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Sciences de l'ingénieur · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Mécaniques

Les Pompes

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Une pompe est un organe de transformation d'énergie mécanique en énergie hydraulique. Elle permet de déplacer un fluide (généralement incompressible) en lui communiquant une pression ou une vitesse.

  • Puissance hydraulique ($P_h$) : $P_h = q_v \cdot \Delta p = \rho \cdot g \cdot q_v \cdot H_m$
    • $q_v$ : débit volumique ($m^3/s$)
    • $\Delta p$ : différence de pression ($Pa$)
    • $H_m$ : hauteur manométrique totale ($m$)
  • Puissance mécanique ($P_m$) : $P_m = C \cdot \omega$
    • $C$ : couple ($N \cdot m$)
    • $\omega$ : vitesse angulaire ($rad/s$)
  • Rendement global ($\eta$) : $\eta = \frac{P_h}{P_m} = \eta_v \cdot \eta_m \cdot \eta_h$
    • $\eta_v$ (volumétrique) : pertes par fuites.
    • $\eta_m$ (mécanique) : pertes par frottements.
    • $\eta_h$ (hydraulique) : pertes de charge.

Méthodes à maîtriser

  1. Calcul du débit : Utiliser la relation $q_v = S \cdot v$ (section $\times$ vitesse).
  2. Bilan énergétique : Toujours calculer $P_h$ avant de déterminer le rendement ou le couple moteur.
  3. Conversion d'unités : Convertir systématiquement en unités SI ($m^3/s$, $Pa$, $W$, $rad/s$).

Exemples corrigés

Exemple : Une pompe a un débit de $20 , L/min$ et une pression de $10 , bars$.

  1. $q_v = 20 \times 10^{-3} / 60 = 3,33 \times 10^{-4} , m^3/s$.
  2. $\Delta p = 10 \times 10^5 , Pa$.
  3. $P_h = 3,33 \times 10^{-4} \times 10^6 = 333 , W$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de convertir les $L/min$ en $m^3/s$.
  • Confondre la pression relative et la pression absolue.
  • Ne pas convertir les $tr/min$ en $rad/s$ pour le calcul du couple ($\omega = \frac{2\pi N}{60}$).
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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Les Pompes

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Quelle est l'unité de la puissance hydraulique ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre une pompe volumétrique et une pompe centrifuge ?
  1. La pompe volumétrique déplace un volume fixe à chaque cycle (débit quasi constant, pression élevée).
  2. La pompe centrifuge utilise une roue à aubes pour accélérer le fluide (débit variable selon la pression).

💡 À retenir : Volumétrique = volume fixe par tour ; Centrifuge = effet de vitesse.

kifach n7seb rendement global ila 3tani ghir rendement volumétrique o mécanique ?
  1. Le rendement global ($\eta$) est le produit de tous les rendements.
  2. Si le rendement hydraulique n'est pas donné, on considère souvent qu'il est inclus ou négligé.
  3. Formule : $\eta = \eta_v \times \eta_m$.

💡 À retenir : $\eta_{global} = \eta_v \cdot \eta_m \cdot \eta_h$.

Est-ce que la puissance hydraulique dépend de la densité du fluide ?

Oui, car $P_h = \rho \cdot g \cdot q_v \cdot H_m$. Si le fluide n'est pas de l'eau ($\rho = 1000 , kg/m^3$), il faut impérativement utiliser la masse volumique réelle du fluide.

💡 À retenir : La puissance hydraulique est proportionnelle à la masse volumique $\rho$.

chnou lfar9 bin Hmt et la pression ?
  1. La pression ($p$) est une force par unité de surface ($Pa$).
  2. La Hmt (Hauteur manométrique totale) exprime l'énergie en mètres de colonne de liquide.
  3. Relation : $\Delta p = \rho \cdot g \cdot H_m$.

💡 À retenir : $H_m$ est une "pression" exprimée en hauteur de fluide.

Pourquoi on doit convertir les tr/min en rad/s ?

Parce que la formule de la puissance mécanique $P = C \cdot \omega$ impose que la vitesse angulaire $\omega$ soit en radians par seconde pour obtenir des Watts.

💡 À retenir : $\omega = \frac{2\pi N}{60}$.

wach l'accouplement 3ando chi 3ala9a m3a lpompe ?

Oui, l'accouplement sert à transmettre le mouvement de rotation du moteur vers l'arbre de la pompe. Il doit être capable de transmettre le couple calculé.

💡 À retenir : L'accouplement est l'organe de liaison entre le moteur et la pompe.

Comment calculer le couple si on a la puissance et la vitesse ?
  1. Utiliser la formule $P_m = C \cdot \omega$.
  2. Isoler le couple : $C = \frac{P_m}{\omega}$.
  3. Vérifier les unités : $P$ en Watts, $\omega$ en rad/s, $C$ en $N \cdot m$.

💡 À retenir : $C = \frac{P_m \cdot 60}{2 \cdot \pi \cdot N}$.

Est-ce que le débit change si la pression augmente ?

Dans une pompe volumétrique idéale, non. Dans une pompe réelle, le débit diminue légèrement quand la pression augmente à cause des fuites internes.

💡 À retenir : Le débit réel est toujours inférieur au débit théorique à cause des fuites.

C'est quoi le rôle du rendement volumétrique ?

Il mesure les pertes de débit dues aux fuites internes entre la zone haute pression et la zone basse pression de la pompe.

💡 À retenir : $\eta_v = \frac{q_{v,réel}}{q_{v,théorique}}$.

Est-ce qu'il y a des pertes de charge dans les pompes ?

Oui, le fluide subit des frottements contre les parois internes de la pompe, ce qui diminue l'énergie disponible. C'est ce que traduit le rendement hydraulique.

💡 À retenir : Les pertes de charge transforment une partie de l'énergie en chaleur.

kifach n3ref wach l'exercice talb l'unité SI ?

À l'examen national, il est fortement conseillé de toujours travailler en unités SI (m, kg, s, Pa, W) pour éviter les erreurs de calcul.

💡 À retenir : SI = Sécurité et exactitude.

Est-ce que la puissance moteur est égale à la puissance hydraulique ?

Non, la puissance moteur est toujours supérieure à la puissance hydraulique car il y a des pertes (rendement). $P_m = \frac{P_h}{\eta}$.

💡 À retenir : $P_m > P_h$ car $\eta < 1$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une pompe doit fournir $5 , kW$ hydrauliques. Le rendement global est $0,75$. Le moteur tourne à $1500 , tr/min$. Calculer le couple nécessaire sur l'arbre moteur.

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Exercice 2

Une pompe centrifuge débite $60 , m^3/h$ d'eau. La Hmt est de $20 , m$. Calculer la puissance hydraulique. ($\rho = 1000 , kg/m^3$, $g = 9,81 , m/s^2$).

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Exercice 3

Une pompe volumétrique tourne à $1450 , tr/min$. Elle fournit un couple de $15 , N \cdot m$. Le rendement global est de $0,85$. Calculer la puissance hydraulique disponible.

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