Présentation de la Laing DDC

Tout d'abord voici les caractéristiques globales de cette pompe :

Caractéristiques du constructeur pour la Laing DDC
Technologie moteur	Brushless controlé par microprocesseur - Moteur sphérique
Tension de fonctionnement	Courant continu - 12 V nominaux et utilisable de 6 V à 14 V
Pression maximale d'utilisation	1.5 bar
Plage de température du fluide	0 °C à 60 °C
Fluides utilisables	Eau tous types, mélanges eau/glycol (LDR)
Durée de vie moteur	50000 heures soit 5.7 ans 24/24 @ 12 V
Débit maxi atteignable	~ 350 L/h @ 12 V
Pression maxi atteignable	~ 4 mH20 @ 12 V
Prix	aux environ de 85 €

Aspect extérieur

La Laing DDC est une pompe à moteur brushless (sans balais), comme la majorité des pompes couramment employées, créée en collaboration avec Delphi. La rotation se fait donc par entraînement magnétique en utilisant le principe d'attraction et de répulsion avec un rotor qui est un aimant permanent. Elle est très petite puisque ses dimensions sont 61*61*36 mm (hors embouts) pour un poids de 210 gr. Elle se faufilera donc dans les plus petites tours sans difficulté grâce à ses 2 embouts alignés bien pratiques. Elle fonctionne avec une tension continue et un circuit électronique intégré s'occupe d'alimenter tour à tour chaque phase du stator pour créer le champ magnétique tournant qui entraînera le rotor.

La pompe ne présente aucune fioriture puisqu'elle est issue de l'industrie donc pas de petites LED ou autre gadget inutile : simplicité et fiabilité sont les maîtres mots ici. Toute la coque de la pompe est en plastique donc pas de risques d'oxydoréduction avec le reste du circuit. Le diamètre extérieur des embouts est de 10 mm ce qui permet l'utilisation de tuyau d'un diamètre intérieur de 10 mm maximum sans bidouillages. Le diamètre interne de ces 2 embouts fait quant à lui 6.5 mm de diamètre. Ce faible diamètre et le fait que l'arrivée d'eau au centre du rotor forme un coude brusque à 90° (très pénalisant) limiteront les performances en débit maximum atteignable et une optimisation consisterait en une entrée directe comme la D4 qui va suivre (moins facile à intégrer..). On notera la forme évolutive à rayon non constant de la volute pour aller au bout de l'optimisation (photo 3) :

Design mécanique du rotor

La DDC utilise une technologie d'entraînement du rotor brevetée nommée "moteur sphérique". Contrairement à l'immense majorité des pompes qui ont le rotor enfilé sur un axe en acier ou en céramique, le rotor de la DDC est simplement posé sur une petite sphère de céramique. Les aubages sont en plastique moulé et la partie inférieure, dans laquelle se cache l'aimant permanent, est en acier inoxydable. Les pales sont cachées dans le rotor dit "fermé" (photo 6) qui est très efficace car il permet une bien meilleure centrifugation de l'eau mais il est plus difficile à fabriquer. On évite ainsi que l'eau ne puisse s'échapper sur les bords des pales comme c'est le cas sur une Eheim par exemple car ça entraîne de la turbulence inutile. On dénombre 9 pales d'un diamètre de 37 mm et de hauteur 4 mm. Ces passages étroits limiteront le débit mais favoriseront une pression élevée grâce aux hautes vitesses obtenues. L'étanchéité entre le stator et le couvercle est réalisée avec un joint torique tout simplement :

Le contact rotule créé avec la bille en céramique (alumine) permet d'avoir peu de frottement et une très grande dureté. Lors de la rotation, l'eau créera en plus un film entre les 2 pièces pour n'avoir qu'une faible usure. Et qui dit moins de contacts dit moins de bruit et une fiabilité accrue en général. Tout est fait pour ne pas utiliser des techniques mécaniques contraignantes et moins sûres comme l'utilisation de joints à lèvres par exemple. Au moins il y a de pièces en contact, au mieux c'est et ceci est valable dans n'importe quel domaine. Ce rotor "suspendu" s'alignera automatiquement dans le champ magnétique lors de la mise sous tension du moteur. Fini donc les problèmes d'axes, d'étanchéité et de roulements qui ne sont que des inconvénients majeurs sur les pompes classiques. Cette DDC est exclusivement réservée à un usage externe puisque le compartiment électronique n'est pas prévu pour être étanche. Le rotor est presque totalement libre de mouvements mais ça n'empêche pas la pompe de fonctionner dans n'importe quelle position sauf la tête en bas. Il est de toute façon attiré très fortement dans son logement grâce à l'aimant :

Le principal défaut des pompes est d'ordre purement mécanique car une électronique bien pensée et utilisant des composants de qualité est presque infaillible sauf en cas de mauvaise utilisation ou de défaut de fabrication. Les problèmes concernent l'usure de l'axe et des 2 paliers qui maintiennent le rotor en place avec un minimum de jeu. Au bout d'un certain temps (1 an pour certaines), et suivant les matériaux constituant l'axe et les paliers, ceux-ci auront été usés et le jeu de fonctionnement aura sensiblement augmenté. Les conséquences ne se feront pas attendre avec un rotor qui va commencer à vibrer de plus en plus en provoquant une augmentation du bruit. A ce stade, la pompe risque de se bloquer ou d'avoir du mal à se lancer avec les conséquences que vous imaginez... La pompe est alors bonne à jeter à la poubelle ou alors il faut racheter un axe et un rotor tout neuf. Privilégiez donc toujours de la céramique pour les pièces d'usure (plastique à bannir !) car c'est bien plus dur que l'acier et ça durera bien plus longtemps. Même s'il y a un petit surcoût à l'achat il en vaut largement la peine selon moi. Ce n'est pas pour rien que les pompes Eheim sont chaudement recommandées car l'emploi de céramique leur confère une fiabilité exemplaire.

Un des avantages des pompes à courant continu c'est qu'elles possèdent un unique sens de rotation par rapport aux pompes d'aquarium en 230 V. Cela permet d'optimiser la forme de la volute ainsi que celle des pales pour utiliser au mieux l'effet centrifuge qui fournira la pression. Pour une Eheim 1048 par exemple, on est obligé de symétriser la volute, de placer la sortie au milieu et d'utiliser des pales droites car le rotor tourne dans les 2 sens aléatoirement. On ne peut donc pas privilégier un sens plus que l'autre et cela se paye par une efficacité moindre.

Plusieurs solutions existent comme décrites sur le schéma ci-dessous et dont les améliorations peuvent être comprises en analysant les vecteurs vitesse en bout de pales si l'on veut aller plus loin. On retiendra seulement que pour profiter au maximum de la vitesse acquise en bout de pale, le vecteur vitesse du fluide doit être autant que possible tangent avec la sortie sans avoir à subir des changements de direction. Le cas n°2 est utilisé par exemple avec les CSP750 de C-Systems, c'est efficace mais ça n'est pas le plus efficace dans l'absolu et ils auraient pu l'améliorer. Le fluide arrive perpendiculairement au centre du rotor :

C'est pourquoi vous verrez quasiment toujours que les meilleures pompes centrifuges adoptent la 3ème géométrie car elle cumule tous les avantages. On ne gaspillera pas de l'énergie en créant de la turbulence inutile au sein du rotor. Le géométrie du rotor interviendra énormément dans la performance de la pompe (nombre de pales, diamètre, section de passage...).

Et enfin, il faut veiller à ne pas trop restreindre l'entrée de la pompe avec un tuyau de très faible diamètre ou des coudes, car la cavitation apparaitra plus vite.

Considérations électroniques

Une nouveauté de taille sur la DDC, par rapport à la D4 qui va suivre, concerne l'allure du courant qui alimente les bobines du stator. Sur l'ancienne génération, dont la D4 fait partie, ce courant était injecté brutalement de manière rectangulaire car c'est beaucoup plus simple à gérer en électronique (tout ou rien) mais ça occasionne des petits à coups à chaque commutation et donc potentiellement du bruit ! La DDC innove un peu en proposant cette fois un courant envoyé de manière sinusoïdale. La transition entre tous les états est donc largement améliorée puisque parfaitement régulière ce qui a permis de réduire énormément le bruit de fonctionnement tout en augmentant la régularité de l'ensemble. L'inconvénient c'est que cela nécessite une électronique plus poussée et plus chère pour gérer cette forme de signal variable. Sur la photo ci-contre on distingue les 6 soudures pour les 6 phases du stator. Le PCB n'est pas démontable malheureusement pour voir ce qu'il y a en dessous :

On pourra adapter simplement la puissance du moteur en faisant varier la tension à ses bornes alors que les moteurs bobinés pour de l'alternatif, qu'on rencontre dans les Eheim, Maxijet et autres pompes d'aquarium (machines synchrones), nécessitent des variateurs de fréquence pour les asservir. Contrairement aux pompes 230 V qui tournent toujours à la même vitesse (3000 tr/min ou 1500 tr/min en général pour du 50 Hz suivant le nombre de pôles), les moteurs brushless vont voir leur vitesse de rotation varier en fonction de la charge appliquée et de la tension électrique. Plus cette tension sera élevée plus on pourra tourner vite et augmenter la pression et le débit. La DDC est prévue pour tourner vers les 3500 tr/min @ 12 V. Pour que le rotor ne décroche pas lorsque la perte de charge varie, il y a un capteur (ou une astuce d'auto détection) qui informe l'électronique sur la position du rotor pour savoir à quel moment précis il faut alimenter les bobines pour assurer une rotation convenable. Les moteurs brushless possèdent en plus un très bon rendement contrairement à d'autres solutions tournantes, bref que des bonnes choses.

La durée de vie du moteur est donnée pour 50000 heures en fonctionnement à 12 V. Attention toutefois à ne pas confondre avec la durée de vie mécanique due à l'usure des pièces et qui est en général inférieure. Ici vu que le contact avec le rotor est réalisé quasiment sans frottements avec de la céramique ça n'a pas vraiment d'importance, vous aurez changé de circuit bien avant qu'elle ne soit en panne... Si vous augmentez la tension pour booster le débit et la pression, la durée de vie globale diminue bien évidemment car ça chauffera plus (plus de courant) et les frottements seront plus rudes !