Vitesse variable : un point de passage obligé

Envisagé sur 15 années d’exploitation, l'investissement d’un moteur de pompe représente 1 %, son installation et sa maintenance 2 %. Autrement dit, l’énergie consommée par une pompe représente 97 % des coûts globaux durant tout son cycle de vie. Plus saisissant encore, avec de grosses puissances, un mois de facture électrique est quasiment égal au prix du moteur. Compte tenu de ces chiffres, au-delà des investissements (CAPEX), le point clé des OPEX (dépenses d’exploitation) reste – de loin – le contrôle efficace de la consommation d’énergie.

Usines d’approvisionnement et de production d’eau potable, distribution, collecte et traitement des eaux usées, récupération des eaux de ruissellement, installations de dessalement d’eau de mer, stations d’épuration, chauffage urbain, circulation des eaux industrielles, GTB..., tous les ouvrages de gestion de l'eau sans exception aucune sont concernés, même

Si le marché se structure de façon différente selon qu’il s’agisse d’eau potable, d’eaux usées ou d’eaux industrielles. « Sur le marché de l'eau potable où l’on trouve principalement des machines à couple quadratique, bien souvent des pompes de moyenne et forte puissance de 100 à 500 kW voire plus, les exploitants ont très tôt compris l’intérêt de la vitesse variable pour réaliser des économies d’énergie, explique Philippe Brem, Responsable Vitesse Variable chez ABB France. Le constat est le même sur le marché du traitement des eaux usées, massivement composé de machines à couple constant où la vitesse variable s’impose presque naturellement ». Le marché des eaux industrielles, souvent composé d'une multitude de petits entraînements, conserve d’importants gisements. « Tout autour des machines de production fréquemment équipées de variateurs de vitesse, gravitent des auxiliaires, c’est-à-dire des utilités eau-air-gaz, composés de circuits parfois complexes qui ont été négligés par le passé et qui recèlent un potentiel d’économies d’énergie très important », souligne Philippe Brem.

Des gains oscillant entre 10 et 70 %

Pour réguler pression et débit, une approche rustique consiste à utiliser un circuit de dérivation (by-pass) qui renvoie une partie du débit à la source. Autre solution, des vannes installées en aval ou en amont des pompes déplacent artificiellement leurs points de fonctionnement en créant des pertes de charge. Tout aussi rudimentaire, moins souple et parfois complexe, le couplage de pompes en parallèle qui seront activées en fonction de la demande reste également un moyen très archaïque.

Mais d’autres solutions existent. Dès 1968, Danfoss introduisait le premier variateur pour réguler des moteurs AC et, à la fin des années 80, le principe de contrôle des vitesses de rotation des moteurs électriques via une électronique de puissance s'est démocratisé. Depuis, grâce à la variation de fréquence, ces systèmes ont progressé. Aujourd’hui, le débit d’une pompe équipée d’un variateur est proportionnel à la fréquence du courant. Lorsque l’on diminue celle-ci de 10 Hz, l’économie est d’environ 50 % en circuit fermé.

En adaptant le variateur exactement aux conditions du pompage, les gains constatés oscillent de 10 à 70 % de la consommation.

Le sujet est donc de première importance car régler le refoulement d'une pompe en contrôlant son débit avec une vanne pour un moteur fonctionnant à plein régime reste une méthode « énergivore » encore trop utilisée. « Le gaspillage est considérable dans ce cas de figure », déplore Edouard Van Den Corput, Responsable de l’offre Variation de Vitesse Marketing Automatismes Industriels chez Schneider Electric. « C’est comme si vous tentiez de réguler la vitesse d'une voiture uniquement en appuyant sur les freins, avec un moteur à régime constant... ! » poursuit-il. Les variateurs de vitesse asservissent le régime de chaque moteur électrique en fonction de la demande. Performante, cette solution adaptée aux pompes consiste à faire varier la fréquence de la tension via un ensemble constitué d'un pont redresseur, d'un bus continu et d’un onduleur. « En pompage, l’option contrôle par variateur est souvent très rapide : des solutions très compactes, qui génèrent des temps de retour sur investissement extrêmement courts, s’intègrent facilement dans tous les systèmes. »

« La technologie des aimants permanents est maîtrisée depuis longtemps par Leroy-Somer. Nous nous distinguons aujourd’hui par la largeur de notre gamme qui va de 0,75 kW à 600 kW avec des vitesses de rotation de 375 à 5 500 tours/minute », souligne Pierre-Emmanuel Sarre, Président de la Division Systèmes d’Entraînement chez Leroy-Somer.

Ce savoir-faire est aussi un atout pour l’exportation. Exemple : pour la station d’épuration de Carthagène (Colombie), Danfoss a installé quatre pompes de 370 kW contrôlées en vitesse par des VLT Aqua Drive qui alimentent en eau les citernes. La régulation à vitesse variable a permis de réduire les coûts de fonctionnement de manière significative avec un retour sur investissement effectif six mois après mise en service. De plus, le système hydraulique de l’installation se montre plus efficace grâce à la mise en place d'un débit constant pour tout le processus.

L’efficacité énergétique constitue la clé des économies réalisables dans le secteur industriel

Dans un contexte généralisé de hausse des prix des énergies, la facture énergétique du secteur industriel ne cesse d'augmenter pour s'élever en 2011 à 12,4 milliards d'euros, soit une hausse de 7,5 %. La consommation d'électricité est tout particulièrement concernée puisque les tarifs pourraient bondir de 30 % d'ici 2016, soit une augmentation de 6 % par an selon Philippe de Ladoucette, président de la Commission régulation de l'énergie (CRE). Ceci est d'autant plus préoccupant que l'électricité représentait en 2011 40 % de la consommation d'énergie du secteur industriel, ce qui laisse présager une facture énergétique toujours plus élevée.

Les entreprises n’ayant pas encore instauré une politique d'efficacité énergétique sont donc les premières pénalisées par cette hausse généralisée des prix de l'électricité. La mise en place de telles politiques s’inscrit également dans la réalisation du grand objectif fixé par l'Union d'accroître de 20 % l'efficacité énergétique d'ici à 2020. La directive dont il est ici question prévoit notamment l'obligation pour les grandes entreprises de se soumettre à un audit énergétique, réalisé tous les quatre ans par des experts indépendants. Les petites et moyennes entreprises ne répondent pas à cette exigence, mais sont toutefois encouragées à effectuer de tels audits pouvant faire l'objet de subventions de la part des États membres.

Les entreprises industrielles font désormais de la réduction de leur facture énergétique une priorité, mais la conjoncture économique incertaine constitue bien souvent un frein à l'investissement dans des équipements à haute efficacité énergétique. Selon les derniers chiffres de la Banque centrale européenne, les crédits au secteur privé ont ainsi reculé de 0,7 % en décembre 2012 dans la zone euro, et ce pour le huitième mois consécutif. Cette contraction du crédit restreint l'accès aux sources de financement, notamment pour les petites et moyennes entreprises.

1 INSEE, Les Consommations d'énergie dans l'industrie en 2011

2 Le Monde, Les Tarifs de l'électricité en France pourraient bondir de 30 % d'ici à 2016, 2012

3 INSEE, Les Consommations d'énergie dans l'industrie en 2011

4 Commission européenne, Directive relative à l'efficacité énergétique, 25 octobre 2012

5 Banque de France, Crédits au secteur privé en France, 28 janvier 2013

De vitesse en remplacement d’un équilibrage de débit effectué par vanne, réduit l'énergie électrique consommée de 35 % à 50 % suivant les cas » poursuit Edouard Van Den Corput.

En effet, si une vanne lamine le flux, la pompe travaille à pleine vitesse, alors qu’en utilisant un variateur, son régime s’adapte exactement au débit demandé. Comme la consommation énergétique est proportionnelle au cube de la vitesse de rotation du moteur, une pompe qui fonctionne avec un débit divisé par deux réduit sa consommation par huit, ce qui explique des temps de retour sur investissement souvent très réduits. Philippe Brem, chez ABB, cite des délais inférieurs à un an, parfois de l’ordre de six mois. « Tout dépend du régime de charge de la pompe que l’exploitant ne connaît pas toujours » souligne-t-il. « Mais une chose est certaine : les exploitants ont maintenant bien compris tout le parti qu’ils pouvaient tirer des certificats d’économies d’énergie. Leur mécanisme, maintenant bien connu, permet de rentabiliser immédiatement une bonne partie de l’investissement matériel ».

Une offre importante et diversifiée

ABB, Schneider Electric, Danfoss, Siemens, Leroy-Somer, Rockwell Automation, Vacon, Weg, Mitsubishi, Omron, Fuji Electric, Eaton, Sew Usocome, IP Systèmes ou encore Weg alignent différents systèmes pour des applications dans l’industrie, le bâtiment et pour les infrastructures liées à la gestion de l'eau. Les fabricants de pompes eux-mêmes comme KSB, Grundfos, Xylem ou Salmson Emu proposent également leurs solutions propres.

Globalement, les variateurs de vitesse reposent sur une technologie mature qui évolue peu. La course à la compacité, engagée il y a quelques années, s’est arrêtée. « Essentiellement du fait des contraintes thermiques, explique Philippe Brem, ABB. On ne peut pas réduire indéfiniment l’épaisseur des composants ».

Pourtant, il existe des solutions de financement alternatives qui permettent de financer des investissements dans des équipements à haute efficacité énergétique. Le financement locatif, par exemple, permet aux entreprises d’acquérir des équipements à économies d’énergie sans avoir à mobiliser de précieux capitaux disponibles pour d'autres investissements stratégiques. Le passage aux technologies dites « vertes » peut être amorti par les économies générées grâce à l'adoption du nouvel équipement, permettant ainsi de réaliser un investissement « neutre », tout en valorisant le capital de la société. En plus de réduire la consommation d’énergie des entreprises, l'adoption de dispositifs à haute efficacité énergétique représente des gains certains en termes de compétitivité et permet une réduction significative du coût de fabrication unitaire.

Selon la dernière étude de la division Siemens Financial Services de Siemens (SFS), le secteur industriel français pourrait ainsi réaliser des économies d’énergie à hauteur de 2 703 millions d’euros au cours des cinq prochaines années si des variateurs de vitesse étaient adoptés. On estime que 50 à 70 % des procédés industriels pourraient bénéficier de cette technologie à haute efficacité technologique qui, à l’inverse de la méthode traditionnelle, optimise le point de fonctionnement des moteurs industriels en adaptant leur vitesse de rotation au besoin de l'utilisateur. Un tel dispositif permet de réduire la consommation d’électricité de manière considérable, ce qui semble essentiel lorsque l'on sait que les systèmes entraînés par un moteur électrique représentent aujourd'hui 72 % de la consommation totale d’électricité dans l'industrie en France (69 % en Europe). À titre d’exemple, on estime à 520 € par mois les économies qui pourraient être réalisées grâce à la mise en place d'un variateur de vitesse pour un investissement chiffré à 10 000 € TTC, ce qui permet sur un plan de paiement de 24 mois d'aligner le montant des remboursements sur les économies estimées.

Les variateurs de vitesse ne sont qu'un exemple parmi d'autres. De nombreuses autres initiatives en matière d’efficacité énergétique pourraient ainsi se traduire par de substantielles économies pour le secteur industriel. Sur certaines typologies industrielles, l'amélioration de l'automatisation peut ainsi engendrer jusqu’à 80 % des économies réalisables en fonction du site, en augmentant la productivité tout en réduisant les temps d'arrêt et en minimisant les besoins d'entretien.

Un tel investissement participe également de la réduction de la consommation d’énergie et des émissions de carbone, alors que la préservation de l'environnement et des ressources naturelles est un sujet dorénavant incontournable. Le secteur industriel cherche aujourd'hui à réduire ses dépenses en matière de consommation d’énergie, en adoptant notamment des technologies haute efficacité énergétique. Une enquête menée par l'OCDE sur la consommation d’énergie au sein des pays membres, dont la France, révèle ainsi que 96 % des grandes entreprises interrogées ont amorcé la mise en place de mesures à économies d'énergie. Cette démarche peut être facilitée par le recours à des solutions de financement alternatives, vers lesquelles les décideurs industriels devraient se tourner s'ils veulent conjuguer productivité et engagement durable.

Thierry Fautré,

Président de Siemens Financial Services France

6 Siemens Financial Services, Turn down the power, octobre 2012

7 Commission européenne, Programme Motor européen Challenge typeal pour réduire l'empreinte de l'électricité de systèmes à moteurs électriques, notamment dans l'industrie, janvier 2013

8 Siemens, Acquisition des mesures en 2012

9 OCDE, Transition to a Low Carbon Economy, Policies Goals and Corporate Practices, 2010

Vacon mise sur « un airflow qui améliore efficacement l’espace dans lequel chauffent les composants de puissance ». Les facteurs différenciants reposent donc le plus souvent sur la partie interconnexion avec les bus de terrain, la simplicité de mise en œuvre et de paramétrage et la convivialité de la navigation. Chez ABB, la gamme ACS 880 qui s’étend de 0,55 à 2800 kW, pour des tensions de 380 à 500 V triphasé, permet de répondre à la plupart des besoins. Disponible en modules, coffrets ou armoires, elle est dotée d’une micro-console multilingue qui s’utilise facilement et de façon intuitive, permettant ainsi à l’utilisateur de la personnaliser en fonction de ses besoins. Elle se raccorde au PC par connecteur USB standard. Au cœur de l’ACS880, la technologie DTC (Direct Torque Control – Contrôle Direct de Couple) garantit de bonnes performances en couple et en vitesse que le moteur entraîné soit asynchrone à cage ou synchrone à aimants permanents ou à réluctance variable. La gamme ACS880 peut communiquer avec les principaux protocoles de bus de terrain : Profibus, Canopen, Devicenet, Ethernet/IP, Modbus TCP et RTU, Profinet, Ethercat. « Pour les petites puissances, l’ACS 355 dont la gamme s’étend de 0,37 à 22 kW est bien positionnée pour des petites machines à couple constant comme des pompes à eaux chargées », souligne Philippe Brem.

Schneider Electric propose de son côté des solutions allant jusqu’à 800 kW, avec possibilité d’une gestion de plusieurs équipements. Ces systèmes facilitent les réglages, se connectent aux réseaux de terrain et supportent une régulation PID (en boucle fermée). Pour les fortes puissances, jusqu’à 2,4 MW, le constructeur préconise une solution sur mesure en armoire. « La fiabilité de tous ces variateurs est élevée avec un taux de pannes inférieur à 1 % et même inférieur à 0,5 % sur 10 années de fonctionnement », précise Edouard Van Den Corput.

Schneider Electric a même lancé une solution d’alimentation pour les pompes isolées de toute alimentation électrique. L’Altivar 312 Solar est le premier variateur de vitesse à énergie solaire compatible avec la plupart des pompes et panneaux photovoltaïques. Il est destiné à la réalisation de systèmes de pompage d’eau autonomes, dans les régions rurales dépourvues d’énergie électrique, mais apporte également une solution pour les installations de pompes isolées dans l’agriculture, dans certaines régions de montagne, sur les plates-formes en mer, etc. La gamme est disponible pour des puissances de 0,18 à 5,5 kW avec des tensions 200 V monophasée et triphasée, ou 400 V triphasée.

De son côté, Vacon vient de lancer le Vacon 100 Flow qui reprend la conception de base du Vacon 100 avec des fonctions innovantes de contrôle de débit. Ce nouveau variateur est idéal pour les systèmes nécessitant une régulation précise et dynamique grâce à ses capacités de contrôle avancées.

ABB lance son offre de moteurs à réluctance variable commandés en vitesse variable

Aujourd’hui, les évolutions technologiques portent sur les moteurs bien plus que sur les variateurs. Le moteur synchrone à réluctance lancé par ABB en est un bon exemple.

Inventé en 1923, ce type de moteur qui ne pouvait pas être démarré directement sur le réseau, était jusqu'à présent inadapté à l'usage industriel. Son alimentation par un variateur de vitesse a permis de lever cet obstacle.

Le moteur synchrone à réluctance est piloté par un variateur de vitesse de même calibre que le moteur asynchrone aux mêmes niveaux de puissance et de couple, mais avec une densité de puissance et un rendement supérieurs à ce dernier. Ce gain de rendement induit donc des économies d'énergie.

Les avantages des moteurs synchrones sont bien connus. En effet, un moteur synchrone avec un rotor à 4 pôles alimenté à 50 Hz est en synchronisme avec cette alimentation très précisément à 1500 tr/min, alors qu'un moteur asynchrone équivalent de 30 kW, par exemple, ne tourne qu'à 1475 tr/min du fait des pertes par glissement. Dans les moteurs asynchrones modernes à cage en court-circuit, les pertes rotoriques représentent 20 à 35 % des pertes totales. La rotation en synchronisme avec le réseau permet donc d’en supprimer une grosse partie. Parallèlement, elle permet d’augmenter de 20 à 40 % la densité de puissance et de couple pour la même classe d'isolation. Autre avantage de ce nouveau moteur synchrone à réluctance : le rotor de structure plus simple qui, sans aimants ni cage, est plus robuste que celui des moteurs asynchrones ou à aimants permanents. Le moteur est fonctionnellement sûr car, sans aimants, aucune tension de force contre électromotrice n'est induite et le convertisseur ne doit plus être protégé des surtensions.

Plus petit – pour la même puissance, le moteur fait jusqu'à deux hauteurs d'axe de moins – il est aussi plus puissant : à 3000 tr/min, le nouveau moteur est jusqu'à deux fois plus puissant pour une même hauteur d'axe. Cette puissance accrue se traduit par des débits supérieurs sans modification mécanique de l'installation.

Il est également doté de nombreuses fonctions conviviales, par exemple un affichage graphique multilingue, des assistants à la mise en service qui facilitent le paramétrage du variateur et des fonctions de programmation intuitives intégrées.

L'intégration dans un système est facilitée grâce à des protocoles de communication Ethernet embarqués, tels que EtherNet/IP, E/S Profinet et Modbus TCP, ainsi qu'une fonction suppression sécurisée du couple (STO) et une protection certifiée ATEX contre la température excessive du moteur.

L'optimisation de l’énergie consommée en fonction de la charge, grâce aux variateurs apporte d'autres améliorations importantes.

« Grâce à une interface homme/machine conviviale et facile d'utilisation, la variation de vitesse constitue un moyen simple et très efficace pour le pilotage des pompes et/ou des ventilateurs. Les messages en texte clair et en français utilisés dans les variateurs sont parfaitement compréhensibles par les techniciens et les installateurs pour une mise en service, un réglages d'unités différents sont disponibles, dont le Pascal (Pa), le litre par minute (l/mn), le mètre cube par minute (m³/mn) ou le bar. »

Un suivi et une maintenance efficace permettant ainsi de générer des gains de temps importants. Combiné avec des fonctionnalités intégrées en standard (telles que : régulation PI, fonction décolmatage de pompes, détection absence de débit, etc.), les variateurs représentent la solution la plus économique pour toutes les applications des métiers de l’eau », explique Tony Tarmis, responsable administration des ventes et marketing chez Danfoss.

Ce fabricant développe bien d’autres arguments avec sa gamme de variateurs à zéro ou à très faibles harmoniques, le « VLT® Low Harmonic Drives ».

Avec ce type de solutions, les installations sont éliminées de distorsions harmoniques qui perturbent les réseaux d’alimentation, les équipements sensibles, et causent des pertes en ligne sur les réseaux de distribution. « Il est important de réduire ces distorsions car elles ont tendance à augmenter le courant consommé et à provoquer l’échauffement des câbles et transformateurs d’alimentation », poursuit Tony Tarmis.

ABB met en avant ses variateurs propres, types ACS800-31 et ACS800-37. Un redresseur à IGBT piloté en mode DTC (Direct Torque Control) écrête les harmoniques de rang faible tandis qu’un filtre passif combat les harmoniques de rang élevé. « Résultat : un niveau de distorsion harmonique garanti inférieur à 5 % », souligne Philippe Brem.

À signaler également l’évolution récente de l’électronique avec notamment l’introduction d’automates programmables industriels reliés aux variateurs qui autorise une meilleure communication entre les équipements.

Eaton lance une nouvelle gamme de convertisseurs de fréquence PowerXL

Ces matériels robustes sont utilisables à l'extérieur de l'armoire, à proximité directe du moteur ou sur la machine, d'où une simplicité de mise à niveau même en environnement industriel sévère.

Cette caractéristique simplifie la mise à niveau des installations anciennes où il est souvent impossible, faute de place, d'intégrer un convertisseur de fréquence dans l'armoire.

La conformité aux exigences nécessaires à la compatibilité électromagnétique CEM s'avère également plus facile à réaliser en raison de la longueur de câble moteur plus court.

Les opérateurs peuvent mettre en œuvre un contrôle de la charge pour les machines et installations avec pour effet une augmentation du rendement énergétique et une diminution des coûts d'exploitation.

En raison de leur facilité d’installation, de leur convivialité et de leur efficacité énergétique, les modèles PowerXL constituent une solution intéressante pour les équipements à entraînement tels que pompes, ventilateurs, convoyeurs, bobineuses, grues et ascenseurs.

La famille XL comporte actuellement deux modèles : DC1, version de base, couvrant les puissances nominales de 0,37 à 11 kW, et DA1 pour les puissances nominales de 0,75 à 250 kW, version destinée aux applications plus exigeantes. En mettant l'accent sur le rendement énergétique, la série DA1 prend en charge les moteurs triphasés standards qui sont en principe conformes aux normes IE2 et IE3 en vigueur, ainsi que les moteurs hauts rendements à aimants permanents conçus suivant la future norme IE4.

Ces convertisseurs de fréquence sont également équipés d'un optimiseur d'énergie qui réduit automatiquement la tension du moteur à faible charge. Ainsi, les produits PowerXL accompagnent les entreprises dans leurs efforts pour améliorer le rendement énergétique de leurs machines et installations en réduisant leurs coûts.

En plus des modifications via son clavier ou le PC, autre fonction est la possibilité de copier facilement et rapidement les paramètres, de l'appareil à un autre, grâce à la clé Bluetooth.

C'est là un atout non seulement pour réaliser des économies, mais aussi pour éviter les erreurs, notamment pour la production en série.

Les modèles PowerXL s'inscrivent dans la stratégie de l'entreprise visant à appliquer la philosophie « Lean Solution » à l'ingénierie des machines et à la fabrication des tableaux.

Les convertisseurs de fréquence pourront ainsi, à l'avenir, être intégrés directement dans le système de communication intelligent SmartWire-DT d'Eaton au moyen de modules enfichables. Le câblage de commande classique n'est par conséquent plus nécessaire. Et, du fait de la grande transparence des données relatives au fonctionnement et au diagnostic, les utilisateurs augmentent la visibilité de leurs installations.

différentes machines et les exploitants. Il est désormais possible de coordonner plusieurs pompes et surtout d’informer la supervision des installations et systèmes hydrauliques. Plus communicants, les variateurs offrent la possibilité de renvoyer une masse quasi illimitée d’informations (intensités, courants absorbés, vitesses de rotations, débits de pompes et autres paramètres) techniques nécessaires à l’administration des réseaux. Cette possibilité de communication facilite la régulation et la gestion des flux tout en permettant, au niveau des variateurs, de déceler d’éventuelles anomalies ou dérives par rapport aux points de consignes.

Avec sa gamme Sinamics, Siemens est à l’opposé de ces philosophies en proposant avec le G120 un produit modulaire, s’adaptant aux besoins du client. Par exemple, sur une base de module de puissance entre 0,37 kW et 250 kW, Siemens propose des modules intelligents intégrant des fonctions métiers comme du pompage, de la ventilation ou un retour codeur. « La modularité est pour nous un point fondamental sur ce type d’équipement » souligne Sébastien Peynet, Chef produit de la gamme Sinamics G chez Siemens, « elle nous permet avant tout de faire des économies sur le fonctionnement, de proposer un produit répondant parfaitement aux attentes de nos clients, et de leur imposer des technologies dont ils n’ont pas besoin. Par la suite, rien n’empêche les évolutions, nous pouvons passer d’une communication Profibus à Profinet en quelques secondes, ajouter des fonctions Safety, basiques ou évoluées, enregistrer toutes les informations de process sur carte mémoire, se connecter à notre variateur en USB. Le but étant de ne jamais

de configurer un variateur très simple pour des applications de type pompage et/ou ventilation, et de répondre avec le même type de produit pour du process plus contraignant comme du convoyage ». Mais les pompes ne sont pas, tant s’en faut,

les seuls équipements susceptibles d’être équipés d'un variateur de vitesse. En station d’épuration, le relevage, l’aération et bien d'autres applications sont concernés.

Au-delà du pompage : le traitement des eaux usées et des boues

Le traitement des eaux usées fait aussi appel à la variation de vitesse, notamment pour les moteurs à l’origine des process dédiés au relevage ou à l’aération des bassins. Dans ce domaine, les enjeux sont cruciaux. En effet, au sein d'une station d’épuration, le process aération représente de 60 à 70 % des dépenses énergétiques.

« La variation de vitesse est nécessaire aux aérateurs pour assurer la qualité de l'eau puisque leur vitesse de rotation change nécessairement en fonction de la teneur en phosphates ou autres polluants contenus dans l'eau à traiter. Par ailleurs, suivant les quantités d’eaux pluviales ou d’eaux usées arrivant à la station, la dilution est différente d’où la nécessité de faire varier les vitesses des aérateurs en fonction de ces conditions » explique Thierry Walters, responsable des Services à l'Industrie de la filiale hollandaise Leroy-Somer.

Les fabricants de compresseurs ou de turbocompresseurs sont d’ailleurs en pointe sur la question : moteurs à aimants permanents pilotés par un variateur de vitesse se généralisent : HST20, chez Sulzer Pumps, ou Turbocompresseurs génération 5 chez Aerzen. Atlas Copco propose depuis 2003 des gammes de turbocompresseurs à haute vitesse, équipés de moteurs à aimants per-

Le rendement, plus élevé que sur des moteurs traditionnels, est maintenu sur l'ensemble de la plage de vitesse, aussi bien à pleine charge qu’à charge partielle.

Plus récemment encore, Atlas Copco vient de lancer sa nouvelle série de compresseurs à vis lubrifiées GA VSD+ qui place la vitesse variable au cœur de cette technologie. Un moteur à aimants permanents entraîne l’étage de compression placé au-dessous de lui. Moteur et étage de compression forment une même unité fonctionnelle, sans courroies ni engrenages. Plus compacte, moins bruyante, cette nouvelle série affiche une économie d’énergie pouvant aller jusqu’à 50 % par rapport à la consommation d’un compresseur classique à vitesse fixe.

En station d’épuration, beaucoup de petits entraînements, parfois complexes, sont également concernés : des vis, des séparateurs, des convoyeurs, des racleurs ou encore des diffuseurs. « Ce sont des petites puissances, souvent rattachées à des machines à couple constant, mais dont le nombre fait l’importance du gisement et justifie largement le passage à la vitesse variable », souligne Philippe Brem, ABB. Choix technologiques participant directement à la réduction des gaz à effet de serre, s'équiper de variateurs, aussi bien pour des investissements nouveaux que pour rénover des installations existantes, devient donc un point de passage obligé. À la clef, une consommation parfois diminuée de moitié, moins de stress mécaniques, moins de bruits et moins de vibrations dans les circuits hydrauliques.

Avec des démarrages et arrêts plus progressifs, les variateurs sur pompes limitent les risques de “coup de bélier” et la cavitation. Ces points, trop souvent négligés, limitent au passage les coûts de maintenance tout en prolongeant notablement la durée de vie des machines, des réseaux et de ses composants.