De la simple pompe au système réalisé sur mesure, la vaste gamme de produit proposés pour doser les produits chimiques dans le traitement de l'eau permet la création de solutions parfaitement adaptées aux différentes situations. Plusieurs systèmes peuvent être mis en oeuvre, de la solution rustique mais robuste à celle intégrant l'électronique, en fonction des besoins.
Réalisé par , Technoscope
Dans le domaine du traitement des eaux, les techniques physico-chimiques jouent un rôle essentiel. Elles présentent un fort potentiel d’optimisation pour les exploitants, aussi bien en termes de coûts que de qualité ou de sécurité de fonctionnement. C’est pourquoi le dosage de ces produits chimiques constitue aujourd’hui un métier à part entière. Il s'agit d'apporter une quantité connue de matière réactive sur un effluent afin d’obtenir une ou plusieurs réactions chimiques permettant le traitement de cet effluent. Or si cette définition théorique apparaît simple, la mise en œuvre de dosages sur le terrain est en général plus complexe.
Pour réaliser un mélange bien précis de différents produits, une pompe doseuse s’impose. Il existe plusieurs principes mais deux sont particulièrement répandus : à piston et à membrane. Comme leur nom l'indique, les secondes sont composées d'une membrane dont la déformation produit des phases d’aspiration (le fluide entre) et de refoulement (le fluide est expulsé vers la zone d'utilisation). Le déplacement des membranes est
alors entraîné soit directement ou indirectement par un fluide intermédiaire (air ou gaz ou liquide). En ce qui concerne les modèles à entraînement direct, ils sont souvent pilotés par un moteur couplé à un système mécanique ou un électro-aimant. De leur côté, les pompes à piston adoptent un fonctionnement similaire et reposent sur un mouvement de va-et-vient d'un piston.
Déterminer la pompe adaptée
Comment choisir telle ou telle pompe ? Le débit (défini par le réglage du volume dosé à chaque mouvement – ou course – et par le nombre d’impulsions dans le temps) et la pression de refoulement constituent les premiers critères. Les pompes doseuses à membrane sont particulièrement adaptées lorsque l’on doit travailler à de faibles débits ou, si l'on préfère, à de petites doses. Dans le cas des pompes électromagnétiques, les déplacements de la membrane sont particulièrement faibles ; aussi, afin d’obtenir un débit important avec une précision satisfaisante, il est préférable d’utiliser un entraînement électromécanique. Ces dernières peuvent être utilisées dans la plage des basses pressions ; en outre, elles présentent un rapport qualité/prix très intéressant avec un entretien minimal. De leur côté, les pompes à piston, très robustes, sont plutôt adaptées aux applications à haute pression et à haute température.
« Ensuite, les choses se compliquent lorsque l'on doit considérer les contraintes du process, et notamment la nature des fluides à traiter », indique Florent Talvas, de Progema, une société qui exploite pour ses clients les ouvrages liés au traitement des eaux. « Car le choix du réactif varie selon le cas de figure. Dans les grandes usines de distribution d'eau potable, la désinfection au chlore gazeux est la méthode la plus couramment utilisée. Le choix du dosage optimal dépend entre autres de la qualité de l'eau brute, du débit d'eau, de la longueur du réseau jusqu'aux points de prélèvement, du type de ces points et des exigences légales. L'ozonation ainsi que les rayons UV sont d'autres méthodes appliquées. »
Dans les tours de refroidissement et les réseaux d'eau chaude sanitaire, la lutte contre l’entartrage et les phénomènes de corrosion sont obtenues par l'action d'un procédé filmogène, capable d’assurer ces deux actions simultanément. D'un côté, les polyphosphates sont utilisés pour leur effet anti-tartre, de l'autre, des silicates sont injectés comme inhibiteurs de corrosion. Contre la prolifération bactérienne ou d'algues, à l'origine des problèmes de légionellose, la mise en œuvre de réactifs algicides ou bactéricides, en traitement choc hebdomadaire, est aujourd'hui employée. Par conséquent, de nombreux réactifs s'avèrent particulièrement agressifs ; or, si les pompes à piston sont plus stables dans le temps, les pompes doseuses à membrane sont bien plus étanches. « De plus, elles ne comportent pas de joints et garnitures susceptibles d’être attaqués par le fluide transporté et nécessitent donc moins de maintenance », assure Claude Klein de ProMinent. C’est pourquoi l’essentiel des pompes doseuses vendues sur le marché est à membrane.
Un système de dosage entièrement automatisé
Avec environ 36 000 m³ d'eau potable par jour, l'usine de distribution de l'eau de Kronstadt, près de Saint-Pétersbourg, est une petite usine. Alors que l'eau potable était auparavant désinfectée grâce à un dosage de chlore gazeux, selon un procédé qui était manuel et non automatique, de récentes innovations apportées par la société ProMinent ont permis de remplacer ce dispositif initial par une désinfection entièrement automatisée à l'aide d'un dosage d'hypochlorite de sodium.
L'ensemble des dosages est ainsi réalisé par un régulateur. La commande et la surveillance de l'ensemble du système, l'indication du niveau de remplissage et le contrôle de l'absence de fuite, y compris, sont effectués à l'aide d'un automate programmable de type Siemens S7. Un grand écran couleur affiche un synoptique des conduites et des instruments, indiquant en temps réel l'état de tous les paramètres de l'installation. Par exemple : quelles vannes sont ouvertes ou fermées, quelles pompes sont en ou hors service, quel est le niveau de remplissage exact des réservoirs de stockage ou quelle concentration de chlore est actuellement présente dans l'eau potable. Pour que l'ensemble du procédé soit protégé au mieux contre les pannes, chacune des pompes utilisées est doublée par une pompe de réserve. Il s'agit par conséquent d'un procédé entièrement automatisé qui avertit le personnel en cas d'état critique de l'installation.
Sur le marché français, les pompes à membrane représentent la majorité des installations actuelles. Elles sont généralement dotées d'un carter anticorrosion en plastique ou métallique en aluminium. Simplicité oblige, devant la variété de réactifs, les pompes deviennent multifonctions. Jean-Charles Briot, responsable commercial chez Rime SA, spécialiste du traitement de l'eau, explique : « À partir d’un même modèle de pompe doseuse, celle-ci est capable de fonctionner selon différents modes d’asservissement :
- - recevoir un contact sec d’un compteur émetteur d'impulsions pour un dosage proportionnel du réactif sur l'application du circuit ;
- - en tout ou rien par rapport à une électrovanne et/ou une pompe alimentaire afin d'obtenir le ratio de produit nécessaire (ml/m³ ou l/m³) ;
- - capter un signal 4-20 mA analogique d'un appareil de mesure (conductimètre, résistivimètre, pH-mètre, etc.) pour l'obtention d’un dosage approprié par rapport à ce signal ;
- - ou encore injecter un produit sur une installation via un programmateur horaire (volume de produit à injecter sur un laps de temps). »
Intégration de l'électronique
Des acteurs présents depuis plusieurs années, parmi lesquels ProMinent, Grundfos Alldos, Milton Roy Europe (anciennement Dosapro Milton Roy), Aquacontrol ou encore Fluidcontrol, pour ne citer que les plus grands, dominent le marché. La précision pour la plupart des pompes doseuses industrielles installées dans les règles de l'art est d’environ ± 0,5 %. Ces dernières années n'ont pas vu de révolution technologique au niveau du concept même de la pompe, mais l'intégration de l'électronique constitue en revanche une tendance lourde.
Les fabricants ont très largement recours à la technologie des microprocesseurs dans les circuits de commande des pompes doseuses. Outre des possibilités de commande fonctionnelles, la technologie des microprocesseurs offre une meilleure fiabilité, garantie par des fonctions de surveillance variées.
Utilisée pour le dosage d’acides, de produits alcalins, floculants, coagulants et polymères pour les procédés de recyclage ou le dosage de produits de désinfection tels que l'eau de Javel, l'hypochlorite de sodium et de calcium, la pompe doseuse à membrane DDI 222 conçue par Grundfos Alldos dispose, par exemple, d'un outil de diagnostic intelligent. Son « flow monitor », un afficheur digital, indique tous types de dysfonctionnement à l'aspiration comme au refoulement. On peut choisir la contre-pression maximale et la pompe s’arrêtera automatiquement dès cette valeur atteinte.
Sur le terrain, ce type d’outil se révèle très pratique, car le fonctionnement d’une pompe peut être influencé par les caractéristiques du circuit de refoulement, notamment lorsque la contre-pression varie et modifie le débit réel (différent de la valeur théorique). Or, « il est important de connaître avec certitude le volume injecté, afin de respecter les concentrations de réactifs chimiques dans l'eau, rappelle Jean-René Gasné de la société Marem. Dans le cas de la dureté de l’eau, par exemple, la réglementation impose qu'elle reste supérieure à 10° TH (titre hydrotimétrique) ; il faut donc veiller à ne pas injecter trop de polyphosphates. » D’autre part, les pompes sont de plus en plus dotées d’une double membrane associée à un capteur de mesure différentielle. En cas de rupture de la première membrane, la seconde assure temporairement le dosage, un signal de rupture est immédiatement émis et une opération de maintenance peut être planifiée.
de diagnostic d’erreur intelligent qui se développent peu à peu. « D'une manière générale, une meilleure surveillance de la pompe grâce à l'électronique permet, dans le traitement de l'eau, de limiter l'utilisation des produits chimiques au strict nécessaire, un aspect important pour la protection de l'environnement », indique Jean-Charles Briot.
Souplesse d'utilisation
Autre atout de l'électronique, des avantages en termes de souplesse d'utilisation. Développées par BWT, les pompes doseuses MEDO-II servent au dosage des produits de conditionnement utilisés dans le traitement des eaux potables sanitaires, des eaux de process et de piscines. Compatibles avec différents produits chimiques (acide chlorhydrique et acide sulfurique sous forme aqueuse, peroxyde d'hydrogène…), elles se révèlent très précises,
même pour des quantités de dosage minimales (jusqu’à 0,004 l/h pour le type Medo II-6), et offrent des possibilités de programmation que l'on peut modifier directement sur leur écran. Ce qui permet de passer d’un mode continu à un mode proportionnel par liaison d’un compteur d’eau, en passant par le dosage d'une quantité préprogrammée.
Cette nouvelle série de pompes doseuses à membrane mécanique Mididos commercialisée en France par Techniques des Fluides et FluidControl complète l'offre déjà très étendue de Jesco. La gamme est disponible en PVC, PP, PVDF et inox 316 dans des débits de 24, 48, 72 et 120 l/h et jusqu’à une pression de 10 bar.
La série EH-E d’Iwaki atteint pour sa part un débit de 1,25 l/mn et permet, grâce au microprocesseur intégré, de gérer une grande variété de signaux en courant ou par impulsions. Le volume injecté est ajusté au moyen de la fréquence (entre 0 et 360 coups) et de la longueur de course (entre 20 et 100 %), ce qui rend possible une large plage de débits. En outre, la pompe est capable de mémoriser les impulsions qui interviennent pendant l'exécution de la commande précédente (250 impulsions maximum).
L'intégration de microprocesseur assure également une adaptation rapide et sûre aux opérations de dosage variable. À l'image de la pompe Delta de Prominent, qui innove avec son entraînement électromagnétique régulé. Les courses d'aspiration et de refoulement sont totalement contrôlées et peuvent être adaptées en fonction de l'application. Ce qui améliore la rentabilité grâce à l'économie au niveau des accessoires comme par exemple des amortisseurs de pulsations ou des dispositifs de surveillance du débit. En outre, la précision de dosage reste maximale même lors de fluctuations de contre-pression. La pompe Delta s'adapte à la plupart des applications grâce à ses diverses possibilités de commande et ses interfaces de communication Profibus ou CANbus. La pompe est aussi pourvue de
l'option « Process Timer » qui permet de l'utiliser comme centrale de commande, là où du matériel de programmation aurait été nécessaire. Pour le développement de cette pompe dont les applications concernent les process hautement automatisés dont les procédés de remplissage dans toutes les industries, notamment les grandes stations d'épuration, ProMinent a reçu le Prix de l'innovation 2007 décerné par l'Initiative Mittelstand dans la catégorie construction mécanique.
Milton Roy Europe propose de son côté une large gamme de produits allant de l'analyse physico-chimique (contrôleurs D3000) jusqu'aux pompes doseuses électromagnétiques LMI™ ou électromécaniques, Série G™, mROY®, MAXROY®, PRIMEROY®. Les différentes gammes permettent de couvrir des débits de quelques ml/h à plus de 3 000 l/h. Pour compléter son offre, Milton Roy Europe propose des armoires prêtes à l'emploi dites EH&S garantissant la sécurité du personnel et la protection de l'environnement avec une mise en œuvre simplifiée pour l'utilisateur.
Dosatron développe quant à elle une technologie originale de dosage des liquides basée sur un fonctionnement sans énergie électrique. Elle permet d’injecter et de mélanger, de manière continue et proportionnelle, un concentré liquide ou soluble dans de l'eau. La mesure du volume à injecter est réalisée à l'aide d’un moteur hydraulique volumé-
Le concentré liquide ou soluble est injecté sur le mode proportionnel (taux d'injection du produit fixe ou réglable de 0,07 % à 20 %) en continu, puis mélangé par une homogénéisation intégrée. La régulation proportionnelle est asservie au débit d’eau et indépendante des variations de pression du réseau d'eau. L’équipement s’installe sur le réseau et utilise la pression d’eau comme seule force motrice. Différentes gammes sont disponibles pour traiter des débits d'eau de 5 l/h à 60 m³/h. Cette technologie de dosage est auto-amorçante et ne génère quasiment pas d'effet pulsatoire sur les réseaux d'eau.
ATC propose de son côté des pompes péristaltiques, oscillantes ou à soufflets capables d’assurer un dosage précis des liquides corrosifs, visqueux, abrasifs ou contenant des particules. Auto-amorçantes, elles peuvent fonctionner à sec.
Des solutions clé en main
Reste que pour obtenir un résultat optimal dans une application de dosage, il ne suffit pas de sélectionner les bons composants en fonction des exigences correspondantes, à savoir contre-pression, capacité de refoulement, température, plage de mesure ou composition chimique. Ce sont aussi l’association optimale de l'ensemble des composants, leur mise en réseau correcte entre eux et, le cas échéant, avec un système de commande principal, ainsi que la prise en compte des perturbations possibles venant du milieu ambiant, qui garantissent le meilleur résultat possible.
C’est pourquoi des solutions complètes deviennent aujourd'hui disponibles et prêtes à l'emploi pour les applications les plus importantes : on parle alors de système ou groupe de dosage. Les cellules de mesure, les régulateurs et les pompes doseuses associées aux réservoirs constituent une unité qui peut fonctionner rapidement sans effort particulier d'installation. Ainsi se répandent les systèmes de dosage sur mesure, en proximité avec le client, qui présentent plusieurs avantages par rapport à des composants individuels : un seul fournisseur et interlocuteur, absence de problème d'interface entre les différents composants, et aucune tâche de montage à effectuer par le client. « Sur demande, l'ensemble du système est livré prémonté et prêt à l'emploi, ou est installé sur site puis mis en service par l'un de nos techniciens », indique Claude Klein de Prominent. Cette société propose le système de dosage Dulcodos pour le dosage de l’eau potable et industrielle. L'utilisateur a le choix entre des postes de dosage simples basés sur des réservoirs, des systèmes standards montés sur panneau, et des systèmes prêts à l'emploi conçus et optimisés en fonction des applications ou des clients spécifiques.
Seko, fabricant de pompes électromagnétiques, commercialise de son côté des solutions globales pour la surveillance de tours de refroidissement. Il s'agit de panneaux paramétrés pour surveiller à distance, en temps réel via Internet, l’état de la pompe et la consommation de réactifs. « Au-delà de ces solutions sur mesure, c'est l’automatisation des systèmes de dosages qui se profile peu à peu », assure Guy Antresangle, assistant marketing chez Seko. À l’instar de cette société, plusieurs fabricants tels que Swan Analytical Instruments travaillent sur la mise au point de dispositifs permettant de gérer à distance le dosage. Dans certains cas où la santé des personnes est en jeu, cela implique de connaître à tout moment la quantité de réactifs dosés ainsi que la concentration des produits sensibles, d’où un système de mesure en temps réel reposant sur des couples capteurs/logiciels.
TMR fournit de son côté des ensembles complets pour automatiser les procédés industriels en traitement des eaux principalement en contrôle de la qualité physico-chimique des eaux (pH, Redox, conductivité à électrode ou toroïdale, mesure des halogènes résiduels, ampérométrique ou colori-).
pH-métrique, turbidité et oxygène dissous, coagulomètre...). Elle a connu un fort développement pour la fourniture des équipements dans le cadre de la lutte contre la légionellose pour les eaux chaudes sanitaires, les tours aéroréfrigérantes mais également pour le traitement automatisé des eaux de chaudières. Afin d'implanter de façon optimale les capteurs, transmetteurs, pompes doseuses et organes réglants (vannes motorisées...), TMR réalise soit des panoplies, soit des Skids prêts à l'emploi.
La gamme des équipements évolue des systèmes les plus simples (régulation Tout ou Rien) jusqu’aux électroniques multi-paramètres, de véritables automates préprogrammés par des algorithmes dédiés à des applications spécifiques. Des études sont réalisées pour adapter ces électroniques à d'autres applications reproductibles. Ces dernières électroniques peuvent être mises en réseaux Intranet ou Internet, générer des rapports de fonctionnement de façon périodique, émettre des rapports ou lancer des appels téléphoniques en fixe ou mobiles en cas de défaut de pompes doseuses, gestion de niveau ou seuils de mesure hors normes...
De son côté, PCM propose les ChemSkid pour un dosage des réactifs chimiques sur les applications les plus variées. La construction standard apporte la sécurité pour les opérateurs et pour les équipements avec une ergonomie optimale. Ces ensembles sont bien adaptés pour les remises à niveau d'installations ou dans le cadre d’extensions en simplifiant les opérations sur site.
Sur la base des ChemSkid standards, PCM offre également des prestations sur mesure permettant l'intégration d’équipements et de fonctions spécifiques et pouvant aller jusqu’à combiner les technologies de pompage (doseuse + péristaltique + PCP + lobe). Permo propose également toute une gamme de groupes de dosage de précision pour des débits de 0,8 à 27 l/h et des pressions de 0 à 10 bar en standard. Objectif : lutter contre la corrosion dans les réseaux d’eaux chaude sanitaire, dans les circuits de climatisation (chauffage et eau glacée), dans les circuits de refroidissement en injectant des formulations spécifiques au réseau et aux métaux le constituant. Pour des réseaux fermés de petite capacité, Permo propose aussi des pots d'introduction de 15 et 40 litres de volume. ■
