Débitmètres, comment faire le bon choix ?

L’électromagnétisme en tête

Dans la catégorie des débitmètres électromagnétiques à insertion, Hydreka propose HydrINS 2.1® dédié à la sectorisation des réseaux d’eau potable, la réalisation de diagnostic et suivi des débits, au comptage sur réservoir et station de traitement. De conception robuste, facile à installer sans interruption du réseau d’eau potable et à entretenir à moindre coût, le débitmètre HydrINS 2.1® s’adapte à une large gamme de canalisations allant de 100 à 2000 mm et permet d’améliorer les rendements d’eau potable grâce à sa grande précision de mesure même lors de faibles débits.

Pour les conduits de DN100 jusqu’à DN2500, Cometec commercialise le Torpee-Mag, une sonde à insertion multipoints qui s’installe sur une conduite existante, à partir d’un simple collier de prise en charge, sans avoir besoin d’interrompre le débit. La sonde réalise plusieurs mesures de vitesse du fluide à des points précis et calcule le débit sur une large gamme de mesures, avec une excellente précision et une grande stabilité même à faible vitesse. « L’utilisation de plusieurs électrodes garantit des performances équivalentes à celles de manchettes électromagnétiques (± 0,5%), la sonde Torpee-Mag pouvant même être installée dans des conditions hydrauliques non idéales, souligne Olivier Paillard, directeur commercial. Selon l’application, deux types de sondes sont disponibles : monodirectionnelle pour une mesure standard ou bidirectionnelle pour comptabiliser flux et reflux. Le transmetteur fournit l’affichage, la sortie 4-20 mA et un contact de sortie. En option, il peut être équipé d’un port RS485 et est également disponible en version autonome, alimenté par piles avec une capacité supérieure à 2 ans d'autonomie ».

Doté d’une connectivité bidirectionnelle également, l'AquaMaster4 Mobile Comms d'ABB revendique la fourniture des données en quasi temps réel sur site et à distance. L’appareil permet l’automatisation des tâches.

L’ultrason ensuite

« C’est la technologie qui a le plus progressé ces dernières années », reconnaît David Cohen. Auparavant les ultrasons mesuraient des vitesses d’écoulement grâce à l’effet Doppler, mais il faut que l’eau soit chargée et la précision avoisinait les 10 % car la localisation des particules dans l’eau influe sur la mesure : le débit est surévalué si elles sont au centre de la conduite, sous-évalué si les particules sont sur les bords. En mesurant aujourd’hui des temps de transit, la précision a gagné un facteur 10. « Elle est vendue avec une précision pouvant atteindre une précision de 0.5 % à 1 % dans des conditions de vitesses supérieures à 0,3 m/s et de respect du montage » assure Christophe Bonnefoi. Et ce, grâce à la mesure très fine de la vitesse des ultrasons. En effet le rapport entre la vitesse à l’aller et celle de retour est inférieur au millième.

Le FLT 10 CO proposé par FLOWLAB Technologies est un convertisseur de débit qui fonctionne aux ultrasons en monocorde ou en bicorde. La solution offre ainsi une capacité d’enregistrement et de mémorisation des débits avec datation de quelques 20 000 événements. « Cette mesure est réalisée par une ou plusieurs cordes ultrasonores. Dans le même temps, le débitmètre va réaliser une mesure de la hauteur de l’écoulement par l’intermédiaire d’un télémètre ultrasons ou radar. Cette hauteur permet de définir à tout moment la section de passage du fluide car lors du paramétrage l’utilisateur aura configuré dans le convertisseur FLT10 CO les couples hauteur/largeur du canal. La section de passage et la vitesse moyenne de l’écoulement permettent de calculer avec une grande précision le débit, souligne Robert Galluffo, directeur FLOWLAB Technologies. D’une grande précision, l’instrument est pratiquement insensible à la salissure et n’utilise dans son calcul aucun coefficient d’ajustement. Il est doté d’un logger interne d’une capacité de 80 000 évènements, de sorties MODBUS RTU et TCPIP ». Argument de poids souligné par Georges Martins, Key Account Manager chez Panametrics de Baker Hughes, la rangeabilité : « qu’aucune autre technologie ne permet de mesurer sur des échelles aussi larges, d’autant que la précision donnée par un débitmètre à ultrasons porte sur la valeur affichée et non pas sur l’étendue de mesure. En clair, alors que pour un débitmètre électromagnétique, l’utilisateur doit choisir une manchette avec un diamètre spécifique, identifier une échelle spécifique et une précision liée à cette échelle, le débitmètre à ultrasons s’adapte à tout types de diamètre, mesure le débit sans problème d’échelle, n’apporte aucune perte de charge dans la conduite (en version non-intrusive), ce qui lui permet d’offrir une précision entre 0.5 % et 2 % (en fonction des longueurs droites disponibles notamment) de la mesure affichée ». Pour le domaine de l’eau, Panametrics propose deux modèles en version portable et poste fixe de dernière génération : le TransPort PT900. En capitalisant sur les performances du PT878, les améliorations les plus importantes du système reposent sur une fixation redessinée et une interface utilisateur simplifiée sur tablette Android. « Avec un vaste choix de transducteurs adaptés à la plupart des applications, le PT900 constitue la réponse la plus aboutie à ce jour aux demandes des utilisateurs en appareils de mesure de débit » assure Georges Marins.

Pas de travaux internes

Reste que les ultrasons sont sensibles à toute impureté qui surnage dans l’eau et fausse donc la mesure. Si la précision n’est pas importante, la technologie de remplacement la plus simple est le “bulle à bulle” comme le Bul’R de Cometec ou le capteur bulle à bulle du DLK102 d’Isma. « Quand nous sommes confrontés à des effluents industriels qui produisent de la mousse comme dans l’agroalimentaire, nous proposons un capteur bulle à bulle en lieu et place du capteur à ultrasons », déclare Christophe Lichtle, gérant d’Isma.

Coriolis ou Vortex ?

Le principe de mesure est basé sur l’observation d’un détachement de tourbillons après un obstacle placé dans un écoulement, par exemple un pilier de pont.

En plus d’être adaptés aux hautes pressions, ils permettent aussi de mesurer des débits de fluides à haute température. Endress+Hauser propose ainsi son Proline Prowirl, Yokogawa, leader mondial sur les application gaz par débitmètre vortex, sa série Yewlo, tandis que Krohne a sorti en juillet 2020 son Optiswirl 5080 dont le fluide peut atteindre 430 °C. « On les conseille sur les applications vapeur, les pertes liées à l'élément de mesure sont minimes », reconnaît Matthieu Bauer, responsable de la division Eau chez Endress+Hauser.

Dans les bassins de décantation des stations d’épuration, la quantité de boues varie fortement dans le temps. Les débitmètres à ultrasons ou électromagnétiques sont alors remplacés par des débitmètres Coriolis qui mesurent la déformation des conduites sous le passage du fluide. « Quand on ne connaît pas la densité ou qu’elle évolue fortement dans le temps, c’est la meilleure solution technique, même si elle reste chère pour ce type d’application », déclare Matthieu Bauer. « La boue est spéciale, car dans une centrifugeuse, la siccité peut atteindre 30 % en fonction de sa provenance. Le Coriolis est la solution à privilégier pour mesurer correctement le débit ainsi que la concentration précise », renchérit Damien Jacquier, responsable des divisions Eau/Environnement/Energie chez Krohne. « C’est le plus cher, environ le triple d’un débitmètre électromagnétisme, mais aussi le plus précis avec 0,1 % d’erreur contre 0,2 % pour l’électromagnétique au-delà d’un débit de 0,3 m/s », ajoute David Cohen. Ils sont également largement développés par CT Platon, Emerson Process Management ou encore par Bürkert Fluid Control Systems.

Une géométrie des conduites adaptée

Un autre critère est la géométrie des conduites. Qu’ils soient électromagnétiques, à ultrasons ou autres Coriolis, tous les débitmètres auront besoin d’être installés dans des conduites droites à une certaine distance d’un coude en amont et en aval du débitmètre. Sinon, la mesure est faussée par les turbulences issues de ces variations de forme.

Chez Techfluid les Flomid et Flomat et chez Flexim les Fluxus, sont dotés d’un autodiagnostic et d’une surveillance en permanence du capteur et des circuits électroniques du convertisseur qui servent aussi bien au diagnostic, au contrôle de production qu’à la maintenance, sur les canalisations de tous diamètres jusqu’à 6 m. Dotés de transducteurs clamp-on, ils permettent en outre de faire des mesures non intrusives qui ne nécessitent pas l’arrêt du process ou sur la conduite.

« Il existe également des solutions de mesure de débit tous fluides précises (± 0,5 % de la valeur lue), répétables (± 0,1 %) avec une dynamique de mesure de 1 à 20 dont une qui n’est pas très connue et que nous avons dans la gamme : le V-cône, avance Antonio d'Artagnan, directeur général du groupe Instruments & Controls, spécialisée dans les secteurs oil & gaz, chimie et industrie notamment. C’est un organe déprimogène qui grâce profil de cône en V centré dans son tube de mesure fonctionne sur le principe de la pression différentielle. Il autorise des longueurs droite amont-aval excessivement limitées (de l’ordre de 3 diamètres en amont et 1 diamètre en aval) et est donc parfait pour des conditions de mesure difficiles. L’instrument se monte classiquement en ligne comme un débitmètre électromagnétique. Il est même possible, mais c’est beaucoup plus rare, de le mettre en insertion afin de s’affranchir des gros diamètres de tuyauterie ».

Peu de maintenance

Ces instruments sont la plupart du temps installés en station où ils bénéficient de l’électricité pour fonctionner, mais certains sites isolés en sont dépourvus. C’est pourquoi certains fabricants proposent des débitmètres autonomes. Le débitmètre à ultrasons DLK302 d’Isma est livré avec un panneau solaire. Autre solution, les piles avec le DLK301 d’Isma, le Proline Promag W 800 d’Endress+Hauser, le Mag B d’Arkon, distribué par Engineering Mesures ou le Sitrans F M Mag 8000 de Siemens, qui est raccordé à la télégestion. La durée de vie de ces piles dépend de la périodicité des prises de mesures. « Il faut changer les piles une fois par an, si on prend une mesure chaque minute », assure Christophe Lichtle, gérant d’Isma. Avec une prise de mesure tous les quarts d’heures, l’autonomie peut atteindre jusqu’à 15 ans.

Là ou Panametrics se différencie, outre l’électronique et la fonction diagnostic, « c’est l’interface via l’application gratuite (iOS ou Android) dont dispose l'ensemble de la gamme, clamp-on, intrusifs, ou sous forme de manchettes pour permettre d'intervenir dans des conditions parfois très difficiles », conclut Georges Martins. La gamme Admag TI de Yokogawa offre également un ensemble d’autodiagnostics couplés à un logiciel de communication Hart afin de réaliser des tests (vérifications des caractéristiques des bobines, simulation des sorties, contrôle de l’affichage…) et d’éditer un rapport visant à garantir le niveau de précision sur la mesure.