Les directives actuelles de conception des systèmes d'irrigation permettent d'améliorer à la fois l'efficacité de l'eau et l'efficacité énergétique des systèmes de pompage, contribuant ainsi de manière significative aux objectifs de la taxonomie de l'UE. La taxonomie de l'UE intègre la durabilité dans les activités économiques et soutient ceux qui réalisent des progrès substantiels vers les critères de durabilité.
Le pompage durable est classé comme un « feu vert » dans une taxonomie élargie, ce qui signifie qu'il contribue de manière substantielle à au moins un des six objectifs sans nuire aux autres. Il soutient directement
- l'atténuation du changement climatique
- l'utilisation durable de l'eau
- La préservation des ressources en eau - aide indirecte
- Qu'est-ce que le pompage durable ?
Le pompage durable est mesuré par l'énergie spécifique, définie comme l'énergie utilisée par une pompe pour déplacer un volume spécifique de fluide.
Équation :
kWh/Mégalitre = 2,73 x TDH (mètres) / (rendement de la pompe × rendement du moteur × rendement de l'entraînement)
Chaque élément contribue à un pompage durable, examinons donc l'importance de chacun d'entre eux :
Hauteur dynamique totale (TDH)
La hauteur dynamique totale doit être surmontée :
- La hauteur statique (généralement constante)
- La résistance du système (principal facteur variable)
Lors de la phase de conception, le diamètre de la tuyauterie est la clé d'un pompage durable. L'équilibre entre le coût d'exploitation de l'électricité de la pompe (OPEX) et le coût de la tuyauterie (CAPEX) est fondamental pour un pompage durable.
L'optimisation de la résistance du système est cruciale pour un pompage durable, mais doit être prise en compte lors de la conception.
L'optimisation de la résistance du système implique
- Phase de conception : Le choix du diamètre des tuyaux pour équilibrer le coût capitalisé de l'énergie (OPEX) avec les coûts d'approvisionnement et d'installation (CAPEX).
- Phase de maintenance : Gestion de la détérioration des performances de la canalisation au fil du temps.
Points clés :
- Les directives traditionnelles en matière d'irrigation spécifient des vitesses d'eau de 1,5 mètre par seconde. Les critères de conception de l'Irrigation Association des États-Unis pour les canalisations d'irrigation spécifient une vitesse limite de l'eau de 1,5 mètre par seconde.
- Cependant, la vitesse de 1,5 m/s n'a jamais été considérée comme un paramètre de conception énergétique, mais uniquement comme un paramètre de conception de l'irrigation permettant d'obtenir des CU et des DU acceptables (l'uniformité de l'application de l'eau qui en résulte).
- Les recherches du WATER PUMPING INSTITUTE montrent que des vitesses plus faibles sont nécessaires pour l'efficacité énergétique du pompage et de l'irrigation, en particulier dans les sous-sols où le diamètre des tuyaux est généralement inférieur ou égal à 100 mm.
- Quelle est donc la vitesse de l'eau qui permet d'optimiser l'efficacité énergétique du pompage ?
La vitesse optimale de l'eau dépend de plusieurs facteurs :
o Diamètre du tuyau
o Coût de l'énergie
o Volume pompé par an
o Valeur C de la conduite
o Débit
o Efficacité de la pompe et du moteur
o Indice du coût de l'électricité
Exemple :
Les conduites principales (300 mm et plus) fonctionnent bien à 1,5 m/s, mais les conduites secondaires plus petites (100 mm à 32 mm) nécessitent des vitesses égales ou inférieures à 1 m/s pour un véritable pompage durable.
Des vitesses inférieures dans les conduites secondaires améliorent à la fois l'efficacité du système de pompage et l'uniformité de l'application de l'eau (DU's et CU's), ce qui permet de réaliser des économies potentielles de l'ordre de 15 %.
Efficacité des pompes :
- Les pompes modernes sont déjà très efficaces.
- Les différences entre les marques sont minimes en raison de la concurrence sur le marché.
- Des pertes d'énergie importantes peuvent se produire principalement lorsque la pompe fonctionne en dehors du point de rendement optimal (OFF-BEP), non pas en raison de l'état de la pompe, mais à cause d'une mauvaise conception du système.
- Bien que pertinente, l'efficacité de la pompe n'est pas un élément critique pour un pompage durable.
Entraînements :
- Les entraînements à fréquence variable (EFV) permettent aux pompes de s'adapter aux variations de résistance du système.
- Ils ne permettent pas d'économiser directement de l'énergie, mais permettent d'adapter le débit de la pompe à la résistance du système.
- Les rendements typiques d'un entraînement à fréquence variable se situent entre 95 et 98 %.
- Bien que pertinente, l'efficacité de l'EFV n'est pas un élément critique pour le pompage durable.
Moteur :
- Les variations de rendement des moteurs sont minimes (moins de 1 % dans la plage de charge supérieure de 50 %).
- Bien que pertinent, le rendement du moteur n'est pas un élément critique pour un pompage durable.
- Le pompage durable améliore l'irrigation durable
L'abaissement de la vitesse de l'eau dans les conduites secondaires peut.. :
- Améliorer l'utilisation de l'eau jusqu'à 15 %.
- Améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'eau sur le terrain.
- Fournir des avantages supplémentaires au-delà des économies d'énergie.
Études de cas :
WPI a audité de nombreux projets d'irrigation à grande échelle et a constaté des améliorations significatives en matière de pompage durable, sur la base des coûts énergétiques, avec des améliorations moyennes de la durabilité hydraulique de 33 %, mais un potentiel d'amélioration de l'efficacité des pompes de seulement 16 %, comme le montre le tableau ci-dessous.
Tableau des études de cas :
Étude de cas : Remplacement de tuyaux pour l'irrigation des vaches laitières
Dans le sud-est de l'Australie, un éleveur de vaches laitières a remplacé une conduite montante de 150 mm par un tuyau de 200 mm :
- La vitesse de l'eau est passée de 2,1 m/s à 1,1 m/s.
- Les coûts annuels de pompage ont été réduits de 18 000 dollars.
- Les émissions de CO₂ ont diminué de 68 tonnes par an.
Ceci met en évidence la deuxième phase du pompage durable : l'optimisation des systèmes existants pour réduire les coûts et les émissions de gaz à effet de serre.
Il existe de nombreux systèmes d'irrigation obsolètes pour lesquels la duplication ou le remplacement des tuyaux améliorerait considérablement la durabilité.
Phase d'entretien :
Avec le temps, toutes les canalisations subissent des pertes d'efficacité hydraulique. Basé sur la vaste expérience de WPI :
- L'hydroxyde de fer des eaux souterraines peut réduire considérablement les valeurs C (par exemple, de C=150 à C=60 en quelques mois).
- L'eau brute et l'eau recyclée peuvent entraîner une grave détérioration de la performance des conduites.
- Les petites conduites souffrent de manière disproportionnée du biofilm et de l'encrassement.
Si elle n'est pas prise en compte lors de la conception ou de l'entretien, cette dégradation compromet les efforts de pompage durable.
Étude de cas :
Un réseau d'eau recyclée comportant 10 km de tuyaux de 450 mm a vu le débit de ses pompes chuter de 15 % en 18 mois. Le raclage a permis de rétablir les performances et l'efficacité de la canalisation.
Qui paie le surcoût ?
L'optimisation des systèmes par l'utilisation de tuyaux plus grands augmente les coûts d'investissement. Cependant,
- La taxonomie de l'UE propose des mécanismes financiers pour soutenir les investissements dans l'amélioration de l'irrigation durable.
- Les systèmes de financement verts pourraient couvrir les coûts supplémentaires lorsque des avantages environnementaux substantiels peuvent être démontrés.
L'Association européenne de l’Irrigation (EIA) a proposé un projet de taxonomie pour les activités d'irrigation qui intègre ces concepts d'efficacité durable.
Résumé :
Concevoir des systèmes d'irrigation avec :
- des vitesses d'eau optimisées,
- une dégradation anticipée de la performance des canalisations,
présente des avantages évidents pour l'utilisation durable de l'énergie et l'efficacité de l'irrigation.
La taxonomie de l'UE peut aider les projets en leur donnant accès à des financements verts pour des améliorations démontrées en matière de durabilité.
Sessions de formation :
Le WATER PUMPING INSTITUTE propose des sessions de formation professionnelle pour aider les professionnels de l'irrigation à
- Améliorer la conception des nouveaux systèmes d'irrigation en optimisant les pertes hydrauliques.
- Moderniser les systèmes existants avec des systèmes hydrauliques optimisés, en économisant les OPEX et les émissions de CO2.
- Obtenir une meilleure efficacité hydraulique et énergétique, en améliorant l'efficacité de l'irrigation.
Des cours en présentiel seront proposés en Europe en octobre 2025.
De plus amples informations sont disponibles à l'adresse suivante : www.waterpumping.institute/sustainable-pumping-for-irrigation-europe.
Vous souhaitez obtenir plus d'informations sur le présentateur ?
https://www.waterpumping.institute/about
Rob Welke,
Managing Director, WATER PUMPING INSTITUTE
Adelaide, South Australia
April 2025
