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   POMPE TRANSFORMÉE EN TURBINE (PTT – PAT)

RÉCUPÉRATION D’ÉNERGIE DANS DES CONDUITES SOUS PRESSION

Une pompe utilisée comme turbine (PTT ou Pump as Turbine – PAT) est une pompe hydraulique classique qui fonctionne en sens inverse. Elle permet ainsi de convertir une pression/dénivelé en électricité pour l’autoconsommation. C’est une solution idéale pour remplacer des vannes réductrices de pression et valoriser l’énergie qui se perd aujourd’hui dans des vannes ou des pertes de charge.

Les PAT/BTT exploitent le différentiel de pression ou de dénivelé d’une conduite pour produire de l’électricité en autoconsommation. La solution peut être intégrée sous deux formes :

  • PTT hydraulique (partie hydraulique uniquement + générateur conventionnel), ou

  • PTT complète (partie hydraulique + moteur utilisé en mode générateur et armoire électrique)

Grâce à l’utilisation d’équipements standards et à une intégration simple sur des conduites existantes, les PAT/PTT réduisent l’investissement initial et sont particulièrement adaptées aux applications suivantes :

  • réseaux d’irrigation (associations de irrigants, golfs),

  • procédés industriels avec excès de pression ou débits constants,

  • réservoirs et arrivées avec surpression,

  • ainsi que les installations d’eau et stations d’épuration.

Vous souhaitez une pré-étude de faisabilité ?

C’est pertinent si…

  • vous disposez d’un débit relativement stable (ou de nombreuses heures/an),

  • vous avez une chute de pression (ou un dénivelé) disponible,

  • vous avez actuellement une vanne réductrice de pression (ou équivalent).

Ce n’est pas idéal si…

  • le débit est très intermittent,

  • il y a des solides / risques de colmatage sans préfiltration,

  • il n’existe pas de différentiel de pression exploitable (dénivelé inférieur à 1 m).

 

Applications courantes d’une microturbine BTT-PAT

  • Réseaux d’irrigation (associations d’irrigants, golfs)
    Réduction de pression et autoconsommation pour les locaux de contrôle / télégestion.
  • Industrie et procédés
    Excès de pression et débits constants → production stable.
  • Réservoirs et arrivées en surpression
    Récupération d’énergie à l’entrée + contrôle de la pression.
  • Eau potable et installations d’eau / stations d’épuration
    Récupération en by-pass ou remplacement de vannes réductrices de pression (PRV/VRP) lorsque les conditions le permettent.

 

 

QU’EST-CE QU’UNE BTT/PAT ET QUELS SONT SES AVANTAGES ?

Une BTT/PAT est une pompe du commerce sélectionnée à partir d’une étude de débit et de pression/dénivelé afin de fonctionner en mode inverse (turbine). L’énergie hydraulique est convertie en énergie mécanique sur l’arbre puis, via un générateur et une armoire électrique, en énergie électrique.

Avantages des PAT/BTT

  • Investissement inférieur à celui d’une turbine sur mesure : équipement standard et intégration simple.

  • Intégration facile sur des conduites existantes, souvent en by-pass, avec un génie civil limité et une maintenance plus simple.

  • Récupère l’énergie aujourd’hui perdue dans les vannes réductrices de pression (PRV/VRP), les pertes de charge ou les sauts de cote.

  • Robuste et compacte : technologie industrielle éprouvée, pièces de rechange et assistance disponibles.

  • Solution d’exploitation flexible : autoconsommation directe, système hybride avec batteries (off-grid) ou injection/gestion selon la réglementation et le cas.

  • Améliore l’exploitation hydraulique : réduit la pression là où c’est utile, stabilise le réseau et peut diminuer les contraintes et les fuites sur des points critiques.

  • Rentable pour des puissances petites à moyennes, là où une turbine spécifique n’est souvent pas rentable.

  • Faibles émissions et faible bruit : électricité renouvelable à partir d’une énergie déjà disponible dans la conduite.

  • Permet de travailler dans des plages de pression et de débit où une turbine dédiée n’est parfois pas adaptée. On utilise principalement des pompes « tuyau-tuyau», idéales pour des circuits d’eau sous pression où l’eau, une fois turbinée, ne passe pas à l’extérieur.

 

UN CAS RÉEL : RÉCUPÉRATION D’ÉNERGIE SUR UN POINT DE RÉDUCTION DE PRESSION (PRV/VRP)

Dans les réseaux d’eau potable (et aussi en irrigation ou en industrie), il existe souvent des points avec excès de pression dû au dénivelé ou à la configuration du réseau. Habituellement, cette pression est réduite par une vanne réductrice de pression (PRV/VRP), en dissipant de l’énergie.

À ces endroits, une BTT/PAT peut exploiter le différentiel de pression pour produire de l’électricité, tout en maintenant la pression de service.

  • Installation recommandée : en by-pass autour de la vanne réductrice. Cela permet de dériver une partie du débit, facilite la maintenance et réduit le risque opérationnel.

  • Option avancée : si les conditions hydrauliques le permettent, la BTT/PAT peut être installée sur la conduite principale et agir comme élément de réduction de pression avec récupération d’énergie.

 

Pourquoi utiliser un pompe fonctionnant comme une turbine?

  • Par disponibilité: la disponibilité des pompes sur le marché est très large, et il y a beaucoup d’informations dans les catalogues sur son fonctionnement et ses aspects de construction. Il s’agit d’un avantage par rapport aux microturbines, où il existe un long catalogue d’options de pompes. C’est également un grand avantage dans les pays à économie émergente, où la disponibilité de pompes hydrauliques est supérieure à l’obtention de turbines spécifiques.
  • Pour des raisons économiques et de faisabilité. Les turbines sont généralement fabriquées pour un point de travail spécifique. Cela rend son prix (même dans les microturbines) élevé lorsqu’on travaille avec une seule unité. En revanche, la production en série de pompes hydrauliques entraîne des prix beaucoup plus bas. Il est vrai qu’une PAT donnera une production moindre, mais cela peut être parfaitement compensé par le prix inférieur par rapport à une turbine.
  • Pour des raisons de construction et d’entretien. Généralement, les turbines sont des machines complexes qui nécessitent plus d’entretien que les pompes déjà fabriquées. Au niveau de l’exploitation et des travaux de génie civil, il est plus facile de mettre en œuvre un PAT qu’une turbine spécifique et la maintenance, si elle existe, est déjà connue.

REFOULEMENT HYDRAULIQUE SANS ÉLECTRICITÉ

Un refoulement (rebompage) consiste à ajouter une pompe en série dans une conduite afin d’augmenter la pression et de pouvoir alimenter un point de consommation (plus haut ou avec davantage de pertes de charge).

Dans certains cas, cela peut se faire sans électricité, en utilisant l’énergie hydraulique disponible sur le réseau :

  • Unité motrice (BTT/PAT) : une pompe fonctionnant en mode turbine exploite une chute de pression ou un dénivelé et transforme cette énergie en rotation d’un arbre.

  • Unité refoulante (pompe) : sur le même arbre (accouplement direct), on connecte une seconde pompe, qui utilise cette rotation pour augmenter la pression du débit et l’envoyer vers la cote supérieure ou le point de consommation.

Ainsi, une partie de l’énergie « excédentaire » (ou dissipée) est transformée en pression utile pour refouler l’eau, sans générateur, convertisseur ni batteries.

Quand c’est pertinent

  • Sites isolés ou avec un accès électrique difficile.

  • Réseaux où un différentiel de pression est disponible à un point (par exemple avant un réservoir ou sur une descente de cote).

  • Lorsqu’on a besoin d’un gain de pression modéré, pas de grandes hauteurs.

Limitation clé
Le « rebompage mécanique » ne crée pas d’énergie : il la transforme. Le gain de pression sera une fraction de la chute disponible, car il y a des pertes :

Hgain≈Hdisponible×ηturbine×ηaccouplement×ηpompeH_{gain} \approx H_{disponible}\times \eta_{turbine}\times \eta_{accouplement}\times \eta_{pompe}

(En pratique, on valorise souvent environ 30–60 % de la chute disponible, selon les équipements et le point de fonctionnement.)

Ligne d’énergie

  • Avant la BTT, la pression est élevée.

  • La BTT « consomme » une partie de cette pression et en extrait une puissance mécanique.

  • La pompe réajoute ensuite de la charge/pression.

  • Le résultat est une pression finale supérieure à celle obtenue sans rebompage, mais inférieure à celle d’un rebompage électrique équivalent avec une énergie « externe ».

ARRIVÉE À UN RÉSERVOIR EN ZONE DE MONTAGNE (SANS PHOTOVOLTAÏQUE)

Dans certaines communes de montagne, l’eau descend par gravité jusqu’à un réservoir de régulation avec un excès de pression à l’entrée. Souvent, cette énergie est dissipée par une vanne ou un brise-pression avant l’entrée dans le réservoir.

Lorsque le site est en milieu forestier ou d’accès limité, où il n’est pas viable d’installer du photovoltaïque, une PTT/PAT peut convertir ce différentiel de pression en électricité locale pour :

  • télécontrôle et instrumentation (PLC, capteurs de niveau et de pression),

  • communications,

  • éclairage et petits usages,

  • ou recharge de batteries en systèmes off-grid.

Intégration typique : la PTT/PAT est installée sur la conduite d’arrivée (souvent en by-pass pour faciliter la maintenance) et fonctionne lorsqu’il y a un débit vers le réservoir, tout en maintenant le contrôle de la pression et en valorisant l’énergie disponible.

 

 

 

COMMENT FONCTIONNE UN SYSTÈME PAT

Une pompe peut fonctionner comme turbine (PAT/PTT), mais pas au même point de fonctionnement que lorsqu’elle fonctionne en mode pompe.
Sur le graphique, on voit que le point optimal en mode turbine se décale : il nécessite généralement un débit plus élevé et une hauteur/pression plus importante que le point optimal en mode pompe. C’est pourquoi, avant de sélectionner une PAT, une étude de débit et de pression/dénivelé est nécessaire.

Légende (PAT/PTT) :
Courbes de fonctionnement d’une pompe en mode pompe et en mode turbine (PAT/PTT). Le point de meilleur rendement se déplace d’un mode à l’autre : généralement Qn_t > Qn_b et Hn_t > Hn_b. Q = débit et H = hauteur manométrique (pression équivalente). D’où la nécessité d’une étude de débit et de pression/dénivelé avant de sélectionner le modèle.

 

 

 

ASSOCIATION D’IRRIGANTS AVEC UN SAUT DE 12 m ENTRE CANAL ET COLLECTEUR

Dans les associations d’irrigants, il est courant que le canal ou la rigole principale alimente un collecteur de distribution avec un saut de cote (par exemple 12 m) avant de répartir vers les secteurs. Cette différence de hauteur se transforme en pression et, si elle n’est pas valorisée, elle est perdue via des dissipateurs ou par régulation.

À cet endroit, une BTT/PAT permet :

  • de récupérer de l’énergie pendant les heures d’irrigation,

  • de réduire et stabiliser la pression au niveau du collecteur,

  • et d’alimenter des usages en autoconsommation (télégestion, vannes, équipements de sectorisation, pompages auxiliaires, etc.).

Configuration typique : installation en conduite (ou en by-pass du collecteur), avec armoire électrique et protections, en ajustant la sélection de la pompe à la plage de débits d’irrigation afin de maximiser la récupération d’énergie lorsque le réseau est en fonctionnement.

 

PEUT-ON UTILISER N’IMPORTE QUELLE POMPE HYDRAULIQUE COMME TURBINE (PAT/PTT) ?

Non. Pour qu’une pompe fonctionne correctement en mode turbine, l’installation doit présenter une plage de débit et de pression/dénivelé compatible, et la pompe sélectionnée doit avoir une vitesse spécifique (Ns) ainsi qu’un rendement adaptés en mode turbine.

C’est pourquoi, avant de choisir un modèle PAT/BTT, nous réalisons une pré-étude basée sur :

  • le débit (plage et heures de fonctionnement),

  • la pression ou hauteur manométrique disponible (H),

  • les pertes de charge et les conditions d’installation,

  • la vitesse de rotation / rendements attendus.

À partir de ces données, nous déterminons le modèle de pompe le plus adapté et la puissance récupérable

COMMENT SÉLECTIONNER UNE POMPE COMME TURBINE (PAT/BTT) ?


Pour utiliser une pompe hydraulique en mode turbine (PAT/BTT), une pré-étude d’ingénierie est nécessaire afin de vérifier la compatibilité entre l’installation (débit/hauteur) et la pompe.

  1. Relever les conditions hydrauliques disponibles (H et Q) et la plage de fonctionnement.
  2. Calculer/estimer la vitesse spécifique et identifier une famille de pompes adaptée.
  3. Convertir le point de fonctionnement « mode pompe » vers le mode turbine (PAT) et estimer le rendement.
  4. Sélectionner un modèle de pompe et vérifier débit, hauteur, vitesse de rotation et contraintes d’installation.
  5. Déterminer la puissance récupérable et proposer le schéma d’intégration (by-pass / ligne principale) et l’architecture électrique

Service technique payant. Je peux réaliser cette sélection préliminaire et fournir une estimation de puissance + recommandations d’intégration.

Sélection préliminaire PAT/PTT