Pompage solaire à pression constante :
asperseur, canon et pivot
Une rampe d'aspersion, un canon ou un pivot exigent un débit et une pression stables pendant toute la durée du tour d'eau. LE LAB dimensionne le point de fonctionnement, la pompe, le champ photovoltaïque et la source d'appoint nécessaire lorsque la puissance solaire devient insuffisante.
Un débit, à une pression, pendant une durée
En pompage au fil du soleil, la commande porte sur une quantité : tant de mètres cubes par jour, remontés quand l'ensoleillement le permet et gardés dans un bassin. L'aspersion pose une autre équation. L'appareil possède une pression de service et un débit nominal, et il n'arrose correctement qu'à ce couple. Soixante mètres cubes à répartir sur six heures de tour d'eau se lisent donc ainsi : dix mètres cubes par heure à tenir en continu, sous trois bars au point de livraison. L'objectif du calcul n'est plus la quantité relevée le soir, mais le maintien du point de fonctionnement pendant tout le créneau.
La pression demandée par le matériel d'arrosage se convertit en hauteur d'eau et vient s'ajouter à ce que la pompe doit déjà vaincre : la profondeur de puisage, la dénivelée jusqu'à la parcelle et les pertes par frottement dans la conduite. Un bar équivaut à 10,2 mètres de colonne d'eau douce. Une consigne de 3,0 bars pèse donc 30,6 mètres, autant qu'un forage supplémentaire de trente mètres.
Le débit à tenir gouverne aussi la conduite. Un diamètre choisi pour un remplissage lent de bassin devient étroit dès que le même volume passe en quelques heures : la vitesse monte, les frottements avec elle, et chaque mètre perdu se retrouve dans la hauteur que la pompe doit fournir. Le dimensionnement de la canalisation se fait donc sur le débit régulé, pas sur une moyenne journalière.
Une consigne maintenue par régulation et appoint
Un capteur de pression se pose en sortie de conduite, après le filtre, au plus près du point de livraison. Le régulateur lit cette mesure et adapte la vitesse de la pompe. Cette boucle limite l'effet des variations de puissance solaire sur la pression délivrée au réseau d'arrosage.
Tant que le champ photovoltaïque fournit la puissance nécessaire, le pompage fonctionne au solaire. Lorsque cette puissance baisse, le réseau ou un groupe électrogène apporte le complément par l'entrée alternative prévue sur l'architecture retenue. Le régulateur conserve alors la consigne de pression et de débit définie pour le projet.
Deux familles portent cette entrée alternative : le PSk3 l'intègre à son régulateur, tandis que le PSk2 la reçoit d'un coffret séparé, le smartPSUk2. LE LAB dimensionne la pression constante sur ces deux familles ; le détail des deux architectures figure sur la fiche LORENTZ PSk hybride.
Le démarrage du groupe peut être confié au système lui-même : le smartStart ferme un contact sec dès que l'appoint est appelé et lance la machine par sa fonction de démarrage à distance deux fils, sans manœuvre en parcelle.
La page solaire et groupe électrogène détaille le choix et les exigences de la source d'appoint. La fiche LORENTZ PSk hybride présente l'architecture des régulateurs, le smartPSUk2 et le smartStart.
Soixante mètres cubes par jour à Grenade, sous 3,0 bar
Une parcelle de maraîchage de 1,2 hectare en Andalousie, arrosée par aspersion. Le besoin de pointe atteint 60 m³ par jour, le créneau dure six heures et la pression demandée au point de livraison vaut 3,0 bar. L'eau vient d'un forage à 55 mètres, la tête d'arrosage se trouve 5 mètres au-dessus, et trente mètres de conduite séparent les deux. Voici l'étude telle que l'application la rend.
| Donnée d'entrée | Valeur | Ce qu'elle devient dans le calcul |
|---|---|---|
| Besoin quotidien | 60 m³/j | avec six heures d'arrosage : 10 m³/h à tenir en continu |
| Pression au point de livraison | 3,0 bar | 30,6 m ajoutés à la hauteur manométrique |
| Profondeur de pompage | 55 m | la part fixe de la hauteur |
| Hauteur d'arrivée | 5 m | la dénivelée jusqu'au point de livraison |
| Conduite | 30 m | diamètre extérieur 63 mm en PN 16, vitesse de 1,33 m/s au débit régulé |
| Pertes de charge | 5,4 m | 3,4 m par frottement, 2 m aux coudes et vannes, soit 6 % du total |
| Hauteur manométrique totale | 96 m | la hauteur à fournir à 10 m³/h, en continu |
Les six valeurs qui résument l'étude, telles qu'elles s'affichent dans l'application.
La solution retenue est une pompe immergée LORENTZ PSk3-15 associée à une hydraulique C-SJ17-18, capable de 22 m³/h et de 180 mètres au maximum de sa plage. À 10 m³/h contre 96 mètres, elle appelle 4,3 kW au moteur. Le champ compte 17 modules de 515 Wc en une seule chaîne, soit 8 755 Wc, inclinés à 34 degrés. Le groupe conseillé pour l'appoint atteint 6,5 kW en charge continue. Il se déduit de la règle du fabricant, qui multiplie par 1,5 la puissance appelée au point de fonctionnement : les 4,26 kW appelés donnent 6,39 kW, arrondis au demi-kilowatt supérieur. Le dimensionnement est détaillé sur la page consacrée au groupe électrogène en soutien du pompage solaire.
Répartition solaire et appoint, mois par mois
Le calcul confronte le créneau d'arrosage à seize années d'ensoleillement réel, heure par heure. La puissance demandée reste constante pendant le créneau, tandis que la production photovoltaïque varie. L'appoint fournit l'écart nécessaire pour maintenir le débit et la pression ; la répartition entre les deux sources évolue selon l'heure et la saison.
Le volume mensuel et sa répartition entre les deux sources.
| Mois | Volume pompé | Part solaire | Part de l'appoint |
|---|---|---|---|
| Janvier | 1 860 m³ | 83 % | 17 % |
| Février | 1 680 m³ | 83 % | 17 % |
| Mars | 1 860 m³ | 85 % | 15 % |
| Avril | 1 800 m³ | 87 % | 13 % |
| Mai | 1 860 m³ | 91 % | 9 % |
| Juin | 1 800 m³ | 97 % | 3 % |
| Juillet | 1 860 m³ | 99 % | 1 % |
| Août | 1 860 m³ | 98 % | 2 % |
| Septembre | 1 800 m³ | 94 % | 6 % |
| Octobre | 1 860 m³ | 90 % | 10 % |
| Novembre | 1 800 m³ | 83 % | 17 % |
| Décembre | 1 860 m³ | 85 % | 15 % |
Sur l'année, 90 % du volume pompé vient du soleil et 10 % de l'appoint, concentrés de novembre à avril. Traduit en énergie, cela représente environ 965 kWh par an à fournir par la seconde source, et près de 570 heures de marche. Le contraste entre juillet, où l'appoint pèse 1 %, et les mois d'hiver, où il monte à 17 %, tient à deux causes qui jouent dans le même sens : la journée est plus courte et l'irradiation plus faible.
La journée type de novembre
Le champ photovoltaïque se dimensionne sur le mois le moins ensoleillé de la saison de pompage. À Grenade, avec un arrosage toute l'année, c'est novembre. La journée type de ce mois montre où se place l'effort du complément, heure par heure sur les six heures du créneau.
Toutes les barres ont la même hauteur : le débit est constant, seule la répartition change.
Le créneau court de 10 heures à 16 heures en heure solaire. Le soleil assure 79 % du débit sur la première et la dernière heure, 86 % autour du midi solaire ; l'appoint fait le reste. Ces valeurs sont des moyennes de mois : dans le détail des journées, le soleil couvre seul la totalité du créneau seize jours sur trente, et les autres jours la seconde source vient compléter.
| Heure solaire | Débit tenu | Part solaire moyenne |
|---|---|---|
| 10 h à 11 h | 10 m³/h | 79 % |
| 11 h à 12 h | 10 m³/h | 84 % |
| 12 h à 13 h | 10 m³/h | 86 % |
| 13 h à 14 h | 10 m³/h | 86 % |
| 14 h à 15 h | 10 m³/h | 84 % |
| 15 h à 16 h | 10 m³/h | 79 % |
Limites et cas hors standard
Trois constats accompagnent l'étude et méritent d'être posés avant la commande du matériel.
Les petits volumes peuvent conduire à un équipement surdimensionné
La pression constante impose une machine capable de maintenir le point de fonctionnement pendant toute la durée déclarée. Sur le même site de Grenade, à 20 m³ par jour et six heures d'arrosage, le plus petit ensemble compatible fournit 3,3 m³/h avec un champ de 5 850 Wc : un tiers du volume de l'exemple principal demande encore les deux tiers de sa puissance photovoltaïque. L'application affiche les solutions disponibles et le signale à l'écran : en dessous d'environ 40 m³ par jour, la plus petite gamme capable de pression constante dépasse largement le besoin, et son prix aussi.
Le créneau est placé autour du midi solaire
La fenêtre d'arrosage retenue par le calcul est centrée sur le midi solaire du site, c'est-à-dire au meilleur endroit de la courbe. Une plage décalée vers le matin ou le soir reste techniquement possible, avec les mêmes composants, et augmente la part de la seconde source. L'hypothèse est écrite sous le graphe et reprise dans le rapport, pour que le chiffre annoncé se rapporte à un horaire connu.
Le goutte-à-goutte suit une autre logique
Une irrigation localisée travaille à basse pression et accepte un débit variable : elle remplit un bassin ou irrigue au rythme de la ressource, et reste le mode le plus économe en énergie. Le parcours de dimensionnement lui reste identique, avec une production mensuelle et une autonomie de réserve. L'appareil d'arrosage déclaré à l'étape 3 commande donc l'ensemble du calcul en aval.
La pression constante dans LE LAB
À l'étape 3, l'application demande le type d'appareil d'arrosage. Le choix d'un asperseur, d'un canon ou d'un pivot fait apparaître la durée quotidienne et la pression requise au point de livraison ; le débit à maintenir est alors calculé et affiché avec le besoin journalier.
L'étape 3 avec un asperseur retenu : la durée, la pression et le débit qui en découle.
La durée quotidienne se saisit entre une et seize heures. La pression est préremplie selon l'appareil et reste modifiable de 0,5 à 10 bar : 3,0 bar pour un asperseur, 5,5 bar pour un canon d'irrigation et 2,5 bar pour un pivot, avec la plage usuelle rappelée sous le champ. L'écran présente ensemble le volume quotidien, le débit régulé et la consigne au point de livraison.
À l'étape 6, la source d'appoint est cochée d'office et le reste tant que l'appareil sous pression est retenu, avec la raison écrite sur la carte. Les résultats remplacent alors la production mensuelle habituelle par les deux blocs vus plus haut, le partage mois par mois et la journée type du mois de conception. Le rapport professionnel ajoute une section dédiée : la consigne avec son minimum et son maximum à un demi-bar, la position du capteur, le débit à tenir avec son créneau, puis le groupe conseillé, la part solaire annuelle, l'énergie et le temps de marche demandés à la seconde source.
Les ensembles à vitesse variable alimentés en courant continu répondent à d'autres besoins, notamment les gros débits sur forage profond : la page consacrée aux ensembles SPE et RSI en détaille la logique de dimensionnement.
D'où viennent ces chiffres
- Note d'application « Hybrid Irrigation in Spain », LORENTZ : conception d'un système à débit et à pression constants avec appoint, position du capteur de pression après le filtre, dimensionnement du groupe par la puissance moteur multipliée par 1,5.
- Note d'application « Automatic flow control », LORENTZ : maintien d'une consigne par régulation de la vitesse, appel de la source alternative uniquement lorsqu'elle est nécessaire, temporisation de démarrage réglée à la mise en service.
- Note d'application « PSk2, smartPSUk2 hybrid system layout and design », LORENTZ : commutation et mélange des deux sources, spécifications des groupes admis, contact sec du smartStart et fonction de démarrage à distance à deux fils.
- Manuel du régulateur PSk3, LORENTZ : entrée en courant alternatif intégrée, combinaison des deux sources d'énergie, courant d'entrée non sinusoïdal du redresseur, installation du capteur de pression.
- Courbes débit-hauteur et courbes de puissance des fiches produit LORENTZ pour l'hydraulique citée en exemple.
- Données d'irradiation horaires du site, seize années d'historique pour Grenade, et fiche officielle du module photovoltaïque retenu pour ses coefficients de température.
Chiffres relevés dans la documentation officielle des fabricants, versions en vigueur à la date de publication ; la notice reste la référence. Une page éditée par SINES.