La mesure du débit d'un canal à ciel ouvert peut être réalisée à partir de la variation du niveau d'une veine fluide créée par un organe déprimogène ; on utilise à cette fin une boucle de mesure de débit composée des éléments suivants :
- — organe déprimogène,
- — élément de mesure des variations du niveau de la veine fluide,
- — transmetteur convertissant la mesure de niveau en un signal tension ou courant,
- — calculateur de fonction qui convertit le signal proportionnel au niveau en un signal proportionnel du débit,
- — organes d’affichage tels qu’indicateur analogique ou digital, intégrateur, enregistreur,
- — éventuellement un organe régulateur (lorsque l'on désire utiliser cette indication de débit pour agir sur telle autre grandeur).
LES ORGANES DÉPRIMOGÈNES
Il existe plusieurs types d’éléments déprimogènes dont le choix dépend de la nature du liquide, de l’importance du débit, de la précision demandée et des facilités d’implantation. Nous présentons ci-après le seuil jaugeur, le canal Venturi et le déversoir.
Le seuil jaugeur
Le seuil jaugeur, à contraction sur le fond, convient parfaitement aux écoulements relativement larges et peu profonds, à très faible perte de niveau.
[Photo : Schéma d'un seuil jaugeur.]
Il est utilisé de préférence :
- — parce qu'il ne provoque qu'une faible surélévation du niveau à l’amont par rapport à un écoulement libre,
- — car il ne crée que peu ou pas de rétention : la mise en vitesse au droit de l’étranglement permet un autonettoyage de la plupart des matériaux,
- — parce qu'il ne nécessite pas d’aération de la lame déversante.
Ses caractéristiques figurent ci-après :
- — canal amont : pente < 0,5 %, longueur C > 5 à 10 l, profondeur B = P + H max ≥ 2,8 P ;
- — à l’aval : pas d’aménagement spécial pourvu que la condition « perte de niveau » soit respectée soit ΔH ≥ 0,4 H ;
- — variation du niveau : H max = 1,4 P ;
- — précision : 1,5 % si C > 10 l et 2,5 % si C = 5 l ;
- — fonction du débit : Q = k × H^1,5.
La gamme de débits mesurables s’étend de 9 à 547 m³/h pour des appareils préfabriqués et de 75 à 7 117 m³/h (par mètre de largeur) pour des appareils maçonnés.
Le canal Venturi
Le canal Venturi est un organe à contraction latérale, qui est utilisable dans les mêmes conditions que le seuil jaugeur.
[Photo : Schéma d'un canal Venturi.]
Il est utilisé de préférence :
- — lorsque la pente du canal est faible ou inexistante par le fait qu’il provoque une faible perte de niveau entre l’amont et l’aval,
— Ses caractéristiques sont les suivantes :
- — canal amont : pente ≤ 0,5 %, longueur C ≥ 5 à 10 l, profondeur B = P + H max ≥ 1,2 H max ;
- — à l'aval : pas d’aménagement spécial pourvu que la condition « perte de niveau » soit respectée soit ΔH ≥ 0,25 H ;
- — variation du niveau : H max = 1,31 ;
- — fonction du débit : Q = k × H^1,5.
La gamme de débits mesurables va de 8 à 1 080 m³/h pour des appareils préfabriqués et de 311 à 14 090 m³/h pour des appareils maçonnés.
Le déversoir
Son principe consiste à mesurer la hauteur de la lame sur un déversoir triangulaire, rectangulaire ou trapézoïdal (figure 3). Le débit est une fonction univoque de la hauteur de lame. Ce type d’organe nécessite une chute de niveau plus importante que les appareils précédents.
Bien que très précis en eau propre, il est à éviter pour les mesures permanentes sans surveillance, en eaux très chargées en raison des possibilités d’accumulation à l'amont.
Fonctions du débit :
- Q = k × H^1,5 (déversoir rectangulaire),
- Q = k × H^2,5 (déversoir triangulaire).
[Photo : Mesure du débit au moyen d’un réservoir triangulaire et d’un capteur de pression.]
LES ÉLÉMENTS DE MESURE
Dans ces trois dispositifs de mesure du débit de canaux à ciel ouvert, la mesure des variations du niveau de la veine fluide peut être réalisée de plusieurs façons, et en particulier au moyen de capteurs de pression hydrostatique ou d’appareils de mesure par ultrasons.
Les capteurs de pression hydrostatatique
Cette mesure peut être réalisée par notre capteur de pression (type 131) qui, placé au point de mesure et immergé dans la lame, transmet un courant proportionnel au déplacement d’une membrane provoqué par les variations de la hauteur de colonne de ladite lame.
D’une très grande précision (0,25 %), il peut être utilisé dans tout liquide et quelle que soit sa viscosité ou la concentration des impuretés. À partir de cet appareil, la boucle de mesure s’établit comme suit (avec les éléments repérés sur la figure 3) :
Figure 3.
- 1 — Élément de mesure : capteur de pression hydrostatique (type 131) pour une échelle de 0-20 cm de CE à 1 m de CE ; ce capteur doit être monté comme un pendule, la tête immergée sous le niveau minimum équivalent au débit minimum. Son réglage est aisé et peut être réalisé en atelier.
- 2 — Préamplificateur (type 127) monté dans le corps du capteur : transforme la variation de pression en variation de courant.
- 3 — Transmetteur de niveau (type 407) : met le signal courant en forme.
- 4 — Calculateur de fonction (type 469) : convertit le signal hauteur en signal débit.
- 5 — Compteur totalisateur du débit.
- 6 — Indicateur digital du débit instantané.
- 7 — Système de prélèvement d’échantillons.
[Photo : Figure 4.]
La mesure par ultrasons
L’appareil mesure les variations du niveau par émission et réception d'un train d’ondes sonores sur la surface du liquide, sans aucun contact avec le produit à mesurer. La boucle de mesure, qui comporte des éléments communs avec la précédente, se définit alors ainsi (figure 4) :
- 1 — Élément de mesure : émetteur à ultrasons (VEGASON) : transforme les variations de niveau en variation de courant.
- 2 — Récepteur indicateur de niveau à ultrasons (type 461 B) : met le signal courant en forme.
- 3 — Calculateur de fonction (type 469) : convertit le signal hauteur en signal débit.
- 4 — Compteur totalisateur du débit.
- 5 — Indicateur digital du débit instantané.
- 6 — Système de prélèvement d’échantillons.
On voit que la mesure des débits en canaux à ciel ouvert peut être assurée par des appareillages simples et précis, qui offrent l'avantage d'une parfaite fiabilité même en présence d’eaux agressives et chargées (le capteur de pression est parfaitement inoxydable ; quant à l’émetteur à ultrasons, il n'est pas en contact avec le fluide). Ils sont d’autre part protégés contre les surtensions.
Enfin ils ne nécessitent aucun entretien et fonctionnent de façon parfaitement automatique.
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