Limnimètre (HU)

Traduction anglaise : Limnimeter, Staff gauge

article en chantier

Dernière mise à jour : 19/06/2024

Appareil permettant de mesurer une hauteur d'eau dans un écoulement ou dans un plan d'eau, 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), des appareils à flotteurs ou "bulle à bulle". Aujourd'hui on utilise plutôt des capteurs piézorésistifs, des sondes capacitives ou des capteurs à ultrasons.

Figure 1 : Echelle limnimétrique sur le Vidourle ; crédit photo Patrick Savary.

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 d'une hauteur d'eau à un 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 (EM), 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 3 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 ;
  • la vitesse de poursuite, qui correspond à l’aptitude du capteur à suivre les variations de la hauteur d’eau mesurée et doit être appréciée en fonction du contexte de mesure local.

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 perturbations électromagnétiques, 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 le mesurage des hauteurs d’eau. 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 ;
  • 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.

Même si techniques de mesurage par flotteur ou palpeur 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 par flotteur

Un limnimètre à flotteur est un appareil équipé d'un flotteur 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 (figure 2).

Figure 1 : Shémas de principe d'un limnimètre à flotteur : le flotteur est placé dans un tube perforé où le niveau de l'eau est proche du niveau moyen de l'écoulement ; il est relié par un câble à un dispositif métrologique placé dans un tube étanche et capable de suivre, d'enregistrer et de télétransmettre les déplacement du flotteur et donc les niveaux moyens de l'eau.

Il s'agit d'un dispositif mécanique très simple qui peu avoirMême si le flotteur est théoriquement protégé

Mesurage de la hauteur d'eau en utilisant le mesurage direct de la pression

Bibliographie :

• 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