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Circulation d'eau - Part. 3 : Réalisation

Partie 3 : Réalisation du système de circulation d'eau


Devenu parfait petit récifaliste hydraulicien dans la seconde partie de cet article, on a pu déterminer toutes les dimensions de la canalisation. Mais le système de circulation d'un aquarium, ne se résume pas à définir le seul écoulement de l'eau depuis, et vers une cuve technique. Quid du choix des pompes, des tubes, de la réalisation du déversoir, de la réduction du bruit... ? C'est l'objet de cette troisième partie.

1 : Données de calculs - 2 : Dimensionnement - 3 : Réalisation

Partie 3 : Réalisation du système de circulation d'eau

La canalisation a été immaginée dans sa globalité, ses dimensions ont été calculées et validées au moyen des deux calculateurs de Cap récifal :

Calcul d'évacuation..
Calcul d'alimentation.
  • Le calculateur Calcul d'alimentation en eau d'aquarium, destiné à chiffrer la hauteur manométrique de la pompe en présence des coudes qui ne manquent pas de freiner notablement l'écoulement sous pression.
  • Le calculateur Calcul d'évacuation d'aquarium, pour évaluer le débit possible dans un diamètre et pour un taux de remplissage connus, ou pour déterminer le taux de remplissage pour un débit imposé et un diamètre choisi.

Il est temps d'en fixer les détails. Plusieurs questions se posent alors :

  • Quelle pompe choisir ?
  • Quel volume de nappe d'eau la cuve technique devra-t-elle réceptionner après arrêt de la pompe de remontée ?
  • Comment dimensionner la grille et le déversoir pour assurer l'écoulement, même en présence de corps étrangers ?
  • Comment évacuer les corps gras ?
  • Comment régler le niveau d'eau de l'aquarium et assurer la sécurité contre les inondations ?
  • Comment réduire les bruits parasites générés par les écoulements ?
Figure 1 : Troisième étape de réalisation du circuit après avoir choisi les équipements et les concepts parmi les diifférentes options possibles.

 

Nous passerons donc en revue les différentes fonctions d'un système de circulation avec, autant que possible, des solutions.

1. Éléments du circuit d'alimentation

1.1. La (moto)pompe de remontée

Bernouilli n'a plus de secret pour personne : pour que l'eau circule de la cuve technique vers l'aquarium placé à un niveau supérieur, il faut en élever la charge à l'entrée de la canalisation. C'est le rôle de la pompe de remontée ou de reprise, laquelle assurera aussi le débit circulant. Cette motopompe, nommée pompe, est en effet constituée d'un moteur couplé à une pompe, le tout formant un ensemble homogène, plus ou moins compact.

1.1.1. Le moteur

Synchrone, asynchrone, brushless, induction, électronique... des termes utilisés par les fournisseurs de pompes d'aquariums. Ce chapitre se limitera à y voir un peu plus clair dans la terminologie et les modèles qui nous sont proposés.

Un moteur électrique est constitué essentiellement de deux parties : un stator fixe et un rotor mobile, espacés par l'entrefer. Nous devrions parler de moteurs électromagnétiques, puisqu'ils transforment une énergie électrique en énergie mécanique cinétique (rotation du rotor) au moyen de forces magnétiques. Ainsi, la partie fixe entraine l'autre, mobile, à l'image de deux aimants dont les deux pôles positifs se repoussent. Ceci impose qu'il y ait formation d'un champ magnétique promoteur du mouvement, c'est le rôle de l'inducteur (en général au niveau du stator), et un organe (l'induit) subissant ce champ, ou s'y opposant sous la forme d'un second champ. La manière dont les phénomènes magnétiques interagissent, définit plusieurs technologies d'entrainement :

1.1.1.1. Moteur asynchrone
Figure 2 : Éclaté de moteur asynchrone avec rotor à cage.

Le principe de fonctionnement repose sur la création d'un courant induit (loi de Faraday) dans un conducteur lorsque celui-ci coupe les lignes de force du champ magnétique généré par l'inducteur (dans le stator), d'où le nom de moteur à induction. L’action combinée de ce courant induit et du champ magnétique, crée une force motrice sur le rotor avec un certain décalage : il est asynchrone.

Figure 3 : Pompe externe SMA 4000, à moteur asynchrone 220-240 V.Photo : Jecod

Le rotor peut être constitué de plusieurs barreaux métalliques (en cage d'écureuil). Chaque barreau, parcouru du courant induit, est repoussé successivement par la force électromagnétique. Il peut, moins fréquemment, être bobiné Il est alors parcouru par un courant alternatif transmis au moyen de balais (charbons) au collecteur du rotor.
L'inducteur dont les bobines sont alimentées en décalage par un courant alternatif (asynchrone triphasé ou asynchrone monophasé), produit un champ tournant qui entretient le mouvement. Ce type de moteur, simple, robuste est d'autant plus utilisé que des électroniques viennent aujourd'hui pallier à son point faible : la faible puissance au démarrage. La cage, quand elle est noyée dans le rotor, offre une solution étanche pour nos applications. On en trouve dans une gamme de puissance de 30 à 1000 W sur des pompes de relevage d'aquarium ou de bassin débitant de 3000 à 40000 l/h.

1.1.1.2. Moteur synchrone

Le stator est alimenté comme pour le moteur asynchrone, par un courant alternatif. Le rotor tourne, synchronisé avec le champ tournant. Mais contrairement à ce dernier, le flux magnétique du rotor est obtenu soit par un courant continu extérieur parcourant un enroulement, soit par un aimant permanent Ce type de moteur se caractérise par un faible encombrement, une vitesse constante quelle que soit la charge (jusqu'à un certain niveau de décrochage), il est moins sujet aux variations de tension et il peut fonctionner sous des tensions très différentes.

Les moteurs diffèrent notablement selon leur rotor :

Figure 4 : Pompe NewJet NJ8000 à moteur synchrone brushless, 220-240V.Photo : Aquarium Systems
Moteur synchrone à rotor bobiné

Le rotor dispose d'enroulements électriques. Alimenté en courant alternatif, il tourne selon la fréquence du secteur, ou un sous-multiple selon le nombre de bobines, à vitesse constante, indépendante de la charge. La présence de balais impose un usage externe.

Moteur synchrone brushless

Le rotor est composé d'un aimant permanent, constitué de poudres de terres rares frittées et polarisées sous le champ intense d'un électroaimant. Nul besoin de lui fournir du courant. Sans balai pour l'alimenter, il est dit brushless. C'est le cas de nombreuses pompes de relevage aquariophiles dont le rotor baigne dans l'eau.

Figure 5 : Pompe DC Runner à moteur synchrone brushless 24V DC et débit variable.Photo : Aquamedic

Ce type de moteur a des difficultés pour démarrer. Pour les très petites puissances, comme celles des pompes d’aquarium, les fabricants utilisent des aimants hélicoïdaux leur permettant d’accrocher plus facilement au champ tournant.

Mieux encore, l'inducteur est pourvu d'une électronique de puissance (fig. 4), interne ou externe, permettant de monter progressivement la fréquence et de caler le champ tournant sur le rotor (en fonction de sa position angulaire et de son couple). Le moteur s'adapte donc à la charge pour le meilleur rendement. Plusieurs méthodes permettent de mesurer en continu l'angle entre le champ et la position magnétique du rotor :

  • Résolveur optique : grande précision ; très grande vitesse ; insensible aux perturbations magnétiques ; commande sinus facile à mettre en place, mais assez coûteux.
  • Résolveur magnétique : bon rapport qualité prix ; assez précis ; commande sinus facile à mettre en place mais sensible aux perturbations magnétiques du moteur.
  • 3 capteurs effet hall : très faible coût, mais faible résolution (dépend du nb de pôles) ; pilotage difficile en mode sinus, plus adapté au pilotage avec commandes trapèze (sauf moteurs à régime constant et estimation de la position du rotor).
  • Back-EMF (force contre électromotrice) : méthode de relecture de la tension sur les phases, puis filtrage, pour connaître la position du rotor. Efficace avec des vitesses non nulles. Mais difficulté de démarrage à fort couple et complexité de filtrage du signal (mise au point).

D’une manière générale les moteurs brushless ont des rendements élevés moyennant une électronique complexe. Le choix des composants conditionne la durée de vie du moteur. Le marché propose une large gamme de modèles, de 6 V DC à 300 V AC. Ils sont alimentés en courant alternatif, l'alternance de l'activation des bobines est celle du secteur, ou à courant continu, dits BLDC (Brushless direct current), l'alternance est alors réglée électroniquement. Les pompes aquariophile exploitant ce principe s'échelonnent dans une large gamme de puissances 2,5 à 200 W allant de 150 à plus de 12000 l/h. De plus, certains modèles de "pompes électroniques" permettent de varier leur débit (fig. 5) et sont même parfois programmables ou pilotables, à l'instar des pompes de brassage.

1.1.1.3. Autres types de moteurs

Les moteurs électriques utilisent d'autres systèmes d'entrainement rappelés ici à titre indicatif puisqu’ils ne présentent pas d'intérêt pour notre hobby :

  • Moteur à courant continu. Utilisé surtout pour les petites puissances. Le stator (inducteur) peut être formé soit par des aimants en ferrite, soit par des bobines inductrices en série. Le circuit induit est composé de conducteurs logés dans des encoches, dans le rotor. Cela nécessite de le relier à un circuit électrique extérieur au moyen d'un collecteur associé à des balais. Cette technologie, source de pannes et de dysfonctionnements est supplantée par les développements du moteur brushless.
  • Moteur universel. Moteur à courant continu à excitation série (l'inducteur est en série avec l'induit). Ce système présente peu d'intérêt depuis l'apparition des moteurs brushless.
Le tableau 1 compare les différentes technologies d'entrainement des moteurs électriques. Les lignes vertes correspondent à celles proposées par les constructeurs de pompes de relevage pour l'aquariophilie.

Tableau 1 : Technologies d'entrainement des moteurs électriques
Technologie Particularités Inducteur Induit
Asynchrone triphasé
(Induction)
Champ magnétique tournant "Moteur à induction". Robuste, simple, démarrage en charge difficile, faible coût. Stator AC Rotor à cage -
Rotor bobiné AC
Asynchrone monophasé
(Induction)
Petites puissances, encombrant. Condensateur. Sans balais. Associé à une électronique.
Possibilités : rotor immergeable.
Stator AC Rotor à cage -
Courant continu Petites puissances, variation de vitesse, très basse tension,  balais, technologie dépassée. Stator CC ou aimants Rotor CC
polyphasé
Synchrone
(balais)
Vitesse fixe, indépendante du couple.
Pompes aquario. externes.
Stator CC Rotor CC
Synchrone
(brushless)
Vélocité, faible inertie, fiabilité, rendement, insonorité, souplesse, sans balais.
Possibilités : très basse tension, vitesses variables, pilotables, rotor immergeable.
Stator CC polyphasé Rotor Aimant
Universel La vitesse diminue fortement avec la charge. Maintenance, inertie, échauffements. Petits appareils <1 kW. Stator AC ou CC Rotor AC ou CC
Différents modes d'entrainements des moteurs électriques. Les lignes vertes regroupent les modèles aquariophiles ; les développements dans les commandes électroniques ont relancé l'interêt des modèles brushless qui cumulent de nombreux avantages.

 

1.1.2. La pompe

La pompe, accolée au moteur, convertit l'énergie mécanique (rotation du rotor) en énergie hydraulique, principalement sous forme de pression.

Figure 7 : Rotor de pompe (mobile).
Figure 6 : Corps de pompe (fixe).

Les pompes utilisées pour le relevage de l'eau d'aquarium sont des pompes centrifuges. Elles sont constituées :

  • D'un ensemble fixe : le corps de pompe (fig. 6) composé de la tubulure d'aspiration, de la volute et de la tubulure de refoulement.
  • D'une partie mobile : le rotor (fig. 7) constitué d'un impulseur (roue à aube) et de l'axe.

Le fluide entrant par la tubulure d'aspiration est mis en rotation au moyen du rotor tournant à grande vitesse, de quelques centaines à quelques milliers de tours par minute. L'impulseur (roue à aube), de forme radiale adaptée pour monter en pression, tourne dans le collecteur (la volute), en principe décentré par rapport à l'axe. Il augmente la vitesse radiale centrifuge, crée une dépression qui aspire le fluide axialement et le repousse tangentiellement en créant une pression dans la tubulure de refoulement.

Ce système de pompage a l'avantage d'être simple, rustique et peu couteux ; il fonctionne sans à-coup et permet d'obtenir des débits élevés à des pressions moyennes et avec des fluides peu visqueux comme l'eau douce ou salée, même chargés de particules solides. il est donc bien adapté à l'aquariophilie, par contre son rendement est faible.

Les impulseurs peuvent prendre des formes plus ou moins évoluées. Nos pompes aquariophiles sont pourvues de roues à aubes à simples pales (fig. 8a) ou de roues à aubes incurvées, ouvertes (fig. 8b), qui augmentent la vitesse de l'eau et améliorent le rendement. Ces dernières sont parfois semi fermées, fixées sur un flasque arrière (fig. 8c) laissant passer les corps étrangers. Certains modèles fermés entre deux flasques, créent une striction en sortie (fig. 8d) qui augmente la pression en sortie,  avec cependant un risque d'obstruction plus grand.

Figure 8 : Montage d'un passe-paroi
a : Impulseur à pales.
b : Impulseur ouvert, en roue à aubes, de bon rendement.
c : Impulseur roue à aubes, semi fermé, sur un flasque.
d : Roue à aube, fermée entre deux flasques assurant une compression en sortie.

 

1.1.3. Critères de choix d'une pompe

Plusieurs critères conduisent au choix d'une pompe. Le premier étant de sélectionner les modèles en mesure d'assurer le débit souhaité.

1.1.3.1. Débit : courbe de fonctionnement
Figure 9 : Le point du fonctionnement détermine le volume réel obtenu avec une pompe débitant un certain volume dans un circuit donné.

Comme nous l'avons vu précédemment, la pression interne apportée par la pompe, pousse une colonne d'eau dans le conduit, dont la masse augmente avec la hauteur. Cette pression diminue proportionnellement avec la hauteur et le débit s'en trouve réduit, ceci pour une même vitesse de rotation du rotor. Cette relation entre le débit volumétrique Qv, et la hauteur manométrique Hm,, est définie par la courbe de fonctionnement, ou courbe caractéristique (fig. 9 ), déterminée par le fabricant. Le débit est maximum à hauteur nulle et devient nul à la hauteur maximale.

Il appartient donc à l'aquariophile de vérifier que la pompe est en mesure de fournir le débit souhaité en sortie de canalisation. De la même manière que le fabricant définit la courbe caractéristique de la pompe, nous avons expliqué dans la partie précédente de cet article, comment tracer la courbe réseau (Hm en fonction de Qv) propre à la canalisation avec ses pertes de charges. Le point de fonctionnement se situe à l'intersection des deux courbes. En l'absence d'intersection, la pompe est inadaptée. Il est préférable que le point de fonctionnement se situe hors des extrêmes de la courbe. Le blog rudyv.be propose un logiciel Hervé Reef Tools téléchargeable, permettant de choisir une pompe parmi une sélection de modèles du commerce.

Figure 10 : Courbe de fonctionnement de la pompe ATK MP10041 10 000 l/h, Hmax 4,10 m.

Le plus souvent, les pompes sont vendues sans possibilité d'ajuster le débit. Il est, dès lors, peu probable de trouver le modèle qui fournira exactement le débit souhaité à la hauteur de déversement (fig. 9 ). Une petite différence n'est en général pas rédhibitoire, il suffit d'intégrer le débit réel pour recalculer éventuellement la canalisation.
Si besoin, il suffit d'apporter quelques modifications (diamètre, vanne...) pour en faire varier la charge et faire correspondre le débit réel au débit souhaité. À cet effet, certains modèles acceptent plusieurs diamètres de sortie, adaptables.
Par exemple : soit une canalisation dont la hauteur H à remonter est 2,20 m. Compte tenu des coudes et de la longueur du conduit, pour obtenir le débit souhaité de 6000 l/h, le Calculateur d'alimentation en eau d'aquarium donne une hauteur manométrique Hm = 3,00 m. D'après la courbe caractéristique du constructeur, à cette hauteur la pompe ATK MP10041 (fig. 10) débitera à 6200 l/h. Après un nouveau calcul de la canalisation, à ce débit le calculateur donne un taux de remplissage légèrement augmenté, mais il reste acceptable.

Le marché propose maintenant des pompes pour aquarium, à débit ajustable par variation électronique de la vitesse de rotation. Pour réduire le débit, il est également possible de placer une vanne sur le circuit ; une légère fermeture augmentera la perte de charge. Cette dernière sera placée sur le circuit de refoulement de la pompe et non à l'admission pour éviter qu'elle cavite. La vanne sera fermée sans excès sous peine de générer un échauffement du moteur. On peut aussi intégrer une dérivation en sortie de pompe, éventuellement équipée d'une vanne, qui recyclera le débit excessif vers la cuve technique.

Associations de pompes : sans rentrer dans les détails et à quelques approximations près, la hauteur manométrique de deux pompes montées en série est la somme de leurs hauteurs manométriques. Le débit de deux pompes en parallèle augmente sans jamais être la somme de leurs débits respectifs.

1.1.3.2. Variation de débit

Il n'est pas fréquent de faire varier la tension d'alimentation électrique des moteurs asynchrones. La régulation n'est pas très stable et cette méthode est réservée aux petites puissances sous peine de générer un échauffement du bobinage. On pourra trouver chez les vendeurs d'accessoires de bassin, des variateurs destinés à des pompes de 300 W maximum, même si on annonce des puissances bien plus importantes.

Les pompes dotées de moteurs synchrones brushless qui disposent d'une électronique associée sont parfois dotées de variateurs plus évolués qui agissent sur la fréquence du courant.

1.1.3.3. Protection électrique

Les protections électriques doivent être aux normes CE.

Figure 11 : Pompe aux normes CE à double isolation, indice, de protection IPX8 pour utilisation en immersion prolongée inférieure à 1m.
- Classe d'isolation : utiliser des pompes de classe 2 à double isolation, représentée par deux carrés superposés. Sinon, le branchement doit être relié à la terre. Le circuit d'alimentation des modèles fonctionnant sous réseau basse tension (230 à 400 V) doit, bien entendu, être équipé d'un disjoncteur différentiel 30 mA.
- Indice de protection : Une pompe non immergée doit avoir un indice de protection minimum IPX5 (protégé contre les jets d'eau de toutes directions à la lance). Une pompe de relevage immergée doit être au minimum IPX8 (matériel submersible en immersion prolongée). La plaque d'identification de la pompe précise la limite de profondeur pour laquelle la protection s'applique.

Pompes basse tension : Les fabricants proposent aujourd'hui des modèles électroniques fonctionnant sous basse tension 10 à 24 V. Outre l'absence de risque d'électrocution, ces dernières peuvent fonctionner à l’aide de n’importe quelle source de courant continu (batterie, cellules photovoltaïques). Un système, tel le Safety Connector de Tunze, permet une utilisation normale avec l’alimentation secteur et enclenche la source de courant continu (batterie) en cas de défaut de l’alimentation secteur.

1.1.3.4. Protection thermique

L'acier inoxydable... s'oxyde toujours !

La résistance à la corrosion des aciers inox est obtenue par l'adjonction de chrome (Cr) et de molybdène (Mo). L'inox, mis à nu par une rayure ou pire, au contact continu d'une eau chlorurée, s'oxyde en présence de l'oxygène de l'eau. Pour mémoire, l'eau de mer contient 35 g/l de chlorures (NaCl, MgCl2, CaCl2, KCl) ! Cr et Mo migrent alors vers la surface, par échanges d'électrons, pour constituer un film passif, protecteur, invisible, d'oxyde de chrome et de molybdène. Ainsi, le film se régénère constamment, libérant dans l'eau Cr et Mo. Durant les échanges électrolytiques, d'autres composants migrent. Pour mémoire, l'inox A4 ou 316L dit inox marine, contient : 17 % de chrome, 12 % de nickel, 2 % de molybdène, 2 % de manganèse, autant de métaux potentiellement toxiques pour certains invertébrés, que l'on préfère ne pas voir polluer notre eau récifale.

Et le titane ?

La même passivation s'observe avec le titane, sauf que la couche oxydée est plus épaisse, plus stable chimiquement, plus étanche et plus résistante, moins sujette à l'érosion dans un courant d'eau. Malgré la présence éventuelle d'additifs potentiellement toxiques (Ni, , Cr, Mo, Pt, Pd...), la couche superficielle est constituée de dioxyde de titane, dans un état de cristallisation innoffensif. Métal biocompatible, le risque d'intoxication des animaux semble nul.

De nombreux modèles électroniques disposent d'une protection thermique. L'alimentation secteur est alors protégée en cas de court-circuit et de surcharge thermique, per exemple en cas d'insuffisance d'eau (fonctionnement à sec).

1.1.3.5. Innocuité

Les composants ne doivent pas présenter de risque de libéreration de constituants toxiques (huile de lubrification, chrome, molybdène...) pour les animaux hébergés (voir l'encadré).
Le Décret n°73-138 du 12 février 1973 définit les règles concernant les matériaux et objets au contact des denrées, produits et boissons destinés à l'alimentation de l'homme et des animaux. Les textes incluent l'eau ingérée (celle de l'aquarium est ingérée par nos poissons). Le règlement UE n° 10/2011 du 14 janvier 2011 précise les modalités (contenu, méthodes de tests et taux limites) pour les plastiques (carters, pièces...). Certains constituants sont régis par les pays concernés... il reste à savoir si les fabricants s'y conforment.

1.1.3.6. Fiabilité

Les pompes de relevage d'aquarium fonctionnent 24 h / 24 h ; il convient de sélectionner un matériel fiable, même s'il est plus couteux. La fiabilité dépend de la fabrication mais aussi d'un bon usage, c'est à dire d'une utilisation correspondant au meilleur niveau de performance. Rappelons qu'il ne faut pas brider et encore moins obturer la sortie d'une pompe. C'est sans danger si la situation est de courte durée mais à la longue, en l'absence de circulation d'eau, la chaleur ne s'évacue plus et le moteur s'échauffe.

1.1.3.7. Rendement et consommation électrique

Le rendement est le rapport entre la puissance restituée et la puissance fournie. Il est constitué d'une part électrique, mécanique et hydraulique. Celui des pompes centrifuges est relativement bas, surtout pour celles dont le rotor est noyé (inférieur à 0,5). Il est préférable de faire fonctionner la pompe dans la plage de son meilleur rendement. En l'absence d'indication, et puisque nos pompes fonctionnent dans les mêmes conditions de débit et de température, on peut choisir celles dont le point de fonctionnement se situe vers le milieu de la courbe.

La consommation de pompes similaires peut varier notablement. Puisque les concepteurs s'ingénient à proposer des produits moins énergivores, pourquoi ne pas en profiter ! Le moteur de certaines pompes électroniques adapte automatiquement sa vitesse de rotation à la charge de la pompe, cherchant constamment le meilleur point de fonctionnement avec le moins d’énergie consommée possible. Le gain de consommation par rapport aux modèles conventionnels est de l'ordre de 30 %.

1.1.3.8. Résistance au milieu

Bien évidemment, les pompes doivent être prévues pour l'aquariophilie et, si besoin, pour une utilisation en eau de mer. Elles ne doivent présenter aucun risque d'oxydation (axes de rotor en céramique) ni de dégradation (rigidification des fils d'alimentation électrique) susceptible d'en affecter le fonctionnement ou la sécurité.

1.1.3.9. Niveau sonore et insonorisation de la pompe

L'absence de vibration et le faible niveau sonore sont à étudier, surtout si la pompe prend place dans un meuble du salon. Les constructeurs sont plutôt discrets sur le sujet. Les retours d'expérience des aquariophiles sur les forums sont heureusement riches d'enseignements. Il faut considérer que, comme pour tout équipement dynamique, l'usure des premiers jours de fonctionnement tend à diminuer les vibrations.

Les pompes sont équipées d'origine de silentblocs en caoutchouc ou de ventouses. Les aquariophiles savent pousser leur imagination pour trouver des solutions efficaces : plots de colle silicone ou ventouses additionnelles pour éviter les vibrations contre les parois ; pompes posées sur des tapis souples en matériau imputrescible et neutre ; pompe suspendue à une corde.

1.1.3.10. Intégration

Les dimensions externes peuvent être un élément déterminant pour inclure la pompe dans l'espace exigu d'une cuve technique. Une pompe à sorties orientables s'adaptera plus facilement à la configuration de l'installation. Des sorties filetées en 1" ou 1,5" pourront accepter des connecteurs fixes ou rapides.

La longueur du fil d'alimentation sera suffisante pour positionner la prise plus haut que la cuve, dans une zone sèche et normalement ventilée, éloignée de toute source de chaleur.

1.1.3.11. Programmation

Le marché propose des pompes électroniques programmables : arrêt manuel durant quelques minutes lors du nourrissage ; évolution du débit selon la journée ; mode silence la nuit... La programmation est même parfois possible à partir d'un smartphone via une connexion Wifi.

1.1.4 Emplacement de la pompe de relevage

Pompes externes ou internes
Figure 12 : Pompe interne et externe disposant de connexions filetées pour raccords étanches.

Le marché propose des pompes  exclusivement internes, à placer dans la cuve, puisque l'étanchéité de leurs connexions hydrauliques n'offre pas une garantie suffisante. D'autres sont exclusivement externes, non étanches, elles sont impérativement placées à l'extérieur de la cuve. Enfin, certaines pompes sont à la fois externes et internes. Ne pas confondre avec les pompes dites pour l'intérieur. Il s'agit en général de pompes de bassin à placer à l'abri des intempéries, qui n’assurent pas une étanchéité électrique suffisante.

Une partie de l'énergie mécanique est dissipée sous forme de chaleur qui se transmet à l'environnement de la pompe. Autant que possible, il est préférable de la mettre à l'extérieur de la cuve technique. Les pompes centrifuges des installations chez les particuliers ne peuvent s'amorcer seules. La pompe est donc positionnée en dessous de la surface de la chambre à niveau variable de la cuve technique, à une profondeur qui ne permet pas l'aspiration d'air par la formation de vortex ou tourbillons à la surface de l'eau. L'amorçage est ainsi obtenu par gravité. Dans nos circuits, l'usage consiste à éviter tout ce qui peut nuire à l'aspiration en amont de la pompe.

1.1.5. Cavitation et NPSH des pompes

Le phénomène de cavitation consiste en la formation de bulles de vapeur d'eau suite à son ébullition du fait d’une diminution importante de la pression. Emportées dans des zones de plus fortes pressions, ces bulles implosent, ce qui peut être néfaste pour l’installation. Le phénomène se traduit parfois par des bulles en sortie, par des bruits, une dégradation des turbines et des performances moindres.

La cavitation apparait avec une pression inférieure à la pression de vapeur saturante (24 cmCE à 20°C) que l'on peut rencontrer à l’aspiration d'une pompe. Les constructeurs de pompes industrielles déterminent la charge (pression) nette à l'aspiration au-dessus de la pression de vapeur saturante : NPSH (Net Positive Suction Head) requise pour éviter le phénomène, sous forme de courbe en fonction du débit. Ce n'est pas le cas des fabicants de pompes de relevage pour aquariums.

En aquariophilie

La cavitation n'est pas limitée aux pompes industrielles tournant à vitesse élevée. Au sein de la pompe la pression diminue encore, avant qu'elle apporte son énergie sous forme de pression par rotation. Ainsi, même si la pression à l’aspiration est supérieure à la pression de vapeur saturante, il est possible que, selon sa géométrie, la pompe cavite. Le phénomène est peu fréquent mais se rencontre parfois. Les fabricants éludent pourtant cet aspect, même pour les modèles les plus performants ou ceux, non immergés, placés à l'extérieur de la cuve, dont le conduit d'aspiration est plus long.

Le cas échéant, on peut remédier au problème en élevant le niveau d'eau au-dessus de la pompe, en éliminant en amont tout accessoire (vanne) inutile, susceptible de générer une perte de charge, en réduisant la longueur du conduit d'aspiration ou en augmentant son diamètre.


1.1.6. Entretien / Démontage des pompes

Figure 13 : Carter de pompe encombré de mulm bactérien et d'algues.Photo : Reefcalou

Les pompes s'encrassent ou s'encombrent de zooglée (films et amas bactériens) et d'organismes calcificateurs (vers à panache...) qui en réduisent le débit (fig. 13). Nettoyer régulièrement la pompe (turbine, volute, rotor et son logement…), au moins 1 fois par an et plus fréquemment en présence de conditions d’utilisation sévères (eau très calcaire, utilisation d'un réacteur à bactéries ou d'apports de carbone pour ces dernières).

Figure 14 : Corps transparent de pompe DC Runner pour la surveillance visuelle.Photo : Aquamedic

De rares fabricants proposent des équipements dont le corps de pompe en plastique transparent permet une observation visuelle aisée (fig. 14). Au démontage, prendre toutes précautions pour ne pas rompre l’axe quand il est en céramique, sensible aux chocs. Si l’entraînement devait être bloqué en raison d’une calcification ou d’impuretés sèches, ne pas forcer. Immerger la pompe ou l’entraînement de pompe durant 24 heures dans une solution à base de vinaigre ou quelques minutes dans de l’acide chlorhydrique très dilué (en prenant toutes les précautions qui s’imposent contre les brûlures). Contrôler la partie interne du bloc-moteur, en particulier le canal de refroidissement s’il en est pourvu. Il doit être propre et sans trace d’usure. Remonter dans l’ordre inverse du démontage. Si le corps de pompe est fixé par des vis, serrer progressivement et successivement chaque vis en opposition.

1.1.7. En cas de panne

Comme pour tout risque potentiel, les dispositions à prendre, préventives ou réactives, dépendent des probabilités d'apparition de la panne (fiabilité de l'équipement et des composants), de la facilité de détection (signes avant-coureurs ou pas) et de la gravité des effets quand le problème survient. Moins critique que le brassage, la circulation d'eau reste néanmoins un élément majeur de l'aquarium. En effet, elle assure la stabilité de la température quand le système de chauffe est placé dans la cuve technique. Elle contribue aussi aux échanges gazeux en amenant l'eau oxygénée par l'écumeur. En cas de panne, les occupants ne subiront pas d'effet immédiat si on peut, dans l'attente, réguler la température interne du bac, surtout si celle environnante atteint des extrêmes. Mais tout doit revenir en ordre dans les jours qui suivent, si le brassage n'a pas failli dans le même temps. Et comme les problèmes ont la fâcheuse habitude de survenir lors de nos absences.... Merci Murphy !

Selon le contexte (système en place, volume, animaux, situation géographique, fiabilité...) l'aquariophile peut choisir sa meilleure stratégie pour gérer l'incident :

  • Aucun équipement de rechange. Ce n'est pas un réel problème si on a l'assurance de pouvoir être rapidement dépanné (pompe ou pièces détachées) par un VPCiste particulièrement réactif, un magasin à proximité, le prêt d'un voisin aquariophile ou par une association... La probabilité d'apparition de la panne est diminuée si l'on a opté pour un matériel très fiable en mesure de fonctionner 24h sur 24h, 10 ans, sans faillir. Bien souvent l'aquariophile, attentif aux moindres bruits et vibrations dans son installation, sait quand la pompe est sur son déclin. Le risque est calculé, mais il ne couvre pas les pannes soudaines.
  • Des accessoires critiques de rechange. Il est difficile de savoir quelle sera l'origine de la panne, elles sont si diverses. Un rotor et sa turbine de rechange permettent de prolonger la durée de vie de la pompe mais il n'est pas exclu que le problème soit électrique avec un moteur hors d'usage ou un câble sectionné.
  • Doubler les pompes en fonctionnement. Le débit de deux pompes identiques en parallèle chutera environ de moitié quand l'une d'elle s'arrêtera. Le traitement partiel de l'eau laisse une bonne semaine pour la réparation. Mais deux équipements, c'est augmenter la probabilité d'apparition du problème, et peut-on faire confiance à un équipement qui, dans le même temps, s'use autant que celui qu'il est sensé suppléer ?
  • Une pompe de remplacement. ce choix est d'évidence préférable au précédent, avec la probabilité de ne jamais utiliser cet équipement neuf, dans sa belle boîte.
  • Un système d'alerte. L'ampleur des inconvénients en cas de panne peut justifier la mise en place d'un système détectant la la montée (et la baisse) du niveau d'eau dans la cuve technique, informant l'aquariophile, où qu'il soit, de telle sorte qu'il puisse réagir.

1.2. Le conduit du circuit d'alimentation

Les calculs de dimensionnement dans la partie 2 de cet article ont permis de valider la canalisation. Pour autant, concernant le circuit d'alimentation, le but aura peut-être été atteint "en force", pour contrer une perte de charge excessive, par exemple avec un petit diamètre. On peut considérer que le diamètre pour obtenir le débit souhaité, est cohérent si la perte de charge régulière se situe entre 50 à 100 mmCE par mètre de longueur. Une perte de charge régulière inférieure laisse supposer que le diamètre d'alimentation est trop important et qu'il sera source de problèmes annexes (poids et volume d'eau dans la canalisation).

1.3. Singularités : Coudes, jonctions, dérivations...

Du fait de la vitesse d'écoulement supérieure dans le circuit d'alimentation, un même coude engendre une perte de charge plus élevée qu'à l'évacuation. Il est d'autant plus important de réduire le nombre de singularités au strict nécessaire et de privilégier celles qui occasionnent la moindre perte de charge. Les coudes longs (courbes) sont, par exemple, préférables aux courts. En effet, une courbe 90° génère deux fois moins de pertes de charge que deux coudes 45° standards et trois fois moins qu'un coude 90° court. Un tuyau souple renforcé, formant de larges courbes, permet d'éliminer nombre de singularités, surtout quand la pompe est au sous-sol, éloignée de l'aquarium. Le Calculateur d'alimentation en eau d'aquarium permet de comparer les différents choix.

1.4 Anti retour : clapet, prise d'air

1.4.1. Anti retour par clapet anti-retour

Figure 15 : Clapet battant translucide 2".Photo : Valterra

Dans certaines conditions, on peut souhaiter éviter que l'eau dans le conduit ne retourne pas dans la cuve technique à l'arrêt de la pompe de remontée. C'est le cas des canalisations longues de gros diamètre, quand la cuve technique n'a pas le volume suffisant pour recueillir l'eau se déversant. Le clapet anti-retour, se fermant sous la simple pression de la colonne d'eau (et éventuellement d'un lestage) est une solution. Parmi les nombreux modèles disponibles en PVC, il faut s'assurer de l'absence de tout élément métallique oxydable en eau de mer (ressort, axe...). La restriction du diamètre interne de ce type d'équipement génère des pertes de charges importantes, même ouvert, qu'il faut inclure dans le calcul. Pour ce, il faut se référer aux catalogues des fabricants. La fiabilité de ces clapets ne fait pas l'unanimité du fait de leur encrassement potentiel et du risque de fuite par des particules étrangères. Assemblés par collage ou vissage, une flèche précise le sens de montage dans celui de l'écoulement, ils peuvent en principe être nettoyés sans démontage. On les positionne en sortie de pompe de remontée, pour un démontage éventuel de cette dernière. Certains modèles transparents, pour piscines, à battant (fig. 15) ou à bille, permettent une surveillance sans démontage.

Il existe des systèmes à battants horizontaux : l'eau soulève un clapet (fig. 16a), l'étanchéité est réalisée par un revêtement élastomère dont il faut vérifier l'innocuité. Dans les systèmes à bille, une boule est surélevée par l'eau (fig. 16b), ils doivent être montés verticaux. Les modèles à piston sont sans aucune partie métallique. Ils disposent d'un piston lesté et noyé dans la masse, pour revenir en place (fig. 16c). Le fonctionnement des clapets de pied (fig. 16d) est similaire au précédent mais en général placés verticaux, immergés, en amont d'une pompe aspirant, pour éviter son désamorçage.

Figure 16 : Clapets de retenue
a : Clapet battant antiretour.
b : Clapet à bille.Photo : Aliaxis
c : Clapet à pistonPhoto : Aliaxis
d : Clapet de pied.Photo : Aliaxis

 

1.4.2. Anti retour par prise d'air

Dans la mesure où le reflux de l'eau contenue dans le conduit n'est pas un problème mais que l'on souhaite limiter le déversement de la nappe d'eau, il est d'usage de percer en sortie un trou ou deux, d'environ 4mm, juste sous la surface de l'eau et dirigé vers cette dernière, de telle sorte que le niveau descendant, cette prise d'air désamorce le siphonage de la nappe d'eau (fig. 17c et 17d).

Figure 17  : Sorties de conduit d'alimentation limitant le reflux vers la cuve technique lors de l'arrêt de la pompe de remontée.

 

1.5. Sortie d'eau d'alimentation

La sortie de la canalisation est une source de perte de charges. Comme pour toute singularité, le calcul des pertes de charges doit en tenir compte. Cette sortie peut répondre à plusieurs impératifs :

  • Éviter des projections d'eau : en plaçant l'orifice sous la surface de l'eau.
  • Limiter le reflux de la nappe d'eau vers la cuve technique : la sortie placée au plus près de la surface selon la figure 16a est rapidement désamorcée dès que le niveau d'eau descend ; elle le sera plus encore dans la configuration de la figure 16b, avec un coude sous la surface. Si la sortie est sous la surface (fig. 16c) ou au fond de la cuve (fig. 16d), un trou d'évent, positionné sous la surface et orienté vers cette dernière, permet d'anticiper le désamorçage. Cet orifice, en général 5 à 6 mm de diamètre, ne doit pas être trop petit afin de ne pas se colmater et d'absorber l'air, ni trop grand pour limiter les éclaboussures. Il convient de vérifier régulièrement l'absence de colmatage.
  • Contribuer au brassage de surface : le flux de l'eau doit contribuer à la logique de brassage imaginée par l'aquariophile. La configuration de la figure 16c est souvent utilisée pour orienter le flux de sortie, selon l'orientation des coudes, et compléter le brassage à la surface de l'eau.
  • Évacuer le film gras de surface : de même que ci-dessus, l'orifice de la sortie pourvu d'un coude orientable, peut contribuer à diriger le film gras superficiel vers le déversoir de l'aquarium. La disposition et l'orientation des sorties dépendent notamment de la disposition des évacuations. Elles ne doivent pas générer de remous perturbateurs à proximité du déversoir (paragraphe Évacuation).
  • Contribuer au brassage de fond : Contrairement à ci-dessus, la sortie d'eau peut contribuer à soulever et remettre en mouvement les sédiments du fond. Bien évidemment, l'évent de désamorçage est plus que jamais indispensable (fig. 16d).

 

2. Éléments du circuit d'évacuation

2.1. Conduit d'évacuation : profil de la canalisation

Bien évidemment, l'écoulement d'alimentation étant réalisé sous pression, le diamètre du circuit d'évacuation gravitaire est obligatoirement supérieur à celui de l'alimentation.

La figure 16 montre différents profils de canalisation, plus ou moins probables dans des installations classiques. La ligne AA, représente la ligne piézométrique des pressions relatives, la ligne BB', celle des pressions absolues compte tenu de la pression atmosphérique (1 at = 10,33 mCE).

  • Situation normale : , situation normale. L'ensemble de la canalisation est sous la ligne AA', la pression dépasse la pression atmosphérique, la pente est régulière, sans point haut (fig. 18a).
  • L'ensemble de la canalisation est sous la ligne AA' mais elle présente des remontées où de l'air s'accumule perturbant l’écoulement. Cette situation peut nécessiter des évents en ces points hauts (fig. 18b).
  • La canalisation descend régulièrement mais passe au-dessus de la ligne piézométrique AA'. Dans ces portions, le conduit est en dépression. En cas de fuite de l'air s'introduit et perturbe l'écoulement (fig. 18c). Cette situation est à éviter.
  • Si la conduite s’élève au-dessus de la ligne horizontale qui passe par A, il n’y aura écoulement que si toute la conduite a été remplie d’eau. L'écoulement se produit alors par siphonage (fig. 18d).
  • Si la conduite est toujours située au-dessous de l’horizontale passant par A mais dépasse BB’, l’écoulement se fait sans siphonage. Cependant, la pression est nulle pour la partie située au-dessus de BB’ : il y a cavitation. Les inclusions d’air dans ces zones en forte dépression perturbent l'écoulement. On conviendra que sauf à disposer la cuve technique en bas d'un immeuble, cette situation a peu de probabilité de se rencontrer dans nos systèmes (fig. 18e).
  • Supposons que la conduite ci-dessus s'élève au-dessus de l’horizontale passant par A, il faudrait amorcer le siphon et l’écoulement s'engorgerait d'air de façon irrégulière. Si la conduite dépasse la cote B, il est impossible d’amorcer l’écoulement (fig. 18f).
Figure 18 : Profils de canalisations
a : Situation normale, toute la canalisation est sous la ligne piézométrique, sans point haut.
b : de l'air s'accumule aux points de remontées, cela peut nécessiter des évents.
c : les zones au-dessus de la ligné AA' sont en dépression, en cas de fuite, de l'air s'introduit et perturbe l'écoulement.
d : quand la conduite passe au-dessus du niveau haut, l'écoulement se produit par siphonage seulement si la conduite est pleine.
e : Zone rouge en forte dépression perturbant l'écoulement.
f : Au-dessus de BB' et du point A, impossible d'amorcer l'écoulement.

 

2.2. Évacuation : par le fond, par le haut de la cuve

2.2.1. Évacuation par le fond

Figure 19 : Évacuation par le fond.Photo : Cap récifal - Gilles-34

Le conduit d'évacuation peut traverser le fond de la cuve par un passe-cloison de bonne facture. Le perçage de la vitre de fond, non sollicitée en flexion, génère un minimum de contraintes supplémentaires. Le risque, autrefois avancé, de voir la cuve se vider en cas de fuite s'avère aujourd'hui très faible, voire nul, compte tenu de l'excellente fiabilité des passe-parois tels que ceux prévus pour l'aquariophilie et présentés au chapitre Passe-paroi. Le conduit, traversant la couche d'eau verticalement de haut en bas est une source de bruits de cascade. Il convient de le noyer. Très visible et exposée, il importe de l'habiller par une colonne (colonne humide) pour des questions esthétiques et pour la protéger mécaniquement. Ce principe est adopté par les fabricants d'aquariums de volumes faibles à moyens, soucieux de proposer un ensemble esthétique, compact, incluant une cuve technique au niveau inférieur et pouvant s'intégrer facilement dans la maison. Cette colonne encombrante, est parfois mise à profit pour accueillir un conduit au sec, par lequel passent les câbles électriques.

2.2.2. Évacuation par le haut

Le conduit d'évacuation peut traverser la cuve à un point haut d'une face, généralement arrière (fig. 18). Ce choix impose de percer la vitre dans des zones de plus faibles contraintes (article Aquarium en verre : conception, réalisation). Plus discret, il libère du volume dans le bac. L'évacuation est de plus faible déclivité, moins génératrice de bruits et, mieux encore, elle peut traverser immédiatement le mur arrière vers une pièce annexe ou en sous-sol pour le limiter encore plus.

L'évacuation peut se réaliser également en passant au-dessus d'une face, par un déversoir à siphon que nous évoquerons.

2.3. Prise d'eau d'évacuation : au fond, en surface

2.3.1. Prise d'eau au fond de la cuve

Figure 20 : Prise d'eau au fond avec évent.

La prise d'eau peut être positionnée au fond de la cuve, une manière de privilégier l'élimination des sédiments de fond. Le risque étant de siphonner toute l'eau de la cuve à l'arrêt de la pompe de remontée, il est impératif de prévoir un évent sous la surface de l'eau, qui désamorcera le siphonage dès dès la descente du niveau d'eau (fig. 20b).
La prise d'eau est alors équipée d'une crépine, indispensable pour ne pas boucher l'évacuation. Une obturation partielle de la crépine augmente le risque potentiel de débordement. Elle devra être de surface conséquente, régulièrement surveillée et, de préférence, doublée d'une détection de la montée du niveau d'eau.

2.3.2. Prise d'eau en surface, réglage de niveau

Plus fréquemment les aquariophiles récifalistes positionnent la prise d'eau près de la surface, privilégiant ainsi l'évacuation des sédiments légers et du film de matières grasses.

Le principe, le plus utilisé consiste à évacuer dans un coude au-dessus duquel un manchon de tube permet d'ajuster le niveau de l'eau en amont de l'évacuation (fig. 21a). Ce niveau peut être celui d'une boite d'évacuation ou celui de l'aquarium, comme on va le voir. Cette solution impose de percer le vitrage en tenant compte de la hauteur du coude prévu. La figure 21b montre une sortie directe qui ne permet pas le réglage de niveau et qui peut aspirer de l'air sans possibilité d'en atténuer le bruit de succion. De plus, la nappe d'eau qui se déverse à l'arrêt de la pompe de relevage, peut être importante. L'évacuation de la figure 21c élimine les bruits parasites mais présente la même impossibilité de réglage du niveau. Ces observations valent aussi en présence d'une évacuation par le fond de la cuve.

Figure 21a : Évacuation permetttant de régler facilement le niveau d'eau.
Figure 21b : Évacuation sans possibilité de réglage.
Figure 21c : Évacuation insonore sans possibilité de réglage.

 

Compte tenu du risque important d'obturation par des corps flottants (algues, éponges...) ou non flottants (escargots, bernard l'hermite...) la crépine usuelle proposée en magasin, de petite taille est proscrite. Le dispositif généralement utilisé se constitue d'une grille et d'un déversoir.

2.4. Déversoir et grille : deux principes

Parmi les diverses fonctions que peut avoir un déversoir en aquariophilie, la première est de maintenir l'eau en amont à une hauteur donnée. Ce faisant, on lui attribue d'autres fonctions secondaires :

  • Régler le niveau de l'eau dans la cuve.
  • Évacuer l'eau au débit de la pompe de remontée, même lors d'augmentations occasionnelles (perturbations par les pompe de brassage, variation de viscosité ...).
  • Évacuer le film gras superficiel.
  • Assurer le bon fonctionnement dans la durée. Il s'agit ici, d'empêcher, au moyen d'une grille, l'obstruction par des corps étrangers (animaux ou végétaux) ou de minimiser ses effets.

Ces fonctions sont assurées dans un système global qui regroupe une grille (ou un peigne) et le système d'évacuation, agencés au sein d'une boite d'évacuation. La répartition des fonctions est variable selon les installations. On trouve deux principes : le peigne-déversoir multifonctions et la grille associée à un déversoir, chacun ayant alors ses fonctions propres.

2.4.1. Principe 1 : Peigne-déversoir multifonctions

Figure 22 : La grille détermine le niveau d'eau. qui peut évoluer en présence de corps étrangers.
Le peigne. Dans ce système, la grille de protection établit en même temps le niveau d'eau (fig. 22). Cette deuxième fonction impose ses proportions : longue et de faible hauteur, en forme de peigne. L'entrée du circuit d'évacuation, située plus en aval, n'a donc aucun effet sur le niveau d'eau de la cuve. Dans ce dispositif elle ne constitue pas le déversoir.

C'est l'installation la plus répandue. Toutes les fonctions sont dédiées au peigne. Le niveau bas des dentures (et également leur espacement) détermine le niveau haut de l'eau dans la cuve. Les dents sont donc courtes et la surface du peigne se répartit à la surface de l'eau, sur une longueur indispensable pour évacuer au débit souhaité (paragraphe Déversoir : principes et calcul). Le peigne de certaines installations occupe ainsi toute la largeur de l'aquarium.

  • Avantages. Ce système est proposé en kit prêt à l'emploi dans le commerce tel le Déversoir simple descente OFB+++ de Neo3plus ou les Wall Overflow et Central Overflaw de Tunze ; l'élimination des corps gras est optimale.

  • Inconvénients. La surface inter-dentures se répartit en longueur ce qui impose des boites d'évacuation plus difficiles à loger, notamment en présence de grands débits. Le bas des dentures, proche du niveau d'eau, limite la plage de réglage, chaque modification de la denture influe sur le niveau. Le positionnement des dentures en surface les expose aux corps étrangers (algues, corallines encroûtantes...), particulièrement aux corps flottants, ce qui peut affecter la stabilité de l'écoulement. Le réglage du niveau d'eau initial ou son ajustement après mise en eau impose un peigne réglable en hauteur, en plus d'être amovible pour son nettoyage. Que ce soit avec une glissière ou par coincement, le peigne doit retrouver sa position initiale et rester en place.

2.4.2. Principe 2 : Grille plus déversoir aux fonctions propres

Figure 23 : la grille retient les corps étrangers, sans grande incidence sur le niveau d'eau.

Ce système est composé d'une grille et d'un déversoir, chacun ses fonctions propres (fig. 23).

La grille. Son unique fonction est de retenir les corps étrangers ; sa hauteur est importante.

Le déversoir. Le niveau d'eau est obtenu en aval par un seuil tel que l'orifice du tuyau d'évacuation.

  • Avantages. La surface des inter-dentures de grille n'a aucune d'incidence sur le réglage du niveau d'eau. Cette surface rend le système quasiment insensible à une obstruction, d'autant mieux qu'elle est importante, durant toute son utilisation. Le réglage du niveau d'eau est facilement réalisé, à la hauteur souhaitée, avec un tube emmanché sur l'orifice d'évacuation (fig. 21a).
  • Inconvénients. Système non commercialisé, exclusivement DIY. Le prélèvement d'eau se fait plus bas sous la surface mais l'élimination du films gras reste efficace.

2.5. Peigne, grille, grillage

L'habitude est d'utiliser des peignes (fig. 25) ou grilles (fig. 26) rigides. Un grillage en plastique (fig. 27) de maille 5 à 10 mm peut faire l'affaire, pour autant qu'on puisse la maintenir en place. Les dents des grilles ou des peignes mesurent habituellement 6 mm de large et sont espacées de 3 à 6 mm, sans que cela soit une règle. Seule la surface libre entre les dents affecte l'écoulement (paragraphe Calcul du déversoir). Il importe de prévoir une longueur de peigne suffisante pour limiter la hauteur de la nappe d'eau. La hauteur des dentures des peignes est d'environ 20 à 25 mm ; elle est bien évidemment beaucoup plus importante pour les grilles. La hauteur hors eau, d'environ 2 à 3 cm doit être dissuasive pour les bernard l’hermite escaladeurs, et plus haute encore ou pourvue d'un recouvrement en présence de poissons sauteurs.

Figure 24 : Positions du peigne à l'intérieur (a) ou à l'extérieur (b) de la boite d'évacuation.

Bien souvent en PVC ou PMMA, la grille et les peignes doivent être facilement amovibles de façon à pouvoir ajuster ultérieurement la taille des dentures, pour leur nettoyage ou leur remplacement. Le commerce propose des peignes que l'on glisse dans un support à coller sur la boite d'évacuation.

Le peigne doit-il être positionné sur son support : à l'intérieur, côté évacuation (fig. 24a), ou à l'extérieur de la boite d'évacuation (fig.24b) ? L'esthétique suggère un peigne discret placé à l'intérieur. La chute d'eau en aval devra être la plus faible possible pour limiter les bruits, ce qui peut justifier le positionnement à l'extérieur, de telle sorte que l'eau s'écoule le long de la paroi. Le peigne, lorsqu'il fait office de déversoir affectant le niveau d'eau du bac, pourra utilement être réglable en hauteur, surtout lorsque la surface de passage aura été sous dimensionnée. On pourra aussi ajuster la surface d'écoulement en limant ou en cassant quelques dents.

Figure 25 : Assemblage de peignes amovibles du commerce, placés ici à l'intérieur de la colonne. Photo : Cap récifal - Gilles-34
Figure 26 : Boite avec grille amovible, hébergeant, une pompe de brassage sous décor. Photo : Denis Tournassat
Figure 27 : Grillage de maille 5 mm, collé. La hauteur du déversoir en verre n'est pas réglable. Photo : Cap récifal - Gilles-34

 

2.6. Boîte d'évacuation interne ou externe

La sécurité impose de mettre en place un peigne (ou une grille) de surface conséquente pour éviter qu'elle s'obstrue trop facilement, excluant les petites crépines classiques. Il est d'usage de le maintenir au moyen d'une boite (ou colonne humide) qui permet de plus, de masquer la tuyauterie d'évacuation.

2.6.1. La boite d'évacuation

Cette boite est en verre, en PMMA (Plexiglass), PVC ou d'autre matériaux plastiques non toxiques :

Figure 29 : Boite en balconnet parcourant toute la largeur de la cuve.Photo : Olivier Soulat
Figure 28 : Large boite d'évacuation protégée de la prolifération algale.Photo : Christian Seitz
  • Interne . Elle trouver sa place à l'intérieur de la cuve (fig. 28, 30a et 30b). Selon la position de l'évacuation, elle peut prendre la forme d'une simple boite, proche de la surface, quand l'évacuation traverse une face verticale, en général à l'arrière de la cuve, ou d'une colonne (colonne humide) qui descend jusqu'au fond de l'aquarium quand l'évacuation traverse la vitre du fond.
    Cette "boite", lorsqu'elle prend toute la largeur de la cuve, consiste en une simple séparation dans l'aquarium, équipée d'un peigne masquant la tuyauterie. Cette séparation cache parfois des pompes de brassage refoulant au travers de cette dernière.
  • Externe. La boite peut prendre la forme d'un balconnet, positionné à l'extérieur de la cuve (fig. 29 et 30c). Ce dispositif, souvent choisi pour améliorer l'esthétique, libère du volume interne pour le décor et les animaux.

La boîte d'évacuation peut être protégée de la lumière directe de manière à retarder la prolifération des organismes photosynthétiques (algues, corallines...) de nature à modifier les caractéristiques hydrauliques. Son nettoyage annuel permet de retirer les organismes filtreurs (éponges, vers à tubes calcaires...) qui se seront fixés, ou les sédiments déposés.

2.6.2. Emplacement de la boite d'évacuation

En présence d'un brassage avec boite à vague, il est préférable de centrer l'évacuation, là ou la variation de hauteur des vagues est la plus faible (fig. 30b).

Figure 30 : la boîte d'évacuation est située dans une zone calme mais peut prendre une position centrale en présence d'une boîte à vague ou en balconnet pour répondre à des exigences esthétiques.

 

Figure 31 : la grille de la boîte à vague est orientée vers des zones de courant à faible vitesse.

Les dimensions de la boite d'évacuation dépendent en premier lieu de la surface de passage de l'eau et donc des dimensions de la grille ou du peigne, comme on l'abordera plus loin, mais aussi de ce qu'elle doit contenir. Certains y intègrent des systèmes de silencieux, des pompes, un capteur...

La grille de la boite d'évacuation ne doit pas être exposée directement au flux des pompes de brassage qui réduirait l'efficacité du système tout en perturbant les écoulements. De préférence, elle est située dans une zone faiblement brassée : dans le flux d'un courant modéré qui portera toutes les particules à évacuer, ou dans un ressac où les particules légères et notamment le film gras, peuvent se concentrer (fig. 31). La grille est alors orientée face à cette zone calme, l'aspiration des impuretés ne sera que meilleure. Mais les brassages turbulents, énergiques, surtout quand on les programme de manière aléatoire, limitent bien souvent les zones d'accumulation en surface.

2.7. Boite-déversoir à siphon

Dans l'impossibilité de percer le verre, on peut avoir recours à des déversoirs fonctionnant par siphonage. Le principe est simple : un conduit passant au-dessus la paroi de la cuve est vidé de son air au moyen du tube en A puis bouché en B (fig. 32a), le poids de l'eau descendant aspire alors l'eau issue de la cuve. Le bon fonctionnement repose sur l'absence d'air en partie supérieure du siphon, qui désamorcerait le système avec, comme effet désastreux, le vidage de la cuve technique et le débordement potentiel de l'aquarium. L'étanchéité de la prise d'air est donc primordiale. Comme toute canalisation pleine, le siphon fonctionne à son débit maximum. C'est à dire que toute augmentation du débit se traduit par une augmentation du niveau d'eau. Certains déversoirs sont pourvus d'un réglage en hauteur permettant de les ajuster plus aisément en fonction du niveau d'eau. Ce système de déversoir équipe le plus souvent des aquariums de petit à moyen volume, mais le débit maximum peut néanmoins atteindre 5000 l/h avec certains modèles du commerce (fig. 32c et 32d), comme avec l'Overflow Box OFB 5000 d'Aquamedic. Les bricoleurs pourront préférer réaliser ce type de déversoir avec des tubes PVC, quelques coudes et un Té (fig. 32e et 32f).

Figure 32a : Fonctionnement en fonctionnement.
Figure32c : Overflow Box de Tunze.
Figure 32e : Déversoir à siphon DIY en fonctionnement.
Figure 32b : Etat à l'arrêt de la pompe de remontée.
Figure 32d : Overflow Box OFB 5000 d'Aquamedic.
Figure 32f : Déversoir à siphon DIY à l'arrêt de la pompe de remontée.

 

Quand le siphon est bien conçu, la vitesse de l'eau suffit à évacuer les potentielles bulles d'air à l'intérieur. Mais si son désamorçage est peu fréquent, le risque est bien réel quand trop d'air s'infiltre à l'intérieur. Le déversoir à siphon ne devrait s'envisager que lorsque toute autre solution s'avère impossible. Alors, il est préférable de renforcer la sécurité, par exemple : en connectant l'extrémité B du tuyau d'air à un venturi, à la sortie d'une pompe à eau placée dans la cuve technique ; en limitant le volume d'eau de la cuve technique pour qu'il ne puisse faire déborder l'aquarium ou bien en installant un capteur de niveau haut qui arrêtera la pompe de remontée.

2.8. Déversoir : principes et calcul

2.8.1. Nappe d'eau

On attribue au déversoir, le rôle d'évacuer l'eau du bac et surtout celui de régler le niveau haut de l'eau. Mais ce niveau ne s'équilibre pas exactement à la hauteur du seuil de cette surverse. Au remplissage, du fait de la viscosité de l'eau ou de la rugosité des surfaces, le déversoir s'oppose à l'écoulement de l'eau, le niveau monte au-dessus du seuil jusqu'à former une nappe. La poussée augmentant, l'eau bascule finalement et s'évacue, la hauteur de nappe reste alors constante. Le système a trouvé son équilibre hydrodynamique, jusqu'à ce que la pompe de relevage s'arrête, ou parfois jusqu'à ce qu'un évènement vienne modifier l'écoulement (obstacles, viscosité de l'eau). À ce stade, la nappe d'eau s’écoule dans la cuve technique, ainsi que le contenu de la canalisation d'évacuation. Si le second est facile à déterminer, il est intéressant d'évaluer le volume engendré par la nappe afin de le prendre en compte dans la conception de la cuve technique.

2.8.2. Calcul de la hauteur et du volume de la nappe d'eau

Figure 33 : Dimensions du déversoir.

Plusieurs formules basées sur la loi de Bernoulli et la conservation des énergies, établissent une relation entre la hauteur de la nappe d'eau Hn en amont et au-dessus du seuil du déversoir, et le débit Q. Comme la formule de Poleni (formule 1), elles mettent en jeu la forme du déversoir (rectangulaire, triangle, largeur, épaisseur...), la vitesse d'approche Vc et un coefficient µ (mu) tel que celui proposé par la SIA (Société suisse des Ingénieurs et Architectes) qui dépend de la nature propre du déversement (noyé ou dénoyé), avec ou sans contraction latérale L1, la profondeur P en amont du seuil et quelques ratios géométriques.

Ces formules sont utilisées pour mesurer rigoureusement les débits des canaux en milieu naturel, passant dans des déversoirs correspondant à des modèles précis. S'il existe de nombreuses analogies qui permettent de les exploiter avec une relative exactitude pour nos aquariums, les résultats seront erronés quand on s'en écarte trop. Ainsi, certains aspects détaillés dans le Calculateur de déversoir d'aquarium, doivent être respectés, notamment :

  • Les parois sont lisses et rectilignes.
  • Le seuil est fin, de telle sorte que le déversoir soit dénoyé, c'est çà dire que le niveau aval est inférieur au seuil.
  • Le déversoir est disposé dans un lieu calme sans variation importante de la vitesse.
  • La formule n'est pas applicable aux systèmes Durso, lorsqu'ils régulent le niveau d'eau de la cuve.
  • Nécessité d'utiliser un coefficient de sécurité pour pallier aux variations occasionnelles de l'hydrodynamique (vitesses, viscosité...)
  • Le coefficient µ, habituellement autour de 0.40 s'avère plus proche de 0,50 pour nos cuves de 100 à 2000 litres.

.

Q : Débit (m3/s)
µ : Coefficient relatif au débit du déversoir.
Ls : Largeur du seuil déversant (m)
Cv : Coefficient de vitesse d'approche
Hn : Hauteur de nappe d'eau (m)
g : Gravité terrestre = 9.81(m/s2)
Formule 1

 

La figure 34 montre comment déterminer la largeur du déversoir selon le cas. Il peut parcourir tout un côté du bac (a), ou une portion de celui-ci (b). En présence de dentures (c ), la largeur Ls du seuil est alors la somme des interdentures. Lorsque l'eau se déverse dans un tube (d), elle est égale à sa circonférence.

Figure 34 : Détermination de la largeur du seuil de déversoir..

 

A partir de la formule 1, connaissant le débit réel de remontée on peut calculer la hauteur d'eau Hn (formule 2).

Hn : Hauteur de nappe d'eau [m]
Q : Débit (m3/s)
Ls : Largeur du seuil déversant (m)
g : Gravité terrestre = 9.81 (m/s2)
µ : Coefficient de débit du déversoir
Formule 2

 

On en déduit le volume Vn de la nappe d'eau (formule 3).

Vn : Volume de nappe d'eau [m3]
Hn : Hauteur de nappe d'eau [m]
Lc : Longueur de cuve (m)
lc : largeur de cuve (m)
k : Coefficient de sécurité
Formule 3

 

Plus simplement, le Calculateur de déversoir d'aquarium proposé sur Cap récifal, permet de calculer la hauteur Hn et le volume Vn de la nappe d'eau pour des déversoirs ci-dessus.

2.9. Rejet d'évacuation

La sortie d'évacuation n'est pas sans incidence sur le fonctionnement du système de circulation et sa maintenance. En effet, c'est une source d'éclaboussures dont les concrétions salines s'accumulent dans la cuve technique. C'est également une cause importante de bruit. La sortie directe, bien évidemment est à éviter (fig. 35a). Les éclaboussures sont notablement réduites lorsque le jet est brisé contre une vitre inclinée (fig. 35b). Ceci vaut pour toutes les chutes d'eau dans la cuve technique. La sortie débouchant légèrement sous la surface réduit notablement les bruits (fig. 35c). Une boite de dégazage (fig. 35d) permet de plus de concentrer les quelques éclaboussures. Cette dernière, démontable, se nettoie facilement. On lui confie souvent un élément de filtration mécanique tel que la mousse de perlon. Elle permet également de diminuer la vitesse de sortie d'un flux trop puissant, indésirable dans la zone de décantation de la cuve technique.

35a : Jet direct, source d'éclaboussures et de concrétions salines.
35b : La pente inclinée réduit les éclaboussures..
34c : L'Immersion de la sortie réduit les éclaboussures et le bruit.
35d : La boite de dégazage concentre les éclaboussures et réduit les bulles dans la cuve technique.

 

2.10. Insonorisation du circuit d'évacuation : principes généraux

Nous avons évoqué les sources de bruit issues du circuit d'alimentation, notamment celui généré par la pompe de remontée. Les bruits produits par les écoulements d'évacuation restent pourtant les plus nombreux et plus difficile à solutionner. Les canalisations à forte déclivité génèrent des effets de chocs et d'autoaération lesquels, accentués par les raccords divers (coudes, déviations...), perturbent les écoulements, provoquant des mouvements d'air, des siphons ponctuels, des mises en charges et décharges successives... tout cela, amplifié par la résonnance de l'air à l'intérieur des tubes, transmise par le PVC rigide, se traduit par du bruit. Le niveau sonore peut prendre des proportions inacceptables, surtout quand le système dans son ensemble est dans une pièce à vivre. Différentes solutions ponctuelles ont déjà été évoquées, mais la nuisance sonore doit être réfléchie au moment même de la conception de l'installation, et abordée dans sa globalité. Une bonne occasion d'inventorier les moyens pour en atténuer les émanations et rester idéalement en dessous de 30 dB.

  • Limiter la déclivité de canalisation (hauteur totale) :
    - Hauteur zéro : l'absence de canalisation étant le système le moins bruyant, une cuve technique contigüe à l'aquarium est la solution la moins sonore. Cette solution est malheureusement rarement applicable du fait d'autres contraintes.
    - Hauteur faible : une évacuation de faible hauteur impose de disposer la cuve technique dans un local annexe. On la placera au plus haut, au plus proche de la surface de l'aquarium. La traversée de la cloison se faisant au plus près et avec faible pente.
    Ceux qui ont dû placer leur cuve technique sous l'aquarium le savent : c'est la pire des situations. La totalité des nuisances sonores se situe dans l'habitation. Dès lors, tous les autres moyens devront être mis en œuvre pour conserver le plaisir de l'aquariophilie. Ce handicap important mérite sérieusement de tout tenter, même les solutions écartées a priori, pour déporter ailleurs la cuve technique.
  • Figure 36 : Rockwool 835, isolation en laine de roche, sous forme de coquilles à coller.. Photo : Rockwoll
  • Limiter le nombre de chutes d'eau :
    La meilleure solution est "zéro chute", si on excepte la sortie de canalisation. Elle consiste à noyer le conduit dans sa quasi-totalité. Nous l'abordons ci-après.
  • Limiter les déclivités locales :
    La pente doit être régulière, sans chute libre locale... peut-être le moment d'envisager un tuyau souple.
  • Limiter le taux de remplissage :
    Dans l'hypothèse du choix d'une canalisation non noyée, éviter les engorgements. Dans nos installations à forte pente, un taux de remplissage de 50 à 60 % laisse une marge suffisante pour ne pas engorger ponctuellement la canalisation à 100 %.
  • Limiter les raccords et les obstacles :
    Limiter le nombre de raccords. Sélectionner de préférence les courbes à grands rayons. Les tuyaux souples formant des grandes courbures sont préférables aux coudes, à condition toutefois de choisir un tube lisse à l'intérieur.
  • Figure 37 : Isolmass 11, isolant phonique multicouche. Photo : Trocellen
  • Isoler la canalisation :
    Les tuyaux annelés en PVC souple transmettent moins les ondes sonores que les tubes en PVC rigide, de même que les tubes dits acoustiques, multicouches tels que Friaphon de Friatec AG ou SiTech de Wavin, ou ceux chargés de matières minérales à forte densité tels que Chutaphone de Nicoll. Ces tubes à coller sont cependant proposés à partir du DN 50 et ne présentent pas de garantie d'innocuité.
    Une isolation externe pourra limiter le phénomène. Les isolations calorifiques en mousse de polyéthlène, sont de piètres isolants phoniques. La laine minérale (de roche ou en fibres de verre...) s'avère plus efficace, sous forme de bandes ou de demi-coques comme Rockwool 800 et 835 (fig. 36) disponible du diamètre 15 mm à plus de 200 mm. Plus performantes encore, les plaques multicouches telles que Isolmass de Trocellen, cumulent une isolation antivibratoire et acoustique, jouant sur l'association de matières (PU) et de masses lourdes (fig. 37). Ces plaques doivent être enroulées autour des tuyaux puis fixées par du fil métallique ou des colliers de type Serflex.
  • Figure 38 : Mousse alvéolaire adhésive. Photo : Azur caoutchouc
  • Absorber les vibrations transmises :
    Bien entendu, les actions d'insonorisation doivent être étendues aux colliers de fixation dont certains modèles sont acoustiques. Les surfaces environnantes, notamment le caisson sous-l'aquarium où se loge la cuve technique pourra être capitonné avec de la mousse alvéolaire isophonique (fig. 38).
  • Piéger les bruits transmis par l'air issu de la canalisation :
    Les systèmes visant à piéger l'air sortant de l'orifice d'entrée de l'évacuation (Durso, Denisio) sont développés ci-après.

2.11. Insonoriser en noyant le circuit d'évacuation

2.11.1 Principe

Une canalisation qui fait du bruit lorsqu'elle est partiellement remplie... n'en fait plus lorsqu'elle est pleine. Il s'agit donc de noyer la canalisation en fermant partiellement une vanne placée dans le circuit d'évacuation. Le niveau d'eau en amont de l'entrée étant ajusté, la position de cette vanne dans le circuit n'a pas d'impact sur l'écoulement. Elle doit tout naturellement être positionnée en partie basse, proche de la sortie d'évacuation, de manière à limiter les bruits internes du conduit partiellement plein. La perte de charge toujours importante des vannes n'est pas un problème ici, puisque l'on souhaite une descente "en charge". L'idée est bonne, elle se confronte cependant à deux difficultés : le réglage du niveau d'eau et le risque de débordement.

2.11.2. Réglage du niveau d'eau

Figure 39: La vanne ne devrait pas régler le niveau d'eau du bac (b).

Il faut bien comprendre que ce principe consiste à trouver, pour une hauteur d'eau souhaitée, l'ouverture de vanne qui débitera exactement comme la pompe de remontée. Ce réglage est très sensible. La canalisation étant remplie à son maximum, toute variation, même mineure, se répercute sur le niveau d'eau en amont de l'entrée. Un vrai casse-tête quand on ne peut voir les effets immédiats, lorsque la vanne est dans une autre pièce.
Pour ces raisons, il est préférable que cette vanne ne règle pas le niveau d'eau de l'aquarium (fig. 39a). Ce dernier est assuré par un déversoir (ou un peigne-déversoir) en amont (fig. 38b). La différence de niveau offre alors une légère marge de réglage et de sécurité pour d'éventuelles fluctuations mineures, sans affecter le niveau de l'aquarium. Ce principe est donc mieux adapté aux peignes-déversoirs qu'aux grilles.

2.11.3. La vanne de réglage

La vanne choisie doit être de bonne facture, de préférence à réglage fin.

  • Tous les organes de fermeture à boisseau sphérique en PVC-U ne se valent pas. Il faut distinguer les vannes des robinets. Le débit des robinets à boisseau sphérique classiques ne varie pas de manière linéaire en fonction de l'angle d'ouverture. Leurs sièges n'ont pas toujours la qualité d'usinage requise et leur sensibilité n'est pas au rendez-vous. Certains robinets cependant disposent d'un réglage de la pression du boisseau sur son siège, permetant d'en ajuster la sensibilité. Les vannes de régulation à boisseau sphérique sont plus facile à régler, elles disposent parfois d'une fermeture dont l'angle est en relation linéaire avec le débit.
  • Les vannes à membrane disposent d'un réglage fin au moyen d'une vis. Elles présentent une totale innocuité quand tout le corps au contact de l'eau est en PVC-U et la membrane en PTFE. De même les vannes à siège incliné, disponibles en diamètres 10 à 50 mm, disposent d'une fermeture à vis, graduelle sur plusieurs tours. Le seul matériau en contact avec l'eau est du PVC-U. Les modèles s'assemblent par collage ou par raccord union, avec des joints en élastomère EPDM.
  • Les vannes à papillon comportent parfois une manchette en caoutchouc à éviter et bien souvent, un axe en acier inoxydable AISI 420, une nuance martensitique, exempte de molybdène, dont la résistance à l'eau de mer n'est pas des meilleures.
40a : Robinet à boisseau à réglage d'effort sur le siège.
40b : Vanne à boisseau sphérique à réglage de débit linéaire.
40c : Vanne à siège incliné.
40d : Vanne à membrane.
Photos : Aliaxis

 

2.11.4. Risque de débordement

Le conduit étant rempli à son maximum, toute augmentation même légère du débit, ou la moindre obstruction du conduit se traduit par une élévation du niveau d'eau en amont, avec le risque potentiel d'un débordement de l'aquarium. Ce système impose des dispositifs anti débordement (paragraphe Sécurités anti débordement).

Mais relativisons avec le Calculateur de déversoir d'aquarium. Soit un aquarium de 1000 litres (2,0 x 0,8 x 0,65 m) avec une évacuation DN40.  Cette canalisation serait en mesure d'absorber 6000 l/h. On ferme légèrement la vanne pour noyer le conduit et ajuster au débit souhaité de 4000 l/h. Une variation importante du débit de pompe de 20 % se traduirait par une élévation du niveau d'eau de... 4 mm. Pas de quoi déborder  !

Relativisons encore avec le Calculateur d'évacuation d'eau d'aquarium et le même aquarium de 1000 litres. La fermeture de la vanne réduit la surface passante de 33 %. Un bernard l'hermite baladeur de 15 mm de diamètre s'aventurant dans le circuit la réduit finalement à 55 %. La canalisation n'est plus en mesure d'accepter le débit gravitaire... Là, on ne rigole plus ! Mais il se trouve que la cuve technique de 200 litres contient 50 litres utiles avant que la pompe de remontée soit au sec. Cela correspond à une élévation du niveau du bac de 31 mm. Pas forcément de quoi déborder... à condition qu'un système d'osmolation ne vienne interférer sur le déroulement des évènements.

2.12. Insonoriser en piégeant les bruits issus d'un conduit partiellement plein

Les bruits, amplifiés par la caisse de résonnance que constituent les conduits en PVC-U, remontent et ressortent par l'entrée d'évacuation. Notre oreille percevant plus particulièrement ceux transmis par l'air, ces systèmes font barrière ou limitent les échanges entre l'air à l'intérieur du conduit et celui extérieur. Les solutions sont diverses, retenons les plus efficaces.

2.12.1. Le système Durso

Figure 41 : Les déversoirs de la gamme OFB+++ Neo3plus intègrent un système Durso compact.Photo : Neo3plus

Le système Durso (fig. 42), de son inventeur Richard Durso est largement décrit sur le site Durso Standpipes. Le principe, initialement prévu pour les évacuations par le fond de la cuve, les plus bruyantes (fig. 43a), peut être utilisé avec celles traversant la partie supérieure d'une paroi (fig. 42b), ou dans un balconnet externe (fig. 43c). L'inconvénient essentiel de ce système est l'encombrement. Quelques variantes plus compactes ont été imaginées, dont celle qui consiste à remplacer le coude par une cloche (fig. 43d). Signalons le déversoir OFB+++ de Neo3plus, très compact, qui intègre un système Durso (fig. 41).

L'air est emprisonné au sommet du coude. Un orifice est pratiqué en sortie, qu'il convient de régler au plus juste au moyen d'un robinet, pour éviter l'auto siphonage. Le niveau d'eau en amont étant conditionné par la hauteur du dispositif, son réglage consiste à ajuster la longueur du tube dans lequel il s'emmanche (à prévoir dans le cas d'une sortie haute)..

Figure 42 : Système Durso originel.Photo : Durso Standpipes
Figure 43 : Variantes du système Durso.Illustrations : Denis Tournassat

 

2.12.2. Le silencieux Denisio

Le principe consiste, comme pour le système Durso, à piéger les bruits transmis par l'air. On bouche partiellement l'entrée du conduit vertical avec un tube introduit en son centre, jusqu'à ne laisser passer que de l'eau entre ce tube et le conduit. L'air est ensuite piégé dans le tube semi fermé, rendu insonore et seulement percé d'un évent ajusté à l'aspiration générée par la chute d'eau. Le tube est maintenu à la bonne hauteur par un support tripode centré, de telle sorte que l'eau s'écoule librement (fig. 44).

Le système est de réalisation rapide, très compact et adaptable à tous diamètres. Positionné en haut de l'aquarium, accessible et visible, on peut simplement en vérifier le bon fonctionnement. Il faut toutefois le protéger d'un éclairage trop direct qui accentuerait la prolifération des organismes photosynthétiques. Rapidement ôté et remis en place, sa maintenance annuelle est facilitée. Sa mise en œuvre est détaillée dans article publié sur Cap récifal Évacuation d'eau silencieuse by Denisio avec un topique associé Évacuation silencieuse ou il a fait l'objet de propositions d'amélioration (fig. 45).

Figure 44 : Système Denisio : l'air est piégé et insonorisé.Illustration : Denis Tournassat
Figure 45 : Évolution permettant un réglage fin.Illustration : Denis Tournassat

 

3. Sécurités anti débordement

Selon le dimensionnement, les dispositifs adoptés (évacuation noyée) et, il faut l'avouer, le degré d'anxiété de l'aquariophile, il sera nécessaire de mettre en place une (ou plusieurs dans le dernier cas) sécurité anti-débordement.

3.1. Doublement de la canalisation d'évacuation

C'est souvent la solution adoptée lorsque l'on noie l'évacuation. La section de cette seconde canalisation doit permettre de passer le débit de la première partiellement obstruée par la vanne. Pour reprendre l'exemple de l'aquarium de 1000 litres et DN40, le débit gravitaire de 4000 l/h est obtenu avec un diamètre de 27,1 mm. Un tube PVC DN32 PN10 de diamètre intérieur 28,4 mm convient.

Figure 46 : Le Digiosmo+++ optique de Neo3Plus détecte le débordement et la marche à sec.Photo : Neo3plus

3.2. Capteur de niveau

il s'agit de détecter une montée du niveau d'eau de l'aquarium. L'élévation y sera lente et peut ne pas être décelée, selon la sensibilité du capteur. On aura avantage à le positionner près de la pompe de remontée, dans le compartiment à niveau variable de la cuve technique pour détecter une baisse drastique de son niveau. Bien entendu, ce capteur coupera l'alimentation électrique de la pompe.

Le commerce propose plusieurs systèmes d'alerte avec des capteurs à flotteurs à détection magnétique ou des cellules optiques, tels que le Water Level Alarm de Tunze l'Aquaniveau d'Aquamédic ou le Digiosmo+++ de Neo3Plus (fig. 46). Ces équipements, parfois exploités pour l'osmolation, sont en général équipés d'une prise commandée où brancher la pompe de relevage. Organe de sécurité, le capteur ne devra pas se satisfaire d'une simple ventouse pour sa fixation, mais d'un support fiable digne de sa fonction : un support rigide à serrage mécanique empêchant tout déplacement. À flotteur ou optique, le capteur doit être protégé du passage d'animaux (crustacés, coquillages...) et des algues. À cet effet, il pourra être placé dans un boitier de protection.

4. Tuyauterie, raccords et accessoires

4.1. Matériaux

4.1.1. PVC rigide, PVC souple

Constituants des produits en PVC

Le polychlorure de vinyle (PVC), qui constitue la majorité de nos canalisations mérite que l'on s'attarde quelque peu sur lui. Il est essentiellement composé de chlore (57 % en poids) et d'éthylène (43 %), un hydrocarbure composé de carbone et d'hydrogène. On distingue le PVC souple, plastifié, du PVC rigide, non plastifié nommé PVC-U. Le PVC est un thermoplastique : les tubes et tuyaux sont formés par extrusion du compound ramolli entre 180 et 200 °C, au travers d'une filière. Sa mise en œuvre et l'obtention de caractéristiques propres nécessitent de 10 à 25 % d'additifs. Les produits en PVC peuvent ainsi contenir :

  • Des stabilisants 8 % : carbonates, sulfates, silicates, phosphates de métaux tels que le plomb ; stéarate et phtalate de plomb, stéarate de calcium, palmitate de zinc, thioglycolate d'étain... ; composés organiques époxydes, phosphites....
  • Des plastifiants (jusqu'à 60% en poids pour les PVC souples) : principalement des phtalates organiques.
  • Des charges diluantes ou renforcantes pour obtenir des caractéristiques spécifiques : carbonate de calcium, talc, kaolins, sulfate de baryum, oxydes métalliques, silice...
  • Des pigments et colorants (de 1 à 5%) organiques ou minéraux : oxydes de titane, de fer, de chrome, de cadmium... des organométalliques < 0,01 % de cadmium.

La nature et la composition du PVC-U pour adduction d'eau le rendent insensible à l’eau de mer comme à l'environnement marin.

Innocuité du PVC-U

Avec un tel éventail de composants, dont des stabilisants dérivés du plomb, on peut légitimement s'interroger sur son innocuité et plus particulièrement sur le risque, pour les animaux, de libérer des produits toxiques. Pas de panique, le PVC-U destiné à l'adduction d'eau potable est conforme aux exigences relatives aux matériaux et objets qui entrent en contact avec l'eau destinée à la consommation humaine. C'est à dire qu'ils ne présentent pas un danger pour la santé humaine et n'entrainent pas d'altération de la composition de l'eau.

Pour ce, certaines dispositions sont réunies :

  • La proportion de plomb pouvant migrer vers la surface de la tuyauterie est extrêmement faible et conforme aux exigences alimentaires et pharmaceutiques. Pour des exigences encore plus sévères, il existe des PVC stabilisés à l'étain, malheureusement introuvables dans la grande distribution.
  • Le PVC-U est un macro polymère, c'est à dire que ses molécules sont de grande longueur et ces dernières ne facilitent pas la migration des composants vers la surface. Par ailleurs, ils répondent tous à des "listes positives" et les produits manufacturés sont homologués, de ce fait ils font l'objet de tests, notamment des tests de migration dans des produits référents comme l'eau.
  • La règlementation sanitaire du pays : elle diffère selon le pays européen, ainsi les sels de plomb ne sont pas autorisés comme stabilisants en France et en Belgique contrairement aux autres pays européens.
  • Les tuyaux en PVC-U présentent des parois intérieures très lisses, limitant la prolifération de bactéries. Ceci étant, nous savons bien que leurs surfaces sont parfois recouvertes de mulm bactérien, mais ces souches sont issues de l'aquarium.
Innocuité du PVC souple

Le principal plastifiant utilisé pour le PVC, le DEHP (ou di(2-éthylhexyl)phtalate) présente des risques cancérogènes et des effets pseudo-ostrogéniques chez les rongeurs. Il parait bien établi que ce risque n'est pas transposable à l'homme, mais quid des invertébrés ? D'autres phtalates parfois utilisés, peuvent présenter un effet œstrogène (encore imprécis) avec des effets indésirables notamment au niveau de la reproduction. On le comprend, le PVC souple ne parait pas le plus approprié pour un contact prolongé en présence d'animaux fragiles comme la plupart des invertébrés marins.

Environnement

Les matériaux en PVC contiennent 50% de matériaux non biodégradables mais leur caractère thermoplastique les rend recyclables à 100% et indéfiniment. Les transformateurs de PVC recyclent jusqu'à 98 % de leur production. Il en est autrement pour les autres déchets, ceux en PVC représentant 1% du poids des matières plastiques évaluées à 11% de l'ensemble des déchets ménagers. Ce qui reste une quantité énorme. L'essentiel part en décharge ou est incinéré. L'incinération des déchets, bien qu'améliorée, présente encore des problèmes liés au dégagement d'acide chlorhydrique et à la présence de métaux lourds et de dioxines, évalués de 2 à 4 fois moins que la combustion du bois en foyer ouvert.

4.1.2. Polyéthylène, polypropylène

Les matériaux polyéthylène (PE), polypropylène (PP) répondent toujours aux exigences alimentaires du fait de leur niveau de pureté élevé. En effet, ils sont hautement incompatibles, même à faible dose, avec de nombreux composants. Cependant, leur collage est difficile et peu intégrables dans un système majoritairement en PVC.

4.2. Tubes, tuyaux et raccords

4.2.1. Tubes et raccords en PVC-U

La norme NF055 régit les tubes et raccords en PVC non plastifiés rigides ; elle regroupe les produits selon le secteur d'utilisation :

  • Groupe 1 - Évacuation (évacuation des eaux vannes ou usées) ; bien que les tubes Évacuation sont largement utilisés en aquariophilie (eau douce, poissons seuls...), ils ne présentent pas de garantie quant à leur composition. Seule la faible migration des composants potentiellement toxiques, rend leur usage acceptable dans ces situations. Ils ne peuvent être conseillées en aquariophilie récifale, en présence d'invertébrés.
  • Groupe 2 - Pression (systèmes d'alimentation en eau jusqu'à 25°C) ; les normes imposées, notamment en France et en Belgique, les destinent aux systèmes hébergeant des animaux fragiles, des alevins ou les invertébrés des aquariums récifaux.
  • Groupe 3 - Irrigation (pour les réseaux enterrés) ; inadapté à l'aquariophilie du fait des composants.
  • Groupe 4 - Pression Orienté Biaxial (transport d'eau sous pression) ; inadaptés du fait de l'offre limitée en diamètres et accessoires.
  • Groupe 5 - Évacuation Siphoïde (évacuation des eaux vannes ou usées à basse et haute température) : inadaptés.

Nous n'évoquerons ici, que les tubes et les raccords du groupe 2 (PVC-U Pression), les plus compatibles avec l'aquariophilie récifale. Quand ils sont certifiés NF, ils sont tenus de respecter la norme NF EN 1452-1, la norme NF EN 1452-2 pour les tubes et la norme NF EN 1452-3 pour les raccords. Les tubes sont identifiés par le logo NF et la marque P d'appartenance au groupe Pression. Leur fonction les destinant au transport d'eau potable, de facto, les produits du groupe 2 font l'objet d'une attestation de conformité sanitaire (ACS). Les listes positives sanitaires de France et de Belgique excluent la présence de dérivés du cadmium ou du plomb. Des organismes indépendants réalisent le contrôle des produits, les tests en laboratoire et les audits qualité chez les fabricants. Si on trouve facilement des tubes PVC-U Pression, les fabricants qui s'engagent sur la composition en apposant la marque NF sur le produit, sont plus rares. Les raccords (coudes, Té...) et les accessoires (vannes à boisseau sphérique...) ne sont soumis au marquage NF/P qu'au-delà du diamètre 50 mm.

Figure 47  : Identification d'un tube PVC-U du groupe Pression. NF + P : la garantie de l'innocuité pour les animaux.

 

Les catalogues proposent des tubes qui s'assemblent par collage ou par emmanchement avec joint élastomère. Le circuit de circulation d'eau de l'aquarium sera réalisé avec des tubes collés. Les raccords sont proposés soit collés, soit vissés avec joint en élastomère. On préfèrera les premiers et on limitera les second pour quelques démontages (maintenance de la pompe externe, nettoyage d'un tube long...).

Les tubes en PVC-U Pression sont proposés en plusieurs dimensions (tableau 2), selon la pression nominale (PN) d'utilisation, exprimée en bar. Il existe des modèles pour PN10, PN16 et PN25. Nos installations sous faible pression se satisfont des PN 10 ou 16. Ces raccords sont prévus pour un usage sous pression jusqu'à 25°C, et sans pression jusqu'à 45 °C. L'usage montre qu'ils supportent les températures jusqu'aux plus extrêmes de nos aquariums tropicaux.

Tableau 2 : Épaisseur des tubes PVC-U Pression
Dia. ext. (mm) DN16 DN20 DN25 DN32 DN40 DN50 DN63 DN75 DN90 DN110 DN125
PN 20 1,5 1,9 2,3 - - - - - - - -
PN 16 - 1.5 1.9 2,4 3,0 3,7 4,7 5,6 6,7 6,6 7,4
PN 10 - - - 1,6 1,9 2,4 3,0 6,6 4,3 4,2 4,8
Les dimensions les plus courantes sont notées en caractères gras.

 

Les raccords sont variés (fig. 48) : courbes, coudes, Té, manchons, réduction, M (mâle), F femelle)... On privilégiera chaque fois que possible, s'ils existent, les courbes (longues) plutôt que les coudes (courts). Selon le cas, on utilise les modèles à coller, à visser/coller (raccords de pompe, liaisons démontables). Les raccords démontables sont en principe pourvus de joints en élastomère EPDM compatible avec l'eau de mer.

Figure 48 : Raccords divers
Courbe 90° à coller.
Coude 90° FF à coller.
Courbe 45° FF à coller.
Coude 45° FF à coller.
Té 90° FFF à coller.
Y ou Té 45° FFF à coller.
Manchon FF à coller.
Réduction MF à coller.
Raccord union 3 pièces FF à coller.
Raccord union 3 pièces FF à visser/coller.

 

4.2.2. Tuyaux souples annelés

Figure 49 : Collier de serrage, cranté, large, pour tuyaux souples.

Les raccords rigides occasionnent des pertes de charges freinant l'écoulement et génèrent du bruit que l'on peut souhaiter atténuer par des tuyaux souples à grandes courbes. A cet effet, il existe des tuyaux souples, renforcés par une âme interne textile ou rigide. Les références en caoutchouc ou dont la surface interne est en caoutchouc, sont déconseillées compte tenu du risque important de libérer dans l'eau des composants toxiques ; les modèles en polyuréthane sont plutôt réservés à l'aspiration. On leur préfèrera les tuyaux en PVC, transparents ou colorés, renforcés par un serpentin en PVC rigide. Utilisables de -10 °C à 60°C et disponibles en diamètre de 20 à plus de 10 mm, ils supportent des pressions de 3 à 4 bar pour les plus petits diamètres, compatibles avec nos besoins.

Ces tuyaux s'emmanchent et se collent facilement avec une colle PVC, de préférence pour eau potable. En usage sous pression, il est préférable d'assurer leur maintien par un collier métallique inoxydable ou cranté, en plastique (fig. 49). On leur reproche parfois la fissuration au niveau de la connexion, après quelques mois d'utilisation, notamment s’ils ont été emmanchés en force sur un diamètre trop important. Il convient de vérifier annuellement le bon état des jonctions.

Malgré la présence du renfort rigide certains modèles conservent une surface interne lisse (fig. 50a), idéale. D'autres, présentent des irrégularités acceptables (fig. 50b). Il faudra éviter ceux dont la surface ondule fortement (fig. 50c). Le calcul permetra de vérifier si l'augmentation de la rugosité de ce matériau souple, compense l'absence de raccords.

Figure 50a : Surface interne lisse.
Figure 50b : Surface interne acceptable.
Figure 50c : Surface interne ondulée.

 

4.3. Passe-paroi

Figure 51 : Passe-paroi Van De Lande B.V utilisé en récifal pour sa fiabilité.Photo : Van De Lande B.V

Le passe-paroi permet d'assurer l'étanchéité entre le vitrage de la cuve et la canalisation. Qu'elle traverse une face ou le fond de l'aquarium, il se doit d'être absolument fiable. Les joints Uniseal en élastomère n'assureront pas l'étanchéité dans la durée. Les passe-parois en PVC de type Van De Lande B.V préconisés (fig. 51) ont fait leur preuve en aquariophilie. Ils permettent une certaine liberté de mouvement en translation et rotation de la canalisation par rapport à la paroi, aussi l'étanchéité est assurée à deux niveaux. Un joint tronconique en pastique assure l'étanchéité entre le tube et le passe-paroi. Un joint plat en élastomère EPDM assure l'étanchéité au niveau de la vitre. La rondelle en plastique (blanc dans les illustrations ci-dessous), semi-rigide, assure le bon appui de l'écrou. Son faible coefficient de frottement facilite le serrage en rotation. Cette dernière n'assure aucune étanchéité. L'article Aquarium en verre : conception, réalisation précise les conditions de perçage de la vitre pour de tels passe-parois.

Assemblage du passe-paroi : Pour obtenir l'étanchéité, le joint en caoutchouc et la bague plastique doivent être positionnés à leurs emplacements corrects. La figure 52a présente la configuration recommandée, le joint en caoutchouc étant placé à l'intérieur de l'aquarium. Le montage représenté par la figure 52b, assure l'étanchéité mais le passe-cloison est bien moins accessible, à l'intérieur de l'aquarium. Les montages des figures 52c et 52d sont interdits, ils n'empêchent pas l'eau de s'infiltrer au niveau du diamètre intérieur du joint caoutchouc ou par le filetage.

Figure 52 : Montage d'un passe-paroi
a : Montage préconisé, étanche.
b : Montage déconseillé, le passe paroi est peu accessible.
c : Montage interdit, source de fuite.
d : Montage interdit, source de fuite.
Illustrations : Denis TOURNASSAT

 

5. Assemblage des canalisations

Préassemblage, test

Les tubes étant coupés à la longueur prévue, il est parfois utile de tester la canalisation en place. On évitera les déformations à froid, tout cintrage à chaud étant proscrit par les professionnels, à proximité des raccords. Les tubes et raccords sont alors préassemblés, avec une pente toujours supérieure à 2 cm/m. On peut procéder à un test en eau sans pression si les raccords sont provisoirement emmanchés en force, l'étanchéité étant assurée par un ruban téflon. C'est l'occasion de repérer les jonctions (profondeur d'emboitement et orientation) d'un trait de crayon gras ou au stylo feutre. Prévoir des raccords vissés là ou les démontages sont nécessaires (pompes, vannes, coude d'évacuation...) pour la maintenance.

Fixation

Figure 53 : Collier isophonique de D 15 à 140 mm avec isolant silicone ou EPDM.

Les tubes rigides sont fixés aux supports, par des colliers en acier inoxydable ou plastique, si besoin pourvus d'un isolant phonique en élastomère EPDM ou silicone (fig. 53). Un bricoleur pourra utiliser une languette de chambre à air en élastomère butyl dont les caractéristiques de résistance au milieu marin et d'amortissement sont excellentes. Les colliers sont disposés environ tous les 50 cm, à 10  cm des raccords. Laisser 2 cm de passage autour du tube lorsqu'il traverse une cloison.

Les tuyaux souples PVC se collent également à la colle PVC. Thermoplastiques, ils se déforment lorsqu'ils sont emmanchés et se fendent si le diamètre est trop important. On peut les fixer par des colliers larges, à vis en inox ou en nylon. Le serrage sera juste suffisant pour ne pas amorcer une coupure du tuyau PVC, très déformable.

Colle et collage

Les tubes PVC-U sont assemblés par collage avec de la colle PVC. La colle fluide est choisie pour des ajustements serrés avec interstice inférieur à 0,3 mm, la présentation en gel permet de résorber des espaces de 0,3 à 0,8 mm. Pour les petits diamètres utilisés en aquariophilie, la présentation en tube peut être utilisée, tout autant que celle en pot. La colle n'a pas grand contact avec l'eau récifale mais on peut sélectionner une colle prévue pour l'eau potable, sans Tetrahydrofurane (fig. 54). Le collage doit se dérouler dans un local tempéré, sans humidité excessive selon un protocole conseillé par les professionnels :

  • Préparation : avant collage du tube PVC, couper, meuler ou scier perpendiculairement l’extrémité du tube ; la chanfreiner légèrement et l'ébavurer.
  • Figure 54 : Colles gel PVC eau potable.Photos : Geb et Henkel
  • Simulation : emboiter les deux parties en position (enfoncement mini. 70 % du diamètre et orientation) ; une fois en place, repérer la position de chaque jonction, la profondeur d'emboitement et éventuellement l'orientation du raccord par un trait au stylo feutre sur les deux parties ; désassembler.
  • Nettoyage : nettoyer les deux surface à assembler avec un papier absorbant imprégné de préférence d'un agent décapant (Tangit Décapant) ou de solvant non gras (acétone), puis sécher au papier absorbant. Une colle qui devient blanchâtre révèle un conduit humide et un collage à refaire.
  • Application de la colle : agiter ou mélanger la colle en pot ; appliquer au pinceau une couche de colle uniforme dans le sens de la longueur : d'abord une fine couche dans le manchon, pour éviter la formation de sillons puis une couche plus épaisse à l’extrémité du tube.
  • Assemblage : emboiter les éléments sans tourner pour éviter la rupture du film de colle, dans le temps ouvert indiqué sur le conditionnement (max. 2 à 4 mn à 20 °C) en faisant coïncider les deux repères préalablement tracés, maintenir pendant 30 secondes. Reboucher le pot après chaque usage.
  • Finition : enlever immédiatement la colle excédentaire avec un papier absorbant.
  • Utilisation : laisser reposer l’assemblage 5 minutes minimum ; rincer ; laisser sécher 24h pour une utilisation sous pression.

Entretien du circuit

Figure 55 : Brosse goupillon de 1,5 m pour nettoyage des conduits.

La maintenance de la pompe a été abordée. La canalisation mérite autant d'attentions. En effet, au fil des mois un mulm bactérien et des éponges s'installent à l'intérieur des conduits, les vers tubicoles calcaires filtreurs squattent les entrées, les corallines s'étendent sur les crépines et la grille du déversoir... autant d'entraves à l'écoulement. C'est à ce stade que l'on ne regrettera pas les raccords union placés judicieusement, facilitant le démontage de la canalisation.

Le nettoyage des tubes et tuyaux peut être effectué à l'aide d'une brosse goupillon ou un écouvillon métallique (diamètres de 20 à 300 mm) monté sur un flexible (fig. 55).
Les accessoires démontables (grilles, crépines, capteurs...) sont trempés dans du vinaigre ou dans une solution diluée d'acide chlorhydrique, avec toutes les précautions et protections nécessaires (on verse toujours un acide dans l'eau et non l'inverse).

 

Ce chapitre clos l'article en 3 parties consacré à la circulation de l'eau dans l'aquarium. En espérant que les notions abordées relatives à l'écoulement soient plus limpides dans les esprits turbulents des aquariophiles et que les installations tirent profit des exemples proposés.

En savoir plus

 

Tous mes remerciements à Jean-Pierre DUMAS, Christian SEITZ et Olivier WIDAR pour leur expertise et leur soutien.

Denis TOURNASSAT

Article publié par Cap récifal le 17 février 2017 avec l'aimable autorisation de l'auteur.

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