La mesure de débit est une mesure très répandue dans le domaine de l'eau. Sur les conduites en charge, deux types de capteurs sont couramment utilisés : électromagnétiques et à ultrasons. En canal ouvert, la mesure de débit est une technologie indirecte consistant à mesurer la hauteur d'eau, créée en amont d'un organe déprimogène. Là encore, diverses technologies peuvent être mises en oeuvre pour mesurer la hauteur d'eau : pression hydrostatique, procédé bulle à bulle, ultrasons, radar etc.... Dans tous les cas, le choix du capteur doit prendre en compte différents paramètres, comme la nature et les caractéristiques du fluide, les conditions d'installation?
Sur les conduites en charge, deux types de capteurs sont couramment utilisés : électromagnétiques et à ultrasons. En canal ouvert, la mesure de débit est une technologie indirecte consistant à mesurer la hauteur d’eau, créée en amont d’un organe déprimogène. Là encore, diverses technologies peuvent être mises en œuvre pour mesurer la hauteur d’eau : pression hydrostatique, procédé bulle à bulle, ultrasons, radar, etc. Dans tous les cas, le choix du capteur doit prendre en compte différents paramètres, comme la nature et les caractéristiques du fluide, les conditions d’installation...
Environnement naturel (rivière, lac, etc.), stations d’épuration ou milieu industriel (pétrochimie, chimie, agroalimentaire, pharmacie...), le débit est l'une des grandeurs les plus fréquemment mesurées dans le domaine de l’eau. Chaque application a cependant ses exigences : sécurité des installations, qualité des produits, optimisation des procédés, protection de l'environnement... Il convient dès lors de choisir la technologie la plus adaptée.
En conduites pleines, deux principes prédominent, l’électromagnétisme et les ultrasons. Parallèlement, la débitmétrie massique Coriolis ne cesse de gagner du terrain pour certaines mesures spécifiques, notamment pour déterminer la concentration en matière sèche des boues de station d’épuration, effectuer des microdosages.
dans l'agroalimentaire, ou encore en mesure de débit de produits pétroliers.
En canal ouvert, la mesure ne repose pas sur les mêmes technologies. Il s'agit, soit d'une mesure indirecte, dérivée de la mesure de la hauteur d'eau en amont d'un organe déprimogène (déversoir ou canal venturi) dont l'installation est régie par des normes ISO/Afnor (voir EIN n° 337), soit de la mesure directe par calcul de vitesse et section mouillée de l'ouvrage, régie en fonction de la dimension des canaux par la norme ISO 6416.
La mesure de niveau repose sur deux principes : la pression hydrostatique et les ultrasons. Pour une même application, les deux solutions peuvent être rencontrées. Le choix se fait selon les habitudes de travail de chacun. Plus ciblé et plus coûteux, le procédé « bulle à bulle » peut également constituer une solution. Le radar représente une autre alternative sur certains sites, notamment en présence d'émanations gazeuses lorsqu’une mesure par pression hydrostatique est impossible.
Une chose est sûre : quels que soient les principes de mesure utilisés, les technologies de débitmétrie sont matures. La pression, la viscosité, la température de l'écoulement, le coût du montage et de l'entretien sont autant de critères clé à discuter pour déterminer la technologie la plus adaptée.
« En France, le marché a connu un fort développement ces dernières années dans le secteur du traitement des eaux usées, en raison de la réglementation et de la prise de conscience écologique. Les stations les plus importantes ont déjà investi, seules quelques petites stations restent à équiper. C'est plutôt sur le secteur de l'eau potable, que le marché se développe actuellement, notamment pour optimiser la gestion des réseaux », analyse Sébastien Brossard, chef produit débitmétrie chez Endress+Hauser. Côté export, la situation est différente. « Un marché énorme se profile pour répondre aux besoins en eau potable de certains pays, notamment en Afrique du Nord. »
Sur le secteur de la débitmétrie, trois principaux fabricants sont présents en France : Endress+Hauser, Krohne et ABB France. Chacun propose une large palette de solutions techniques ainsi que des services taillés sur mesure et adaptés à chaque application. Aux côtés de ces poids lourds, d'autres fabricants ou revendeurs se positionnent sur des marchés plus restreints, comme Engineering Mesures, Sika France, Hach-Lange, Burkert, Aqualyse, Ge Sensing, Isma, Kobold, Cometec, Ultraflux, CT Platon, Tecfluid ou Yokogawa… Panorama des dernières évolutions techniques.
Débitmètres électromagnétiques : 80 % des appareils sur les conduites en charge
Leur principe de fonctionnement repose sur la loi de Faraday. La canalisation est placée dans un champ magnétique, de telle manière que le fluide qui s'y écoule soit perpendiculaire au champ magnétique induit. La force électromagnétique est réceptionnée par deux électrodes diamétralement opposées. La tension induite est proportionnelle à la vitesse moyenne de l'écoulement du fluide. Ces appareils, qui occupent une place prépondérante (80 % des instruments installés sur les conduites pleines) peuvent être utilisés dans de nombreuses applications (eaux potables, usées, agressives ou visqueuses), à condition toutefois que l'effluent soit conducteur. Leur précision de mesure est très appréciée : 0,5 % minimum.
Chez Endress+Hauser, plus de la moitié des débitmètres vendus en 2010 étaient des appareils électromagnétiques. Depuis 2010, le groupe propose un appareil (Promag L), meilleur marché que le modèle Promag W proposé jusqu'alors. Rien ne distingue les deux instruments en termes de fonctionnalités. Seule leur construction extérieure diffère. « Le Promag L dispose d'un système de fixation à brides tournantes, ce qui facilite son installation », explique Sébastien Brossard. « Doté de brides embouties, son poids est par ailleurs 25 à 30 % inférieur à celui du Promag W. Il est aussi plus compact. »
Pour l'heure, le Promag L est disponible dans des diamètres allant de 50 à 1200 mm. « La gamme sera élargie jusqu'au diamètre 2400 d'ici l'année prochaine. » À l'avenir, Endress+Hauser entend faire du Promag L son standard dans l'eau en conservant le Promag pour des applications plus exigeantes.
Autres solutions facilitant le montage des débitmètres électromagnétiques, les sondes à insertion. Cette solution est désormais proposée comme alternative aux manchettes électromagnétiques. Plus besoin de sectionner la canalisation. Il suffit de percer un trou et d’y insérer une tige dotée à son extrémité d’un dispositif électromagnétique mesurant le débit. Plusieurs sociétés proposent ce type de système comme ABB France avec son Aqua Probe ou Cometec avec son tout nouveau FPI-Mag, qui se démarque par la précision de ses mesures. « Notre appareil mesure plusieurs vitesses du fluide à des points stratégiques dans le conduit », indique Stéphane Saccani, directeur de Cometec. « Chaque paire d’électrodes mesure la vitesse locale, ces électrodes sont réparties sur toute la section de la canalisation. Cette conception offre une plus grande précision qu’un débitmètre à insertion et permet d’atteindre la précision des manchettes électromagnétiques. Pour les eaux potables, de process ou usées (sans matière fibreuse), le FPI-Mag est disponible pour les diamètres de 100 à 3 500 mm. Pour les gros diamètres dans des conditions hydrauliques non idéales, son installation facile qui par ailleurs ne nécessite pas d’interruption du débit, rend le prix de ce produit particulièrement compétitif par rapport aux manchettes électromagnétiques. »
Hydreka propose sa gamme de sondes à insertion HydrINS 2 et HydrINS 2 Mini : de diamètre 1 pouce et ¾ de pouce, elles permettent de couvrir tous les diamètres de canalisation depuis 70 mm jusqu’à 8 000 mm et ce avec un moindre coût de mise en œuvre par rapport aux débitmètres électromagnétiques à manchette. En effet, outre le prix d’acquisition moindre dès des diamètres de l’ordre de 200 mm, leur mise en œuvre ne nécessitant que l’installation d’un collier de prise en charge de diamètre 1” ou ¾” permet de se passer d’un grand regard avec installation de by-pass et des accessoires associés. De plus, les sondes à insertion permettent un étalonnage métrologique périodique puisqu’il est possible de les retirer facilement du réseau sans interrompre la distribution, opération impensable pour les manchettes de grand diamètre. La version ¾” HydrINS 2 Mini présente l’avantage de permettre de grandes précisions sur les diamètres de 70 à 300 mm car elle perturbe très peu l’écoulement de par la petitesse de son capteur. Elles peuvent également être équipées des afficheurs spécialement dédiés de type A (autonome avec sorties impulsions), type C (sorties 4-20 mA) et type D/E (avec data logger et transmission GPRS et communication Bluetooth). Ces produits sont disponibles à la vente mais aussi à la location dans le cadre de diagnostics. À noter que Hydreka propose également l’hébergement des données associées.
De son côté, Isma propose le capteur magnéto-inductif Sitrans F M. MagFlo MAG 5100W, spécialement conçu pour les applications relatives au traitement des eaux souterraines, de l’eau potable, des eaux résiduaires, des eaux polluées et des boues. Le débitmètre complet est constitué par un capteur et un convertisseur de signaux adapté Sitrans F M. MagFlo MAG 5000, MAG 6000 ou MAG 6000I.
Pour les applications eau potable ou eaux claires, Isma propose la gamme Sitrans F M. Mag 8000 qui permet l’installation simple et rapide d’un compteur d’eau fiable pratiquement à n’importe quel endroit, sans perte de précision ni de performance.
Mesure de niveau par radar : des avantages importants
Les capteurs radar cumulent les bénéfices des capteurs ultrasons. Mais, avantage important, leur principe de mesure à hyperfréquence les rend insensibles aux conditions climatiques : à la pression, à la température, et aux gradients de température entre sonde et liquide mesuré, à la présence de vapeur. Au début des années 1990, Krohne a véritablement ouvert la voie à la niveaumétrie par radar dans les conditions de process en proposant les premiers instruments de mesure en continu qui fonctionnent selon le système FMCW (onde continue à modulation de fréquence). Alors qu’aujourd’hui Krohne propose des appareils radar aux prix très compétitifs (versus les ultrasons), Vega Technique se positionne aujourd'hui en mesure de débit en canal ouvert avec son tout nouveau Vegapuls WL 61. Il faut savoir qu’un ensoleillement direct sur un capteur à ultra-sons peut générer une erreur de près de 10 %. « Ce capteur offre une grande adaptabilité et de nombreuses facilités pour sa mise en œuvre, grâce notamment à son système de fixation orientable permettant de bien diriger la mesure perpendiculairement à la surface des effluents », signale Guy Deiber, responsable marketing chez Vega. « Le capteur n’a aucune zone morte, permettant de gagner environ 30 cm de plage de mesure sur le haut, contrairement à l’ultra-son. Il dispose en outre d’un enregistreur 70 000 points intégré, pouvant être déclenché sur événement. Ce capteur, bien entendu, est totalement étanche et peut être immergé sans dommage. »
La gamme MAG 8000 a été conçue pour assurer les meilleures performances de sa classe en détection de fuite et facturation précise (précision atteignant 0,2 % du débit). Elle ne demande que peu d’entretien et offre des performances de longue durée avec un minimum de frais d’exploitation (6 ans de fonctionnement sans arrêt avec la batterie interne pour les applications standards de facturation). Krohne se distingue de son côté avec ses débitmètres électromagnétiques équipés de convertisseurs (IFC 300) adaptés à toutes générations de capteurs (température, conductivité, etc.). « Capable ainsi de restituer un diagnostic sur la qualité de l’eau, l’IFC 300 possède en outre des fonctions d’autocontrôle et de filtre, permettant aux instruments d’indiquer une dérive en cas de besoin », rapporte Patrick Bret, responsable produits débitmétrie chez Krohne.
Autre propriété intéressante, l’IFC 300 dispose d’une fonction, dite VR (Virtuelle Référence), qui « rend possible des mesures de débitmétrie électromagnétique sur conduites isolantes sans utiliser de disque de masse. D’où une réduction de coût ». Dérivé du convertisseur IFC 300, il est aussi possible d’utiliser l’IFC 100, « plus simple au niveau de ses fonctions d’autocontrôle. L’IFC 300 et l’IFC 100 sont complètement inter-modulables. Ce qui permet de les associer à n’importe quel capteur, moderne ou ancien ».
Autre innovation chez Krohne, le débitmètre électromagnétique autonome Waterflux. L'appareil dispose de deux batteries au lithium d’une durée de vie annoncée de 15 ans. D’autres sociétés proposent des appareils semblables comme ABB, Siemens ou Engineering Measures. Ainsi ABB France propose depuis 2010 une série de débitmètres autonomes (AquaMaster) avec différentes options de télétransmission par GSM ou radio. Des instruments qui peuvent être alimentés par des piles traditionnelles, mais aussi des sources d’énergie « écologique » : panneaux solaires ou éoliennes. ABB dispose aussi de débitmètres électromagnétiques capables de s’autocontrôler en permanence avec ses séries « Water Master et Process Master ».
Les ultrasons : une débitmétrie non invasive pour des applications exigeantes
Les débitmètres à ultrasons sont surtout utilisés en conduites en charge (eaux usées et potables) pour de gros diamètres ou pour des applications où il n'est pas possible d'intervenir dans la conduite.
Engineering Mesures
Les débitmètres Sitrans FST020 de Siemens, commercialisés par Engineering Mesures, offrent une mesure de débit fiable avec une précision de ±1-2 % de la valeur mesurée ou mieux selon les applications. Ils disposent de la technologie brevetée à large faisceau qui augmente la précision de la mesure de débit par la réduction de la sensibilité à des changements dans le fluide.
pas possible de couper la tuyauterie. Leur fonctionnement repose sur deux principes : l'effet Doppler, et, plus utilisé car réputé plus précis, le temps de transit. Ce dernier principe repose sur le fait que la vitesse de propagation d'un signal ultrasonore dans un fluide est influencée par la vitesse d’écoulement de ce fluide. Tel un nageur dans une rivière, un signal ultrasonore mettra plus de temps pour parcourir un trajet donné à contre-sens que pour le même trajet dans le sens du courant. Afin d'utiliser cet effet, deux impulsions ultrasonores sont émises dans le fluide à mesurer : une dans le sens du courant et une seconde dans le sens inverse. La mesure de la différence de temps de transit des deux impulsions permet de déterminer la vitesse et le sens de l’écoulement. Le débit volumique est alors calculé en multipliant la vitesse d’écoulement par la section de la conduite.
Deux types de capteurs peuvent être utilisés : les capteurs externes ou également appelés clamp-on et les capteurs inline à insertion. La principale caractéristique des capteurs clamp-on est qu’il est possible de les monter à tout moment sur l'extérieur des conduites. Leur champ d’utilisation couvre de ce fait les utilisations dans l'industrie de l'eau jusqu’aux procédés industriels. Avantage important des systèmes à clamp-on (pour des diamètres jusqu’à 4 000 mm), leur mise en œuvre ne demande pas de sectionner la tuyauterie, et donc pas d’arrêt de la production.
Les capteurs inline se prêtent quant à eux parfaitement aux applications nécessitant traçabilité et précision comme c’est souvent le cas dans l’industrie chimique, la pétrochimie et l'industrie de l’eau. Ces capteurs, étalonnés sur les bancs les plus modernes, sont directement montés sur les conduites (jusqu’à 2 000 mm).
Aujourd’hui, de nombreux instruments non intrusifs sont disponibles sur le marché. Engineering Mesures propose sa gamme 1010 de Controlotron, débitmètres portables ou fixes. Flexim commercialise de son côté sa gamme Fluxus pour des conduites de 6 à 6 500 mm. L’entreprise berlinoise, leader mondial en recherche et développement de débitmètres ultrasonores non intrusifs, propose également son Fluxus F 601. « Un modèle portable (en ATEX ou non), idéal pour les opérations de contrôle et de maintenance, par exemple lors de la mise en service d’installations, de la révision et de l’entretien d’instruments de mesures fixes ou de contrôle de pompes et de vannes de régulation », signale Nicolas Leroy chez Flexim.
Hydreka propose sa gamme de débitmètres à ultrasons ChronoFlo. De conception robuste, c’est un outil adapté pour les agents de terrain amenés à intervenir dans des conditions difficiles. Son électronique est entièrement résinée, ses connecteurs sont aux normes militaires et il contient de plus un data logger de grande capacité permettant à l'appareil de fonctionner en continu plus de trois semaines lorsqu’un contrôle ponctuel est insuffisant. ChronoFlo Pocket est la version « allégée », mais tout aussi précise, pour des usages plus ponctuels. Ces produits sont disponibles à la vente mais aussi à la location dans le cadre de diagnostics.
Plus « universels », les débitmètres Optisonic 6300 de Krohne et Prosonic Flow d'Endress+Hauser (capteurs à clamp-on et à inline) peuvent mesurer les débits avec de l’eau.
Une mise en œuvre très rapide, sur tous types de conduites dans toutes les situations (industrie chimique, eaux potables usées, pétrochimie...).
Chez Ultraflux, les débitmètres dernière génération “UF 831 L” sont particulièrement adaptés aux mesures de débit dans les conduites en charge, même en conditions de mesure extrêmes. L’UF 831 L utilise une technologie double DSP pour la mesure d’écho en condition difficile et possède, entre autres, 10 modules d’entrée/sortie, un enregistreur de 270000 données et un module optionnel de communication lui permettant de dialoguer avec la plupart des protocoles courants (Ethernet ...). Le modèle est proposé avec des sondes externes ou des sondes à insertion. Cet appareil existe de la version monocorde à la version 8 cordes. Ultraflux propose également deux modèles de débitmètres portables : le Minisonic P et l’UF801P et un modèle à moindre coût, le Minisonic 600.
Les débitmètres ultrasons PT878 (portable) et AT868 (en poste fixe) de GE Sensing sont capables de travailler en deux traverses sur des conduites de grands diamètres (jusqu’à 2 m et plus), ce qui facilite la mise en œuvre et l’installation. Ceci est rendu possible par la qualité de traitement de signal des électroniques (que ce soit sur les portables ou les postes fixes), ainsi que par les transducteurs intégrant des guides d’ondes pour un meilleur rapport signal/bruit permettant de repousser les limites applicatives. Les conduites anciennes ou en matériau récent (GRP ou FRP par exemple) ne sont pas un obstacle à la mesure.
Débitmétrie massique Coriolis : une large gamme de produits solides
Le principe repose sur les forces Coriolis générées, quand une masse en mouvement subit une oscillation perpendiculairement à la direction du mouvement. L’intensité des forces de Coriolis dépend du débit massique. Un débitmètre Coriolis dispose de tubes oscillant pour générer cet effet. Le passage du fluide au travers des tubes provoque des forces de Coriolis. La fréquence de résonance des tubes de mesure est, quant à elle, directement proportionnelle à la densité du fluide. Propriété remarquable, avec les débitmètres Coriolis, il est possible de mesurer simultanément différentes variables : le débit massique, la densité, la température, la viscosité du produit, la teneur en matière sèche...
Les avantages de la mesure massique selon le principe de Coriolis sont indéniables. Presque tous les produits peuvent être mesurés : nettoyants, solvants, carburants, huiles végétales, graisses animales, latex, huile silicone... boues de STEP.
Différents fabricants proposent des débitmètres Coriolis. Ainsi Kobold commercialise son débitmètre massique Coriolis “TME”, mais aussi une large gamme d’instruments à flotteur, palette, rotors, ... électromagnétiques à ultrasons, etc., « nous permettant de répondre au besoin du client avec la plus grande pertinence », selon Jacques Marionneau.
Bien entendu, Krohne et Endress+Hauser disposent également d’appareils “massique Coriolis”. Ainsi, Endress+Hauser dispose de sa gamme Promass, idéale pour la mesure de produits à forte teneur en particules solides, comme par exemple les boues d’épuration.
Les débitmètres Rheonik de GE Sensing se distinguent par leur forme en Omega. Comparée à d'autres designs, la paroi du tube du débitmètre est très épaisse, au moins
autant que la tuyauterie du process. Dès lors, les problèmes liés à des applications corrosives ou abrasives sont éliminés. Ce débitmètre convient à des applications impliquant des conditions de process très sévères, par exemple des températures de -200 °C ou de plus de 400 °C et des pressions supérieures à 890 bar.
En canal ouvert, plusieurs solutions technologiques
La mesure de débit en canal ouvert est une mesure indirecte dérivée de la mesure de la hauteur d’eau en amont d’un organe déprimogène, le plus souvent un déversoir ou un canal venturi. Le déversoir est une tôle rectangulaire placée en travers du chenal d'approche. Le canal venturi se présente quant à lui sous la forme d’une amenée d’eau et d’une contraction latérale. Dans les deux cas, l'ouvrage crée une contraction dans la veine liquide, qui entraîne une élévation du niveau d’eau proportionnelle au débit passant dans le canal, selon une loi de variation déterminée par la géométrie des ouvrages utilisés. Ainsi, la mesure d'un débit en canal ouvert comprend un chenal d'approche, un organe déprimogène, une sonde mesure de niveau, un canal de dégagement et un système de traitement de données (voir EIN n° 337).
En canal ouvert, plusieurs approches peuvent être utilisées pour la mesure de la hauteur d'eau : échelle visuelle limnimétrique, capteurs de mesure de niveau par pression hydrostatique, système par ultrasons, technologie bulle à bulle, etc. Le choix de l'une ou l'autre solution dépend de la nature des effluents (charge des eaux résiduaires, température, présence de flottants, etc.) et de l'environnement dans lequel l’instrument est installé. Pour autant, la méthode la plus souvent employée est de loin la technologie à ultrasons, représentant 80 % des applications. Sans pièces mécaniques, sans contact avec le fluide, et sans entretien, les capteurs émettent les ultrasons qui vont se réfléchir à la surface et en retour détecter les ondes réfléchies. De la mesure du temps de parcours aller/retour de l’onde ultrasonique se calcule le débit.
Ainsi, Aqualyse propose son Visa 460, « qui comporte un système de compensation de température externalisé, ce qui lui permet de restituer des mesures de grande précision », indique Daniel Engel chez Aqualyse. De son côté, ISMA propose sa gamme DLK 102 qui peut recevoir 4 capteurs ultrasons. Ils sont architecturés autour d’un micro-contrôleur performant permettant une grande vitesse de traitement ainsi qu'une utilisation conviviale. Les informations provenant des capteurs sont immédiatement numérisées, permettant ainsi de conserver une précision maximale. Le débit est calculé à partir du signal analogique d'un capteur de hauteur, mais ces débitmètres permettent également l’acquisition de signaux transmis par d'autres instruments (niveau, pH-mètre, pluviomètre...) fournissant des données analogiques ou numériques.
Endress+Hauser commercialise sa gamme Prosonic S, un capteur à ultrasons pour la mesure de niveau associé à un enregistreur intelligent transmettant les données à un
Plages en ville,
Baignades en Marne
Par Thomas Deschamps
ISBN 2-900086-93-0 Format 23 x 30 cm 170 pages, nombreuses illustrations. Prix : 52 € TTC
Autrefois la Marne était différente ; il y avait une vie sur ses berges : baigneurs, canotiers, fêtes nautiques... autant d’activités que la modernité et la pollution ont renvoyé vers d’autres rivages, notamment les bords de mer. Pourtant, jusque dans les années 1960, la Marne était un lieu de villégiature, elle était même considérée comme une destination exotique à la fin du XIXe siècle, quand le chemin de fer amenait les Parisiens, de toutes origines confondues, sur ces rives. Elle était la destination de choix d’un dimanche d’été, quand les moyens de transports ne permettaient pas aussi facilement qu’aujourd’hui de découvrir le monde. L’auteur a voulu montrer qu’exotisme et dépaysement ne signifient pas forcément long voyage aux antipodes, mais parfois il suffit de fouiller des lieux proches, qu’on croyait bien connaître, pour avoir la sensation d’un lointain voyage. C’est justement un voyage que propose l’auteur à travers ce livre, un voyage dans le temps, à la recherche d’un passé oublié, mais aussi un voyage le long de la Marne, qui nous fera redécouvrir un certain nombre de ces lieux autrefois très fréquentés, aujourd’hui disparus ou détruits, les baignades en Marne et les efforts
Editions Johanet :
60, rue du Dessous des Berges - 75013 Paris Tél. 01.44.84.78.78 Fax : 01.42.40.26.46 Internet : www.revue-ein.com E-mail : info@editions-johanet.com
Bamo dispose pour sa part du capteur à ultrason Echotrek, relié à un calculateur de débit (Bamophox) dont les mesures peuvent être converties en signal 4-20 ou enregistrées sur un système de datalogger intérieur à l’appareil. Hydreka apporte une nouvelle solution qui optimise la mesure en fonction du besoin : son capteur de niveau à ultrasons Sonic-Sens, d’une autonomie de 5 ans en effectuant une mesure toutes les 5 minutes, peut maintenant être associé à son datalogger SMS/GPRS Octopus LX-S (autonomie de 5 ans pour communication quotidienne). Cette association permet d’asservir la fréquence de mesure en fonction de la présence et/ou hauteur d’eau mesurée. En effet, la mesure peut être déclenchée lors de présence d’eau (avec détecteur de surverse raccordé à l’entrée état de l’Octopus LX-S) et sa fréquence modifiée en fixant un seuil de hauteur ou de débit, les tables de conversion hauteur/débit étant intégrées à l’appareil. Bien entendu, des alarmes de fonctionnement et sur seuil des grandeurs mesurées peuvent être émises selon les stratégies de fonctionnement choisies. « Cet appareil est idéal dans le cadre de surveillance des déversoirs d’orage avec mesure de débit, situation où l’énergie est rarement disponible » souligne Pierre Bossy, Hydreka.
Dans les cas où une plus grande précision de mesure du débit est nécessaire, Hydreka propose Mainstream IV (portable ou fixe), son débitmètre hauteur/vitesse à effet Doppler. Il permet une mesure en temps réel de la vitesse de déplacement des particules dans le fluide pour calculer la vitesse moyenne de l’écoulement dans la section à écoulement libre, la surface mouillée étant calculée via la mesure de hauteur (capteur piézo ou à ultrason) et en programmant le profil du canal dans l’unité centrale. Cet outil est bien adapté à la mesure de débit en réseaux d’assainissement.
Enfin, Nivus, spécialisé dans les débitmètres hauteur/vitesse, se positionne sur une technologie inédite par ultrasons à corrélation de temps, qui offre l’avantage d’intégrer en continu la courbe de profil dans la canalisation. Son nouvel OCM Pro CF repose sur le principe d’échos par ultrasons. Avec cet appareil, la hauteur d’écoulement (niveau) dans le milieu est mesurée, soit du radier vers le haut, soit à partir du haut par ultrasons aériens. Dans les deux cas, la surface de l’eau est repérée, et le temps de parcours du son entre capteurs et surface mesuré. Ce principe de mesure se caractérise par sa précision, et sa stabilité dans le temps. Mousses ou autres particules flottantes n’influencent nullement le résultat de mesure.
Autre technique possible de mesure de niveau : le bulle à bulle. Elle est employée dans 20 % des cas. Endress+Hauser et son bulle à bulle HMB, Bamo avec son Bamo-bul, Hydrologic avec son capteur bulle à bulle à mémoire LPN8 ou avec son nouveau capteur Hydro 1000, et ISMA avec le DLK 102 proposent cette technologie. Elle est basée sur la mesure de pression nécessaire pour entretenir un débit d’air bulle à bulle à travers un tube débouchant directement sur un effluent.
Un débit assurant une à deux bulles par seconde sous une hauteur d’eau de 1 m suffit pour enregistrer sans décrochement les fluctuations de niveau. La mesure bulle à bulle est reconnue pour son extrême fiabilité, stable même en présence de turbulences, de mousse en surface ou de vent. Elle est le plus souvent utilisée sur site industriel pour mesurer des niveaux de liquides agressifs, comme les liquides soufrés. Avantage : la maintenance d’un dispositif bulle à bulle est relativement simple à gérer, alors que la technologie ultrasonique en cas de mesures erronées liées notamment à la présence d’échos parasites est souvent difficile à assurer.
2G Métrologie propose son Limn’air, un capteur bulle à bulle – fixe ou portable – associant mesure de niveau et débit. Il peut fonctionner avec un système solaire. Sa consommation est basse grâce à deux circuits indépendants de mesure et de pression. Contrairement aux capteurs ultrasons, le Limn’air est totalement insensible aux variations de température entre le capteur et la surface du rejet.
Enfin, pour mesurer le débit sans ouvrage, situation à envisager quand la largeur des effluents est importante, d’autres instruments peuvent être utilisés, comme le Flodar proposé par Cometec. L’instrument est constitué de deux transducteurs, une source radar pour la mesure de vitesse en surface et un limnimètre à ultrasons pulsés pour la mesure de niveau. Le faisceau de l’onde émise est réfléchi sur celle-ci, générant un signal de fréquence différente. La différence de fréquence entre l’onde transmise et l’onde reçue est proportionnelle à la vitesse de l’effluent. Pour certaines applications, la mesure de débit est connectée à une supervision, enregistrée ou envoyée via modem.
Débitmétrie sans ouvrage
Le Flodar est constitué de deux transducteurs, une source radar pour la mesure de la vitesse de surface et un limnimètre.
Très à ultrasons pulsés pour la mesure de niveau. Le faisceau de l'onde radar émise est réfléchi sur celle-ci, générant un signal de fréquence différente. La différence de fréquence entre l’onde émise et l’onde reçue est proportionnelle à la vitesse de l’écoulement.
Autre possibilité, pour les mesures de débit sur les écoulements de surface libre, un débitmètre à ultrasons par temps de transit peut également être utilisé. C’est un système métrologique associant une mesure de niveau (piézomètre, radar, ou bulle à bulle) et un convertisseur. Le principe de cette technologie est simple : le trajet acoustique entre l’émission et la réception sur 2 cordes dépend de la distance entre celles-ci et de la vitesse de propagation du son dans le milieu. Le trajet sera plus court dans le sens du courant que dans le sens inverse. Cette différence de temps liée à la hauteur d’eau et au profil de l’ouvrage permet la mesure fiable, précise et répétable du débit. La mesure par temps de transit est plus couramment nommée mesure par corde de vitesse. Ces cordes peuvent être fixées à plusieurs hauteurs afin de déterminer plusieurs vitesses moyennes.
Ultraflux vient de développer une nouvelle gamme de débitmètres ultrasoniques (UF831 CO) qui peuvent recevoir jusqu’à 8 cordes de vitesse sur deux canaux simultanément avec une capacité de mémorisation interne de 270000 données. Cet appareil permet également l'acquisition de 4 mesures de niveau et possède un mode dégradé permettant à l'appareil de fonctionner sur une corde virtuelle (de type Doppler) en cas de dénoyage des sondes à ultrasons. Nivus propose depuis quelque temps déjà le Nivuchanel, débitmètre à cordes (8 cordes maxi) pour les rivières et canaux, mais propose également depuis cette année le nouveau capteur « Vektor Profiler » : ce nouveau capteur reprend la technologie « corrélation croisée » (voir plus haut) mais avec 2 faisceaux ultrasoniques : 1 tir vers l'amont et 1 tir vers l'aval. La portée de ce capteur permet d’explorer les profils de vitesse jusqu’à 4 m avec une très grande précision.
De son côté, Aqualyse propose les capteurs à effet Doppler. Installé sur une seule rive, le capteur mesure simultanément la hauteur et 10 vitesses dans la largeur du canal ou du cours d’eau (jusqu’à 120 mètres). Aqualyse vient également de lancer un tout nouveau produit : Argonaut IQ. Courantomètre acoustique Doppler, l’Argonaut IQ a la possibilité d’exploiter la mesure dans des configurations jusqu’alors impossibles, à partir de 8 cm d'eau. Avec 4 faisceaux, l’IQ assure une couverture complète du champ des vitesses, tant verticales qu’horizontales.
Le cinquième faisceau travaille en tandem avec un capteur de pression pour une détermination précise du niveau d’eau, quelles que soient les conditions. Aucun étalonnage n’est nécessaire, il n’y a pas de vitesse minimum mesurable, la mesure de vitesse est exempte de dérive. Des modèles “dernier cri”, parfaitement adaptés aux petits cours d’eau.
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