Une pompe de maintien de pression est l'un des plus petits équipements d'un système de protection incendie. Cependant, une unité mal dimensionnée ou mal configurée peut masquer des fuites, provoquer des démarrages intempestifs de la pompe incendie et engendrer une usure prématurée qui réduit la durée de vie de la pompe principale. Le dimensionnement des pompes de maintien de pression pour les systèmes de protection incendie est régi par la norme NFPA 20, « Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection », et est référencé par le Code national du bâtiment du Canada, les codes de prévention des incendies provinciaux et le Code international de prévention des incendies aux États-Unis. Ce guide accompagne les ingénieurs, les entrepreneurs et les gestionnaires d'installations dans les calculs, les réglages de pression et les critères de sélection nécessaires pour choisir une pompe de maintien de pression performante.
Rôle d'une pompe jockey dans un système de protection incendie
Une pompe de maintien de pression, également appelée pompe d'appoint, est une petite pompe centrifuge installée en parallèle avec la pompe incendie principale. Son rôle est de maintenir la pression du système au-dessus d'un seuil prédéfini entre deux incendies. Les canalisations d'extinction automatique, les colonnes montantes et les conduites d'incendie souterraines subissent toujours de légères pertes de pression dues à des fuites mineures, aux variations de température et à l'usure des clapets anti-retour. Sans pompe de maintien de pression, ces pertes finiraient par entraîner une chute de pression suffisante pour déclencher la pompe incendie principale, qui n'est pas conçue pour un fonctionnement intermittent de maintien de pression.
En maintenant une pression constante, la pompe de maintien de pression préserve la disponibilité de la pompe incendie principale, réduit l'usure du moteur diesel ou électrique et évite les fausses alarmes au niveau du détecteur de débit. La norme NFPA 20 considère la pompe de maintien de pression comme un équipement auxiliaire, mais son bon fonctionnement est un indicateur clé de l'état général du système de protection incendie.
Exigences de la norme NFPA 20 relatives aux pompes jockey
La norme NFPA 20 ne prescrit pas de dimensionnement précis pour la pompe de maintien, mais la section 4.27 et l'annexe A en définissent les grandes lignes. La norme exige que la pompe de maintien soit suffisamment petite pour ne pas pouvoir compenser le débit d'un seul sprinkler. Si elle pouvait remplir le système plus rapidement qu'un sprinkler ne libère d'eau, la pompe principale d'incendie ne se déclencherait jamais en cas d'incendie. Il s'agit du principe de dimensionnement le plus important.
La norme NFPA 20 exige également un contrôleur de pompe de maintien de pression dédié, distinct de celui de la pompe incendie. Ce contrôleur est généralement homologué UL selon la norme UL 508A en tant que panneau de commande industriel réglementé, et non selon la norme UL 218, qui s'applique au contrôleur de la pompe incendie elle-même. La pompe de maintien de pression doit être alimentée par la même source que la pompe incendie, être raccordée à une tuyauterie équipée de son propre clapet anti-retour et de sa propre vanne d'isolement, et être câblée à une alimentation électrique fiable avec dispositif d'alarme en cas de défaillance.
Dimensionnement du débit
Le débit d'une pompe de maintien de pression doit correspondre au taux de fuite prévu du système, et non à la demande de la pompe incendie principale. Selon une règle largement acceptée de la norme NFPA 20, annexe A, le débit de la pompe de maintien de pression ne doit pas dépasser celui d'un sprinkler fonctionnant à la pression minimale de conception. Pour un sprinkler à jet standard avec un facteur K de 5,6 fonctionnant à 7 psi, le débit est d'environ 15 gpm. Une pompe de maintien de pression dimensionnée entre 5 et 10 gpm est suffisante pour la plupart des bâtiments commerciaux.
Pour les systèmes de grande envergure comportant plusieurs colonnes montantes ou réservoirs de stockage, les fuites peuvent justifier l'utilisation d'une pompe de maintien de pression légèrement plus puissante, mais la limite supérieure reste fixée par le débit d'un seul sprinkler. Le surdimensionnement est une erreur fréquente lors des rénovations, où les entrepreneurs prescrivent parfois des pompes de maintien de pression de 25 ou 50 gpm simplement parce qu'elles sont facilement disponibles. Cette capacité peut remplir le système plus rapidement qu'un seul sprinkler ne peut se vider, ce qui retarde le déclenchement de la pompe incendie principale et peut constituer une infraction au code du bâtiment.
Dimensionnement de la pression de refoulement
La pompe de maintien de pression doit générer une hauteur manométrique suffisante pour maintenir la pression du système à une valeur légèrement supérieure au seuil de démarrage de la pompe incendie principale. La pression de refoulement totale doit être égale à la pression statique requise au point le plus haut du système, majorée d'une marge pour les différentiels de pression du pressostat et les pertes mineures.
Un calcul pratique se présente ainsi : prenez la pression de démarrage de la pompe incendie, soustrayez la différence de niveau entre la salle des pompes et le sprinkler le plus haut, puis ajoutez une marge de 10 psi au-dessus du seuil de déclenchement de la pompe incendie. Pour un système équipé d'une pompe incendie de 125 psi (pression nominale) et d'une pression de démarrage de 165 psi, desservant un immeuble de grande hauteur de 61 mètres (200 pieds), la pompe de maintien de pression doit développer une pression d'environ 175 à 180 psi à faible débit. La plupart des pompes de maintien de pression pour bâtiments commerciaux sont des turbines verticales multicellulaires dont la pression nominale à faible débit se situe entre 100 et 250 psi.
Réglages du pressostat
Le réglage correct du pressostat est aussi important que le dimensionnement de la pompe. L'annexe A de la norme NFPA 20 fournit une séquence recommandée :
Point de démarrage de la pompe de maintien de pression : régler à 10 psi en dessous de la pression de fonctionnement de la pompe. Point d’arrêt de la pompe de maintien de pression : régler à la pression de fonctionnement de la pompe. Point de démarrage de la pompe incendie : régler à 5 à 10 psi en dessous du point de démarrage de la pompe de maintien de pression. Point d’arrêt de la pompe incendie : généralement un arrêt manuel dans les installations modernes, ou bien au-dessus de la pression de fonctionnement de la pompe de maintien de pression si l’arrêt automatique est autorisé.
Ce système de mise en cascade garantit que la pompe de maintien de pression réagit toujours en premier à une chute de pression. La pompe incendie principale ne se déclenche que lorsque la pompe de maintien de pression est insuffisante, ce qui se produit uniquement lors du fonctionnement effectif des sprinklers. La différence de pression de 5 à 10 psi entre l'arrêt de la pompe de maintien de pression et le démarrage de la pompe incendie empêche cette dernière de s'enclencher par à-coups lors de faibles baisses de pression.
Types de pompes utilisées pour le service jockey
Trois configurations de pompes dominent le marché nord-américain du maintien de la pression pour la protection incendie :
centrifugeuse verticale multi-étages
Les pompes verticales multicellulaires, très répandues dans les bâtiments commerciaux, offrent une pression élevée à faible débit et un encombrement réduit. Elles sont équipées de série de roues et d'arbres en acier inoxydable et fonctionnent généralement à 3 500 tr/min. Des marques comme Grundfos CR, Goulds e-SV et Xylem Lowara sont largement utilisées au Canada et aux États-Unis.
Multiétages horizontaux
Utilisées lorsque la hauteur sous plafond est limitée, les pompes horizontales multicellulaires offrent des performances similaires aux pompes verticales. Elles occupent généralement plus d'espace au sol et sont moins courantes dans les constructions neuves, mais on les retrouve dans les rénovations lorsque la hauteur sous plafond est restreinte.
Turbine régénérative
De nos jours, les pompes à turbine régénérative, qui fournissent une pression élevée à très faible débit, sont parfois utilisées comme pompes de maintien de pression sur les petits réseaux. Cependant, elles ont été largement remplacées par les pompes centrifuges multicellulaires en raison de leur niveau sonore et de leur rendement.
Contrôleurs, alimentation et considérations électriques
Les régulateurs de pompes de maintien de pression sont plus simples que ceux des pompes incendie, mais nécessitent tout de même une surveillance. Un régulateur de pompe de maintien de pression standard comprend un pressostat, un démarreur moteur, un indicateur de fonctionnement, un sélecteur manuel/arrêt/automatique et des contacts secs pour la surveillance à distance. La norme NFPA 20 exige que le régulateur soit homologué pour l'application et installé à proximité de la pompe ou dans la même pièce.
La plupart des pompes de maintien de pression fonctionnent sur une alimentation triphasée de 208, 230, 460 ou 575 volts, selon la norme régionale. Au Canada, le 575 volts est courant dans les installations commerciales et industrielles, tandis qu'aux États-Unis, les tensions de 208 et 460 volts prédominent. Il existe des pompes de maintien de pression monophasées de 230 volts pour les petits bâtiments, d'une puissance maximale d'environ 1 cheval-vapeur. Le moteur doit être dimensionné pour un fonctionnement continu, même si la durée de fonctionnement réelle est courte, car des démarrages et arrêts fréquents peuvent générer de la chaleur dans les enroulements.
Un circuit d'alimentation sous-dimensionné se déclenchera sous l'effet du courant d'appel lors d'un cycle de démarrage normal, ce qui interrompra le maintien de la pression. Il est donc essentiel, lors de la conception électrique, d'adapter le calibre des disjoncteurs et l'ampérage des conducteurs à l'intensité nominale du moteur.
Agencement de tuyauterie et de vannes
La pompe de maintien de pression se raccorde à la tuyauterie de refoulement de la pompe incendie en aval du clapet anti-retour principal de cette dernière. Un ensemble typique comprend une vanne d'isolement d'aspiration, la pompe de maintien de pression elle-même, un clapet anti-retour de refoulement, une vanne d'isolement de refoulement et un manomètre. Toutes les vannes d'isolement du circuit de protection incendie doivent être homologuées UL ou FM et munies d'un indicateur de niveau avec contacteur anti-sabotage, car la norme NFPA 25 exige la surveillance de toute vanne régulant le débit d'eau vers le système de protection incendie.
Le clapet anti-retour de la pompe de maintien de pression est essentiel. Il empêche le reflux lorsque la pompe incendie principale est en marche, ce qui entraînerait la rotation inverse de la turbine de la pompe et endommagerait cette dernière. Un clapet anti-retour silencieux à ressort, dimensionné en fonction du diamètre du tuyau de refoulement, est la solution standard. Un manomètre avec amortisseur installé côté refoulement permet aux opérateurs de vérifier le bon fonctionnement de la pompe lors des inspections hebdomadaires.
Inspection, essais et maintenance
La norme NFPA 25 exige une inspection visuelle hebdomadaire du local des pompes incendie, incluant la vérification du bon fonctionnement et du maintien de la pression de la pompe de maintien de pression. Un test hebdomadaire type consiste à purger une petite quantité d'eau par un robinet de purge afin de faire chuter la pression et de confirmer que la pompe de maintien de pression démarre au point de consigne. Les inspections mensuelles doivent vérifier l'état des voyants du contrôleur, les indications des manomètres et la position des vannes d'isolement.
Les tests annuels de performance des pompes, conformément à la norme NFPA 25, portent sur la pompe incendie principale. Toutefois, le bon fonctionnement de la pompe de maintien de pression doit également être vérifié lors de ce test. Si cette dernière effectue plus de 10 cycles par heure en conditions normales d'utilisation, il est probable que le système présente une fuite qu'il convient de localiser. Un fonctionnement excessif réduit la durée de vie du moteur, use les roulements et peut également indiquer une défaillance des clapets anti-retour ailleurs dans le système.
Erreurs courantes de dimensionnement et d'installation
Plusieurs problèmes récurrents apparaissent dans les rapports d'inspection des systèmes de protection incendie canadiens et américains :
Les pompes de maintien de pression surdimensionnées, qui empêchent le démarrage de la pompe principale d'incendie avec le seul débit d'un sprinkler, constituent l'infraction la plus fréquente au code. La solution standard consiste à réduire le débit en raccourcissant la turbine ou en remplaçant la pompe par un modèle plus petit.
Des pressostats trop rapprochés entraînent le démarrage quasi simultané de la pompe de maintien de pression et de la pompe incendie, ce qui annule l'effet du système de maintien de pression. Il est impératif de toujours vérifier une différence nette entre l'arrêt de la pompe de maintien de pression et le démarrage de la pompe incendie.
L'absence de surveillance des vannes d'isolement d'aspiration ou de refoulement équipées de dispositifs anti-sabotage crée un risque de désactivation accidentelle de la pompe de maintien de pression, ce qui constitue un problème lors des inspections (norme NFPA 25). Les vannes indicatrices homologuées UL avec interrupteurs intégrés résolvent ce problème en une seule pièce.
Un dégagement insuffisant autour de la pompe, empêchant l'accès pour la maintenance, entraîne un report des interventions. La norme NFPA 20 exige un espace de travail suffisant, généralement de 90 cm autour de l'ensemble, et la plupart des autorités compétentes constateront une infraction en cas d'installations trop exiguës.
Considérations relatives au code canadien et américain
La norme NFPA 20 est référencée à la fois par le Code national du bâtiment du Canada et par le Code international de prévention des incendies. Les exigences techniques de dimensionnement sont donc fonctionnellement identiques des deux côtés de la frontière. Des variations locales apparaissent dans trois domaines. Premièrement, la certification ULC est requise pour les pompes à incendie et les équipements connexes dans la plupart des provinces et territoires canadiens, tandis que les certifications UL ou FM sont acceptées aux États-Unis. De nombreux fabricants possèdent les deux certifications, mais les spécifications doivent préciser la marque appropriée.
Deuxièmement, les normes électriques diffèrent. Le Code canadien de l'électricité (CSA C22.1) s'applique au Canada et utilise la marque CSA sur les équipements, tandis que le Code national de l'électricité (NFPA 70) s'applique aux États-Unis. Choisir un contrôleur homologué aux deux normes permet d'éviter les retards de projet. Troisièmement, les exigences parasismiques en Colombie-Britannique, au Québec et dans certaines régions de l'ouest des États-Unis peuvent nécessiter des détails d'ancrage et de contreventement supérieurs aux exigences de montage standard de la norme NFPA 20. Ces exigences doivent être comparées aux dispositions parasismiques locales du code du bâtiment.
Dans les régions froides du Canada et du nord des États-Unis, les installations doivent être protégées du gel, notamment la salle des pompes et la tuyauterie d'aspiration. La norme NFPA 20 exige que la salle des pompes soit chauffée à au moins 4 °C (40 °F) et que la tuyauterie d'alimentation provenant des réservoirs extérieurs ou des conduites principales soit enterrée à une profondeur suffisante pour rester sous la ligne de gel, généralement de 1,8 à 2,4 mètres (6 à 8 pieds) dans les Prairies et le nord du Midwest.
Choisir la pompe jockey adaptée à votre projet
Le choix d'une pompe de maintien de pression est simple une fois les paramètres du système connus. Il faut identifier la pression de fonctionnement de la pompe incendie, la hauteur du sprinkler le plus haut et le taux de fuite prévu du système. Ces données permettent de déterminer la pression et le débit requis, puis de sélectionner une pompe centrifuge multicellulaire fonctionnant au milieu de sa courbe de performance nominale. Il est important de vérifier la certification UL ou ULC, de spécifier un contrôleur dédié et de coordonner les réglages du pressostat avec ceux du contrôleur de la pompe incendie lors de la mise en service.
ValveAtlas fournit des pompes de maintien de pression homologuées UL et FM, des ensembles de garniture pour pompes incendie, des vannes indicatrices avec contacteurs d'inviolabilité, des clapets anti-retour silencieux et les raccords nécessaires à l'installation d'une salle des pompes incendie conforme aux normes. Notre équipe collabore avec des ingénieurs en mécanique, des entrepreneurs en protection incendie et des gestionnaires d'installations partout au Canada et aux États-Unis afin de définir l'équipement approprié pour les projets de construction neuve et de rénovation. Contactez l'équipe ValveAtlas pour discuter de vos besoins en pompes de maintien de pression et en vannes de protection incendie, demander un devis ou obtenir une assistance technique pour un cahier des charges en cours d'élaboration.
