Sonde à ultrason (HU)

Traduction anglaise : ultrasound probe

mot en chantier

Dernière mise à jour : 09/01/2024

Dispositif équipé d'un émetteur d'ondes sonores à haute fréquence et d'un récepteur, utilisable pour mesurer des distances ou des vitesses dans différents milieux ; les sondes à ultrason sont en particulier utilisées en hydrologie pour mesurer des hauteurs d'eau ou de sédiments ou encore des vitesses.

Principes de fonctionnement

Différents principes peuvent être mis en œuvre.

Mesure du temps de transit

On mesure le temps mis par le faisceau d’ultrasons pour parcourir la distance entre la source et un interface. Ce principe permet :

• de mesurer une hauteur d'eau : l'émetteur et le récepteur sont généralement placés dans le même appareil (écho-sondeur). Le faisceau d’ultrasons se réfléchit sur l'interface eau/air et la hauteur d'eau est égale à la moitié du temps de parcours divisée par la vitesse de propagation dans le milieu. La source peut être aérienne (mesure du haut vers le bas) ou immergée (mesure du bas vers le haut).
• de mesurer la profondeur d'un obstacle dans l'eau (fond ou banc de poissons par exemple) : le principe est le même mais on immerge l'écho-sondeur près de la surface et on utilise l'interface entre le fluide et l'obstacle à détecter pour renvoyer le signal. Cette technologie permet par exemple de relever des profils bathymétriques. Il est également possible d'utiliser la même solution pour mesurer l'épaisseur de vase ou de sédiments au fond d'un lac ou d'une conduite.
• de mesurer la vitesse d'un écoulement : on place deux sondes face à face, alignées suivant une droite parallèle à la pente du fond et biaise par rapport à l’axe principal (voir figure 1) et on compare le temps mis par l'onde dans le sens amont-aval (la vitesse de l'eau s'ajoute à la vitesse de l'onde) avec le temps mis par l'onde pour aller dans le sens aval-amont (la vitesse de l'eau se retranche à la vitesse de l'onde) (méthode dite des temps de transit).

Figure 1 : Schéma de principe d'une corde de mesure de la vitesse ; Source : Article Wikipedia.

Mesure du changement de longueur d'onde (effet Doppler)

Ce principe permet :

• de mesurer la vitesse d'un mobile : On envoie une onde ultrasonore vers l'objet en mouvement et on mesure de la même manière le changement de longueur d'onde entre l'onde émise et l'onde réfléchie.
• de mesurer la vitesse d'un écoulement : Par analogie avec le système précédent, on envoie une onde ultrasonore dans le sens de l'écoulement, cette onde se réfléchit sur les particules présentes dans l'eau et on mesure le changement de longueur d'onde entre l'onde émise et l'onde réfléchie ; on en déduit la vitesse moyenne des particules, donc celle du fluide qui les transporte.

Débitmétrie ultrason

Il existe sur le marché des débitmètres intégrés capables de mesurer à la fois la hauteur d'eau et la vitesse et d'en déduire le débit connaissant la forme de la section (figure 2).

Figure 2 : Exemple de débitmètre transportable dans lequel les sondes de mesures de vitesse et de hauteur à ultrason sont intégrées ; crédit photo Bernard Chocat.

Voir aussi : Débitmétrie (HU).