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Limnimètre (HU) : Différence entre versions
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* Kerloc'h, J. (2024) : Comment mesurer précisément le niveau de l’eau ? L’utilisation des capteurs de pression ; disponible sur https://fr.sdec-france.com/comment-mesurer-precisement-le-niveau-de-leau-lutilisation-des-capteurs-de-pression/ | * Kerloc'h, J. (2024) : Comment mesurer précisément le niveau de l’eau ? L’utilisation des capteurs de pression ; disponible sur https://fr.sdec-france.com/comment-mesurer-precisement-le-niveau-de-leau-lutilisation-des-capteurs-de-pression/ | ||
* GRAIE (2008) : Fiche Technique n°2 : Mesurage de la hauteur par capteur piézorésistif ; 2p. ; disponible sur http://www.graie.org/graie/graiedoc/reseaux/autosurv/FT2_Cpiezov2.pdf | * GRAIE (2008) : Fiche Technique n°2 : Mesurage de la hauteur par capteur piézorésistif ; 2p. ; disponible sur http://www.graie.org/graie/graiedoc/reseaux/autosurv/FT2_Cpiezov2.pdf | ||
Version du 26 juin 2024 à 11:38
Traduction anglaise : Limnimeter, Staff gauge
article en chantier
Dernière mise à jour : 26/06/2024
Appareil permettant de mesurer une hauteur d'eau dans un écoulement ou dans un plan d'eau, souvent utilisé pour déterminer des débits.
Il existe de très nombreux types de limnimètres mettant en œuvre des principes et des techniques très divers : les plus anciens sont des échelles graduées (échelle limnimétrique, voir figure 1) qui nécessitent la présence d'un observateur et les appareils à flotteurs ou "bulle à bulle" qui autorisent une mesure automatique en continu. Aujourd'hui on utilise plutôt des capteurs piézorésistifs, des sondes capacitives, des capteurs à ultrasons ou des sondes radar.
Éléments d'historique
https://www.encyclopedie-environnement.org/zoom/breve-histoire-de-lhydrometrie/
Intérêt de la connaissance de la hauteur d'eau
En hydrologie, la connaissance de la hauteur d'eau peut être intéressante en tant que telle, par exemple :
- pour connaître le degré de remplissage d'un ouvrage hydraulique (barrage, bassin de retenue, etc.) ;
- pour évaluer le risque de déversement au dessus d'un seuil (digue ou déversoir d'orage) ;
- pour évaluer la gravité d'une inondation ;
- pour piloter un ouvrage de gestion automatique (démarrage d'une pompe, fermeture d'une vanne, etc.) ;
- etc.
Cependant l'utilisation la plus fréquente de cette information consiste à permettre l'estimation d'un débit. Cet aspect est traité dans le § "Passer de la hauteur d'eau au débit", et dans l'article débitmétrie.
Qualités à attendre d'un limnimètre et critères à prendre en compte pour son choix
Comme tout appareil de mesure, un limnimètre est caractérisé par des éléments propres à l'appareil lui-même ; les principaux sont les suivants :
- son domaine d’emploi ou étendue de mesure, caractérisée par les valeurs minimale et maximale que peut prendre la hauteur d’eau à mesurer.
- son incertitude maximale tolérée qui dépend elle-même de 2 éléments :
- la linéarité, caractérisée par la déviation maximale de la courbe d’étalonnage par rapport à une droite et exprimée en pourcentage de l’étendue de mesure ;
- l'hystérésis, qui rend compte de l’aptitude du capteur à fournir les mêmes valeurs du mesurande lorsque la hauteur d’eau augmente ou diminue ;
- sa vitesse de poursuite, qui correspond à l’aptitude du capteur à suivre les variations de la hauteur d’eau mesurée (et qui joue également sur l'incertitude).
Il faut noter, concernant le dernier point, que la qualité du suivi des variations de la hauteur d'eau dépend de la fréquence avec laquelle le capteur est susceptible d'effectuer le mesurage, mais également de la façon d'exploiter les mesures. En effet, la présence de vagues ou de turbulences impose généralement de moyenner plusieurs mesures instantanées pour obtenir une valeur représentative de la hauteur d'eau ; la façon d'effectuer ce moyennage joue donc également un rôle dans la qualité de la vitesse de poursuite.
Les critères de choix de l'appareil doivent également tenir compte de son aptitude à conserver ses caractéristiques de fonctionnement nominales dans les conditions réelles d’utilisation. En hydrologie, et particulièrement dans les réseaux d'assainissement, ou lors de situations brutales, comme les crues, de nombreux éléments, tels que la température, l’humidité, la concentration de l’eau en matières dissoutes ou en suspension, les déchets transportés, les perturbations électromagnétiques, les ruptures d'alimentation électrique, etc., peuvent altérer les qualités du capteur et/ou affecter le mesurage.
Enfin, les limnimètres, comme tous les dispositifs métrologiques utilisés en hydrologie, doivent satisfaire à plusieurs contraintes importantes :
- ne pas perturber l’écoulement ;
- être faciles à installer et à maintenir (facilité d'accès, possibilité d'alimentation électrique, possibilité de télétransmission des données, etc.) ;
- ne pas être trop exposés au vandalisme ;
- être résilient vis-à-vis des conditions parfois difficiles rencontrées lors des événements climatiques intenses (foudre ou surcharge électrique, vent violent, montée brutale de l'eau, présence de débris dans l'écoulement, etc.).
Classification des appareils de mesure de la hauteur d'eau
En dehors de la lecture directe du niveau sur une échelle graduée (voir figure 1), différentes techniques permettent de mesurer une hauteur d’eau en continu. Bertrand-Krajewsjki et al. (2008) proposent de les classer en deux catégories principales :
- les techniques de mesurage direct de la hauteur d’eau :
- par flotteur ;
- par palpeur ou par plongeur (cités ici pour mémoire car très peu utilisés en hydrologie) ;
- par mesurage du temps de transit d’une onde ;
- les techniques de mesurage indirect, avec lesquelles on détermine une grandeur reliée à la hauteur d’eau :
- par mesurage indirect de la pression ;
- par mesurage direct de la pression.
Mesurage de la hauteur d'eau par flotteur
Un limnimètre à flotteur est un appareil équipé d'un flotteur, placé dans un puits de mesure pour le protéger, qui suit les fluctuations du niveau d'eau. Le flotteur est relié à un câble qui va déplacer un curseur de façon proportionnelle au déplacement du flotteur ; ces déplacements vont être mesurés par un capteur de position (figure 2).
Il s'agit d'un dispositif mécanique très simple qui peut avoir une grande étendue de mesures (pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres) et une incertitude réduite (de l'ordre de 0,5% à 5 % de l'étendue de mesure, soit, en valeur absolue, de quelques mm à quelques cm dans les cas courants). Cependant, même si le flotteur est théoriquement protégé des débris transportés par l'eau, il est possible que certains parviennent à s'introduire dans le tube (souvent en période de basses eaux) et viennent gêner les déplacements du flotteur, voire le bloquer totalement.
Même si les techniques de mesurage par flotteur sont encore utilisées (en particulier dans les cours d'eau), elles tendent cependant à devenir anecdotiques par rapport aux autres.
Mesurage de la hauteur d'eau en utilisant le temps de transit d'une onde
Principes de fonctionnement
Le principe consiste à mesurer le temps mis par une onde pour effectuer un aller-retour entre sa source et la surface de l'eau. Différentes longueurs d'onde peuvent être utilisées :
- ondes acoustiques de fréquence inférieure à 20 kHz ;
- ondes ultrasonores de fréquence supérieure à 20 kHz ;
- ondes radar (ou micro-ondes) de fréquence supérieure au GHz ;
- ondes lumineuses de type laser.
Les plus employées en hydrologie sont les ondes ultrasonores et c'est ce type de dispositif que nous décrirons en détail dans les § suivants. Un § spécifique sera également consacré aux appareils utilisant les ondes radar.
Dans le cas des sondes à ultrasons de mesure de hauteur, l'émetteur et le récepteur sont généralement placés dans le même appareil (écho-sondeur). L'appareil émet par intermittence un faisceau d'ondes ultrasonores qui se propagent vers la surface de l’eau. Lorsqu’elles rencontrent l’interface air-eau, une partie de ces ondes est réfléchie vers le capteur qui fonctionne alors en réception et permet ainsi le mesurage du temps de transit aller-retour de l’onde. La distance séparant le capteur de la surface de l’eau est directement proportionnelle au temps de transit de l’onde et dépend de la célérité des ultrasons dans le milieu. Connaissant la géométrie du collecteur ou du cours d'eau et la position de l'appareil, on en déduit la hauteur d'eau. La source peut être aérienne (mesure du haut vers le bas, c'est le cas le plus fréquent) ou immergée (mesure du bas vers le haut) (figure 3).
Éléments de technologie des sondes à ultrasons
Les sondes à ultrasons sont constituées de céramiques rendues piézo-électriques et capables d'émettre des ultrasons lorsqu'elles sont soumises à une excitation électrique. Elles se présentent généralement sous forme de disque (Figure 4) et sont définies par deux caractéristiques principales : l’épaisseur $ e_c $ et le diamètre $ d_c $.
- L’épaisseur $ e_c $ de la céramique détermine la fréquence des ultrasons émis, laquelle conditionne la résolution du capteur et la directivité des ondes ;
- Le diamètre $ d_c $ joue également sur la directivité des ondes ultrasonores.
Cas des capteurs aériens
Installation
Le choix d'une sonde aérienne (figure 5) constitue la solution la plus fréquente car l'appareil est moins exposé aux risques d'érosion ou d'ensablement ; de plus il y a généralement peu d'obstacles mobiles au dessus de la surface (même si des flottants peuvent parfois perturber la mesure).
Lorsque la même céramique est utilisée en émission et en réception, il existe une distance de mesure minimale, comptée depuis la surface de l'appareil, de l’ordre de 30 à 50 cm, appelée "zone morte" ou "zone d’ombre". Cette distance est due au temps d’amortissement de la vibration de la céramique après son émission, temps nécessaire avant de pouvoir travailler en réception. Ce problème est très gênant en hydrologie urbaine. L’utilisation de céramiques distinctes pour l’émission et la réception permet de l’éviter et réduit la zone morte à moins de 1 cm. Une autre solution, dans le cas des réseaux d'assainissement, consiste à placer l'appareil dans une cheminée (à condition qu'elle soit centrée sur le collecteur). Cette solution permet également le mesurage des hauteurs d'eau atteintes en cas de mise en charge. L'interprétation des mesures est cependant difficile du fait de la grande variabilité des niveaux dans ce dernier cas.
Dans les réseaux souterrains différents éléments constructifs (échelons dans un regard, banquette(s), parois des collecteurs étroits, etc.) peuvent provoquer des échos parasites, sources d'erreurs. Ces échos parasites peuvent être réduits en choisissant un cône d’émission le plus étroit possible, et donc une fréquence d’émission élevée. Certains capteurs possèdent également des fonctions d’étalonnage et de filtrage in situ permettant de les éliminer.
Une autre cause de mauvais fonctionnement provient de l’interface air-eau qui peut ne pas être plane ou parallèle au capteur. Dans ce cas le faisceau réfléchi peut ne pas atteindre correctement le capteur, ce qui provoque une atténuation, voire une perte, du signal (figure 6). Ce phénomène peut se produire si la sonde est mal installée (problème de parallélisme), lorsqu’il y a des vagues à la surface de l’eau ou lorsque la pente de la ligne d’eau fluctue fortement.
Incertitude due à la température
Une cause importante d'incertitude est associée au fait que la célérité des ultrasons dans l'air augmente avec la température (relation $ (1) $). Il est donc conseillé de rajouter un capteur de température est d'effectuer une correction (ce que font la plupart des appareils du commerce).
avec :
- $ C_{us-air} $ : célérité des ultrasons dans l'air (m/s) ;
- $ θ $ : température (°K).
Qualité globale à attendre
La distance maximale mesurable est de l’ordre de 30 m, ce qui permet de couvrir toutes les étendues de mesure généralement souhaitées en hydrologie. Pour les appareils du commerce correctement installés, l'incertitude de mesure est de l'ordre de 1 % de l’étendue de mesure de l'appareil, mais reste au mieux égale à 1 cm si l'étendue de mesure est inférieure à 1 m. (Bertrand-Krajewski et al., 2008).
Cas des capteurs immergés
Dans le cas d'un capteur immergé, la sonde est placée au fond, ou près du fond, de l’ouvrage (voir Figure 7).
Cette solution présente plusieurs avantages:
- l’onde se propage dans l’eau, milieu dans lequel l’amortissement des ondes ultrasonores est beaucoup plus faible que dans l’air, ce qui permet d'utiliser des sondes émettant avec des fréquences plus élevées et d'améliorer la résolution tout en réduisant la zone morte (qui peut être ramenée à moins de 10 cm, même si la même céramique est utilisée en émission et en réception).
- les variations de température de l'eau sont plus faibles que celles de l'air et la compensation en température est plus efficace.
D'autres éléments peuvent cependant perturber les mesures :
- présence de sels dissous (en particulier sels de déverglaçage) dans l'écoulement qui peuvent modifier la vitesse de propagation des ondes dans le milieu ;
- écoulements très chargés en débris provoquant des échos parasites ;
- risques d'envasement du capteur, d'ailleurs amplifiés par la présence même de l'appareil (ces risques peuvent être réduits en installant ce dernier un peu au dessus du fond, voir figure 7).
- vulnérabilité au passage des outils de curage des collecteurs ou des personnels ;
- risque d'accrochage de sacs plastiques, filasses, ou autres objets susceptibles de fausser les résultats de mesure ;
- plus grande difficulté de maintenance.
Limnimètre utilisant les ondes radar
En hydrologie on peut également utiliser des limnimètres fonctionnant avec des ondes radar. Les ondes radar sont caractérisées par une grande fréquence (supérieure au GH) qui assurent une grande vitesse de suivi et une très petite zone morte. Les limnimètres qui utilisent ce type de technologie en hydrologie sont de type aérien (figure 8). Les appareils de ce type sont plus encombrants que les appareils à ultrasons.
Pour en savoir plus : Fiche GRAIE-OTHU Hauteur-radar
Mesurage de la hauteur d'eau en utilisant le mesurage indirect de la pression
Principes de fonctionnement
La technique du "bulle à bulle", est la plus ancienne pour mesurer en continu les hauteurs d'eau. Elle consiste à envoyer un débit d’air constant, au moyen d’un compresseur, dans un tube immergé de faible diamètre (type Rilsan de 4 à 6 mm) plongé dans l’écoulement. On mesure la pression de l’air envoyé qui équilibre exactement la pression de la colonne d’eau située au-dessus de l’extrémité du tube immergé (Figure 9). On règle généralement l’appareil pour un débit d’air de 1 à 2 bulles par seconde.
La pression du gaz envoyé par le système pneumatique est mesurée par diverses techniques : capsule anéroïde, balance de pression ou, plus récemment, capteur piézo-résistif (voir le § suivant).
Le tube de mesure de pression, situé dans le collecteur, conduit au capteur de pression qui doit être placé à une cote fixe et constante par rapport au radier.
Installation
Les dispositifs bulle à bulle s’installent relativement facilement aussi bien sur un cours d'eau naturel que dans un réseau d'assainissement. Dans ce dernier cas on peut les positionner dans un regard ou en extérieur, sans travaux particuliers, y compris dans les collecteurs de petits diamètres, en raison de leur faible encombrement.
Les principales précautions à prendre concernent le tube de bullage. Il faut en particulier veiller :
- à ce que son extrémité soit biseautée et positionnée de telle sorte que la bulle quitte le tube dans la direction de l’écoulement ;
- à ce que son extrémité soit placée :
- au-dessus du niveau connu ou prévisible des dépôts :
- mais suffisamment profondément dans l'écoulement pour qu'il soit en permanence immergé.
Avantages et inconvénients
L'étendue de mesure de ce type de technologie dépend de la pression d'air que peut fournir le compresseur. Celle-ci doit en effet être supérieure à la pression exercée par la colonne d’eau lorsqu’elle atteint la hauteur maximale que l'on souhaite mesurer.
La vitesse de poursuite est assez faible car il faut un certain délai pour que la pression du gaz soit en équilibre avec celle de la colonne d’eau. En cas de montée rapide du niveau, l’eau pénètre à l’intérieur du tube de bullage et il y a sous-estimation temporaire de la hauteur d’eau. L’inverse se produit en cas de descente rapide. Aussi les fluctuations rapides du niveau d’eau ne peuvent-elles pas être observées par le capteur. Pour éviter ce problème, il faut que la vitesse maximale de l’air dans le tube de bullage soit supérieure à la vitesse maximale de variation de la hauteur d’eau. On peut limiter cet inconvénient en augmentant la vitesse de bullage.
Les mesures peuvent également être perturbées en cas d’écoulement à forte vitesse (plus de 1m/s) avec une hauteur d’eau faible (moins de 5 cm). Dans ce cas, il peut se produire un phénomène d’aspiration des bulles d’air par le courant, ce qui fausse les résultats de mesure.
L’incertitude de mesure moyenne est généralement comprise entre 4 et 10 mm.
Mesurage de la hauteur d'eau en utilisant le mesurage direct de la pression
Principes de fonctionnement
Le principe consiste à mesurer directement la pression hydrostatique de la colonne d’eau en utilisant un capteur de pression immergé. Le capteur comprend une membrane souple qui se déforme sous l’effet du poids de l’eau qui la surplombe. Cette déformation mécanique est transformée en grandeur électrique par un transducteur de pression relié mécaniquement ou hydrauliquement à la membrane.
Différents types de transducteurs
Différents types de transducteurs peuvent être utilisés :
- Capacitif : la membrane déplace l’une des plaques d’un condensateur par rapport à une plaque fixe, ce qui modifie la capacité du condensateur ; les capteurs de ce type sont précis sensibles et robustes mais ils sont volumineux et ont une étendue de mesure assez faible ;
- Inductif : La membrane induit une variation d’inductance dans un pont d'induction ou dans un transformateur différentiel ; l'étendue de mesure est importante mais les transducteurs de ce type sont sensibles à la température et fragiles ;
- Piézoélectrique : la membrane comprime un élément piézoélectrique (quartz par exemple), ce qui produit une tension électrostatique aux bornes de l’élément ; l'étendue de mesure est bonne de même que la stabilité mais le signal est faible ce qui réduit la précision ;
- Piézorésistif : La contrainte due à la pression exercée par la membrane modifie la résistance électrique d'un élément sensible (généralement du silicium) ; les capteurs de ce type sont sensibles, et présentent une bonne étendue de mesure et un faible hystérésis ; ce sont les plus utilisés en hydrologie (figure 10).
Capteurs ventilés ou non ventilés
Il existe deux types de capteurs selon qu'ils mesurent la pression relative de la colonne d'eau seule ou la pression totale (pression atmosphérique + pression de la colonne d'eau) (figure 11) :
- les capteurs non-ventilés : dans ce type de capteur, la face active du capteur est soumise à la fois la pression de l’eau et la pression atmosphérique, tandis que l’autre côté est un vide scellé ; pour obtenir le niveau d’eau à partir d’un capteur non ventilé il faut donc soustraire la pression atmosphérique.
- les capteurs ventilés : dans ce type de capteur, la seconde face du capteur est relié à l’atmosphère par un tube de ventilation (voir figure 12) ; la mesure du niveau d'eau est directe.
Les capteurs ventilés sont plus précis mais un peu plus compliqués à installer (voir § suivant) et réclament davantage de maintenance. L'un des risques est la présence d'eau (par inondation ou condensation) dans le capillaire de mise à la pression atmosphérique, ce qui nécessitent souvent l'utilisation de sels dessicant à remplacer régulièrement.
Installation
La pose de ce type de capteur nécessite un peu de génie civil, en particulier pour passer le chemin de câbles et le capillaire de mise à la pression atmosphérique (dans le cas d'un capteur ventilé) (figure 12). Quelques précautions doivent être prises (GRAIE, 2008) :
- prévoir (lorsque c’est réalisable) une niche ou un décaissement pour placer la sonde afin d'éviter qu'elle ne perturbe l'écoulement (figure 13) ;
- privilégier un positionnement vertical (pour le réglage du zéro) ;
- prendre soin à l'installation du chemin de câble (en particulier éviter les angles vifs) afin de ne pas détériorer le capillaire de mise à la pression atmosphérique.
Avantages et inconvénients
Ce type de capteur présente plusieurs avantages :
- il n'est pas sensible à la présence de matières en suspension ou de flottants dans l'écoulement;
- il permet de mesurer les mises en charge éventuelles ;
- il ne présente pas de zone morte (il est cependant préférable de l'installer à une certaine hauteur en paroi pour éviter l'envasement) ;
- sa faible consommation électrique permet de l'utiliser avec une batterie ou un panneau solaire.
En dehors du fait que son installation est un peu plus contraignante, son principal inconvénient est qu'il est sujet à dérive au cours du temps (voir figure 14). Par ailleurs, le fait qu'il soit en contact avec l'effluent impose un peu plus de maintenance.
Passer de la hauteur d'eau au débit
Plusieurs méthodes permettent de calculer le débit à partir de mesures de hauteur d’eau. Les plus simples sont directes, d'autres nécessitent une jaugeage préalable, enfin d'autres imposent une double mesure.
Calcul du débit en section courante en fonction de la hauteur d'eau
La première solution possible consiste à utiliser une relation hydraulique. Le principe est simple : pour un écoulement à surface libre, il existe une relation directe entre la hauteur d'eau et le débit, à la condition de faire l'hypothèse d'un régime permanent uniforme. Par exemple en utilisant la relation de Manning-Strickler :
avec :
- $ Q $ : débit (m3/s) ;
- $ S $ : section mouillée (m2) ;
- $ I $ : pente du fond (m/m) ;
- $ K_s $ : coefficient de rugosité des parois (m1/3/s) ;
- $ R_h $ : rayon hydraulique (m) ;
- $ V $ : vitesse moyenne de l'écoulement (m/s).
Outre le fait que cette méthode nécessite le choix des valeurs de $ I $ (théoriquement mesurable) et surtout de $ K_s $, elle repose sur une hypothèse (régime uniforme) qui n'est que très rarement vérifiée. Elle est donc déconseillée en l'absence de tarage (voir § suivant).
Calcul du débit en utilisant une courbe de tarage
Utilisation d'un appareil précalibré
La première solution consiste à utiliser un appareil normalisé (seuil jaugeur ou canal venturi, pour lequel il existe une relation univoque connue entre la hauteur d'eau et le débit. Les résultats sont généralement corrects, en particulier si la relation a fait l'objet d'un tarage préalable. Ce procédé n'est cependant pas toujours possible :
- particulièrement dans les réseaux d'assainissement, la mise en place du dispositif réduit la section d'écoulement, remonte la ligne d'eau et peut provoquer des désordres (mises en charge et/ou débordement) ;
- dans tous les cas, mais de façon encore plus importante sur les cours d'eau, il n'est pas toujours simple d'installer l'appareil du fait de la configuration du lit ; ce travail peut nécessiter des travaux importants et conduire à une installation onéreuse ;
- les appareils posés de façon provisoire sont également soumis à des aléas en cas de crue forte (arrachage et entraînement).
Mise en œuvre d'un jaugeage in situ
La deuxième solution consiste à établir une relation empirique débit = f(hauteur),
- soit en mesurant simultanément la hauteur et la vitesse moyenne pour une gamme représentative de valeurs de débit (et donc de hauteur d'eau) : voir Courbe de tarage (HU)
- soit en mesurant directement le débit par une technique de traçage, également pour différentes hauteurs d'eau.
Remarque : Ces deux solutions peuvent également permettre de choisir les paramètres (coefficient de rugosité et pente motrice) dans le cas d'un calcul direct utilisant par exemple la formule de Manning-Strickler.
Les solutions de ce type présentent trois inconvénients :
- il n'est pas toujours possible de réaliser des jaugeages en période de crue, d'une part parce que ces situations sont rares et d'autre part parce que l'accès au site peut alors être difficile, voire impossible (c'est souvent le cas dans les réseaux d'assainissement) ;
- la méthode repose sur l'existence d'une relation univoque entre la hauteur et le débit, or c'est très loin d'être le cas :
- d'une part parce que, même si l'écoulement n'est pas perturbé, il existe un hystérésis au cours d'une crue et, pour un même débit, la hauteur d'eau est plus petite pendant la crue que pendant la décrue,
- d'autre part parce que les écoulements peuvent être fortement perturbés par des influences aval, susceptibles de rendre la relation totalement inapplicable ;
- la méthode suppose également que la relation entre hauteur d'eau et section mouillée reste constante dans le temps (de même que la rugosité), or, pendant une crue le transport solide est important et les phénomènes de dépôt et/ou d'érosion peuvent modifier considérablement le profil en travers d'un cours d'eau et, dans une moindre mesure, d'une conduite fermée.
Calcul du débit en utilisant un double mesurage
La dernière possibilité consiste à effectuer un double mesurage continu de façon à obtenir une information plus précise sur le phénomène étudié.
Double mesurage de la hauteur
Ce double mesurage peut porter sur la hauteur d'eau. Connaître la hauteur d'eau en deux points distants de quelques mètres dans le sens de l'écoulement permet en effet de calculer la pente de la ligne d'eau, de façon à ajuster beaucoup plus précisément une relation de type Manning-Strickler. La pente de la la lige d'eau est dans ce cas égale aux pertes de charge linéaires ; il est donc possible d'en déduire directement la vitesse moyenne de l'écoulement (relation $ (3) $).
avec :
- $ J $ : pente de la ligne d'eau (m/m) ; les autres grandeurs ayant la même signification que pour la relation $ (2) $.
Cette méthode nécessite cependant une mesure très précise des deux hauteurs et un calage également précis des capteurs en altimétrie. L'écart entre les deux niveaux de la ligne d'eau est en effet souvent faible et donc très sensible aux différentes incertitudes.
Mesurage complémentaire de hauteur et de vitesse
La méthode la plus complète consiste à mesurer de façon simultanée les valeurs de hauteur et de vitesse moyenne. Cette solution permet de se prémunir contre les différents problèmes évoqués plus haut. Elle suppose cependant que la relation entre la hauteur d'eau et la section mouillée reste stable.
Toutes ces solutions sont présentées plus en détail dans l'article Débitmétrie (HU).
Intégration du limnimètre dans une station de mesures
Pour être utilisable(s) le(s) limnimètre(s), (ou les différents appareils de mesures en cas d'acquisition multiple), doi(ven)t être installé(s) dans une station de mesure qui va compléter les appareils de mesure par :
- un enregistreur local et/ou ;
- un système de télétransmission.
Une alimentation électrique (éventuellement locale : batterie, panneau solaire) de même que des moyens de liaison (téléphone, câble, radio) sont nécessaires pour assurer le bon fonctionnement de l'installation.
Bibliographie :
- Encyclopédie de l'environnement : Une brève histoire de l’hydrométrie ; disponible sur https://www.encyclopedie-environnement.org/zoom/breve-histoire-de-lhydrometrie/
- Kerloc'h, J. (2024) : Comment mesurer précisément le niveau de l’eau ? L’utilisation des capteurs de pression ; disponible sur https://fr.sdec-france.com/comment-mesurer-precisement-le-niveau-de-leau-lutilisation-des-capteurs-de-pression/
- GRAIE (2008) : Fiche Technique n°2 : Mesurage de la hauteur par capteur piézorésistif ; 2p. ; disponible sur http://www.graie.org/graie/graiedoc/reseaux/autosurv/FT2_Cpiezov2.pdf
- GRAIE (2018) : Fiche Technique n°6 : Calcul du débit à partir de la hauteur d’eau ; 2p. ; disponible sur http://www.graie.org/graie/graiedoc/reseaux/autosurv/F6_hautdebit_vu_GLK-v2.pdf
- Moore, S. (2019) : Manuel pratique de levés hydrométriques : Mesure de niveau d’eau ; 35p. ; disponible sur https://publications.gc.ca/collections/collection_2021/eccc/en37/En37-274-2019-fra.pdf
Pour en savoir plus :
- Bernard M. (coordinatrice) (2019) : Guide d’échantillonnage à des fins d’analyses environnementales ; cahier 7 : Méthodes de mesure du débit ; Centre d’expertise en analyse environnementale du Québec ; 321p. ; disponible sur https://www.ceaeq.gouv.qc.ca/documents/publications/echantillonnage/debit_conduit_ouvc7.pdf.
- Bertrand-Krajewski, J.-L., Laplace, D., Joannis, C., Chebbo, G. (2008) : Mesures en hydrologie urbaine et assainissement ; ed. tec et Doc, Lavoisier, Paris ; 292p. (épuisé).
- Ministère chargé de l’Environnement (2017) : Charte qualité de l’hydrométrie, Guide de bonnes pratiques, janvier 2017, 82 p. ; disponible sur https://www.eaufrance.fr/sites/default/files/documents/pdf/Schapi_Charte_hydro_P01-84_BasseDefinition_5Mo_.pdf
