10 m : local technique déporté à 10 mètres.
- Au-delà, nécessité de calculer la hauteur d’eau.
Attention aux habitudes : aujourd’hui, avec des rendements de pompe de plus en plus élevés, les CV hydrauliques et la puissance électrique absorbée ne sont plus corrélés.
La vitesse
La vitesse est la distance que parcourt l’eau en un temps donné. Elle se mesure généralement en mètres par seconde (m/s). Cette vitesse de circulation est fonction des caractéristiques de l’installation, notamment du diamètre des canalisations. Pour une piscine, la vitesse doit être de 2 à 3 m/s maximum dans les canalisations. Il faut également veiller à ce que la vitesse de l’eau soit plus faible en amont de la pompe (entre 1.5 et 2 m/s) pour éviter la cavitation. Pour réduire la vitesse, il suffit alors d’augmenter la taille du tuyau.
La perte de charge
La perte de charge est une perte d’énergie dans le circuit hydraulique. Comme, en piscine, l’important est la conservation du débit, le réseau hydraulique doit être correctement dimensionné pour éviter des pertes de charges et une pression excessive dans le réseau hydraulique.
Relations entre débit, vitesse et pression
Ces trois notions sont interconnectées.
La relation débit / vitesse
Le débit est le produit de la vitesse par la section du tuyau. Autant le débit se conserve, autant la vitesse varie. Cela signifie que si le diamètre d’une canalisation diminue, la vitesse de l’eau doit augmenter pour que le débit reste constant (principe de continuité).
Un exemple, en sortie de buse de refoulement, la vitesse de passage de l’eau est accélérée, le diamètre de sortie de la buse étant inférieur à celui de la canalisation. À noter d’ailleurs que lorsque l’on passe la main devant le refoulement, c’est la vitesse que l’on sent et non la pression.
La relation vitesse / pression
Vitesse et pression sont inversement proportionnelles. Cela signifie que quand la vitesse augmente, la pression diminue. Moins il y aura de freins dans le circuit, et plus la vitesse et la pression seront constantes.
La relation débit / pression
C’est la pompe qui détermine la relation entre le débit et la pression (voir courbe de pompe), à charge constante, en transformant l’énergie électrique en énergie hydraulique pour donner du mouvement à l’eau.
Les courbes de pompe
Sur ce schéma de fonctionnement d’une pompe à vitesse variable, avec une hauteur d’eau de 8 mètres, la pompe sera capable de déplacer jusqu’à 18 m3/h à une vitesse de 2 900 tours/minute (RPM), de 6,5 m3/h à une vitesse de 2 000 t/m.
L’étude de cette courbe est essentielle pour sélectionner le modèle de pompe le mieux dimensionné pour couvrir l’ensemble des besoins de la piscine.
Remerciements à Yves-Marie Lelay (Pentair) et Jérémie Perchoc (Espa)