CHAPITRE 1.2. CHOIX ET ÉQUIPEMENT DES SITES DE MESURE
3. C HOIX DES ÉQUIPEMENTS DE MESURE
3.2. Description des équipements
3.2.1. Pluviométrie
Le bassin versant est équipé de deux pluviographes à augets basculeurs de marque Précis Mécanique (surface de captation 1000 cm2
, volume des augets 20 ml ≡ 0.2 mm d’eau précipitée). On enregistre l'heure de chaque basculement. Par ailleurs, chaque pluviographe est muni d’un bidon de collecte des eaux de pluie, permettant un contrôle des enregistrements par rapport au volume de précipitation recueilli.
Ces pluviographes servent à définir les caractéristiques des événements pluvieux étudiés et à calculer les débits ruisselés sur les sites où ceux-ci ne sont pas mesurés expérimentalement (ruissellement des toitures et des cours). La pluviométrie moyenne sur le bassin versant est calculée comme étant la moyenne des données enregistrées sur les deux appareils. En cas de dysfonctionnement d’un des appareils, mise en évidence par des différences importantes entre les deux hyétogrammes, des valeurs aberrantes, et des différences entre le nombre de basculements enregistrés et le volume recueilli dans le bidon, seules les données de l’appareil en bon état de fonctionnement sont prises en compte.
3.2.2.
Etude des eaux de ruissellement
3.2.2.1.
Toitures
Des échantillons moyens des eaux de ruissellement sont collectés au niveau des descentes de gouttières de quatre toits du bassin. Les échantillons sont prélevés par piquage dans la gouttière et collectés dans des fûts de 100 litres. la fraction récoltée dans le fût représente environ 5 à 20% du volume total drainé par la gouttière. Les volumes ruisselés sont évalués à partir de la hauteur de pluie précipitée et d’un coefficient de ruissellement théorique.
Tableau 10: système de prélèvement des eaux de ruissellement de toiture piquage sur la gouttière Couvercle amovible gouttière fut de 100 litres
Partie 1. Contexte expérimental Chapitre 1.2. Choix et équipement des sites de mesure
3.2.2.2.
Cours intérieures
Trois cours intérieures du bassin versant ont été équipées d'un préleveur automatique permettant d'échantillonner les eaux de ruissellement. Les préleveurs sont déclenchés par un détecteur de pluie. L'échantillonnage se fait à pas de temps constant (1 à 3 minutes suivant l’événement pluvieux) dans la bouche de drainage de la cour. Les volumes ruisselés sont évalués à partir de la hauteur de pluie précipitée et d’un coefficient de ruissellement théorique.
Tableau 11: système de prélèvement des eaux de ruissellement des cours
3.2.2.3.
Chaussées
Aucun équipement ne pouvant être placé sur la chaussée, l'ensemble des mesures se fait à l'intérieur du réseau d'assainissement, dans la galerie reliant l'avaloir à l'égout. Trois avaloirs situés à des coins de rue ont été choisis. Chacun draine deux tronçons de rues parmi les six considérés, ce qui permet d'échantillonner avec le même équipement l'une ou l'autre des deux rues.
La mesure du débit ruisselé et son échantillonnage ont nécessité un aménagement de la galerie de branchement: les eaux provenant de chacune des deux rues drainées par l'avaloir ont été séparées par un mur, puis canalisées et dirigées l'une vers l'égout et l'autre vers un système de dégrillage (fentes de 20×100 mm) précédant les équipements de mesure.
Les conditions d'écoulement des eaux de pluie à l'intérieur de l'avaloir rendent la mesure du débit assez délicate: il s'agit de débits intermittents, faibles, mais variant très rapidement. L'écoulement est fortement turbulent, avec des vitesses importantes et des eaux pouvant être fortement chargées. Par ailleurs le matériel devait être mécaniquement robuste, peu encombrant, peu sensible à l'encrassement et à l'humidité et ne nécessitant pas ou peu
préleveur automati que bouche de drainage siphoïde évacuation détecteur d'eau connecté au préleveur tuyau de prélèvement
mesure du débit par augets basculants de 20 litres ou par déversoir triangulaire, suivant la surface de chaussée drainée.
Chaque avaloir est équipé de deux préleveurs automatiques Bühler-PBMOS: un préleveur multiflacons de 24×1 litre pour l'établissement de pollutogrammes, un préleveur monoflacon de 25 litres pour la mesure des vitesses de chute. Ces préleveurs ont été retenus pour leur robustesse, leur faible dimension (720×455×390 mm), leur puissance de pompage (vitesse d’aspiration de 1 m/s avec un tuyau de prélèvement de diamètre 12 mm et de longueur 6 m) et de purge (1.8 bar), le volume des flacons (24 flacons de 1 litre), et leur fonctionnalité (mémorisation des heures de prélèvement, programmation simple et modulable..). Ils sont asservis au débitmètre et à un capteur de conductivité. L'échantillonnage est déclenché lorsqu'un écoulement de conductivité inférieure à 450 µS/cm est détecté dans l'avaloir, pour éviter de prélever les eaux de lavage (conductivité supérieure à 700 µS/cm). Chaque flacon de 1 litre est rempli par 3 prélèvements élémentaires de 300 ml. La fréquence de prélèvement est proportionnelle au volume écoulé, de sorte que l'échantillon global soit proportionnel au flux total écoulé.
Figure 12: équipement d'un avaloir pour l'étude des eaux de ruissellement de chaussée
Dégrillage Siphon Muret de séparation et grille Séparation et canalisation des eaux Tuyaux de
prélèvement BühlerPBMOS 24×1 l Bühler PBMOS 1×25 l Débitmètre à augets basculants Enregistrement du débit Asservissement Conductimètre RUE EGOUT GALERIE DE BRANCHEMENT Préleveurs
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3.2.3. Exutoire
Le matériel retenu pour l'exutoire du bassin versant du Marais est un débitmètre de marque Ultraflux, alliant des mesures de la vitesse de l'écoulement par temps de transit d'ondes ultrasonores et une mesure de la hauteur d'eau par deux capteurs: un ultrason aérien et un capteur de pression. La vitesse moyenne dans la section est calculée à partir des vitesses mesurées sur une à quatre horizontales situées à des hauteurs différentes. La redondance et la diversité des capteurs de hauteur d'eau assurent la fiabilité de la mesure de niveau. La relation entre hauteur d'eau et surface mouillée a été établie par un géomètre.
Les données débitmétriques sont enregistrées au pas de deux minutes et transmises par liaison MODEM au CERGRENE. Cette liaison téléphonique permet à tout moment de consulter les mesures, de vérifier l'état de fonctionnement de l'appareil et de modifier le paramétrage.
Le matériel choisi a l'avantage de présenter très peu d'obstacle à l'écoulement: les sondes de vitesse sont encastrées dans les parois, le capteur de pression est placé dans une cavité du mur à l'abri des effets cinétiques et l'ultrason aérien n'entre pas en contact avec l'effluent. Par ailleurs, la mise à disposition par la ville de Paris d'un local technique situé proximité immédiate de l'exutoire, a permis l'installation au sec des centrales de mesure et des appareils de prélèvement ainsi que leur alimentation en 220V. Seuls les tuyaux de prélèvement, les câbles et les sondes pénètrent dans le réseau.
Ce débitmètre asservit deux préleveurs automatiques. L'un muni de 24 flacons de 2,9 litres (Bühler PP92) sert à l'établissement de pollutogrammes; l'autre muni d'un monoflacon de 70 litres (Bühler Vegamon 94) fournit un échantillon moyen de grand volume. Ces préleveurs ont été retenus pour leur puissance d'aspiration, assurant une vitesse de prélèvement de 0.8 m/s sur la distance de 18 m entre la prise d'eau et le local avec un tuyau de diamètre 12 mm, mais aussi pour leur volume de prélèvement. Le volume de 700 ml des prélèvements élémentaires a été calculé de façon à réduire les biais dus à la ségrégation des particules pendant le transport. Les prélèvements sont déclenchés lorsque le niveau d'eau dépasse le niveau maximal de temps sec. La fréquence de prélèvement est proportionnelle au volume écoulé dans le collecteur, de façon à créer des échantillons moyens proportionnels au flux écoulé.
Nous avons opté pour un système de fixation de la prise d’eau par suspension, ayant l’avantage :
• d’offrir peu d’obstacle à l’écoulement et donc de réduire les risques d’encrassement
• de faire varier la hauteur de la prise d’eau en fonction de la hauteur d’eau,
• de favoriser l’auto nettoyage de la prise d’eau grâce à un système de fixation très souple
Figure 13: équipement de l'exutoire
Figure 14: position de la prise d'eau par temps sec et par temps de pluie tube PVC câble de fixation tuyau de prélèvement 220 V modem asservissement PC Préleveur Bühler PP 92 24 * 2.9 l Préleveur Bühler Vegamon 94 1 * 70 l tuyaux de prélèvement Capteur piézo- résistif ultrason aérien Centrale d'acquisition 220 V Batterie de secours Batterie de secours Batterie de secours Sondes de vitesse Ultraflux
Partie 1. Contexte expérimental Chapitre 1.2. Choix et équipement des sites de mesure
4.
MAINTENANCE DES SITES DE MESURE
Une maintenance régulière de l’ensemble des sites de mesures a été effectuée tout au long de la campagne d’échantillonnage et en particulier à chaque prévision de pluie5
, afin d’assurer le bon fonctionnement des équipements et la validité des résultats.
4.1.1.1.
Pluviographes
La maintenance mensuelle comprend le nettoyage de l’impluvium, le déchargement de la centrale d’acquisition, la mesure du volume d’eau recueilli dans le bidon. En cas de dérive entre le volume d’eau recueilli et le nombre d’enregistrements, il est procédé à un réétalonnage de l’appareil. Les valeurs enregistrées sont corrigées en supposant la dérive linéaire dans le temps.
4.1.1.2.
Toitures et cours
Un entretien a été effectué à chaque prévision de pluie. Il consiste en un nettoyage des fûts dans le cas des toitures, un nettoyage de la bouche siphoïdale et du détecteur de pluie dans le cas des cours.
4.1.1.3.
Avaloirs
A l’entretien hebdomadaire destiné à limiter l’encrassement de l’avaloir s’ajoute un nettoyage complet du système de canalisation et en particulier du siphon de prélèvement avant chaque événement pluvieux. Les données débitmétriques sont déchargées avec une fréquence mensuelle.
4.1.1.4.
Exutoire
Un entretien mensuel est effectué pour le nettoyage des sondes de mesures de vitesse et de hauteur, et de la prise d’eau. En cas d’écart supérieur à 1 cm entre les deux mesures de hauteur d’eau, nous avons procédé à une vérification manuelle de la hauteur d’eau dans le collecteur et un réétalonnage du capteur ayant dérivé. Notons qu’en temps normal, le débit est calculé à partir de la hauteur d’eau mesurée avec le capteur à ultrasons, celui ci étant moins sujet aux dérives.
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