La mesure du debit
La mesure du débit
La mesure de débit est devenue incontournable dans le domaine de l’eau et notamment de l’assainissement des eaux urbaines et industrielles. La mise en place d’un équipement de mesure de débit répond souvent à une demande de la réglementation en vigueur (arrêté préfectoral, auto-surveillance, calcul de la redevance Agence de l’Eau…) mais servira également à une meilleure connaissance du fonctionnement des ouvrages. Sur le terrain, pour des stations d’épuration recevant quelques m3 à plusieurs milliers de m3 d’eaux à traiter par jour, comme pour les réseaux de collecte des eaux usées et les réseaux de distribution d’eau de consommation, cette mesure est effectuée à l’aide de débitmètres.
- Débuts du débit
En hydraulique, le débit (Q) est le volume d’eau qui traverse une section perpendiculaire à l’axe d’un chenal ou d’un tuyau par unité de temps. Il s'agit d'une notion centrale dans une situation d'écoulement de fluide. Quelle que soit la technique mise en œuvre, il est important de noter qu’un débitmètre ne mesure pas directement un débit. Les principales mesures associées sont en fait la hauteur, la vitesse ou la pression.
La mesure de débit se pratique en fait depuis très longtemps ! Les fontainiers et bâtisseurs d’aqueducs devaient connaître les flux d’eau pour dimensionner leurs ouvrages et les contrôler. Ainsi, sous l’ancien régime, on utilisait une jauge en métal munie de petits trous de 27 mm de diamètre. Le diamètre de ces trous correspond au pouce fontainier. Ces plaques étaient installées en avant de la prise d’eau et d’une cuvette, appelée cuvette de jaugeage. Plus tard, un récipient servant à mesurer le débit pouvait également être placé dans la cuvette.
Au XVIIe siècle, le débit se mesure en pouce. On appelait pouce d’eau ou pouce du fontainier la quantité d’eau qui s’écoule par un orifice d’un pouce de diamètre. Le pouce comprenait 144 lignes et correspondait à un volume de 14 pintes fourni en une minute, soit 0,8 m3/h environ (un pouce ≈ 20 m3 /jour). On ne tenait pas compte alors de la vitesse de l’écoulement.
- La mesure de débit aujourd’hui
Avec les débitmètres utilisés aujourd’hui, en fonction de l’appareil utilisé, une formule de calcul prend en compte la mesure associée instantanée (hauteur en mètre par exemple) pour la convertir simultanément en débit (généralement exprimé en m3/h). La mesure de débit dépendra également de l’ouvrage utilisé pour positionner l’appareil. Ainsi, on peut distinguer deux types d’ouvrage :
• La mesure de débit avec écoulement en canal ouvert : Le principe repose sur une relation entre le débit et la cote du plan d’eau créé en amont des organes de mesures tels que des déversoirs à mince paroi, canaux jaugeurs…
Par exemple dans la configuration de la Photo n°1, la mesure de débit est effectuée par une sonde à Ultra-Sons. Cette technique consiste à mesurer une hauteur d’eau. Le débitmètre est ici associé à un canal ouvert équipé d’un seuil jaugeur (organe de mesure). Un canal d’approche en amont du seuil jaugeur permet de tranquilliser l’écoulement des effluents. Chaque organe de mesure est régi par une loi hydraulique normalisée (par exemple NF ISO4359 pour les canaux jaugeurs) ou d’une courbe d’étalonnage hauteur/débit fournie par le constructeur.
Le débitmètre en place est enfin programmé selon la loi hydraulique du canal de mesure utilisé.
• La mesure de débit avec écoulement en conduite fermée : L’appareil est directement intégré ou placé sur une canalisation horizontale ou verticale. Il n’y a pas d’ouvrage de mesure spécifique à installer.
Sur les canalisations qui sont en charge (complétement remplies), l’appareil le plus couramment utilisé est le débitmètre électromagnétique (Photo n°2).
• Son principe de mesure repose selon la loi d’induction magnétique de Faraday. L’effluent canalisé traverse perpendiculairement un champ magnétique.
• La tension induite générée est alors proportionnelle à la vitesse de l’écoulement du fluide. La vitesse est ensuite convertie en une mesure de débit.
- Les conditions de pose d’un débitmètre
Avant d’envisager la mise en place ou le renouvellement d’un appareil, il est important de s’assurer que la technologie du débitmètre est bien adaptée à la configuration du site ainsi qu’à la nature et aux caractéristiques des effluents. L’environnement proche de l’appareil, que ce soit un canal ouvert ou une canalisation en support, doit répondre à des critères bien précis pour que le fonctionnement du débitmètre soit optimal. Ces critères sont mentionnés dans les normes ISO/AFNOR ou dans les documents du constructeur. Si l’on prend l’exemple d’un canal ouvert type jaugeur à ressaut, voici quelques règles d’installation :
Un ouvrage mal dimensionné, ou un capteur en mauvaise position augmenteront l’incertitude sur la valeur finale du débit. Les conditions d’accès et de sécurité doivent être prises en compte dès le début d’un projet pour faciliter l’entretien et le nettoyage des ouvrages ainsi que la maintenance des débitmètres (capteur & boitier de commande).
Ainsi un ouvrage mal dimensionné, ou un capteur en mauvaise position, augmenteront l’incertitude sur la valeur finale du débit. Enfin les conditions d’accès et de sécurité doivent être prises en compte dès le début d’un projet pour faciliter l’entretien et le nettoyage des ouvrages ainsi que la maintenance des débitmètres (capteur & boitier de commande).
- Faire vérifier sa mesure de débit
Les mesures de débit installées à poste fixe dans des stations d’épuration ou réseaux d’assainissement sont susceptibles de dériver et de fournir à terme des valeurs erronées. Il est donc conseillé d’effectuer une validation périodique des ouvrages de mesure et des débitmètres par un organisme extérieur. Le laboratoire LCA propose des prestations adaptées à la vérification des mesures de débit, que ce soit sur les stations de traitement ou les réseaux de collecte. Ces prestations se font en toute indépendance des fournisseurs de débitmètres.
Le LCA est accrédité par le Cofrac depuis le 1er janvier 2014 sur la réalisation des prélèvements d’eaux et mesures physico chimiques sur site. Il est notamment le premier laboratoire accrédité en France pour des prélèvements fractionnés avec asservissement à un débitmètre sur canalisation en charge.
