La mesure du debit
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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 est couramment symbolisé en France par la lettre « Q ». Il correspond au 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 faut bien avoir à l’esprit qu’un débitmètre ne mesure pas directement un débit. Il ne fait que le calculer à partir de mesures telles que la hauteur d’eau, ou bien la vitesse de transit ou encore la pression exercée par la colonne d’eau. La mesure de débit se pratique depuis très longtemps, les fontainiers et bâtisseurs d’aqueducs d’autrefois devant connaître les flux d’eau pour dimensionner leurs ouvrages et les contrôler. On utilisait alors des jauges munies de trous. La mesure ne tenait pas compte de la vitesse de l’écoulement. 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.
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 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).
Des mesures affaires de spécialiste
La réalisation de prélèvements asservis au débit demande donc une parfaite maitrise des conditions susceptibles d’interférer avec les mesures réalisées. AUREA Agro-Sciences a développé un véritable savoir-faire depuis 10 ans sur ces types de prestations. Ces prélèvements relativement techniques sont généralement demandés dans le cadre de dossiers de validation d’auto-surveillance des ouvrages d’épuration, ou bien sur réseau d’assainissement ou bien dans le cadre particulier de recherches de substances dangereuses dans les eaux résiduaires. 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 fortement conseillé d’effectuer une validation périodique des ouvrages de mesure et des débitmètres par un organisme extérieur. AUREA Agro-Sciences réalise cette vérification des mesures de débit, que ce soit sur les stations de traitement ou les réseaux de collecte.
AUREA Agro-Sciences est accrédité par le Cofrac depuis le 1er janvier 2014 sur la réalisation des prélèvements d’eaux et mesures physico chimiques sur site. AUREA est notamment le premier laboratoire accrédité en France pour des prélèvements fractionnés avec asservissement à un débitmètre sur canalisation en charge. N’hésitez pas à nous contacter
