Mesures hydrauliques

A-

Principes de fonctionnement

Mesure de hauteur par sonde piézorésistive

La méthode repose sur la mesure de la pression hydrostatique d’une colonne d’eau. Le poids de la colonne d’eau déforme une membrane, déformation proportionnellement linéaire à la pression appliquée. Cette déformation est transformée en signal électrique récupéré par l’enregistreur et traduit en hauteur d’eau.

Pour s’affranchir de la pression atmosphérique et de ses variations, un capillaire de « mise à l’air » relie l’extérieur à l’arrière de la membrane. Ceci permet d’obtenir une pression uniquement proportionnelle à la hauteur d’eau au droit du capteur.

Le matériel utilisé lors de la campagne de mesures est la sonde PDCR 1830 de la marque DRUCK, dans une gamme de pression allant de 150 à 350 mbar (HYDREKA). Ces sondes ont été couplées avec un capteur de vitesse (Q = V * S, avec S = f(H))

Avec :

Q : débit (m3/s) S : surface (m2) V : vitesse (m/s)

Mesures par un Débitmètre à effet doppler « MAINSTREAM ». Principe de mesures :

Hauteur :par mesure de pression.

Utilisation d’une sonde de niveau piézorésistive

Vitesse :par effet Doppler.

Utilisation d’un capteur de vitesse à effet Doppler. Un faisceau d’ultrasons est émis par une sonde immergée, suivant l’axe de la canalisation. Ces ondes sont réfléchies par toutes les particules en suspension dans l’eau. Elles sont analysées pour déterminer la vitesse moyenne de l’eau.

L’installation d’un capteur hauteur – vitesse fait également l’objet de conditions qu’il est important de respecter afin d’obtenir des mesures cohérentes :

La hauteur d’eau minimale requise pour une mesure correcte ne doit pas être inférieure à 5 cm,

la vitesse de l’effluent ne doit pas être inférieure à 0,05 m/s,

l’écoulement doit se faire sous un régime laminaire ; pour ce faire, il faut absolument respecter une section rectiligne (si possible 5 fois le diamètre en amont, au minimum), avec une pente homogène en amont et aval immédiat.

la section en amont du capteur doit être géométrique et régulière: cadre, circulaire, ovoïde, ce qui permet de convertir avec une bonne précision, les hauteurs d’eau mesurées en section hydraulique.

L’installation du point de mesure n’a été réalisé que si ces conditions étaient respectées par l’emplacement déterminé.

Le capteur hauteur – vitesse est constitué d’une sonde mesurant la hauteur et d’une sonde mesurant la vitesse, sont fixées sur une plaquette métallique.

Cette plaquette métallique est elle-même fixée sur un cerclage inox ; ce dernier sera fixé dans la canalisation, de telle sorte à éviter au maximum les entraves à l’écoulement.

Le capteur hauteur-vitesse doit être installé en dehors de l’influence de confluences. Le site de mesure idéal se situerait à l’aval sans aucune influence d’arrivées de débit supplémentaires.

Il est nécessaire de placer le capteur hauteur-vitesse à une distance équivalente à 5 fois la hauteur d’eau maximale à l’amont ou 10 fois cette même hauteur à l’aval.

Le MAINSTREAM , comme indiqué est ensuite programmé au moyen d’un ordinateur portable, et étalonné sur la base de la hauteur d’eau mesurée en radier de la section, en amont immédiat du capteur de mesure

Le logiciel WINFLUID permet de paramétrer le débitmètre en lui intégrant la section de l’ouvrage (128 coordonnées de points maxi), dans son programme, ce qui permettra de convertir directement les hauteurs d’eau mesurées en surface, et de ce fait, de pouvoir calculer les débits, suivant la formule générale du débit:

Figure 3: Débitmètre à effets doppler –MAINSTREAM

Mesures par un Débitmètre hauteur /débit « Bulle à bulle ».

Les débitmètres SIGMA sont adaptés aux mesures et aux enregistrements des débits dans les canaux ouverts, les Conduites en charge, les lignes en surcharge.

Le débitmètre SIGMA 950 est utilisé généralement en conjonction avec un ouvrage primaire (déversoir, canal de mesure, conduite, etc.) ayant une relation connue entre le débit et la hauteur mesurée du liquide. Les SIGMA 950 mesurent la hauteur du liquide dans l'écoulement qui reflète le débit puis ils calculent les variations du débit en utilisant la relation hauteur-débit particulière à l'ouvrage primaire.

Le débitmètre vitesse-section SIGMA 950AV mesure directement le niveau du liquide dans une voie puis calcule la section mouillée. En même temps, il mesure la vitesse moyenne de l'écoulement à l'aide d'une sonde à effet Doppler. La section mouillée multipliée par la vitesse

Débitmètre Mainstream IV Capteurs : Vitesse et Hauteur Capteur de Hauteur Capteur de Vitesse

donne le débit. Les débitmètres SIGMA 950/960 sont disponibles sur la base de trois techniques de mesure du niveau, parmi lesquelles :

Mesure de hauteur par Bulle à Bulle

La technique du Bulle à Bulle consiste à envoyer un débit d’air dans un tube immergé de faible diamètre. La hauteur d’eau sera fonction de la valeur de la pression injectée nécessaire pour équilibrer la pression de la colonne d’eau.

Certaines de ces sondes ont été couplées avec un capteur de vitesse (Q = V * S, avec S = f(H)) et / ou associées à un organe déprimogène calibré.

B-

Dysfonctionnements possibles

Sonde de hauteur

Les sondes de hauteur peuvent être arrachées par la vitesse d’écoulement ou être emportées par des objets (pierres, branches …..). Il se peut également que la mise à l’air se bouche et/ou soit noyée. Dans ce cas on constate une dérive de la mesure. La sonde peut être recouverte par un dépôt rendant dans ce cas la mesure incohérente. Enfin, pour des hauteurs d’eau insuffisantes, les mesures peuvent rapidement diverger.

Sonde de vitesse

Tout comme les sondes de hauteur, les sondes de vitesses peuvent être arrachées, encrassées, détruites. De plus, au delà d’une vitesse de 2,5 m/s, il y a un risque de plafonnement de la mesure.

C-

Implantation

L’implantation du site de mesures devra répondre à 2 critères :
ne pas présenter de risque pour les opérateurs ;

Figure 4: Débitmètre bulle à bulle et photos d’installations

Installation du Débitmètre Bulle à Bulle dans un regard Installation du bulle à Bulle +doppler dans un seul regard