Lire une courbe de pompe centrifuge : HMT, rendement, puissance et NPSH

Une fiche de courbe constructeur regroupe en général quatre graphiques, tous tracés en fonction du débit (axe horizontal) :

• La HMT (hauteur manométrique totale) fournie par la pompe
• Le rendement de la pompe
• La puissance absorbée à l'arbre
• Le NPSH requis

Ces courbes sont valables pour des conditions précises, indiquées dans le cartouche : vitesse de rotation (par exemple 2 900 ou 1 450 tr/min en 50 Hz), diamètre de roue, et fluide de référence, généralement de l'eau à 20 °C. Pour un autre liquide (plus dense, plus visqueux) ou une autre vitesse, les valeurs changent.

Souvent, plusieurs courbes HMT sont superposées : une par diamètre de roue disponible (roue pleine, roues rognées). Des lignes d'iso-rendement relient alors les points de même rendement entre ces diamètres.

C'est la courbe principale. Pour une pompe centrifuge, la HMT est maximale à débit nul (vanne de refoulement fermée) puis diminue quand le débit augmente.

• La HMT à débit nul (« shut-off ») est la pression maximale que la pompe peut produire. Elle sert à vérifier la tenue en pression du réseau et des accessoires.

• La pente de la courbe compte : une courbe plate fait varier fortement le débit pour une petite variation de pression (utile en distribution) ; une courbe pentue maintient un débit plus stable quand la résistance du réseau change (utile en filtration, quand les filtres s'encrassent).

• Ne lisez jamais un seul point : une pompe « 70 m³/h à 40 m » n'est pas la même selon qu'elle donne 62 m ou 48 m à débit nul.

La courbe de rendement monte, passe par un maximum puis redescend. Ce maximum est le point de meilleur rendement, ou BEP (Best Efficiency Point).

Autour du BEP, l'écoulement dans la roue et la volute est le plus régulier : moins d'énergie perdue, moins de vibrations, moins d'efforts sur les roulements et la garniture. Les recommandations courantes de l'industrie fixent une plage de fonctionnement conseillée entre environ 70 et 120 % du débit au BEP.

• À gauche de cette plage (débit trop faible) : recirculation dans la roue, échauffement, vibrations, usure prématurée des garnitures et roulements.

• À droite (débit trop fort) : le NPSH requis grimpe vite, risque de cavitation, et la puissance absorbée augmente.

La courbe de puissance donne ce que le moteur doit fournir à l'arbre. Sur une pompe centrifuge radiale (le cas le plus courant), elle augmente avec le débit : la puissance maximale est atteinte en bout de courbe.

C'est pourquoi le moteur se dimensionne sur la puissance absorbée au débit maximum que votre réseau peut produire, pas seulement au point nominal. Le calcul détaillé est expliqué dans notre guide puissance d'une pompe et choix du moteur.

Attention aux pompes axiales (à hélice) : chez elles, la puissance est au contraire maximale à débit nul. Démarrer une pompe axiale vanne fermée peut surcharger le moteur, l'inverse de la pratique habituelle sur les pompes radiales.

La courbe du NPSH requis (NPSHr) indique la pression minimale nécessaire à l'aspiration pour que la pompe fonctionne sans cavitation notable. Elle augmente avec le débit.

Le NPSHr des catalogues est généralement le NPSH3 : la valeur à laquelle la HMT a déjà chuté de 3 % à cause de la cavitation. Autrement dit, au NPSHr, la pompe cavite déjà un peu. Le NPSH disponible de votre installation doit donc lui être supérieur avec une marge (souvent 0,5 à 1 m, davantage en eau chaude ou pour les fluides volatils). Le calcul est détaillé dans notre article NPSH et cavitation.

La pompe ne choisit pas son débit : il est fixé par le réseau. La courbe du réseau vaut :

avec Hg la hauteur géométrique (plus la différence de pression éventuelle) et k × Q² les pertes de charge. Le point de fonctionnement est l'intersection des deux courbes.

Exemple (schéma ci-dessus) : réseau de 22 m de hauteur géométrique, pompe de 62 m à débit nul et BEP à 80 m³/h.

• Le point de fonctionnement s'établit à 69 m³/h sous 41 m.
• Il se situe à 86 % du débit au BEP : dans la plage conseillée.
• Rendement lu sur la courbe : environ 76 %.
• Puissance absorbée : 69 × 41 / (367 × 0,76) ≈ 10 kW.
• NPSH requis à ce débit : environ 3,7 m. Le NPSH disponible doit dépasser 4,5 m environ.

Si le réseau change (vanne partiellement fermée, filtre encrassé, réservoir plus haut), sa courbe se déplace et le point de fonctionnement avec elle.

1. Prendre la courbe de la roue pleine alors que la pompe livrée a une roue rognée : vérifiez le diamètre sur la fiche ou la plaque.

2. Oublier la vitesse réelle : une pompe sur variateur ou un moteur 4 pôles au lieu de 2 pôles change complètement la courbe (voir les lois de similitude).

3. Ignorer les tolérances : les courbes catalogue sont soumises à des tolérances de fabrication et d'essai (norme ISO 9906). Le point réel peut différer de quelques pour cent ; sur un projet critique, demandez une courbe d'essai.

4. Transposer la courbe eau à un fluide visqueux : au-delà de quelques dizaines de centistokes, la HMT et le rendement baissent et la puissance augmente. Il faut appliquer des coefficients de correction.

Vous avez une courbe constructeur et un doute sur le point de fonctionnement ? Envoyez-la-nous avec les caractéristiques de votre réseau via le formulaire de devis. Nos techniciens vérifient le point de fonctionnement, le NPSH et la puissance moteur, et vous proposent si besoin une pompe ou un diamètre de roue mieux adaptés.

Sur une installation existante, nous mesurons sur site en Île-de-France pressions, débit et puissance absorbée pour situer la pompe sur sa courbe et diagnostiquer une usure ou un mauvais point de fonctionnement.