Les pompes solaires : puiser l’eau grâce au soleil

Pour pomper de l’eau, il faut une énergie. Cette énergie peut être produite par l’homme et la force de ses bras, par un moteur à essence (énergie thermique) ou… par l’énergie du soleil (solaire). Simple, écologique, économique et très modulable, la pompe solaire trouve sa place un peu partout : aussi bien dans les campagnes françaises que dans les villages reculés de l’Afrique sahélienne. Découvrons ensemble en quoi elle consiste et à quel prix s’attendre pour s’en équiper.

pompe solaire

Qu’est-ce qu’une pompe solaire ?

Une pompe solaire (ou pompe photovoltaïque) permet de pomper l’eau d’un réservoir naturel (lac, étang, rivière) ou artificiel (une cuve), et ce peu importe le volume en utilisant une énergie renouvelable : le soleil.

Utilisé depuis les années 70, ce dispositif tend à se développer en raison de sa praticité et de son accessibilité. Étudions plus en détail son fonctionnement.

Comment fonctionne une pompe solaire ?

Bien que le principe du pompage reste assez simple à comprendre, une description du fonctionnement de base de la pompe solaire s’impose, y compris pour les options de cette installation.

Quels sont les éléments qui composent une pompe solaire ?

Pour faire fonctionner une pompe solaire, il faut une installation solaire standard, c’est-à-dire des panneaux solaires munis de cellules photovoltaïques (cellules en silicium monocristallin ou polycristallin).

Ces panneaux, grâce à l’énergie du soleil, font tourner le moteur électrique (ou le générateur) de la pompe, moteur de type :

  • continu (à bobinage électromagnétique) ;
  • alternatif (c’est le type de moteur le plus souvent installé en raison de son coût moins élevé et de ses performances qui sont meilleures).

La pompe centrifuge (refoulante ou aspirante-refoulante) est ensuite reliée à un réseau d’eau ou des bornes-fontaines. Le principe est simple : en tournant, l’impulseur, ou roue à aubes, (une aube étant une sorte de turbine) aspire l’eau à l’intérieur de la pompe. Cette mécanique se produit jusque dans le cœur de la pompe jusqu’à ce que l’eau soit refoulée via une infrastructure hydraulique qui va la conduire jusqu’à un système d’irrigation ou un réservoir de stockage.

Récapitulons :

  1. les panneaux solaires récupèrent l’énergie du soleil ;
  2. cette énergie alimente le moteur électrique de la pompe solaire ;
  3. l’impulseur et l’aube situés dans le corps de la pompe aspirent l’eau avant de la refouler ;
  4. l’eau est dirigée vers un système d’irrigation ou un réservoir de stockage.
schéma pompe solaire
Schéma d’une installation standard de pompe solaire

Le stockage, une option ?

On parle de pompes « au fil du soleil » quand elles fonctionnent seulement lors des phases d’ensoleillement ou de pompes « à batterie » quand elles disposent d’un dispositif de stockage pour un fonctionnement en continu. La pompe au fil du soleil est l’installation de base à laquelle vous pouvez ajouter des batteries. Tout dépend de l’utilisation que vous en faites et de vos besoins.

Les options d’une pompe solaire

Notez donc que l’installation peut être complétée par :

  • des batteries, indispensables pour stocker l’énergie solaire et utiliser la pompe à n’importe quel moment, surtout hors période d’ensoleillement ;
  • un régulateur de charge, pratique pour adapter le niveau de charge de la batterie ;
  • un système de potabilisation, si cette installation est destinée à puiser de l’eau qui sera rendue potable ;
  • un onduleur, nécessaire pour optimiser la puissance de la pompe solaire en fonction de l’intensité du soleil ;
  • un surpresseur, dont le rôle est de maintenir le débit et la pression de l’eau de la pompe solaire.

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Quels sont les différents types et méthodes de pompes qui existent ?

Penchons-nous maintenant sur deux caractéristiques importantes des pompes en règle générale : le type (immergé ou de surface) et la méthode de fonctionnement (hélicoïdale ou centrifuge).

Les types de pompe

Deux types de pompes de solaires se partagent le marché :

  • la pompe immergée. Comme son nom l’indique, la pompe immergée se positionne sous l’eau, ce qui la rend discrète et silencieuse. L’avantage ? Elle ne connaît pas le risque de gel l’hiver et permet de puiser de l’eau dans des sources profondes. Par contre, une protection contre le sable et les impuretés est indispensable ;
  • la pompe de surface. Auto-amorçante, cette pompe s’installe près de la source d’eau ou dans un local technique et se destine aux sources d’eau peu profondes. Elle demande un entretien plus important l’hiver et peut créer des nuisances sonores.

Une ou plusieurs turbines ?

Vous trouverez sur le marché des pompes dites « monocellulaires » et d’autres, « multicellulaires ». La différence ? Les premières possèdent une turbine là où les secondes en sont équipées de plusieurs.

Type de pompeHauteur d’aspiration
(en mètres)
Source d’eauUtilisationSurface
(en m²)
ImmergéeSupérieure à 7 mètres• Puits.
• Sous l’eau (forage, citernes enterrées).
• Arrosage intégré.
• Alimentation domestique.
Entre 1 100 et 3 000 m²
De surfaceInférieure à 7 mètres• Étang.
• Rivière.
• Cuve.
• Récupérateur d’eau.
• Arrosage de surface (monocellulaire).
• Arrosage intégré.
• Alimentation domestique (multicellulaire).
Entre 200 m² et 800 m² (monocellulaire)

Entre 1 100 et 3 000 m² (multicellulaire)
Descriptif de chaque type de pompe

Qu’est-ce que la hauteur d’aspiration ?

Elle correspond à la différence de dénivelé ou d’altitude entre le niveau d’eau dynamique (ND, niveau d’eau non variable dans le temps) et la pompe.

Les méthodes de pompage

Il existe deux grandes méthodes de pompages pour les pompes solaires :

  • les pompes hélicoïdales. Puisant l’eau à la verticale, la pompe hélicoïdale (pompe à vis excentrique ou pompe à cavité progressive) est utilisée dans les puits profonds, car elle affiche une hauteur maximum nanométrique importante mais un faible débit (pour pomper de faibles volumes). Son rotor métallique, qui ressemble à un tire-bouchon, tourne à l’intérieur du stator en caoutchouc et soulève l’eau jusqu’à la surface ;
  • les pompes centrifuges. Puisant l’eau à l’horizontale, la pompe centrifuge utilise une buse d’aspiration au cœur d’une turbine pour aspirer l’eau. Elle se caractérise par un débit plus élevé (deux fois plus important que la pompe hélicoïdale) mais une hauteur maximum nanométrique 3 fois plus faible.

Qu’est-ce que la hauteur nanométrique ?

Utilisée pour le dimensionnement des pompes, cette mesure exprime (en mètres), la hauteur de colonne maximum à laquelle la pompe peut envoyer l’eau. La hauteur nanométrique totale (HMT) englobe toutes les contraintes hydrauliques, à savoir :

  • la hauteur d’aspiration ;
  • la hauteur de refoulement (différence de dénivelé ou d’altitude entre le sol (en surface) et l’arrivée au point le plus haut du dispositif de stockage ou d’irrigation) ;
  • le niveau dynamique (différence entre le niveau d’eau et le sol quand la pompe fonctionne) ;
  • la longueur de tuyau ;
  • les pertes de charge (toutes les pertes de pression et de débit qui arrivent dans les tuyaux) ;
  • la pression utile à l’arrivée (Pu) (la pression nécessaire).
Type de pompeAlimentationDébit maximum
(en m³/h)
Hauteur maximum nanométrique
(en m)
Hélicoïdale• Abreuvoirs.
• Petits systèmes d’irrigation.
39 m³/h450 m
Centrifuge• Abreuvoirs.
• Systèmes d’irrigation.
• Nappes d’étang.
79 m³/h160 m
Alimentation, débit maximum et hauteur maximum nanométrique pour chaque pompe

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Pourquoi les pompes solaires sont-elles utilisées ?

Malgré une certaine adaptabilité qui lui permet d’être installée près de tout réservoir naturel ou artificiel, la pompe solaire reste une installation très préconisée en ruralité et dans les pays ou régions à fort taux d’ensoleillement.

Les pompes solaires, une utilisation très préconisée en ruralité

Encore peu démocratisées, les pompes solaires apparaissent surtout comme des alternatives intéressantes dans les zones rurales qui ne sont pas raccordées au réseau électrique.

Elles permettent, entre autres de :

  • puiser dans des puits ou des forages (on parle alors de pompe solaire pour puits) ;
  • pomper des réserves naturelles (pompe solaire pour bassin, pour étang, pour lac, etc.) ;
  • mettre l’eau en pression afin de se créer un circuit d’eau fermé (pour un camping-car, une maison, un bungalow, etc.) ;
  • alimenter un réseau d’irrigation pour un potager, une serre, un jardin, etc.
  • abreuver des animaux de ferme.

À quel rendement s’attendre avec une pompe solaire ?

Sur une journée de 24 heures, seules 6 heures permettent de produire de l’énergie grâce au soleil. Ce laps de temps très court doit donc être utilisé à bon escient pour produire assez d’énergie pour pomper l’eau, qu’elle soit en surface ou immergée.

Pour vous donner un ordre d’idée, voici l’ensoleillement journalier en kilowattheure/m²/jour mesuré dans différents pays/régions du monde :

Pays / RégionEnsoleillement journalier
en kilowattheure/m²/jour (kWh/m²/jour)
MaliEntre 4,2 et 6,7 kWh/m²/jour
BéninEntre 3,9 et 6,2 kWh/m²/jour
Cameroun4,5 kWh/m²/jour
Europe du Sud / MéditerranéeEntre 4,4 et 5,4 kWh/m²/jour
Valeurs journalières moyennes d’ensoleillement journalier dans différents pays du monde

L’Afrique sahélienne (Burkina Faso, Mali, Mauritanie, Niger et Tchad) semble donc être une région parfaite pour utiliser les pompes solaires. Avec un ensoleillement maximum de 5 heures, des ressources en eau très faibles en surface mais importantes sous terre et un accès très restreint aux énergies fossiles, les pompes solaires répondent à toutes les contraintes de cette région pour faciliter l’accès à l’eau pour les populations locales.

Panorama des avantages et des inconvénients de la pompe solaire

Vous hésitez encore à installer une pompe solaire chez vous ? La liste des avantages et des inconvénients vous aidera à y voir plus clair.

Avantages de la pompe solaire

  • Elle utilise une énergie gratuite et renouvelable.
  • Son utilisation est peu coûteuse, il faut simplement compter les frais d’entretien liés au nettoyage (qui restent très faibles).
  • La durée de vie des panneaux solaires est relativement longue (entre 25 et 30 ans), supérieure à la durée de vie de la pompe (environ 10 ans).
  • C’est une installation complètement autonome.
  • Vous pouvez bénéficier d’aides financières pour installer des panneaux solaires.

Inconvénients de la pompe solaire

  • L’énergie solaire n’est disponible que sur les périodes d’ensoleillement. Les panneaux doivent avoir l’orientation et l’inclinaison parfaite pour suivre la courbe du soleil afin d’avoir une efficacité optimale.
  • Toutes les régions n’ont pas le même taux d’ensoleillement. Une étude préalable de faisabilité (entre 1 000 et 2 500 €) est indispensable pour étudier le potentiel solaire de votre terrain.
  • Le coût à l’achat reste assez élevé.
  • Ces installations sont souvent sujettes à des vols.

Faites une étude pour une installation plus complète !

Profitez de votre projet de pompe solaire pour savoir s’il est rentable d’investir dans le photovoltaïque pour produire son électricité. L’autoconsommation vous fera gagner en autonomie énergétique et vous pourrez même arrondir vos fins de mois en revendant votre électricité photovoltaïque.

À noter que les pompes avec batterie ne sont pas sans reproches puisque :

  • la durée de vie des batteries dépasse rarement les 3 ans ;
  • le coût à l’achat de l’installation totale (batterie comprise) reste, lui aussi, assez élevé ;
  • elles nécessitent beaucoup plus d’entretien ;
  • une baisse de rendement (entre 20 et 30 %) se fait remarquer tout au long de la vie des batteries.

Quel est le prix d’une pompe solaire ?

Sur le marché, les prix d’une installation complète peuvent passer de quelques centaines d’euros à plusieurs milliers d’euros. Cette différence s’explique par la grande fourchette de tarifs de pompes ainsi que de batteries. L’achat d’un kit solaire complet vous assurera une installation à moindres frais mais pour une plus faible utilisation.

MatérielPrix moyen
(en € TTC)
PompeImmergéeEntre 50 et 18 000 €
De surfaceEntre 100 et 17 000 €
Panneau solaireMonocristallinEntre 25 et 400 €
PolycristallinEntre 40 et 300 €
Onduleur12 – 230 VoltsEntre 100 et 1 000 €
24 – 230 VoltsEntre 100 et 2 000 €
48 – 230 VoltsEntre 140 et 1 800 €
Batterie solaireAGMEntre 25 et 700 €
GELEntre 200 et 900 €
Plomb carboneEntre 290 et 700 €
OPzV / OPzSEntre 65 et 300 €
LithiumEntre 650 et 3 900 €
Kit solaire de pompageImmergé (sans batterie)Entre 1 150 et 1 400 €
Arrosage et irrigationEntre 750 et 2 000 €
AbreuvementEntre 1 200 et 1 400 €
Fourchette de prix pour le matériel d’une pompe solaire

Quelques mots sur les batteries

  • La batterie AGM est un très bon choix de milieu de gamme qui ne demande que peu d’entretien et résiste bien au temps.
  • La batterie GEL se destine principalement aux applications autonomes, catégorie dans laquelle peut être rangée la pompe solaire
  • La batterie Plomb Carbone fait le compromis entre les batteries AGM/GEL (meilleure durée de vie) et lithium.
  • La batterie OPzV / OPzS convient pour les habitations isolées, ce qui est parfait pour une pompe solaire destinée à l’alimentation domestique.
  • La batterie Lithium est recommandée pour les véhicules.

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