Autosurveillance : l'importance de la mesure de débit

La prévention et la réduction des risques de pollution industrielles nécessitent la quantification, par des mesures et des analyses, des émissions polluantes. Pour les installations classées, les informations ainsi recueillies permettent de contrôler le respect des valeurs limites imposées par l’arrêté préfectoral d’autorisation d’exploiter. C’est l’autosurveillance. Cette pratique est vivement encouragée par l’arrêté du 1er mars 1993 qui incite les industriels à la mettre en œuvre.

Réalisées par l’industriel exploitant, ces mesures, réalisées sur l’émissaire en sortie d’usine, sont là pour prouver le bon fonctionnement des procédés de fabrication et d’épuration (lorsque ce dernier existe). Cette pratique nécessite la mise en place d’une instrumentation et de procédures spécialisées, qui, pour être reconnues, doivent être réalisées selon les méthodes référencées en vigueur.

Parmi les mesures à faire, certaines doivent être réalisées au laboratoire à partir d’échantillons prélevés au minimum toutes les 24 heures. Leur échantillonnage est asservi au débit lorsque certaines valeurs de débit ou de flux sont dépassées. Ces mesures peuvent être complétées par des analyses en ligne.

Dans tous les cas, le débit est un facteur essentiel pour apprécier l’incidence d’un rejet sur le milieu naturel. Sa mesure permet de calculer les flux polluants à partir des données de concentration fournies par les analyseurs (en ligne ou de laboratoire). C’est une des rares mesures (avec la température) qui doit être menée en continu.

L’exploitation des résultats d’autocontrôle sur l’année met en évidence les variations de charges (débit, pollution) qui peuvent être relativement conséquentes au niveau d’une industrie. D’où l’importance de sa mesure.

Le débit, une mesure difficile

Apparemment simple, la mesure de débit est en fait très difficile. Le choix des capteurs à mettre en œuvre dépend de nombreux paramètres, comme le mode d’écoulement (en charge ou non), la nature du fluide, sa température... Avant de choisir son équipement parmi le matériel disponible sur le marché, il faut donc se poser un certain nombre de questions.

• - Quelle est la nature de l’application ? Doit-on réaliser la mesure sur des eaux libres, en canal ou en rivière, ou sur un conduit en charge ?
• - À quel fluide a-t-on affaire ? Est-on en présence de différentes phases ? Contient-il des charges en suspension (fibres, grosses particules) ? Le liquide est-il propre, chargé de particules, ou fortement chargé (sous forme de boues) ?
• - L’écoulement est-il gravitaire ou sous pression ? À quelle température l’effluent est-il rejeté ?
• - Quels sont les paramètres physiques et chimiques caractérisant le fluide ? L’écoulement ? Est-on en présence d’acide, de base, de substances corrosives ? De solvants ?
• - Quelles sont les performances requises (dynamique de mesure, pres-

- Doit-on réaliser la mesure sur une conduite fermée, ou sur un canal ouvert ?

La réponse à toutes ces questions est essentielle pour une bonne définition de l'instrument de mesure. Elles permettent de choisir le meilleur équipement pour résoudre les cas rencontrés en débitmétrie que sont :

- la mesure de débit en conduite fermée.- la mesure de débit en canal ouvert.

En milieu industriel, principalement en agro-alimentaire ou dans les industries à risques de contamination, la plupart des effluents transitent par des conduites fermées, en charge.

Les mesures en conduites fermées en charge

De nombreux débitmètres existent sur le marché pour mesurer sur conduite fermée.

Ils utilisent différents principes : moulinet, tube de Pitot, diaphragme, venturi, électromagnétique, ultrasons… Ils mesurent tous globalement l'écoulement. Cependant, compte tenu de la nature du fluide résiduaire, souvent chargé de particules, de fibres, voire de morceaux de matières en suspension et autres déchets, tous les organes introduisant une restriction dans l'écoulement, ou susceptibles de se colmater sont vivement déconseillés.

Seules deux technologies de mesure demeurent en lice et peuvent être retenues pour la mesure du débit sur les eaux résiduaires en conduite fermée. Elles ne possèdent aucune restriction au niveau des écoulements. Ce sont les débitmètres à ultrasons et ceux utilisant le principe électromagnétique.

Les Ultrasons : effet Doppler ou temps de transit

Les débitmètres à ultrasons utilisent fondamentalement deux principes : l’effet Doppler et la mesure du temps de transit, c’est-à-dire de la durée du parcours du son au travers du fluide.

Par effet Doppler, le débitmètre mesure la variation de la fréquence de l’onde ultrasonore réfléchie par les particules en mouvement dans le fluide. Il compare ensuite cette valeur à la fréquence de l’onde émettrice. Pour être correctement menée, cette mesure nécessite la présence de particules solides ou de bulles gazeuses en suspension dans le liquide. De plus, il faut que leur dimension soit suffisante pour permettre cette réflexion.

L'autocontrôle :de la contrainteà l'avantage économique

L'autocontrôle des effluents industriels, obligation découlant de l'évolution de la réglementation relative aux industries classées pour la protection de l'environnement (ICPE) a d'abord été perçue comme une contrainte coûteuse, voire même une obligation stérile et un droit de regard arbitraire des organismes de contrôle de l'eau sur le fonctionnement interne des entreprises. Il est vrai que jusqu'en 1993, avant l'action pilote de l'Agence de l'Eau Loire-Bretagne, l'autocontrôle avait été mal « vendu » aux industriels et avait mauvaise presse.

Mais le déficit d'information et de pédagogie a rapidement été compensé par le retour d'expérience des premières entreprises qui ont appliqué la réglementation. Installer un débitmètre sur le collecteur des rejets de l'usine et dépouiller les enregistrements de débit avant de les envoyer à l’organisme de contrôle a vite fait apparaître des gaspillages d'eau coûteux mais réductibles. Le contrôle associé du flux de pollution a souvent aussi fait apparaître des pertes de produits nobles qu'il était économique de récupérer plutôt que d’être taxé pour une charge polluante, coûteuse à réduire.

L'attention ainsi portée sur le volume et la composition des effluents a amené les entreprises à rechercher les économies d’eau au niveau des différentes étapes des process de production ; à séparer les effluents chargés de produits récupérables des eaux banales (de lavage, rinçage, ou simplement pluviales) et a généré des économies permettant d'amortir très rapidement l'investissement métrologique.

Il n’en demeure pas moins qu'une contrainte demeure et reste irréductible : c'est d'une part de faire le choix d'un matériel bien adapté au besoin – le rapport qualité/prix est ici essentiel et le moindre coût n'est pas le meilleur critère de choix – d’autre part, d’assurer une maintenance rigoureuse de l'appareillage. En effet, la mesure du débit, autant que celle des paramètres physico-chimiques de l'effluent, n’est exploitable que dans la mesure où elle est validée par un contrôle périodique de bon fonctionnement et d'étalonnage du dispositif de mesure.

Dans le contexte actuel, la métrologie dans l'entreprise est un élément primordial de la bonne gestion et de l'efficacité d'un système de management environnemental de l'entreprise.

[…] soit suffisante pour réfléchir les ondes acoustiques, ce qui est souvent le cas dans les effluents. Les particules dont la taille est nettement inférieure à la longueur d'onde constituent des traceurs idéaux, explique J.-C. Willemetz de Signal Processing, elles ont l’avantage de ne pas perturber le champ ultrasonore. Elles suivent l’écoulement avec un minimum de glissement.

Cependant, si les particules sont trop nombreuses, les ondes acoustiques sont rapidement diffractées et atténuées. Le faisceau est peu pénétrant et la mesure s'effectue uniquement à proximité du capteur.

« Pour être correctement mise en œuvre, cette méthode de mesure implique de bien comprendre les phénomènes qui génèrent l'effet Doppler », précise encore J.-C. Willemetz. En fait,

compte tenu de sa complexité, de nombreux constructeurs lui préfèrent la mesure du temps de transit. Elle consiste à mesurer le temps nécessaire à l’onde ultrasonore pour faire un parcours aller-retour sur le diamètre de la conduite. Selon la vitesse du fluide, il faut ajouter (ou retrancher) la vitesse de propagation du son dans le fluide au repos.

Cette mesure permet de réaliser une véritable intégration du profil des vitesses le long du trajet acoustique puisque les ultrasons traversent complètement la veine liquide. Puisque l’on maîtrise la longueur du trajet acoustique et le diamètre de la tuyauterie, la précision obtenue est tout à fait correcte. Elle peut atteindre 1 %. Pour obtenir cette précision, il faut toutefois éviter que les bulles d'air et les particules en suspension, présentes dans le fluide, ne dépassent 1, voire 2 % du volume.

Pour effectuer une mesure représentative, quelques conseils d'installations sont à préconiser pour les débitmètres ultrasons. Le fluide doit atteindre le capteur sans turbulences. Pour ceci, la longueur droite en amont doit être suffisante pour éliminer toutes les perturbations. Cette contrainte dépend du capteur lui-même, mais aussi des singularités (vanne, coude, pompe...) présentes en amont.

Le chiffre optimal est fourni par le constructeur du débitmètre. Par exemple, pour un coude à 90°, Danfoss conseille de prévoir 10 diamètres en amont pour son débitmètre Sonoflo 3100/3000. Cette longueur est portée à 40 diamètres en présence d'une vanne.

Autre méthode de débitmétrie sur conduite fermée : l’électromagnétisme.

L’électromagnétique, une méthode quasiment universelle.

Le principe électromagnétique est basé sur la Loi de Faraday. La tuyauterie est placée dans le champ magnétique de telle sorte que la trajectoire du fluide conducteur qui s'y écoule soit perpendiculaire au champ. Selon la loi de Faraday, le mouvement du fluide à travers le champ magnétique induit dans ce fluide une force électromotrice perpendiculaire au champ magnétique et au sens d'écoulement du fluide. Cette force électromotrice est collectée par

Soigner la mise en œuvre des capteurs

Pour être correctement réalisée, l’implantation du capteur de débit doit respecter un certain nombre de contraintes d'installation. Il faut que l'écoulement soit stable. Pour ceci, il faut prévoir une longueur droite en amont et en aval du capteur suffisamment importante pour stabiliser l'écoulement. En général quatre à huit longueurs de diamètre suffisent pour les débitmètres à orifice, cinq diamètres pour les capteurs électromagnétiques, cinq à vingt pour les capteurs ultrasoniques.

Lorsque les longueurs amont et aval ne sont pas suffisamment importantes pour stabiliser naturellement l’écoulement, on peut se servir d'artifices, comme la mise en place d’un tranquilliseur. Cet appareil, dont le seul objectif est de casser les turbulences, permet de limiter la longueur droite en amont, mais il diminue la pression.

L’autocontrôle,pour être un bon outil de gestionet une source d’économie,doit être multiparamètre

Si l’autocontrôle a d’abord été centré sur la mesure des débits effluents, justifiant que l’on porte d’abord attention sur le meilleur choix des équipements en fonction des caractères physiques des écoulements, il est évident qu’il ne faut pas en rester là. Il convient de calculer le flux de pollution et de caractériser la nature et les sources de la pollution, c’est-à-dire économiquement parlant de repérer les postes de production générateurs de sous-produits indésirables et coûteux à séparer de l’ensemble des effluents et de repérer aussi les points de perte de produits nobles récupérables. Il convient donc d’étendre les points de mesure débitmétrique vers les sources d’effluents et de les équiper aussi d’autres instruments de mesure continue. Nous n’en ferons pas le tour ici car cela mérite un, voire plusieurs dossiers comme pour la débitmétrie ; nous ne ferons que présenter quelques exemples concrets et significatifs.

Passons rapidement sur la nécessité d’accompagner un débitmètre d’un préleveur au moins pour l’échantillon moyen journalier qui permet d’évaluer la charge polluante quotidienne, qui n’est encore qu’une approche trop globale des pertes de matière.

Un turbidimètre, par exemple, ne sert pas qu’à mesurer un flux de MES ou une concentration de boue. Dans une laiterie, installé sur l’exutoire des postes de lavage, il permet de détecter toute perte de lait, ou bien de matière grasse en sortie de la beurrerie. Installé en ligne, il permet de contrôler qu’il ne reste plus de caséine dans les sérums. Un pH-mètre judicieusement placé ne sert pas qu’à vérifier la neutralité d’un effluent avant la station d’épuration biologique ou le rejet en rivière, il permet une économie de neutralisant. Mieux encore, il permet de vérifier l’activité d’une solution pour la recycler ou la renvoyer en tête de procédé. Un conductimètre permet de déceler à coup sûr des pertes de saumures et de gérer leur recyclage.

Ainsi, du simple capteur de température à l’analyseur automatique sophistiqué monté en ligne, il existe une grande diversité d’outils de contrôle générateurs d’économie de produits et de procédés et par la même occasion de réduction de la charge polluante, sur laquelle est calculée la taxe à la pollution... CQFD ! Là encore, l’investissement n’est rapidement amorti et rentable que si le choix des paramètres à contrôler, le choix des points de contrôle, la formation de la maintenance, sont judicieusement et progressivement instaurés.

Deux électrodes diamétralement opposées, placées dans la paroi du tube. La densité du flux magnétique et la distance entre les électrodes étant deux constantes, la tension induite est proportionnelle à la vitesse moyenne de l'écoulement du fluide.

À condition que le fluide soit électriquement conducteur, ce principe est peu contraint par la qualité du fluide qui pourra être visqueux, chargé, abrasif ou agressif. Ces caractéristiques rendent cette méthode de mesure quasiment universelle.

Au niveau de l'implantation quelques règles sont toutefois à respecter pour obtenir une mesure correcte. Il faut savoir que ce principe est sensible aux perturbations électromagnétiques.

C’est-à-dire que les parasites, les transformateurs, les moteurs, les lignes électriques peuvent interférer sur la mesure. Pour éviter tout problème, le blindage des câbles de liaison est indispensable, ainsi que la mise à la terre.

Comme les autres débitmètres, les capteurs électromagnétiques sont perturbés par les turbulences de l’écoulement. Pour éviter ces troubles, le diamètre nominal (DN) du capteur doit être identique au diamètre interne de la conduite.

En fait, la norme NF X 10-120 fournit quelques conseils de pose à l'exploitant.

Il faut veiller à ce que le corps du débitmètre soit toujours rempli de fluide et éviter qu’aucune électrode ne se trouve dans la partie supérieure du conduit pour ne pas être gênée par d'éventuelles bulles de gaz.

Pour éviter les perturbations d’écoulement qui faussent la mesure, tout obstacle susceptible de perturber l’écoulement en amont du capteur doit être placé à une distance d’au moins 5 diamètres de tuyauterie du plan des électrodes.

Un montage vertical est conseillé dans le cas d’utilisation sur des fluides chargés de particules abrasives.

En respectant ces conseils, la précision peut atteindre ±1 % lorsque la vitesse est supérieure à 1 m/s, affirme-t-on chez Endress + Hauser.

Cet appareil doit toujours être en charge pour réaliser la mesure. Toujours, ou presque, car depuis l’arrivée du Parti-Mag de Bailey Fischer & Porter voici maintenant 4 ans, la technologie électromagnétique peut être adaptée à la mesure de débit, sur une tuyauterie partiellement pleine et de grand diamètre.

Les conduites partiellement pleines

Ce sont les changements de direction du champ magnétique qui permettent au Parti-Mag de déterminer le niveau de fluide dans la tuyauterie. À partir de 10 % de remplissage, son système multi-excitation et ses jeux d’électrodes, combinés à un algorithme de correction, donnent la mesure de débit sur le mode de l'induction magnétique.

Plus récemment, ABB Instrumentation a développé un débitmètre électromagnétique capable de mesurer le débit de boue et les pulpes, avec une précision inhérente aux débitmètres électromagnétiques classiques à champ pulsé. L'appareil, disponible en plusieurs diamètres de DN 15 à DN 2200 mm, fonctionne dans une gamme de débits de 7 mm/s à plus de 10 m/s.

Les ultrasons aussi ont cherché à s'adapter à la mesure de débit des conduites partiellement pleines. Depuis quelques mois, Milltronics commercialise OCM, une méthode de mesure ultrasonore développée par l’allemand Nivus Kontrolgeräte GmbH, qui utilise l’effet Doppler.

Un capteur à ultrason est placé au-dessus du liquide dont on veut mesurer la vitesse. Il émet des impulsions qui sont renvoyées par la surface du liquide vers ce même capteur. Le temps entre l'émission et la réception du signal est enregistré de façon très précise. Puisque la vitesse du son est connue, cette durée peut être transposée en distance. Le niveau de remplissage du conduit est mesuré à partir d'un capteur fixé à la base de la canalisation. À partir de ces données (vitesse, hauteur d'eau), le débit peut être calculé. « Cette mesure est indépendante de la forme de la canalisation, » précise-t-on chez Milltronics, « de plus elle n’est pas influencée par les films d'huile ou de graisse, ni par les micro-organismes. »

Carrefour sur les méthodes de mesure de débit en eau

En fait, plusieurs méthodes de mesure indirecte sont à la disposition des exploitants. Parmi celles-ci, deux méthodes dominent : la limnimétrie, qui relie le débit à la hauteur (Q = f(H)) et la vélocimétrie, qui associe le débit à la vitesse (Q = f(v)).

Calculer le débit à partir de la hauteur d'eau...

La limnimétrie consiste à mesurer une hauteur entre un plan d'eau et un repère fixe, de façon continue ou discontinue. Cette mesure est réalisée à l'aide d'un limnimètre.

Une des solutions les plus simples consiste à utiliser un flotteur. Celui-ci suit les variations du niveau d'eau et son déplacement est transmis à un dispositif enregistreur par l'intermédiaire d'un câble ; l'utilisation en réseau d'assainissement est rare.

D'autres méthodes mesurent la hauteur de l'écoulement à l'aide d'une mesure de pression ou en utilisant les ultrasons. Mais ce n'est pas facile et il faut faire quelques calculs.

La mesure de pression permet d'accéder simplement à la hauteur de la lame d'eau, même sur des sites exposés au vent ou comportant des mousses, des graisses, …

Les problèmes métrologiques rencontrés dans la mesure des débits sur conduite partiellement pleine se rapprochent de ceux des canaux ouverts. Il est difficile de connaître précisément le niveau de remplissage du canal sans la mise en place d'une instrumentation spécifique.

Canal ouvert : une instrumentation spécifique

La mesure du débit des écoulements à surface libre est une démarche délicate, même si l'arrivée de matériels performants permet d'accéder à une mesure précise. Pourquoi ? « Le débit d'un effluent dans un collecteur ou un cours d'eau à écoulement libre est une grandeur physique qui ne peut se mesurer directement », expliquent les auteurs du guide de choix des débitmètres pour écoulements libres publié par l'Exera (Association des Exploitants d'Équipements de Mesure, de Régulation et d'Automatisme). Dans ce contexte, la mesure du débit implique le choix d'une méthodologie associant la détermination de deux ou plusieurs paramètres mesurables plus ou moins directement au débit. Par exemple : la pente et la section du chenal, la hauteur et/ou la vitesse d'écoulement, la dilution de traceur chimique…

« Compte tenu de la diversité des sites et des conditions de travail, une technologie ne peut s'imposer a priori », tel est l'avis de Martec qui propose Optiflo 950, un débitmètre multitechnique. Cet appareil, destiné aux mesures ponctuelles, réunit trois techniques de mesure de débit :

• – Le bulle à bulle pour les débits faibles et intermittents, ou lorsque la mesure est réalisée en présence de graisses, d'huile, de mousses flottantes, de vapeurs de vase de surface ou de vents forts.
• – La sonde à ultrasons, sans contact, pour les applications comportant de la sédimentation, des suspensions solides ou des graisses.
• – La sonde hydrostatique immergée pour la mesure en présence de graisses, d'huile, de vapeurs de vase ou de turbulence.

Plusieurs équations sont mémorisées par l'appareil afin d'opérer sur des ouvrages ou des canaux particuliers (égouts, rivières par exemple).

turbulences ou des émanations de vapeur. Pour ceci, plusieurs solutions sont disponibles.

Roucaire, entre autres, propose l'utilisation d'une sonde piézo immergée au fond du canal. Elle mesure la hauteur d’eau, un système d'évent mesure la pression atmosphérique et assure la compensation en cas de changement. À noter que la sonde reste parfaitement opérationnelle même sous une couverture de boue ou de sable ce qui peut être cause d'erreur appréciable.

Une autre solution peut être envisagée : le bulle à bulle. Elle consiste à insuffler un débit constant de gaz (ou d'air) dans un conduit de faible dimension dont l'extrémité libre débouche en un point précisément repéré sous la surface libre du liquide dont on veut connaître la hauteur et ses fluctuations. Le gaz sort librement, bulle à bulle. La pression est équilibrée par la hauteur de la colonne d'eau, à la verticale du tube. Toute variation de cette pression entraîne une variation proportionnelle de la pression de bullage. Cette sonde est insensible à la foudre, aux débris flottants et aux substances corrosives dissoutes. Par contre, elle est sujette au gel et au colmatage. Pour éviter cet inconvénient, Hydrologic commercialise un capteur avec purge automatique. Ce capteur est dit « intelligent », ce qui implique :

• une facilité de mise en service à l'aide du clavier et de l'afficheur,
• une crédibilité des mesures grâce à l'autodiagnostic,
• une possibilité d'ajouter des mesures complémentaires telles que pH, température, etc.

Les ultrasons sont eux aussi couramment utilisés pour mesurer cette hauteur d'eau. Ils travaillent par voie aérienne, par réflexion sur la surface liquide, comme l'OCM III proposé par Milltronics. Cet appareil offre une précision de 0,2 mm sur la hauteur de lame mesurée. Comme le système Optima, d’Aqualyse, il se monte sur les ouvrages connus du marché (déversoirs, venturi normalisés, seuils à profil triangulaire, déversoirs à seuils épais...).

Des capteurs immergés peuvent également être mis en œuvre. Ces sondes mesurent alors la hauteur d'eau entre le fond de l'écoulement et la surface. Dans ce cas, la mise en œuvre du capteur doit être réalisée avec soin. La sonde doit rester rigoureusement verticale. Elle ne doit pas être perturbée par les dépôts de matières en suspension. On comprend pourquoi cette approche est plutôt réservée aux liquides peu chargés.

Une autre solution consiste à mesurer la vitesse pour accéder au débit. C'est la vélocimétrie.

... ou de la vitesse

La mesure du débit, à l'aide de la mesure de la vitesse moyenne de l'effluent peut avoir recours à plusieurs méthodologies de mesure. Les plus couramment utilisées sur les effluents mettent en œuvre les ultrasons.

Comme pour les conduites fermées, les ultrasons mettent, ici aussi, en œuvre deux méthodes de mesure : le temps de transit et l'effet Doppler.

L'effet Doppler réalise le calcul de la vitesse moyenne dans toute la section mouillée. L'application du Doppler en mesure de hauteur par capteur U.S. aérien au-dessus d'un canal est largement entachée d'erreur par les mousses et corps flottants dont la vitesse apparente peut être très différente de la vitesse moyenne de flux à contrôler, explique-t-on chez Ultraflux, d'où une précision de mesure limitée à 10 %.

La mesure du temps de transit se révèle plus intéressante. Elle permet de réaliser l’intégration du profil des vitesses tout au long du trajet acoustique. « En positionnant judicieusement les capteurs dans le lit du canal, il est possible de mesurer de 1 à 4 profils de vitesse dans des plans horizontaux différents, en trajets directs ou croisés », explique François Multon, directeur technique d’Ultraflux. Cependant, cette mesure n'est possible que si la hauteur d'eau est définie. Il faut donc associer les sondes ultrasoniques à un capteur limnimétrique pour pouvoir définir la section mouillée.

C'est le principe retenu par Ultraflux dans l'appareil UF 2100 CO, un débitmètre conçu pour les mesures sur canal ouvert. Le débit est calculé par sommation des débits élémentaires de 10 tranches horizontales de surface. Ces tranches de surface peuvent être paramétrées en mode absolu (10 tranches...).

Tableau de l'offre

correspondant au niveau maxi) ou relatif (10 tranches de la surface mouillée.

La vitesse affectée à chaque tranche est soit la vitesse mesurée, soit la vitesse déduite de la vitesse mesurée dans la tranche la plus proche, par l’application d’un coefficient de pondération.

L’UF 2100 CO permet de mesurer la vitesse avec une précision de ± 1 % et une résolution de 5 mm/s, le niveau quant à lui est connu à 5 mm et le débit calculé à ± 5 %.

Pour atteindre ces performances, l’emplacement des points de mesure doit être déterminé avec soin. Il faut en particulier éviter en amont la présence d’obstacles créant des perturbations hydrauliques ou des chutes d’eau risquant d’introduire de l’air au sein du liquide. Pour faciliter l’écoulement des liquides et améliorer la mesure du débit sur canal ouvert, des canaux normalisés ont été développés.

Se servir de canaux normalisés

Michèle Jobert est spécialiste de l’autosurveillance à l’Agence de l’eau Loire-Bretagne. Elle explique : « Il n’y a pas de mesure précise du débit, sans la mise en place de canaux normalisés ».

Pour accéder au débit, la plupart des méthodes décrites précédemment doivent être mises en œuvre sur un écoulement laminaire, donc sans turbulence. De plus, le calcul qu’elles imposent pour accéder au débit nécessite de connaître très précisément le profil de la section de mesure. D’où l’utilisation de systèmes déprimogènes normalisés tels que les déversoirs, les canaux jaugeurs (venturi)…

Un grand nombre de canaux jaugeurs ont été mis au point pour faciliter cette mesure. La norme internationale ISO 4359 - 1983 décrit « ceux qui jouissent d’une reconnaissance unanime, s’appuyant sur des travaux de recherche adéquats et des essais in situ et qui n’ont par conséquent pas besoin d’être étalonnés sur place ». La norme ISO retient trois canaux jaugeurs dont le col est rectangulaire, trapézoïdal ou en U.

Le type de canal retenu dépend de plusieurs facteurs dont la gamme de débit à mesurer, la précision requise, la pente hydraulique et la charge plus ou moins importante de sédiments dans l’écoulement. Le col rectangulaire est le plus simple à réaliser. Mais, en cas de mesure sur une plage importante de débit, avec une précision constante, c’est le col trapézoïdal qui doit être adopté, alors que le col en U est réservé aux chenaux à fond arrondi, ou pour la mesure de débit en conduite circulaire, comme les égouts.

L’installation complète de mesurage comprend un chenal d’approche, un canal jaugeur et un chenal aval. Les conditions de chacun de ces trois éléments affectent la précision totale du mesurage. L’état de surface du canal jaugeur, la forme de la section transversale et la rugosité du chenal, l’influence des appareils de contrôle en amont et en aval du dispositif de jaugeage sont pris en compte pour calculer le débit.

Les cols peuvent se mettre en œuvre de façon progressive, ce sont les venturis, ou découpés dans des parois minces (seuils jaugeurs).

Dernier cas, le bassin de tranquillisation en amont décante les matériaux en suspension et requiert des nettoyages fréquents et parfois peu aisés. De plus, la qualité de l’arête déversante du profil, vulnérable à la corrosion (ou à l’encrassement), est très importante pour la précision. D’où le peu d’intérêt apporté aux parois minces par les constructeurs de canaux préfabriqués qui lui préfèrent le venturi.

Les canaux venturi, proposés par Bamo, sont conçus conformément à la norme ISO 4359. Ils induisent une modification de la hauteur d’eau dans un bassin situé en amont. « Nous préférons le venturi au seuil jaugeur, » affirme Gilles Fabre, directeur technique de l’entreprise, « car il assure une variation de niveau beaucoup plus importante au regard de la hauteur d’eau. » Conçus en polyester chargé de fibre de verre ou en acier revêtu, ces canaux acceptent toutes sortes d’effluents, même les plus corrosifs. « Si les conditions d’installation sont respectées, nous pouvons déduire que la hauteur d’eau mesurée en un point précis en amont de l’étranglement est une image fidèle du débit », explique Gilles Fabre.

Une autre approche peut être entreprise dans certains cas bien particuliers : il s’agit du bilan matière. On le réalise entre autres par des mesures de débits massiques mises en place en différents points de l’usine.

Le débit massique pour surveiller les polluants

L’article 58 de l’arrêté du 1ᵉʳ mars 1993 précise : « Pour certains polluants spécifiques et certains procédés particuliers, vous pourrez accepter le remplacement de certaines mesures par le suivi en continu d’un paramètre représentatif du polluant. Le bilan matière ou le suivi d’un paramètre de fonctionnement de l’installation (température, pression…) peut répondre à cette obligation. »

Si le suivi du bilan matière est reconnu par les textes, il n’en demeure pas moins réservé au cas où il n’existe pas de matériel suffisamment fiable pour assurer un suivi rigoureux des polluants. Ce bilan matière est assuré par un contrôle suivi des entrées et sorties des lignes de production. Les effluents doivent être considérés à juste titre comme un point de sortie.

Pour réaliser ce suivi, on se sert de débitmètres massiques à effet Coriolis. De conception monotube, ces capteurs ne comportent aucun diviseur de débit. Ils acceptent tout type de fluide : huiles, graisses, produits en suspension, produits biphasiques… Comme le débitmètre Tru-Mass, présenté par Bailey Fischer & Porter, qui fonctionne dans une plage de mesure de masse volumique entre 0,5 et 2,5 kg/dm³, avec une précision de ± 0,75 % de la mesure.

Cette approche impose de parfaitement connaître le procédé à contrôler, les réactions en jeu, les pertes de matières… et d’assurer un suivi scrupuleux des entrées et sorties de matières. Pour être fiable, les mesures doivent se multiplier en différents points du procédé. Bien menée, cette action peut avoir un aspect positif, tant sur le coût d’élimination des polluants que sur la qualité du produit fini, puisqu’elle permet de mettre en évidence les points faibles du process.

Marie-Odile Mizier