Comment fabriquer une pompe bélier?

Grâce à une retenue d’eau ou une cuve tampon placée au-dessus de la pompe, on achemine l’eau dans le corps de pompe via un tuyau de batterie, l’eau sort abondamment par le clapet de choc jusqu’à ce que la pression entraîne le fameux coup de bélier.

Le coup de bélier a pour efet de fermer le clapet de choc et de comprimer l’eau à l’intérieur du corps de pompe. Sous l’efet de la pression, le clapet anti-retour laisse passer une petite quantité d’eau dans la cloche à air et le clapet de choc s’ouvre de nouveau.

L’eau dans la cloche à air est mise sous pression et ne peut s’échapper que par la conduite de refoulement.

Le positionnement de la pompe bélier est primordial, la hauteur de relevage étant conditionnée par la hauteur de chute. Pour débuter il faut construire ou aménager une chute d’eau, puis choisir un site parfaitement plan où position ner la pompe bélier. L’utilisation d’une pompe bélier laisse échapper une grande quantité d’eau, il est donc intéressant de positionner le bélier directement dans un cours d’eau ou dans un endroit permettant de récupérer l’eau qui s’écoule.

1. Créer une retenue d’eau / défnir la zone de captage: Pour mettre en place un bélier hydraulique, il faut pouvoir faire chuter de l’eau dans le corps de pompe. Plus la hauteur de chute sera grande, plus la hauteur d’eau relevée par la pompe sera importante.

• Pour positionner la pompe dans un cours d’eau il faudra réaliser une retenue et établir un point de captage.
• Pour éviter de réaliser un barrage, il est possible de dériver l’eau d’un cours d’eau vers unréservoir annexe alimenté en continu, positionné plus haut que le corps de pompe.

2. Mesurer la hauteur de chute: Quand le point de captage haut est établi, il faut mesurer la hauteur potentielle de la chute d’eau, cela permettra de  dimensionner l’ensemble du circuit d’eau.

3. Déterminer la longueur du tuyau de batterie: En fonction de la hauteur de chute, on peut définir la longueur totale du tuyau de batterie. Un tuyau bien dimensionné permet de créer sufisamment de pression ou contre pression pour activer le mécanisme de la pompe. Un tableau de valeurs a été ajouté à la fin de cette notice dans la section documents annexes, s’y référer pour déterminer la longueur du tuyau de batterie.

4. Choisir l’emplacement de la pompe: Une fois la hauteur de chute et la longueur du tuyau de batterie déterminés, vous pouvez choisir l’emplacement de la pompe. La pompe doit être installée dans un endroit parfaitement plan. Comme notifié dans l’introduction, le fonctionnement d’un bélier hydraulique refoule beaucoup d’eau, il est donc recommandé d’installer la pompe dans un cours d’eau ou dans un endroit où l’eau va facilement s’écouler et se récupérer.
 

5. Évaluer la hauteur de relevage et positionner le réservoir: En fonction de la hauteur de chute, vous connaîtrez la hauteur théorique maximale de relevage. En théorie, la pompe peut relever 10 fois la hauteur de chute. Grâce à une carte avec courbes de niveaux, déterminer l’emplacement du réservoir. Positionner une cuve et un tuyau de refoulement.

Pour fabriquer la pompe bélier, nous allons utiliser des éléments standard de plomberie, l’ensemble devra être jointé et solidaire. Pour bien comprendre la suite des opérations, il faut commencer par assembler les diférents éléments constituant la pompe sans les jointer pour vérifer la compatibilité et l’encombrement du système.

PIÈCES À SE PROCURER ET À PRÉPARER : Rassembler l’ensemble des pièces de plomberie composant la pompe.

REMARQUE : Les dimensions sont données pour un montage avec un tuyau de batterie de 32mm. Dimensionner l’installation en fonction des informations données à l'étape précédente.

Le clapet de choc est la clé du bélier hydraulique, c’est au moment de la fermeture brutale du clapet (coup de bélier) que l’eau va pouvoir remonter dans la pompe. Pour réaliser le clapet de choc, nous allons transformer une crépine en laiton 26/34.

C’est une pièce mécanique qui sera en mouvement : les usinages doivent être parfaitement alignés. Pour démonter une crépine, il faut utiliser un étau et une clé grife.

Voir la vidéo explicative.

Les perçages et taraudages doivent être réalisés parfaitement alignés, ne pas hésiter à faire appel à un tourneur professionnel.

1. Usiner la partie haute: Dévisser la partie haute de la crépine, percer au centre un trou de 6mm. Evider la grille avec une meuleuse sur deux faces opposées.

2. Usiner le clapet: Percer et tarauder le clapet en son centre pour visser une tige filetée diamètre 5mm.

3. Usiner la tige:  Couper une section de 15cm et réaliser deux plats sur la partie haute de la tige avec une meuleuse.

4. Mettre en place la tige:  Passer la tige dans la partie haute de la crépine et positionner un écrou nylstop en partie basse (1). Remonter la crépine et visser la tige dans le clapet, serrer l’écrou contre le clapet pour solidariser l’ensemble. Positionner un écrou nylstop au-dessus de la partie haute (2). En serrant l’écrou du haut on pourra faire remonter le clapet et régler ainsi sa longueur de course. Pour serrer les écrous, utiliser une clé adaptée et maintenir la tige avec une pince sur la partie haute pour ne pas abîmer le fletage.

5. Positionner le contrepoids:  Au moment de la mise en route de la pompe, positionner des rondelles pour réaliser le contrepoids, le nombre de rondelles sera à ajuster.

C’est grâce à la compression de l’air dans la cloche que l’eau va être expulsée vers la conduite de refoulement et acheminée jusqu’à une cuve en hauteur. Il existe plusieurs façons de construire une cloche à air, ici nous avons récupéré la cuve d’un extincteur C02 de 7L, il est également possible d’en fabriquer une avec des tubes de PVC pression en suivant ce tutoriel.

PIÈCES À SE PROCURER ET À PRÉPARER : Attention ! Les fletages intérieurs des cuves d’extincteurs ne sont pas standard.

Bien vider les extincteurs avant de les ouvrir, les extincteurs doivent être vidés dans un contenant pour éviter la dispersion de la poudre dans l’air. Porter un masque et des gants pendant la manipulation.

1. Démonter l’extincteur: Après avoir vidé l’extincteur, il faut le démonter pour ne garder que la cuve. La cuve est pourvue d’un fletage femelle non standard. Dans certains extincteurs CO2 7kg et 9kg, le fletage est en 20/27.

2. Positionner le raccord: Pour positionner la cloche à air sur la pompe, il faut une prise mâle fletée en 20/27. Si le filetage intérieur correspond, visser et jointer un morceau de tube laiton fleté 20/27. Si le filetage est légèrement diférent, il est possible de récupérer la partie fletée présente sur la tête de l’extincteur pour l’utiliser comme élément de connexion.

C’est le moment de monter la pompe. Tous les éléments doivent être assemblés de manière totalement étanche. Le mieux est d’utiliser de la pâte à joint et de la filasse, cependant si vous comptez démonter la pompe régulièrement l’utilisation de téfon est une bonne solution. Avant de positionner le téflon, passer une lime métal sur les fletages mâles des éléments en laiton pour assurer que le téflon accroche correctement.  Voir la vidéo explicative.

1. Monter la pompe:  Comme sur le schéma ci-contre, assembler de manière étanche l’ensemble des éléments de plomberie. En positionnant le clapet anti-retour, veiller à ce que la flèche pointe en direction de la cloche à air. Le montage présenté ici est un montage en répartition où le clapet de choc se trouve avant la cloche à air, nous avons également testé un montage en butée avec le clapet de choc positionné après la cloche à air mais ce montage était moins efficace.

2. Vanne de vidange:  Sur le montage proposé, il y a une vanne de vidange : petit à petit, l’eau va chasser l’air de la cloche à air et elle ne jouera plus son rôle de contre pression. Pour éviter cela, il faut fermer de temps en temps la vanne d’entrée et stopper la pompe, vider l’eau de la cloche à air via la vanne de vidange puis relancer la pompe. Il est possible de positionner un élément que l’on appelle un renifard, après le clapet de choc, qui permet de faire entrer une bulle d’air dans la cloche à chaque coup de bélier, assurant ainsi un volume d’air constant dans la cloche. Il est également possible de percer un trou (de 0.25 mm) au centre du clapet antiretour pour jouer le rôle de reniflard mais nous n’avons pas testé cette solution.

Pour fonctionner correctement, il est impératif que le bélier hydraulique soit positionné parfaitement droit. Il faut fabriquer un socle lourd permettant de fixer le corps de pompe. Le fonctionnement du bélier hydraulique provoque des secousses, il est important qu’il soit maintenu fortement perpendiculaire au socle.

PIÈCES À SE PROCURER ET À PRÉPARER : Profilés acier (épaisseur 2mm ou plus) à souder.

Lors des découpes et soudures, porter des protections adaptées.

1. Fabriquer le socle: Découper les profilés acier pour assembler le socle, la pompe sera positionnée au centre du socle. Fa briquer un socle assez large pour assurer la stabilité de l’ensemble. Pour créer des accroches, percer les profilés pour positionner des tiges filetées ou des boulons et les souder par le dessous comme sur le schéma ci-joint (1).

2.  Fixer le corps de pompe: vous pouvez fabriquer des colliers de fixation avec des sections de tube aplanis ou des plats d’acier (il existe ce type de pièce dans le commerce également). Positionner le corps de pompe au centre, parfaitement perpendiculaire au socle comme sur le schéma ci-dessus, installer les colliers et les serrer avec des écrous. Une fois serré, l’ensemble doit former un bloc solidaire.

La pompe est maintenant prête à être installée. Au départ, le site a été choisi, la hauteur de chute calculée, le tuyau de batterie dimensionné et la conduite de refoulement jusqu’au point haut de stockage installés. La pompe doit être positionnée parfaitement droite : utiliser un niveau à bulle pour l’installer. Les tuyaux de batterie et de refoulement peuvent ensuite être raccordés et le réglage du bélier hydraulique va pouvoir commencer.

1. Raccorder la conduite de refoulement: Avant de commencer les réglages du contrepoids, raccorder la conduite de refoulement. La conduite de refoulement n’est pas nécessairement rigide, nous avons utilisé un tuyau d’arrosage standard. L’ensemble doit être complètement hermétique, la moindre fuite impacte beaucoup sur le débit de la pompe.

2. Raccorder le tuyau de batterie: Positionner le tuyau de batterie dans le raccord en PVC, le tuyau de batterie doit être le plus droit possible pour que l’eau ne soit pas freinée en arrivant dans le corps de pompe.

1. Réglage du contrepoids: Sans aucun poids sur la tige, le clapet restera en position haute et l’eau ne s’écoulera pas. Lors du réglage, positionner deux écrous en partie basse avant de positionner les rondelles, un des deux écrous servira à solidariser l’ensemble à la fin du réglage mais il est important de prendre en compte son poids.

2. Déterminer le bon poids: Ajouter petit à petit des rondelles pour trouver le point d’équilibre qui permettra au mécanisme de se mettre en marche. Le poids dépend de la hauteur de chute et du débit de l’eau, il ne peut pas être préétabli. Le contrepoids permet de maintenir le clapet en position basse, l’eau jaillit du clapet de choc, en prenant de la vitesse elle ferme brutalement le clapet : c’est le coup de bélier. Le poids fait ensuite redescendre le clapet, l’eau jaillit de nouveau, prend de la vitesse, le clapet se ferme et ainsi de suite.

3. Réglage de la course du clapet: Si le contrepoids devient trop lourd en ajoutant une rondelle (il ne remonte plus) mais qu’en enlevant cette rondelle il devient trop léger et reste en position haute : il faut alors jouer très légèrement sur la hauteur de course du clapet. En vissant l’écrou en rouge sur le schéma, le clapet va remonter, sa course sera moins longue et il remontera plus facilement.

4. Lancement du mécanisme et mise sous pression: Il peut être nécessaire d’aider le mécanisme au lancement, pour cela : il faut baisser manuellement le poids à chaque fois que le clapet revient en position haute jusqu’à ce qu’il y ait sufsamment de pression pour que le mécanisme fonctionne seul. Une fois le bon poids déterminé, solidariser l’ensemble avec un écrou. La cadence d’un bélier hydraulique est un peu plus rapide qu’un coup par seconde.

Ici sont fournis des tableaux de mesures et des documents permettant de bien dimensionner l’installation.

Les mesures de débit ci-dessous ont été réalisées pour une installation avec un bélier hydraulique tel que décrit dans cette notice. Pour une hauteur de chute de 1m10, nous avons positionné un tuyau de batterie de 5m de long x 32mm de diamètre et un tuyau de refoulement de diamètre 15mm. Le débit du cours d’eau n’est pas connu.

1. Hauteur du réservoir par rapport à la pompe : 5m50
Volume du réservoir : 5L
Temps de remplissage du réservoir : 8min 23sec
Débit par heure : 35,25L/h
Volume potentiel relevé par jour : 846L/jour

2. Hauteur du réservoir par rapport à la pompe : 10m
Volume du réservoir : 5L
Temps de remplissage du réservoir : 16min 49sec
Débit par heure : 17,95L/h
Volume potentiel relevé par jour : 430,8L/jour

3. Hauteur du réservoir par rapport à la pompe : 15m
Volume du réservoir : 5L
Temps de remplissage du réservoir : 26min 33sec
Débit par heure : 11,5L/h
Volume potentiel relevé par jour : 276L/jour