Introduction: La pompe à eau manuelle
Les pompes à main sont un type de pompe volumétrique actionnée manuellement. Elles sont courantes dans de nombreuses zones rurales dépourvues de réseaux d'eau courante. Les pompes à main ont une conception simple et robuste, nécessitent peu d'entretien et sont faciles à utiliser, ce qui explique leur large adoption à travers le monde.
Pompe à main
Histoire de la pompe à main
L'invention de la pompe à piston manuelle remonte à l'Europe des années 1400. Au fil des siècles, la plupart des villages, villes et cités ont bénéficié d'un approvisionnement en eau fiable grâce à une pompe à main ou un puits traditionnel. Les pompes à main étaient généralement installées sur des puits existants, représentant ainsi une amélioration de l'infrastructure plutôt qu'une innovation radicale.
Diagramme de pompe à piston médiévale
Les pompes à main étaient souvent situées au centre des communautés pour faciliter l'accès, d'où leur appellation fréquente de ‘pompes paroissiales’, car les églises et paroisses servaient de points de rassemblement locaux. Un autre nom commun pour ce type de pompe de puits est la ‘pompe à pichet’.
Pompe à main / Pompe paroissiale / Pompe à pichet
La contamination de l'eau provenant d'une pompe à main (ou de toute source d'eau de puits) est possible car l'eau est extraite du sol. Le choléra est une bactérie qui peut se propager par la consommation d'eau contaminée. John Snow a démontré la propagation du choléra par l'eau après une épidémie en 1854 à Broad Street, Londres. En suspectant que l'eau contaminée était la source de l'épidémie, il a retiré la poignée de la pompe à eau locale, ce qui a entraîné une diminution rapide des cas de choléra. Grâce à sa démarche et à ses conclusions, John Snow est aujourd'hui considéré comme le fondateur de l'épidémiologie (l'étude de la propagation des maladies).
John Snow – le fondateur de l'épidémiologie
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Composants de la pompe à main
Une pompe à main se compose de relativement peu de composants, généralement ceux listés ci-dessous, bien que le nombre et le type de pièces varient selon la conception de la pompe.
Entrée d'aspiration – un long tuyau creux reliant le cylindre de la pompe à la source d'eau.
Cylindre – un cylindre creux contenant le piston, le clapet de pied et le clapet de piston.
Décharge – un tuyau creux permettant à l'eau de s'écouler du cylindre vers le point de consommation.
Piston – un assemblage permettant l'installation d'un clapet anti-retour et d'une cage de retenue.
Tige de piston – une barre métallique solide reliant le piston à la poignée/levier.
Poignée/Levier – utilisée pour fournir un avantage mécanique à l'opérateur ; parfois appelée ‘tige de force’.
Clapet de pied – un clapet anti-retour situé à la base du cylindre.
Composants de la pompe à main
Théorie du fonctionnement de la pompe à main
Le but d'une pompe de puits manuelle est de soulever un fluide d'une élévation inférieure à une élévation supérieure, de manière sûre et efficace. L'avantage mécanique obtenu en utilisant la poignée/levier de la pompe à main dépend de la force de l'utilisateur et de la longueur de la poignée ; cela peut être expliqué en examinant le calcul du moment d'une force :
Moment = Force x Distance
M = F.d
Où :
Moment = effet de rotation d'une force autour d'un point de pivot.
Force = force appliquée par l'opérateur.
Distance = distance depuis le point de pivot.
Mécanique de la pompe à main
Augmenter la longueur de la poignée augmente la distance depuis le point de pivot et donc le moment résultant. Augmenter la force appliquée augmente également le moment. Remarquez qu'il est possible d'augmenter le moment appliqué en augmentant la distance à laquelle la force est appliquée depuis le point de pivot ; cela peut être vu avec les deux exemples suivants :
Exemple 1 – plus de force appliquée plus près du point de pivot.
Force (F) = 10
Distance (D) = 5
Moment (M) = Force.Distance
Moment (M) = 10 x 5 = 50
Exemple 2 – moins de force appliquée plus loin du point de pivot.
Force (F) = 5
Distance (D) = 10
Moment (M) = Force.Distance
Moment (M) = 5 x 10 = 50
Remarquez que le moment de force résultant est égal pour les deux exemples. On peut voir qu'une poignée plus longue offrirait un plus grand avantage mécanique si la force est maintenue constante (n'est pas modifiée). En termes pratiques, cela signifie qu'une poignée plus longue permettra à des personnes plus faibles d'utiliser la pompe car moins de force (force) est requise pour atteindre un moment de force donné.
Note – les exemples n'utilisent pas d'unités, bien que la force soit généralement donnée en newtons (N), la distance en mètres (m), et le moment en newton mètres (Nm). Les unités utilisées dépendent de l'utilisation d'unités standards (unités SI) ou d'unités impériales (livres, pouces, etc.).
Explication simple : Fonctionnement des pompes à main
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Les pompes volumétriques doivent être amorcées avant que le fluide de procédé puisse être pompé. Le terme ‘amorçage’ fait référence à l'élimination de l'air du système afin de permettre l'écoulement du fluide de procédé. Lorsqu'on parle d'une pompe à main de puits, l'air est retiré du système et remplacé par de l'eau.
L'eau est aspirée dans le cylindre lorsque le levier de la pompe est pressé vers le bas. Appuyer sur le levier de la pompe vers le bas fait monter le piston et ouvrir le clapet de pied ; le clapet anti-retour du piston est fermé lorsque le piston monte.
Une fois que le piston a atteint son point de transit le plus élevé, l'opérateur tire le levier de la pompe vers le haut. Tirer le levier de la pompe vers le haut fait descendre le piston et fermer le clapet de pied ; le clapet anti-retour du piston est ouvert lorsque le piston descend. Le résultat de ce mouvement est que l'eau située sous le clapet anti-retour du piston est déplacée vers le dessus du clapet anti-retour du piston. Lorsque le piston remonte, il déplace également l'eau qui se trouve maintenant sur son dessus vers le haut.
Répéter ce mouvement de poussée et de traction sur le levier de la pompe à main entraîne l'aspiration de plus de liquide dans le cylindre et l'élévation du niveau d'eau dans le cylindre. À mesure que le niveau d'eau monte, il atteint la hauteur du tuyau de décharge et commence à s'écouler de la pompe.
Ressources supplémentaires
https://en.wikipedia.org/wiki/Hand_pump
https://innovationdiscoveries.space/water-hand-pump-parts-types-working-principle
https://engineeringinsider.org/water-hand-pump-parts-types-working