Qu’est-ce qu’une pompe à membrane ? Principe de fonctionnement, types, avantages, limites et choix

01Comment fonctionne une pompe à membrane ?

Chaque cycle se compose d’une course d’aspiration et d’une course de refoulement. Le fluide est déplacé par la variation du volume de la chambre et l’action coordonnée de deux clapets anti-retour.

1. Course d’aspiration : la membrane est tirée vers le bas, le volume de la chambre augmente et la pression baisse. Sous l’effet de la différence de pression, le clapet d’aspiration s’ouvre tandis que le clapet de refoulement reste fermé, et le fluide entre dans la chambre.
2. Course de refoulement : la membrane est poussée vers le haut, le volume de la chambre diminue et la pression augmente. Le clapet de refoulement s’ouvre, le clapet d’aspiration se ferme et le fluide est chassé de la chambre.

Les deux courses alternent en continu et produisent un débit continu mais pulsé. Une pompe à chambre unique ne débite que pendant la course de refoulement, d’où des pulsations marquées ; les conceptions à double membrane ou à plusieurs chambres refoulent à tour de rôle et donnent un débit bien plus régulier.

Composants clés

• Membrane : elle sépare le fluide de l’entraînement et se déforme de façon répétée pour faire varier le volume de la chambre. Les matériaux courants sont l’EPDM, le FKM et le PTFE, choisis selon l’agressivité chimique et la température du fluide.
• Clapets anti-retour : ils n’autorisent l’écoulement que dans un sens. Leur étanchéité influe directement sur l’auto-amorçage et sur le débit réel.
• Tête de pompe : le corps qui forme la chambre et se trouve en contact avec le fluide, généralement en plastiques techniques tels que le PP, le PPS ou le PVDF ; les pompes industrielles existent aussi en alliage d’aluminium ou en acier inoxydable.
• Mécanisme d’entraînement : la source d’énergie qui actionne la membrane — moteur avec excentrique ou bielle, air comprimé ou électroaimant. Chaque mode d’entraînement correspond à un type de pompe à membrane.

De quoi dépend le débit ?

Le débit théorique est égal à la cylindrée par course multipliée par la fréquence des courses. Une fois la pompe installée, le débit réel dépend aussi de la hauteur d’aspiration, de la contre-pression au refoulement, du diamètre des tubes et de la viscosité du fluide ; il est généralement inférieur au débit libre indiqué dans la fiche technique.

Lors du choix, il faut donc consulter la courbe débit-pression de la pompe et vérifier le débit disponible à la pression réelle du circuit, plutôt que de se fier au seul débit maximal.

Voici la courbe débit-pression de la pompe à membrane miniature pour liquides FOREACH DPL30. À pression nulle, le débit dépasse légèrement 300 mL/min ; lorsque la contre-pression au refoulement atteint 100 kPa, il tombe à environ 160 mL/min, soit à peu près la moitié. Le débit baisse aussi lorsque la dépression à l’aspiration augmente (hauteur d’aspiration plus grande ou résistance plus forte à l’entrée).

En savoir plus : comment lire la courbe débit-pression d’une pompe à membrane →

Pour estimer la perte de charge de vos tuyaux, utilisez le calculateur de perte de charge avec le diamètre, la longueur et le débit, puis lisez sur la courbe le débit correspondant à cette pression.

02Quels sont les types de pompes à membrane ?

Pompes pneumatiques à double membrane (AODD)

Une pompe AODD utilise de l’air comprimé pour actionner deux membranes en alternance : l’une aspire pendant que l’autre refoule. Elle ne nécessite pas d’électricité, ce qui la rend adaptée aux zones à risque d’explosion, et elle peut transférer des boues chargées de particules ainsi que des liquides très visqueux. En contrepartie, elle exige une alimentation en air comprimé, consomme beaucoup d’air et son échappement est bruyant.

Pompes à membrane électriques

Dans une pompe à membrane électrique, un moteur anime la membrane d’un mouvement alternatif par l’intermédiaire d’un excentrique ou d’une bielle. Le débit suit la vitesse du moteur et se règle par la tension d’alimentation ou par l’électronique de commande. Les grandes pompes électriques servent au transfert industriel ; les petites sont intégrées dans toutes sortes d’équipements.

Pompes à membrane électromagnétiques et pompes doseuses à membrane

Une pompe à membrane électromagnétique pousse la membrane à l’aide d’un électroaimant et effectue une course à chaque impulsion électrique. Le dosage se règle en ajustant la fréquence des impulsions et la longueur de course. Les pompes doseuses à membrane privilégient la précision de dosage et sont couramment utilisées pour le dosage de réactifs en traitement de l’eau et l’injection de produits chimiques.

Pompes à vide et pompes à gaz à membrane

Ces pompes à membrane transfèrent des gaz. La chambre ne contient pas d’huile : le gaz aspiré n’est donc pas contaminé par de l’huile. On les utilise couramment pour la filtration sous vide au laboratoire, le prélèvement de gaz et l’aspiration de liquides sous vide dans les équipements.

Pompes à membrane miniatures

Compactes, peu gourmandes en énergie et alimentées en courant continu, les pompes à membrane miniatures s’intègrent facilement dans les instruments et les équipements. Le choix repose surtout sur trois distinctions :

• Pompes à liquide et pompes gaz-liquide : les pompes à liquide transfèrent des liquides pour le lavage, l’appoint ou la circulation. Les pompes gaz-liquide peuvent aspirer du gaz et du liquide en même temps et conviennent à l’aspiration des effluents et à l’aspiration de liquides sous vide.
• Moteur à balais ou sans balais : le moteur sans balais dure plus longtemps et fonctionne plus silencieusement, ce qui convient à un fonctionnement continu prolongé ; le moteur à balais, plus simple et moins coûteux, convient à un usage intermittent.
• Pression standard ou haute pression : les circuits à forte contre-pression au refoulement, par exemple avec des tubes fins, de longues conduites ou des buses, nécessitent un modèle haute pression.

Les pompes à membrane miniatures FOREACH suivent ces trois distinctions : DPL30 (300 mL/min) et DPL60 (600 mL/min) sont des pompes à liquide à pression standard, de pression nominale 100 kPa ; DPL30H est la pompe à liquide haute pression, de pression nominale 600 kPa. Les trois séries existent avec moteur à balais ou sans balais. DPGL800 est une pompe à membrane gaz-liquide 24 V sans balais, avec 6 L/min de gaz à vide par tête, destinée à l’aspiration des effluents et à l’aspiration sous vide ; elle n’est pas prévue pour pomper du liquide pur.

03Avantages et limites des pompes à membrane

Les principaux atouts de la pompe à membrane sont une étanchéité fiable et l’auto-amorçage ; ses principales limites sont un débit pulsé et sensible à la contre-pression. Il faut peser les deux avant de choisir.

Avantages

• Pas de joint dynamique, peu de risque de fuite : la membrane sépare le fluide de l’entraînement, sans joint d’arbre ni autre point de fuite.
• Auto-amorçage : au démarrage, la pompe évacue l’air de la conduite d’aspiration puis aspire le liquide, sans amorçage préalable. La hauteur d’aspiration reste toutefois limitée : quelques mètres de colonne d’eau seulement pour les micropompes.
• Marche à sec brève tolérée par la plupart des modèles : un manque temporaire de liquide dans la conduite ne les endommage généralement pas ; reportez-vous au manuel du produit pour les limites.
• Transfert de gaz et de mélanges gaz-liquide : les modèles gaz-liquide s’utilisent directement pour l’aspiration des effluents et l’aspiration de liquides sous vide.
• Matériaux mouillés au choix : la membrane, les clapets et la tête de pompe peuvent être choisis selon le fluide, qu’il s’agisse d’acides, de bases, de solvants ou de réactifs divers.
• Faible cisaillement : la pompe agite et cisaille moins le fluide qu’une pompe à engrenages ou centrifuge, ce qui convient aux fluides sensibles au cisaillement.

Limites

• Débit pulsé : les circuits qui exigent un débit régulier nécessitent un amortisseur de pulsations ou une pompe à plusieurs chambres.
• Débit variable selon la contre-pression : plus les tubes sont fins et longs, plus le débit réel baisse. Pour un dosage précis, une pompe à piston ou un pousse-seringue convient mieux.
• Bruit et vibrations : le mode de fixation et l’isolation vibratoire influent nettement sur le bruit de l’équipement.
• Usure de la membrane et des clapets : ce sont des pièces d’usure, dont la durée de vie dépend des conditions de service et du type de moteur.
• Sensibilité des pompes miniatures aux particules et à la viscosité : leurs clapets présentent de faibles jeux ; pour les fluides chargés de particules, très visqueux ou qui se vaporisent facilement, vérifiez l’adéquation au préalable.

04Où utilise-t-on les pompes à membrane ?

Dans un même équipement, le lavage, l’appoint et l’aspiration des effluents imposent souvent des exigences différentes à la pompe : le lavage privilégie le débit et la pression, tandis que l’aspiration des effluents exige de gérer des mélanges gaz-liquide. Il est préférable de choisir la pompe tâche par tâche.

05Comment choisir une pompe à membrane ?

Ne choisissez pas une pompe à membrane sur le seul débit maximal de la fiche technique. Partez du fluide et du circuit réel, et vérifiez les points suivants dans l’ordre :

1. Quel est le fluide ? Liquide, gaz ou mélange gaz-liquide ; corrosif ou chargé de particules ; viscosité et température. Ces éléments déterminent le type de pompe et les matériaux mouillés.
2. Quel débit faut-il ? Raisonnez au point de fonctionnement réel après installation, avec une marge, au lieu de comparer directement les débits libres des fiches techniques.
3. Quelles sont la hauteur d’aspiration et la contre-pression ? La hauteur à aspirer à l’entrée et la résistance à la sortie déterminent le choix entre un modèle standard et un modèle haute pression.
4. Les matériaux mouillés sont-ils compatibles ? Vérifiez séparément la membrane, les clapets et la tête de pompe, pas seulement l’un d’eux.
5. Moteur et commande : à balais ou sans balais, tension d’alimentation, besoin de variation de vitesse et de retour d’état.
6. Mode de fonctionnement et durée de vie : continu ou intermittent, nombre d’heures par jour ; estimez la durée de vie selon les conditions réelles.
7. Installation et tubes : bruit, vibrations, pulsations, diamètre des tubes et mise à l’air du réservoir.

Matériaux en contact avec le fluide

Les pompes à membrane miniatures pour liquides FOREACH (DPL30, DPL60 et DPL30H) ont une tête en PPS et deux combinaisons de matériaux en contact avec le fluide : membrane EPDM avec clapets EPDM, ou membrane PTFE avec clapets FFKM. Pour de l’eau purifiée, commencez par évaluer la combinaison EPDM ; pour les réactifs et les liquides de nettoyage, vérifiez les deux combinaisons selon la composition, la concentration et la température réelles, y compris les fluides utilisés pour le nettoyage.

Pour un fluide précis, consultez le tableau de compatibilité des matériaux (PPS, PTFE, etc.) ; pour choisir entre les deux combinaisons, voir Quels matériaux choisir pour une pompe à membrane miniature ?.

Au stade du prototype, mesurez le débit et la pression dans le circuit réel et validez les résultats avant de figer la conception.

06Conclusion

La pompe à membrane déplace le fluide grâce à une membrane animée d’un mouvement alternatif et à deux clapets anti-retour. Étanche et auto-amorçante, elle est largement utilisée, du transfert industriel aux circuits fluidiques des instruments. Pour la choisir, définissez d’abord le fluide et le point de fonctionnement réel, puis vérifiez les matériaux, le moteur et les conditions d’installation.

Si vous cherchez une pompe à membrane miniature pour votre équipement, FOREACH propose des pompes à membrane miniatures pour liquides et gaz-liquide. Communiquez-nous le fluide, le débit visé et la configuration du circuit : nos ingénieurs vous aideront à déterminer le point de fonctionnement et le modèle adapté.

Pour aller plus loin

1. Comment lire la courbe débit-pression d’une pompe à membrane ?
2. Quels matériaux choisir pour une pompe à membrane miniature ?
3. Pompe à membrane miniature ou péristaltique : avantages, limites et choix pour les instruments
4. Pulsations de débit d’une micropompe à membrane : mesure et réduction
5. Choisir une micropompe à membrane auto-amorçante pour liquides : hauteur, durée et démarrage à sec ou humide
6. Pourquoi une pompe à membrane avec balais dure-t-elle environ 3 000 heures et une version sans balais 10 000 heures ?

07Questions fréquentes