Votre pompe émet un bruit de graviers caractéristique ? Des cratères d’arrachement apparaissent sur vos aubes de roue ? Ces symptômes révèlent une cavitation active qui détruit déjà votre installation. Ce phénomène physique, responsable de 40% des pannes prématurées sur pompes centrifuges, coûte en moyenne 15 000€ par intervention entre remplacement de pièces et arrêts de production non planifiés.
Thierry Toulouse, fondateur de Tech Pompes, capitalise sur plus de 35 ans d’interventions techniques dans le dimensionnement et la réparation de systèmes de pompage industriel pour vous apporter 7 solutions concrètes qui élimineront définitivement la cavitation de vos installations.
Comprendre les causes exactes de la cavitation, identifier ses signes avant-coureurs et appliquer les bonnes corrections protégera vos équipements, évitera des pannes coûteuses et garantira la fiabilité de vos installations de pompage industriel. De la simple réduction de hauteur d’aspiration au choix d’une pompe à faible NPSH requis, chaque action a un impact mesurable sur la durée de vie de vos pompes.
Qu’est-ce que la cavitation d’une pompe ?
La cavitation est un phénomène physique où le liquide pompé se transforme localement en vapeur à l’intérieur de la pompe, puis revient brutalement à l’état liquide en provoquant des dégâts matériels considérables.
Ce phénomène se déclenche lorsque la pression absolue du liquide descend en dessous de sa pression de vapeur saturante. En effet, tout liquide peut bouillir même à température ambiante si la pression devient suffisamment basse. L’ébullition n’est pas uniquement liée à la chaleur, mais au rapport entre pression et température. Dans votre pompe, lorsque la pression côté aspiration chute brutalement, l’eau à 20°C ou tout autre liquide se met à bouillir instantanément, créant des milliers de bulles de vapeur dans les zones de basse pression.
Ces bulles sont ensuite transportées par l’écoulement vers les zones de pression plus élevée où elles implosent violemment. Chaque implosion génère une onde de choc pouvant atteindre plusieurs milliers de bars, arrachant progressivement des particules métalliques sur les aubes de roue, la volute et l’arbre de pompe.
La cause principale de la cavitation vient d’un NPSH disponible insuffisant (pression d’aspiration trop faible par rapport au NPSH requis de la pompe), pour maîtriser ce concept fondamental et apprendre à les calculer précisément, consultez notre guide complet sur le NPSH.
Quels sont les signes de la cavitation ?
Quatre symptômes permettent de diagnostiquer une cavitation active sur votre installation de pompage. Leur détection précoce évite des dégâts irréversibles et des coûts de réparation exponentiels.
Le bruit caractéristique
Si votre pompe émet un son de graviers ou de cailloux roulant à l’intérieur du corps, ce bruit distinctif peut être la cause de l’implosion simultanée de milliers de bulles de vapeur (la cavitation). C’est le symptôme le plus facilement identifiable, même sans instrument de mesure.
Dès l’apparition de ce bruit, arrêtez immédiatement votre pompe pour éviter une destruction accélérée des composants internes. Ce signal sonore intervient quelques heures ou quelques jours avant l’apparition des dégâts matériels visibles.
La détérioration des pièces fonctionnelles
Les ondes de choc générées par l’implosion des bulles atteignent plusieurs milliers de bars de pression localisée. Ces micro-jets à haute pression frappent répétitivement les surfaces métalliques avec une intensité comparable à un marteau-piqueur miniature. Les aubes de roue présentent des cratères d’arrachement de matière caractéristiques, comme si on les avait martelées de l’intérieur. La volute, le corps de pompe et l’arbre subissent la même érosion progressive.
Cette détérioration mécanique conduit à la défaillance complète de la pompe en quelques semaines à quelques mois de fonctionnement en cavitation, imposant des remplacements de pièces coûteuses.
Des vibrations excessives
La formation irrégulière de poches de vapeur dans la pompe crée un déséquilibrage hydraulique qui génère des vibrations anormales.
L’érosion progressive des aubes amplifie ce phénomène en créant un déséquilibrage mécanique additionnel. Ces vibrations se transmettent à l’ensemble des organes de la pompe : roulements, garnitures mécaniques, joints et accouplements s’usent prématurément.
En présence de cavitation continue, la durée de vie de ces composants peut être divisée par dix…
La chute inexpliquée des performances
Si vous remarquez une baisse de performance inexpliquée sur votre installation (débit réduit ou pression de refoulement insuffisante) alors que la pompe tourne à sa vitesse nominale habituelle, la cavitation en est peut-être responsable.
Les bulles de vapeur occupent un volume considérable à l’intérieur de la pompe sans participer au transfert utile du liquide. Le rendement global chute de 3 à 10% selon l’intensité du phénomène car les écoulements deviennent irréguliers, perturbant ainsi l’hydraulique et dégradant progressivement les capacités de pompage.
Une perte de 15% de débit sans modification des paramètres de fonctionnement constitue un signal d’alarme majeur nécessitant un diagnostic immédiat du NPSH disponible.
Comment éviter la cavitation de sa pompe ?
Heureusement il existe 7 gestes simples pour maîtriser les leviers du NPSH disponible et éliminer définitivement la cavitation. 7 stratégies d’optimisation de vos installations pour protéger vos pompes et éliminer les arrêts couteux
Solution 1 : Diminuer la hauteur d’aspiration de la pompe
Installer la pompe au niveau le plus bas possible constitue naturellement une des solutions les plus efficaces pour augmenter le NPSH disponible. Il faut comprendre que lorsque vous diminuez votre hauteur d’aspiration de pompe de 1 mètre, vous gagnez directement 1 mètre de NPSH disponible.
L’idéal consiste, évidemment, à positionner, si c’est possible, la pompe en dessous du réservoir. Dans cette configuration, la pompe est en charge puisqu’elle est soumise à la pression hydrostatique du liquide. Cette configuration garantit une pression d’entrée positive et réduit considérablement le risque de cavitation.
Solution 2 : Augmenter la hauteur de charge
Si votre configuration permet une alimentation en charge, (c’est à dire que la pompe est positionnée sous la cuve de liquide à vider), alors il vous est possible d’augmenter la hauteur ce qui améliorera directement la pression d’aspiration. En effet, surélever le réservoir de 2 mètres ajoute 2 mètres au NPSH disponible, une solution indispensable si votre installation est en limite de cavitation.
Solution 3 : Augmenter le diamètre de la tuyauterie d’aspiration
Les pertes de charge par frottement dans la conduite d’aspiration réduisent directement le NPSH disponible.
En effet, lorsque vous augmentez le diamètre de la tuyauterie, vous réduisez la vitesse du flux liquide. Ainsi, vous amoindrissez considérablement les frottements, réduisez donc la perte de charge (PDC) dans votre conduite, en augmentant le NPSH disponible. Utilisez notre calculateur en ligne pour définir le diamètre de tuyauterie d’aspiration le plus adapté.
Solution 4 : Diminuer le nombre d’accessoires sur l’aspiration
Chaque coude, vanne, filtre ou té génère des pertes de charge dites : « singulières ».
Simplifiez au maximum le tracé de la tuyauterie en éliminant les coudes à petit rayon de courbure, en remplaçant les vannes à passage restreint par des vannes à passage intégral, et en positionnant les filtres en amont avec un dimensionnement généreux.
Restreindre le nombre d’accessoires sur la tuyauterie d’aspiration, c’est augmenter le NPSH disponible de votre installation.
Solution 5 : Diminuer la température du liquide pompé
La température du fluide exerce un impact direct sur le risque de cavitation en déterminant la pression de vapeur saturante. Plus le liquide est chaud, plus cette pression augmente, réduisant ainsi la marge de sécurité avant cavitation.
À titre d’exemple, l’eau à 20°C possède une pression de vapeur saturante de 0,23 bar absolu, alors qu’à 60°C, elle atteint 2,03 bar absolu. Cette augmentation consomme rapidement votre NPSH disponible tout en vous rapprochant du phénomène de cavitation.
Lorsque vous pompez des fluides à température élevée, vous pouvez installer un échangeur en amont de la pompe. En abaissant la température de seulement 20°C avant l’entrée de la pompe, vous réduisez considérablement la pression de vapeur saturante et gagnez une marge significative de NPSH disponible. Cette amélioration peut suffire à éliminer la cavitation.
Solution 6 : Diminuer la viscosité du liquide pompé
Les liquides visqueux génèrent plus de frottements dans les tuyauteries que les fluides peu visqueux. Ils sont donc à l’origine de pertes de charge (PDC) plus importantes. Lorsque c’est techniquement possible, vous pouvez donc diminuer la viscosité du liquide pompé par chauffage ou par dilution.
Cette solution s’applique particulièrement aux huiles et produits chimiques, où un ajustement de température de quelques degrés peut diviser la viscosité par deux.
Diminuer la viscosité du liquide vous permet donc d’augmenter le NPSH disponible de votre installation.
Solution 7 : Utiliser une pompe dont le NPSH requis est plus bas
Lorsque les 6 solutions précédentes ne vous permettent pas d’augmenter suffisamment votre NPSH disponible, il vous faudra alors rechercher une pompe dont le NPSH requis est plus bas. Il existe des pompes à bas NPSH requis dont la configuration de l’aspiration est adaptée pour générer le moins de perte de charge (PDC) possible. Les pompes à bas NPSH peuvent avoir un NPSHr de 30 à 50% plus bas par rapport à une pompe classique. Découvrez notre gamme complète de pompes industrielles
Vous pouvez également réduire la vitesse de rotation de la pompe pour réduire automatiquement le NPSHr.
Pour les situations temporaires ou pour tester une configuration avant investissement définitif, nos solutions de location de pompes vous permettent de valider la compatibilité du matériel avec vos contraintes d’aspiration sans engagement à long terme. Cette approche s’avère particulièrement pertinente lorsque vous devez, en urgence, remplacer une pompe cavitante.
Particularités selon les technologies
Les pompes centrifuges présentent une sensibilité particulière au niveau du bord d’attaque des aubes où le fluide subit une accélération créant des zones de basse pression. Pensez à privilégiez un fonctionnement de votre pompe sur son point de rendement optimal.
Les pompes volumétriques (engrenages, pistons, vis) cavitent lors de la phase d’expansion rapide de la chambre de pompage. Pour cette technologie de pompe, il est particulièrement facile de choisir une pompe plus grosse qui va fonctionner à vitesse plus basse.
Les pompes pneumatiques à membranes génèrent des pulsations cycliques créant des chutes de pression instantanées. Vous pouvez palier ce phénomène en Intégrant des amortisseurs de pulsations directement en amont de la pompe. Ces pompes étant volumétriques, il est également particulièrement aisé de choisir une pompe de plus grosse taille et la faire fonctionner à un rythme faible.
