Pompe pour fluide visqueux : quelle technologie selon la viscosité ?

cP, cSt, secondes : lire une viscosité

Viscosité dynamique : le centipoise

Les fiches techniques de pompes raisonnent en centipoises (cP ou cps). Le centipoise est égal au millipascal-seconde (mPa·s), l'unité du système international. Repère simple : l'eau à 20 °C fait environ 1 cP. Un fabricant de résine ou de colle donnera souvent sa valeur en mPa·s, c'est le même chiffre.

Viscosité cinématique : le centistokes

Les fiches d'huiles et de lubrifiants utilisent plutôt le centistokes (cSt, égal au mm²/s). Cette valeur tient compte de la masse volumique du fluide. La conversion se fait en une ligne :

viscosité en cP = viscosité en cSt × densité

Une huile de densité 0,9 annoncée à 100 cSt fait donc 90 cP. L'écart reste faible pour la plupart des liquides, il devient sensible sur des produits lourds ou chargés.

Les coupes de viscosité, en peinture et en encre

Dans les ateliers de peinture, la viscosité se mesure souvent à la coupe : coupe Ford n°4, coupe AFNOR n°4, coupe DIN 4 mm, coupes ISO 2431 ou Zahn. On remplit la coupe, on chronomètre son temps de vidange par un orifice calibré, et la valeur s'exprime en secondes. Chaque coupe a sa propre table de conversion vers les centistokes : 25 secondes à la coupe Ford n°4 ne correspondent pas à 25 secondes à la coupe DIN.

Fluides thixotropes et non newtoniens

L'eau, les huiles minérales ou la glycérine sont des fluides newtoniens : leur viscosité ne dépend pas de la façon dont on les fait circuler. Beaucoup de produits industriels ne suivent pas cette règle.

• Rhéofluidifiants (ou pseudo-plastiques) : la viscosité baisse quand la vitesse d'écoulement augmente. C'est le cas de nombreuses peintures, encres, crèmes ou sauces.
• Thixotropes : la viscosité baisse avec la durée d'agitation, puis remonte au repos. Un produit stocké plusieurs jours en fût peut sembler bien plus épais au démarrage qu'en régime établi.
• Plastiques (à seuil d'écoulement) : le produit ne coule pas tant qu'une contrainte minimale n'est pas atteinte. Mastics, pâtes et dentifrices en font partie.
• Dilatants, plus rares : la viscosité augmente avec la vitesse. Accélérer la pompe aggrave alors le problème au lieu de le régler.

Conséquence pratique : la valeur inscrite sur une fiche de données peut surestimer ou sous-estimer celle que verra la pompe. Le moment le plus difficile reste souvent l'aspiration, là où le produit est encore au repos. Les courbes de nos pompes péristaltiques (fiche viscosité, PDF) le rappellent : elles sont indicatives, et un essai s'impose dès qu'un fluide non newtonien approche des limites.

Quelques ordres de grandeur

Valeurs indicatives à température ambiante, pour situer un produit avant d'obtenir sa fiche :

Pour la plage de 12 000 à 100 000 cps (savons, silicones, crèmes cosmétiques, colles acryliques), un tableau plus détaillé figure sur la page des pompes vide-fûts à vis excentrée.

Autour de 30 000 cps, le produit ne vient plus seul

Sur le terrain, un repère revient régulièrement : environ 30 000 cps. En dessous, le produit s'écoule de lui-même vers l'aspiration, de plus en plus facilement à mesure que la viscosité baisse. Au-dessus, il s'écoule de moins en moins, et la question n'est plus seulement « la pompe peut-elle le transférer ? » mais « le produit arrivera-t-il jusqu'à la pompe ? ».

Dans un fût : l'effet cône

Plongez une pompe vide-fût à canne dans un fût de produit à 30 000 cps. Seul le centre se vide : la canne creuse un cône, et le produit reste collé aux parois au lieu de redescendre vers l'aspiration. Pour vider le fût, il faut pousser le produit vers la pompe, par exemple avec un plateau suiveur qui descend dans le fût. C'est une configuration à étudier au cas par cas : consultez-nous avec la fiche du produit et le format de l'emballage.

Dans une pompe péristaltique : le tube qui ne reprend pas sa forme

Sur une péristaltique, la limite vient du tube. Après le passage du galet, le tube doit reprendre sa forme pour créer l'aspiration. Avec un produit très épais, le vide créé à l'intérieur l'en empêche : il reste écrasé et la pompe ne se remplit plus. Ce phénomène est détaillé sur notre page consacrée au principe de fonctionnement d'une pompe péristaltique. Deux réponses existent :

• mettre le carter sous vide à l'aide d'un petit système venturi, ce qui aide le tube à se rouvrir ;
• ajouter une trémie à vis de gavage qui force le produit dans la pompe. Cette solution permet de monter jusqu'à 500 000 cps, mais elle demande une étude précise à chaque application.

Viscosité maximale par technologie

Le tableau suivant reprend les limites de la gamme Techni-Flow, du plus fluide au plus épais. Ce sont des valeurs maximales : près de la limite, la pompe tourne lentement et le débit baisse en conséquence.

Pompe pneumatique à membrane : jusqu'à 15 000 cps

La pompe pneumatique à membrane accepte des produits chargés, fonctionne à sec et ralentit d'elle-même quand la contre-pression monte. Sur un produit visqueux, tout se joue à l'aspiration : alimentation en charge si possible, tuyauterie d'aspiration courte et de grand diamètre, cadence réduite par le débit d'air. Un bon indicateur se lit sur les membranes usagées : des marques transversales, comme des lacérations, signalent un vide trop fort à l'aspiration. Le produit est trop épais pour la cadence demandée, ou une vanne d'aspiration est restée partiellement fermée.

Les versions pompes à membranes alimentaires FDA montent à 15 000 cps, contre 3 000 à 10 000 cps pour les modèles standard.

Pompe péristaltique : pas de cisaillement, vitesse à adapter

Le produit ne touche que l'intérieur du tube, sans clapet ni rotor qui le cisaille. C'est la technologie à privilégier pour les produits fragiles et pour ceux qui cristallisent. La contrepartie : la vitesse maximale baisse quand la viscosité monte, pour laisser au tube le temps de se rouvrir. Sur une FMP30 à FMP50, on passe d'environ 80 tr/min sur un fluide léger à 10 tr/min à 30 000 cps. Toutes les références sont détaillées sur la page des pompes péristaltiques industrielles.

Vis excentrée : un débit régulier jusqu'à 100 000 cps

La vis excentrée déplace un volume constant à chaque tour, sans pulsation. La série DR, entraînée en direct, monte à 100 000 cps. Sa limite se situe ailleurs : elle ne supporte pas la marche à sec, le stator étant refroidi par le produit. Une protection en fin de vidange est donc à prévoir sur les vide-fûts à vis excentrée.

Piston : pour les produits qui ne coulent plus

Au-delà de 100 000 cps, la pompe vide-fût à piston prend le relais : jusqu'à 500 000 cps en version agroalimentaire et 1 000 000 cps en version industrielle. On se trouve alors largement au-dessus du seuil des 30 000 cps, et l'alimentation du produit vers la canne devient le vrai sujet de l'installation.

Deux cas réels, à 15 000 et 45 000 cps

Purée de pruneau à 15 000 cP : membrane alimentaire

Un fabricant de pâtisseries garnissait ses tartes avec une préparation à base de purée de pruneau, mesurée autour de 15 000 cP. Le produit se situait donc à la limite haute d'une pompe pneumatique à membrane alimentaire. La TFG400STF-FDA a été retenue, puis validée par des essais chez le client avant mise en production. Ce type de dossier illustre la démarche à suivre près d'une limite : la valeur de la fiche oriente le choix, l'essai le confirme.

Boues d'effluents jusqu'à 45 000 cps : péristaltique gavée

Une installation de traitement d'effluents issus de bains de traitement de surface devait alimenter un filtre-presse avec des boues corrosives, dont la viscosité pouvait atteindre 45 000 cps selon les conditions. Au-delà du seuil des 30 000 cps, la boue ne venait plus d'elle-même. La pompe péristaltique à galets a été équipée d'une trémie d'alimentation à vis sans fin : la boue y est versée, et la vis gave la pompe quand la viscosité augmente, ce qui évite tout désamorçage.