Les composants de base d'un système d'aération sont les suivants :
B : Installation au sous-sol de la maison
Description de l'image ci-dessus.
Image montrant un étang-réservoir rempli d'eau, un compresseur au bord de l'étang (A) et une maison (B) au sous-sol de laquelle se trouve un compresseur. La conduite d'air est à 2,5 mètres de profondeur, sous la ligne de gel. La distance entre le compresseur et la maison est d'au plus 800 mètres. Le diffuseur d'air se trouve au fond de l'étang, après le clapet de retenue, sous l'eau. Le diffuseur produit des bulles qui montent vers la surface.
Compresseurs
Les petits compresseurs à diaphragme sont les plus efficaces pour l'aération des étangs réservoirs parce qu'ils fonctionnent bien aux pressions nécessaires à cette tâche (pression pouvant atteindre de 103 kilopascals (kPa) à 138 kPa). Un compresseur d'air de ¼ cheval-puissance (HP) à 1/8 HP d'une capacité d'alimentation d'environ 1 pied cube d'air par minute (pi3/min) suffit pour aérer un étang réservoir contenant jusqu'à 5 millions de litres. Ce type de compresseur peu énergivore (de 100 watts (W) à 200 W) doit fonctionner en permanence.
S'il existe une source de courant électrique à proximité, on peut placer le compresseur d'air dans une boîte ou dans un bâtiment non chauffé au bord de l'étang-réservoir. Si le compresseur est placé à l'extérieur, il faut le protéger des intempéries et de la poussière.
Lorsqu'il n'y a pas de source de courant à côté ou à proximité de l'étang réservoir, on peut placer le compresseur jusqu'à 800 mètres (m) de celui-ci et acheminer l'air par un tuyau de plastique de ½ pouce (po) de diamètre. On peut aussi installer le compresseur dans le sous-sol de la maison si une conduite d'air a été installée en même temps que la conduite d'eau.
Si le compresseur est situé dans un bâtiment chauffé, il faut prendre certaines précautions pour éviter la condensation dans la conduite d'air en hiver. La pression d'air dans la conduite augmente avec la condensation et, éventuellement, la glace risque d'obstruer la conduite d'air. On peut éviter ce problème en plaçant un réservoir de condensation à l'extérieur du bâtiment chauffé.
Il n'y a pas de problème de condensation lorsque le compresseur se trouve dans la maison et que la conduite d'air est enfouie sous la ligne de gel. La conduite d'air doit être munie d'au moins un clapet de retenue, car le sous-sol est souvent au même niveau que l'eau de l'étang-réservoir, sinon plus bas encore.
Le compresseur doit être doté d'un détendeur de pression ayant une pression de déclenchement d'environ 103 kPa pour purger l'air du système et éviter d'endommager le compresseur et la conduite d'air si celle-ci est obstruée. La canalisation de sortie doit aussi être munie d'un manomètre afin de surveiller la pression. Le manomètre doit être isolé de la conduite d'air à l'aide d'une valve afin d'empêcher son usure prématurée causée par les fluctuations de pression près de la pompe.
Jauges et valves
Détendeur de pression
S'il y a obstruction d'une conduite, habituellement causée par la présence de glace, le détendeur de pression sera activé lorsque la pression atteindra la valeur de déclenchement de consigne, ce qui empêchera le compresseur d'être endommagé. La plupart de ces appareils ne sont pas conçus pour fonctionner de manière continue à des pressions supérieures à 138 kPa, et ce, même s'ils peuvent être utilisés à des pressions pouvant atteindre 414 kPa, voire des pressions supérieures.
Le détendeur de pression doit pouvoir être réglé à une valeur de consigne située dans la plage de 0 kPa à 172 kPa; en pratique, la pression de déclenchement doit être réglée à environ 124 kPa. Tel que susmentionné, en cas d'obstruction de la conduite, le détendeur de pression sera activé et empêchera le compresseur d'être endommagé.
Soupape de purge
Certains compresseurs sont dotés de moteurs à faible couple, ce qui accroît leur efficacité, mais crée des problèmes de démarrage, sous une charge donnée. Autrement dit, le compresseur ne démarrera pas si la contre pression est égale ou supérieure à 13,80 kPa.
En cas de panne de courant, cette situation peut causer des problèmes. Si le système est bien étanche et fonctionne à une pression de 69 kPa, une séquence rapide de « mise hors tension-remise sous tension » entraînera le redémarrage du compresseur à une contre pression de 69 kPa. Généralement, le compresseur essaiera de démarrer jusqu'à ce qu'il surchauffe, ce qui enclenchera l'interrupteur de protection thermique.
La combinaison de cycles de démarrage répétés à des températures ambiantes élevées et des températures de fonctionnement déjà élevées du compresseur pourrait endommager le moteur. La soupape de purge est réglée afin d'effectuer une évacuation (ou une purge) régulée correspondant à une fuite d'environ 3 % à 5 %. Le dispositif permet donc de réduire la pression, depuis le clapet de retenue situé en aval, en quelque 3 secondes, et le compresseur peut alors redémarrer sans danger.
Si on utilise un clapet à bille comme soupape de purge, c'est le clapet de retenue du dispositif qui doit réguler le volume d'air que la soupape de purge peut de fait évacuer durant un cycle de « mise hors tension ». S'il n'y a pas de clapet de retenue, la soupape de purge doit évacuer tout le volume correspondant à la pression excédentaire de la conduite d'alimentation, ce qui est impossible pour des cycles rapides de « mise hors tension-remise sous tension », et, conséquemment, rend la soupape de purge inefficace.
Il existe cependant d'autres manières de régler le problème. Une valve électromagnétique du type « normalement ouverte » fonctionne adéquatement et a l'avantage de ne pas entraîner une perte de pression lorsqu'elle est activée. Le coût d'une valve de ce type, soit quelque 120 $, rend toutefois cette solution coûteuse.
Il n'est pas toujours facile de trouver des détendeurs de pression et des clapets de retenue à l'échelle locale. Il faut toujours être prudent lors de l'achat des valves, car les systèmes d'aération, qui fonctionnent à basse pression, exigent l'utilisation de valves fonctionnant adéquatement même pour des pertes de pression minimales. Toutes les valves employées dans le système d'aération doivent être efficaces à une perte de pression connexe ne dépassant pas 6,90 kPa, pour la pression de fonctionnement habituelle.
Il convient de signaler que de nombreux distributeurs n'ont pas les connaissances nécessaires pour recommander des produits pouvant être intégrés aux systèmes fonctionnant à baisse pression.
Robinet d'arrêt
Le robinet d'arrêt permet de régler le détendeur de pression et la soupape de purge. Il sert aussi de clapet de retenue manuel.
Raccords
Des raccords pneumatiques en laiton devraient être disponibles chez les fournisseurs locaux. Il vaut mieux utiliser des raccords pneumatiques extrudés ou forgés de ¼ po, et éviter l'emploi de raccords de plomberie en laiton, car ces derniers sont portés à se fissurer lorsqu'ils sont trop serrés et sont facilement endommagés si de la glace se forme à l'intérieur. De plus, les raccords extrudés sont beaucoup plus faciles à poser, car il n'est pas nécessaire d'employer des clés à tube.
Manomètre (indicateur de pression)
La présence d'un manomètre est essentielle si on veut surveiller et réguler avec exactitude le bon fonctionnement du système d'aération. Il est possible de se familiariser avec un système donné en assurant une surveillance régulière de la pression. De plus, le manomètre constitue un composant crucial du système, car il sert à régler avec exactitude le détendeur de pression et la soupape de purge.
Collecteur général
L'utilisation de jauges dans un système exige la présence de collecteurs généraux. L'air pulsé provenant du compresseur endommage rapidement les jauges si ses effets ne sont pas atténués. Les jauges à liquide peuvent peut-être bien supporter les effets des pulsations, mais elles ne sont toutefois pas parfaitement protégées contre ceux-ci.
La présence de collecteurs généraux permet d'utiliser des jauges fonctionnant à sec, qui sont peu coûteuses, car ils atténuent les effets des pulsations sur ces jauges et les protègent contre les dommages connexes. Les compresseurs de petite capacité produisent aussi des vibrations et peuvent donc endommager les jauges. Pour régler ce problème, on peut monter un collecteur général à une certaine distance du compresseur et les relier au moyen d'une conduite d'air en caoutchouc. Il est recommandé d'utiliser des jauges ayant une plage de lecture de 0 livres par pouce carré (lb/po2) à 30 lb/po2, ce qui facilite l'exécution de lectures exactes, et ce, même sur les jauges à petits cadrans.
Le diffuseur
Un diffuseur à pierre d'aération branché à une conduite d'air
Un diffuseur améliore de manière exceptionnelle l'efficacité de tout système d'aération. Les résultats de travaux de recherche indiquent que la concentration d'oxygène, dans les étangs réservoirs où un diffuseur assure l'aération, est deux fois plus élevée que celle des étangs-réservoirs où l'aération est effectuée sans diffuseur.
Les diffuseurs produisent de petites bulles qui accroissent la diffusion de l'oxygène de l'air à l'eau. Plus important encore, en montant, les bulles activent la circulation de l'eau dans l'étang réservoir. Plus les bulles sont petites, plus la diffusion de l'oxygène et l'écoulement d'eau sont efficaces.
Il existe trois types de diffuseurs généraux qui assurent une bonne aération des étangs réservoirs, soit les diffuseurs à pierre d'aération, les diffuseurs rectilignes et les diffuseurs à membrane.
Les diffuseurs à pierre d'aération sont les plus courants sur le marché. Comme la taille de la pierre d'aération doit concorder avec le volume d'air pompé, il est très important de se procurer un diffuseur spécialement conçu pour assurer l'aération d'étangs réservoirs.
Un diffuseur à membrane branché à une conduite d'air.
Le diffuseur rectiligne, qui est le type de diffuseur le plus efficace, est offert en deux modèles. Le premier est constitué d'un tuyau de plastique de ½ po (1,27 cm) de diamètre, comportant des entailles de ¼ po (0,64 cm) à intervalles de 7,6 cm à 10,2 cm, et muni d'un pied en plomb revêtu de plastique qui sert à le lester.
Le second modèle de diffuseur rectiligne est constitué de deux tuyaux en caoutchouc fixés l'un à l'autre : celui du dessus (de ¾ po de diamètre extérieur) est percé de très petits trous à intervalles de ½ po, et le second (de 1 po de diamètre extérieur) est rempli de sable et sert de pied lesté.
Le diffuseur à membrane est constitué de tuyaux de caoutchouc munis de fines entailles. Il produit de petites bulles et exige peu d'entretien, car le caoutchouc s'étire et se nettoie tout seul lorsque des dépôts se forment autour des entailles. Les diffuseurs à membrane sont ceux qui exigent le moins d'entretien.
Bien que le diffuseur puisse provoquer la mise en suspension temporaire de sédiments, l'aération ne se produit qu'à la profondeur où il se trouve. En plaçant le diffuseur au point le plus profond de l'étang-réservoir, on s'assure d'obtenir l'aération la plus efficace et une eau de qualité optimale.
Le diffuseur ne doit pas nécessairement se trouver près de la prise d'eau. Si le système d'aération fonctionne adéquatement, l'eau de l'étang-réservoir sera bien mélangée et de qualité uniforme. Conséquemment, l'emplacement du diffuseur, par rapport à la prise d'eau, ne constitue pas un paramètre important lors de l'aération d'un étang réservoir.
Conduite d'air
Le type de conduite d'air le plus utilisé dans l'aération des étangs réservoirs est un tuyau noir de plastique de ½ po. On peut s'en procurer facilement et il est peu coûteux; toutefois, ses parois sont minces, et il s'endommage facilement. Il faut donc l'enterrer pour éviter de l'endommager accidentellement. Si la conduite doit demeurer à la surface, il est préférable d'employer un matériau plus résistant, comme les conduites de caoutchouc utilisées avec les compresseurs d'air industriels.
Installez un clapet de retenue à ressort ayant une pression de déclenchement de 13,79 kPa ou moins sur la conduite d'air située près du diffuseur. Ce montage empêche l'eau de remonter dans la conduite et de geler si le compresseur arrête de fonctionner en hiver.
Si, pour des raisons de sécurité, deux clapets de retenue sont installés (p. ex., l'un près du diffuseur et l'autre près du compresseur), il faut tenir compte du fait que les pressions de déclenchement s'additionnent (deux clapets avec une pression de déclenchement de 13,79 kPa ajoutent 27,58 kPa à la contre pression du compresseur), ce qui accroît considérablement l'usure du compresseur et les frais de fonctionnement du système.