Pompage en ligne (Deuxième partie) : étude expérimentale de l'aspiration d'air

Les mesures montrent que la quantité d’air aspirée par la roue de la pompe dépend du débit d’eau usée pompé. Plus ce débit augmente et moins la roue peut aspirer d’air. La quantité calculée d’air mélangé à l’effluent sur une durée donnée varie, dans le contexte des expériences effectuées, entre 40 % et 160 % de la quantité d’eau pompée. Les résultats obtenus confirment l’aptitude du DIP système™ à assurer une injection d’air abondante, continue et concomitante au pompage.

Le système connu sous le nom de DIP système™ progresse sur le marché mais une part du potentiel de ses performances, en particulier celle liée à la capacité d’aspiration d’air durant le pompage, n'a fait l'objet à ce jour d’aucune investigation précise. La capacité à pomper concomitamment de l’air et de l'eau oppose le DIP système™ au pompage conventionnel. Lyonnaise des Eaux et la société SIDE Industrie ont donc décidé de consacrer deux articles techniques au DIP système™ pour en décrire la technologie et le fonctionnement.

L’origine du DIP système™, la description de ses composants et des écoulements qui s’établissent à l’approche du poste, à la traversée de la pompe et dans la conduite de refoulement ont fait l’objet d’un premier article (M. Martaud et al., paru dans le n° 322 de la revue L’Eau, l’Industrie, les Nuisances). Ce second article décrit une campagne de mesures des débits d’air aspirés par le DIP système™ et fournit une description détaillée des mécanismes qui engendrent le mouvement d’air à l’aspiration du DIP système™.

Campagne de mesures

Objectifs

• Décrire le mécanisme d’aspiration d’air par le DIP système™ ;
• Calculer la quantité d’air aspirée et identifier les facteurs qui peuvent faire varier cette quantité.

Matériel et méthodes

La campagne de mesures comporte la mesure du débit d’air aspiré par le DIP sys-

Mots clés : Eaux usées, vortex, vitesse variable, aspiration d'air.

système™ et la mesure du débit d’effluent arrivant au poste. Les mesures ont été effectuées dans deux conditions de réglage du DIP système™ :

• Phase 1 : Réglages standard des niveaux d’arrêt et de démarrage du DIP système™ ;
• Phase 2 : Réglages du DIP système™ pour obtenir une aspiration maximale d’air. Ce réglage correspond à la recherche du couple moteur qui, par son instabilité, signale que la roue de la pompe commence à être occupée par de l’air et de l’eau.

L’installation et les réglages du DIP système™ ont été exécutés par SIDE Industrie. Les réglages ont été faits sur site. Le DIP système™ installé est un DIP 21, présenté sur la photo 1. Ce modèle de système est équipé du système VICAP™ introduit sur le marché en juillet 2007 par SIDE Industrie. La conduite de refoulement du poste a une longueur de 460 m et un diamètre intérieur de 110 mm. La hauteur manométrique totale opposée aux pompes est de 8,29 m. Le matériel de mesure employé est décrit dans le tableau 1. Les enregistrements ont été prétraités à l’aide du logiciel WinFluid™ (mesures du débit d’effluent, fourni par Hydreka™) et du logiciel de déchargement et de prétraitement des données du fournisseur de l’équipement de mesure du débit d’air (Kimo™). Les informations produites par les capteurs qui équipent le DIP système™ n’ont pas été utilisées pour le projet.

La disposition des instruments dans le regard amont, pour mesurer le débit d’effluent arrivant au poste, est illustrée par la photo 2.

La hauteur de pelle du seuil triangulaire dans le regard amont maintient la conduite d’amenée en charge et le tampon du regard est calfeutré avec un mastic à la silicone. Ainsi, l’air aspiré par le DIP système™ ne parvient à ce dernier que par la cheminée qui servira de trop-plein après la fin du projet. L’air parvient à cette cheminée d’aspiration par un tuyau souple dont l’extrémité amont est pourvue d’un montage rigide sur lequel est fixée la sonde de l’anémomètre à fil chaud (photo 3 et photo 4). Dans les expériences effectuées, l’air circulait dans un tuyau souple de petit diamètre. Ce montage étant exposé à la condensation sur les parois du tube, nous avons donné une pente constante descendante depuis l’admission d’air jusqu’au DIP système™ (les condensats sont évacués par le DIP système™).

La sonde réalise une mesure ponctuelle de vitesse dans une veine fluide où règne un

B = 0,60 m
α = 90°
P = 0,27 m
P/B = 0,45

TVICAP™ : Tuyère à Injection Centrifuge d’Air pour Pompe de surface

www.hydreka.com www.kimo.fr

Tableau 1 : Liste des matériels de mesure employés

Écoulement turbulent.

Deux hypothèses sont nécessaires pour traduire cette mesure ponctuelle en une valeur moyenne pour toute la veine fluide : • L’écoulement est établi en régime turbulent ; • Le champ de vitesse est axial.

Ces hypothèses permettent de relier la mesure de la vitesse en un point situé à une distance donnée de la paroi de la conduite avec la vitesse moyenne.

La conversion de cette lecture ponctuelle en une valeur moyenne est assurée par l’électronique qui est associée au capteur. Cette conversion peut être entachée d’erreurs dès que l'une au moins des hypothèses énoncées ci-dessus n'est pas vérifiée. Nous avons tenu compte de ces contraintes en plaçant la sonde dans un cylindre en PVC dont la longueur totale était égale à huit fois le diamètre intérieur du tube. La sonde était placée à une distance de la section d’entrée égale à cinq fois le diamètre du tube et à une distance de la section de sortie égale à trois fois le diamètre du tube (Schéma 2). De plus, nous avons pris soin de laisser un espace suffisant à l’extrémité du tube en PVC du montage de mesure afin de ne pas perturber l’admission d’air. La perpendicularité à l’axe de l’écoulement et la position sur l’axe de symétrie cylindrique de l’écoulement ont été obtenues en confectionnant le montage dans l’atelier de SIDE Industrie.

Résultats

Débit d’apport d’eau usée

Les variations du débit d’apport d’eau usée entre 0 h et 24 h (figure 1) sont conformes aux fluctuations connues du débit d’une petite zone urbanisée. On note cependant que ces variations reflètent la superposition d’une fluctuation lente, générée par l’activité anthropique et d’une fluctuation rapide (succession de pics) dont l’origine est indéterminée.

Débit d’air aspiré par le DIP système™

Les enregistrements du débit d’air aspiré par le DIP système™ ont été faits à un rythme élevé d’acquisition des mesures pour détecter d’éventuelles variations rapides du débit d’air. La figure 2 représente les enregistrements du débit d’air aspiré par le DIP système™ :

– Réglages standard : journée du 19 septembre 2007 ; – Réglage à aspiration maximale d’air : journée du 13 novembre 2007.

L’enregistrement se caractérise par de nombreux pics très brefs qui encadrent des périodes durant lesquelles le débit aspiré est stable.

Contrôle du fonctionnement du système VICAP

Dans le cas particulier du poste de pompage qui a servi de support aux mesures, le système VICAP n’a aucune incidence sur les mesures faites car, aux débits observés sur le site, le système VICAP ne fonctionne qu’en étanchéité dynamique.

En outre, SIDE Industrie a vérifié sur site, à la mise en route, que l’aspiration d’air est nulle et que le temps de marche du DIP système™ est trop faible pour que le système VICAP entraîne de l’air dans l’écoulement.

Tableau 2 : Calcul des volumes d’air brassés par le DIP système™

Flux d’air au démarrage et à l’arrêt du DIP système™

Description des phénomènes

La méthode d’auscultation des flux d’air a permis de montrer l’existence de pics de débit d’air qui peuvent avoir deux origines :

• • Au démarrage du DIP système™, le plan d’eau s’abaisse vite, jusqu’à ce que l’automate stabilise la vitesse de rotation du moteur d’entraînement. Cet abaissement rapide s’accompagne d’une entrée d’air à grand débit ;
• • À l’arrêt du DIP système™, l’eau présente entre la roue de la pompe et le clapet de refoulement revient dans la conduite et chasse l’air.

Le sens de circulation de l’air est différent dans chaque cas (entrée d’air au démarrage, sortie d’air à l’arrêt). Un anémomètre à fil chaud ne détecte pas le sens de passage de l’air. Par conséquent, les enregistrements ne comportent que des valeurs positives qui ne révèlent pas l’inversion du flux à l’arrêt du pompage. Toutefois, on peut formuler les hypothèses suivantes pour identifier sur les enregistrements les pics correspondant au démarrage et à l’arrêt du DIP système™ :

Hypothèse n° 1 : un pic de flux d’air correspondant au démarrage du DIP système™ sera précédé de mesures donnant un débit d’air nul ; Hypothèse n° 2 : un pic de flux d’air correspondant à l’arrêt du DIP système™ sera précédé de mesures donnant un débit d’air non nul.

En procédant à la dissociation des pics à l’aide du critère de classement que fournissent les deux hypothèses formulées précédemment, on constate que le reflux d’air observé avec un réglage à aspiration maximale d’air est nettement moins violent que le reflux d’air observé avec un réglage standard.

Applications numériques

Les résultats des applications numériques sont rassemblés dans le tableau 2.

Discussion des résultats

Les enregistrements du débit d’air ne comportent que des valeurs positives qui ne traduisent pas l’inversion du flux à l’arrêt du pompage. Par conséquent, le volume total d’air brassé par le DIP système™, calculé par l’intégrale de la courbe du débit d’air mesuré par l’anémomètre à fil chaud (il s’agit de la courbe représentée sur la figure 2), donne une valeur surévaluée de la quantité d’air introduite dans l’effluent. Dans le cas des expériences faites, le volume d’air injecté dans l’effluent (déduction faite du reflux à l’arrêt du pompage) représente entre 61 % et 68 % du volume total d’air brassé par le DIP système™. Si le reflux à l’arrêt du pompage n’était pas pris en compte dans l’interprétation des mesures, le rapport Vr/Vta montre que les résultats obtenus surévalueraient le ratio de mélange air/eau. Dans le cas des expériences faites, cette surévaluation irait de 32 % à 39 %.

Bilan

Les résultats des mesures montrent que :

• • L’air qui reflue à l’arrêt du DIP système™ peut représenter une part importante du volume total d’air brassé par le DIP système™ ;
• • Cette proportion est importante quel que soit le réglage (standard ou à aspiration maximale).

Ces observations montrent que l’air qui reflue à l’arrêt du DIP système™ ne doit pas être pris en compte dans des bilans d’injection d’air dans l’effluent car cela fausserait l’interprétation des phénomènes étudiés.

Mélange de l’air dans l’effluent en régime établi

Résultats expérimentaux

Profil corrigé du débit d’air aspiré par le DIP système™

Les deux hypothèses permettent de modifier la représentation des résultats de la figure 2. Cette modification aboutit à la figure 3 et à la figure 4. On observe que le pic au démarrage du DIP système™ est nettement moins élevé en phase 2 du projet (réglage à aspiration maximale d’air) qu’au cours de la phase 1 (réglage standard). Le réglage du DIP système™ modifie la violence du courant de reflux.

Quantité d’air mélangé à l’effluent

Définition des variables

Le quotient du volume d’air aspiré par le DIP système™ pendant une durée donnée par le volume d’effluent pompé pendant cette même durée est défini comme suit :

Equation 1 : Définition du quotient d’injection d’air par le DIP système™ pendant une durée donnée

R_inj = ∫ₜ₁^ₜ₂ Q_a(t) dt / ∫ₜ₁^ₜ₂ Q_e(t) dt   T = t₂ − t₁

Notations

R_inj : quotient du volume d’air aspiré par le DIP système™ pendant une durée donnée (T) par le volume d’effluent pompé pendant cette même durée T : durée utilisée pour calculer le quotient R_inj (s) t₁ : date de début des mesures t₂ : date de fin des mesures Q_a(t) : débit d’air aspiré par le DIP système™, mesuré à l’instant t (m³/s) Q_e(t) : débit d’effluent pompé par le DIP système™, mesuré à l’instant t (m³/s)

On montre que, pendant une durée donnée T, la variable R_inj est reliée aux débits moyens d’air aspiré et d’effluent pompé et aux volumes brassés d’air et d’effluent :

Equation 2 : Relation entre R_inj, les débits moyens d’air aspiré et d’effluent pompé et les volumes d’air et d’effluent brassés

R_inj = V_a / V_e  R_inj = Q̄_a / Q̄_e

Notations

Q̄_a : débit moyen d’air aspiré par le DIP système™ pendant la durée T (m³/s) V_a : volume d’air aspiré par le DIP système™ pendant la durée T (m³) Q̄_e : débit moyen d’effluent pompé par le DIP système™ pendant la durée T (m³/s) V_e : volume d’effluent pompé par le DIP système™ pendant la durée T (m³)

Applications numériques

Les résultats des applications numériques rassemblés dans le tableau 3 concernent la variable R_inj.

Tableau 3 : Résultats des calculs de débits, de volumes et de ratio d’injection d’air

Phase 1 (réglage standard) – Phase 2 (réglage à aspiration maximisée d’air)

Discussion des résultats

Dans les applications numériques, les volumes sont calculés en intégrant les courbes par la méthode des trapèzes (JP Nougier, 1983). Les débits moyens sont calculés avec la fonction « moyenne » du tableur Excel®. Les incertitudes de calcul numérique et les arrondis expliquent que le quotient des volumes par la durée des mesures ne coïncide pas avec la valeur affichée du débit moyen.

Les différences entre les valeurs de R_inj calculées en divisant d’une part les débits moyens et d’autre part les volumes entre eux pour la phase 1 s’expliquent par le cumul des incertitudes au cours de l’acquisition des mesures (incertitudes de mesure) et au cours du traitement des résultats (erreurs d’arrondi). De même, ces incertitudes expliquent les différences entre le débit moyen d’air aspiré et le volume d’air mélangé à l’effluent par unité de temps.

Il peut paraître paradoxal de constater que le mélange d’air a été moins abondant pendant la phase 2 (réglage du DIP système™ à aspiration maximale d’air) qu’il ne l’a été pendant la phase 1 (réglage standard du DIP système™). On constate que le débit d’apport en eau usée était très différent dans les deux cas.

Analyse qualitative de l’injection instantanée d’air

Définition des variables

On définit le ratio instantané d’injection d’air comme suit :

Equation 3 : Définition du ratio instantané d’injection d’air par le DIP système™

R_inst(t) = Q_a(t) / Q_e(t)

Notations

t : date à laquelle est calculé le ratio R_inst(t) R_inst(t) : ratio d’injection d’air par le DIP système™ à l’instant t Q_a(t) : débit d’air aspiré par le DIP système™, mesuré à l’instant t (m³/s) Q_e(t) : débit d’effluent pompé par le DIP système™, mesuré à l’instant t (m³/s)

Qₑ(t) : Débit d'effluent pompé par le DIP système™, mesuré à l'instant donné noté t — (m³/s).

Il faut noter que la moyenne des valeurs de Rₑₐ(t), calculée sur une durée T, n'est pas égale à Rₑ (calculé sur la même durée). En effet, la moyenne des valeurs de Rₑₐ(t) est l'intégrale d'un quotient de deux fonctions alors que la lecture de l'équation 1 montre que Rₑ est le quotient de deux intégrales.

Influence du débit d'apport d'eau usée sur le débit d'air aspiré

L'alimentation en air de l'effluent dépend d'une part de l'approvisionnement en air et d'autre part de l'introduction du gaz dans l'effluent. La régulation du DIP système™ rend l'approvisionnement en air toujours possible en maintenant un partage de l'espace intérieur de la conduite d'arrivée entre la veine liquide et la veine d'air. L'introduction d'air dans la veine liquide est donc strictement dépendante de la capacité du vortex qui s'installe à l'aspiration du DIP système™ à entraîner l'air.

L'espace alloué à l'écoulement tourbillonnaire est limité par la paroi du coude à l'entrée de la volute de la pompe. Les résultats théoriques de la cinématique des liquides appliquée à l'écoulement tourbillonnaire permettent de supposer qu'une augmentation de débit d'effluent (Qₑ(t)) impose au vortex créé par le DIP système™ une diminution de la taille de son cœur et un accroissement de l'intensité du tourbillon, ce qui s'accompagne d'une réduction du débit d'air aspiré (Qₐ(t)). Le quotient Rₑₐ(t) décroît donc sous l'effet conjoint d'une baisse du numérateur et d'une élévation du dénominateur (équation 3).

Mélange de l'air dans l'effluent au refoulement

Mouvement des bulles d'air dans le refoulement

À proximité de la pompe

Étude bibliographique

Peu d'articles traitent de l'écoulement tourbillonnaire diphasique (eau et bulles d'air mélangées) dans une canalisation. Parmi les publications recensées, seules deux rendent compte d'expériences qui permettent de décrire un écoulement tourbillonnaire diphasique dans un tube. Dans un écoulement vertical ascendant créé dans une conduite de 60 mm de diamètre et dans les conditions de leurs expériences, L. Baur et al. (1996) observent :

• Une zone immédiatement en aval du générateur de tourbillon où la section occupée par les bulles se contracte jusqu'à un col de rayon donné ;
• Après le col, une portion d'écoulement où la section occupée par les bulles reste quasiment circulaire ;
• Une zone où apparaissent de petites ondulations de l'axe de la section circulaire occupée par les bulles ;
• Une zone où le jet commence à osciller en bloc et à divaguer dans toute la section du tube. Après le premier impact sur la paroi du tube, les auteurs observent que le jet se déstructure, que la rotation s'amortit et que l'écoulement tend vers un écoulement quasi homogène.

L. Baur et al. (1996) indiquent aussi que l'organisation de l'écoulement qu'ils ont décrit n'est visible qu'à partir de vitesses de rotation comprises entre 150 et 200 t/min. H. Li et al. (1994) se sont intéressés à l'écoulement tourbillonnaire dans un tuyau horizontal de 60 mm de diamètre et de 3 m de long. Les débits de fluide mis en œuvre dans leurs expériences varient de 0 à 6 m³/h pour le gaz et pour le liquide. La contre-pression relative opposée à la sortie du gaz à l'extrémité du tube varie de 10 à 14,5 kPa (1 m à 1,45 m environ de colonne d'eau). Les auteurs décrivent six types d'écoulement (figure 5).

Extrapolation au refoulement d'une station de pompage

La validité de l'extrapolation des résultats de H. Li et al. (1994) et de L. Baur et al. (1996) au refoulement d'une station de pompage est limitée par les faits suivants :

• Les expériences décrites par les articles consultés sont trop peu nombreuses pour tenter une généralisation définitive des observations ;
• L'extrapolation des résultats à l'aide d'une similitude, celle de Froude par exemple, n'est pas possible car il y a incompatibilité.

entre l’usage de cette similitude et l’étude à l’échelle du comportement des bulles d’air.

En gardant présentes à l’esprit les restrictions précédentes, les expériences de H Li et al. (1994) et de L Baur et al. (1996) conduisent à imaginer que, dans des refoulements très courts (de 3 à 5 m), l’écoulement spiralé pourrait parcourir toute la longueur de la conduite. Elles suggèrent aussi que le mouvement en spirale s’atténue pour laisser place, au bout d’une certaine distance parcourue dans le tube, à un mouvement turbulent qui entraîne l’air ; c’est-à-dire qu’à une certaine distance dans la conduite l’intensité du tourbillon n’est plus suffisante pour centrifuger les fluides. À ce stade du transit dans la canalisation, le gaz peut être dispersé dans le liquide ou bien on peut observer un écoulement diphasique où l’air et l’eau ne sont plus mélangés. Ceci ne signifie pas pour autant que le tube tourbillonnaire a disparu mais simplement que la composante du mouvement en spirale est devenue négligeable devant le mouvement de masse turbulent.

Extrapolation au refoulement d’un DIP système™

Dans les limites de l’extrapolation, et sous réserve de confirmation expérimentale, on peut donc raisonnablement supposer qu’à la sortie de la pompe d’un DIP système™, l’écoulement diphasique évoluera comme suit :

• À l’aval immédiat de la pompe : abondance de bulles vers le centre de la veine fluide avec une tendance à un regroupement au cœur de la veine ;
• Sur une certaine longueur : propagation d’un écoulement spiralé dont le centre, de diamètre stable, est occupé par une forte proportion de bulles ;
• À partir d’une distance particulière qui pourrait dépendre du débit pompé, de la pression de refoulement, de la présence de poches d’air dans la conduite, etc., le cœur de l’écoulement s’estompe et les bulles se déplacent soit par paquet (poches d’air), soit comme dans un écoulement turbulent classique.

Le refoulement d’un DIP système™ serait donc le siège d’un ou deux types d’écoulement, suivant sa longueur :

• Refoulements relativement courts : à l’aval immédiat de la pompe, abondance de bulles vers le centre de la veine fluide avec une tendance à un regroupement au cœur de la veine. Sur une certaine longueur, propagation d’un écoulement spiralé dont le centre, de diamètre stable, est occupé par une forte proportion de bulles ;
• Refoulements longs : la première partie de la conduite est le siège de l’écoulement décrit ci-dessus, ensuite l’écoulement est un écoulement turbulent classique avec des bulles d’air (on néglige l’influence de la composante tourbillonnaire).

À une certaine distance de la pompe

Les publications du Hydraulic Research de Wallingford (Royaume-Uni) datées d’avril 2005 permettent de disposer d’une description des types d’écoulement observés dans une conduite verticale et dans une conduite horizontale. Ces rapports décrivent des écoulements non tourbillonnaires. La première publication est une synthèse de la bibliographie sur l’air dans les conduites ; la seconde publication présente les résultats d’une étude en laboratoire sur les mouvements des bulles d’air dans une conduite véhiculant de l’eau.

Nous renvoyons le lecteur aux sources citées plutôt que de tenter de faire ici un résumé, qui sortirait du cadre de cet article, des connaissances acquises sur le mouvement des bulles d’air dans un écoulement turbulent non tourbillonnaire dans une conduite sous pression. Il convient toutefois de signaler que la synthèse bibliographique reproduit un graphique de la thèse de J. C. Kent (1952) et un abaque du manuel de H. T. Falvey (1980) qui donnent des indications sur les vitesses de déplacement des bulles d’air dans une conduite sous pression. Ces deux outils sont utilisables pour accompagner la réflexion (au stade du projet ou dans un diagnostic) sur le mouvement de l’air dans un refoulement, loin de la pompe.

Injection d’air dans le refoulement par le DIP système™

La régulation du DIP système™ est telle qu’une variation du débit d’apport entraîne immédiatement une variation de même sens du débit d’exhaure.

La Hauteur Manométrique Totale (HMT) à laquelle la pompe doit repousser le liquide suit, elle aussi, le même sens de variation que le débit.

Au stade actuel des études, le mécanisme d’injection d’air dans l’écoulement est encore imparfaitement connu. L’existence d’un vortex à l’aspiration du DIP système™ (M. Martaud et al., paru dans le n° 322 de la revue L’Eau, l’Industrie, les Nuisances) permet de supposer que l’injection d’air résulte de la fermeture du cœur de ce vortex.

Bilan et perspectives

Mélange de l’air dans l’effluent

Les objectifs de l’expérimentation étaient de décrire le mécanisme d’aspiration d’air par le DIP système™, de calculer la quantité d’air aspiré et d’identifier les facteurs qui peuvent faire varier cette quantité.

Les résultats établissent que la régulation du DIP système™ rend l’approvisionnement en air toujours possible en maintenant un partage de l’espace intérieur de la conduite d’amenée entre la veine liquide et la veine d’air. L’introduction d’air dans la veine liquide est donc strictement dépendante de la capacité du vortex qui s’installe à l’aspiration du DIP système™ à entraîner l’air dans le liquide pompé.

La quantité d’air aspiré est calculable à l’aide de deux variables définies dans le cadre des expériences : le quotient d’injection d’air par le DIP système™ pendant une durée donnée (R,,,) et le ratio instantané d’injection d’air par le DIP système™ (R,,,(t)). L’expérience montre que ces deux quantités varient et que les valeurs qu’elles prennent doivent être annoncées en précisant le point de fonctionnement de la pompe observé au moment des mesures. Les deux variables (R,,,(t) et R,,,) n’ont pas la même signification physique. Le choix de l’une ou de l’autre dépend de l’usage qui est fait de l’air injecté dans l’effluent. Le ratio R,,,(t) est adapté pour qualifier l’action du DIP système™ sur un effluent frais au sein duquel on veut prévenir la formation d’hydrogène sulfuré.

La variable R,, présente l’intérêt de globaliser la quantité d’air insufflée dans le refoulement et facilite la conception des équipements du refoulement qui permettent de maîtriser les effets des bulles d’air dans la conduite.

Les expériences montrent que le débit d’air aspiré est d’autant plus grand que le débit d’effluent pompé est faible, ce qui confère

un intérêt particulier au DIP système™ pour l'aération des effluents, notamment en période de faibles débits (périodes creuses ou nocturnes).

Mesures aérauliques

Contraintes de mise en œuvre de l'équipement

L'anémomètre à fil chaud utilisé pendant la campagne de mesures a l'avantage d’être très maniable et de faible encombrement. Cela en fait un instrument bien adapté aux contrôles de terrain à condition de le placer dans un endroit à l'écart de l'humidité car l'enregistreur n’est pas conçu pour résister à l'humidité et à l'écart des chocs et des manipulations répétées car ce matériel est fragile.

Toutefois, le principe physique sur lequel repose l'anémométrie à fil chaud est tel que le capteur n’indique pas le sens de circulation de l'air. Ce fait occulte la détection automatique des flux et des reflux au démarrage et à l’arrêt du DIP système™ et incite à rechercher, pour d'autres expériences, des sondes qui permettent cette détection automatique.

Contraintes d’acquisition des mesures

Le flux d’air aspiré par le DIP système™ varie rapidement au démarrage et à l’arrêt. Les volumes brassés pendant ces phases ne sont pas négligeables devant le volume total d’air mélangé à l’effluent si le DIP système™ s’arrête et redémarre souvent. La vitesse de variation du débit d'air est donc nettement plus grande que la vitesse de variation des grandeurs hydrauliques.

Par conséquent, il faut pouvoir acquérir et stocker un nombre de mesures nettement plus grand que celui des mesures habituellement sauvegardées pour les grandeurs hydrauliques. Cette contrainte impose de sélectionner une centrale d’acquisition dont la taille de la mémoire permettra de suivre une campagne de mesures aérauliques de la même durée que la campagne de mesures hydrauliques.

Conclusions

L'expérience acquise pendant le projet exécuté sur le poste de Chalmaison (Seine et Marne) conduit à dresser le bilan suivant :

Il est possible de mesurer le débit d’air aspiré par le DIP système™ avec le matériel qui a été utilisé pendant le projet ;

La dextérité, l’attention et le soin requis pour installer ce type d’appareil ne diffèrent pas de ce qu’exigent certains équipements de mesure utilisés en hydraulique urbaine (par exemple les débitmètres électromagnétiques à insertion) ;

Bien que ce matériel ne soit pas spécifiquement adapté aux conditions de fonctionnement des installations d’assainissement, les limites de mise en œuvre ne sont pas un obstacle pour des campagnes courtes.

Remerciements

Les auteurs remercient la municipalité de Chalmaison (Seine et Marne) qui a accepté que les expériences soient conduites sur un des postes de pompage de son réseau d'assainissement. Les auteurs remercient aussi la société KIMO pour son concours dans la sélection du matériel de mesure et de traitement des données. Les auteurs remercient les techniciens de mesures physiques du CTA Réseaux de Lyonnaise des Eaux pour leur forte implication personnelle dans la réussite de la campagne de mesures.