Brevet FR2630208A1 — publié le 19891020

"Dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide, notamment d'un niveau d'eau courante" La présente invention concerne un dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide, ce dispositif étant destiné plus particulièrement à la mesure d'un niveau d'eau courante susceptible de varier dans le temps, notamment en vue de la détermination du débit de ce liquide à partir de la mesure de niveau. Par ses applications, cette invention se rapporte, entre autres, aux domaines de l'hydrographie, de la géotechnique, du génie civil et de l'agriculture. La réalisation de terrassements sur des terrains plus ou moins instables, par exemple lors de la construction d'autoroutes ou d'autres voies de circulation, nécessite la mise en place de réseaux de drainage enterrés à une certaine profondeur, prévus pour canaliser et évacuer les eaux de pluie. L'exploitant, tel qu'une société concessionnaire d'une autoroute, doit pouvoir surveiller l'état et l'efficacité du réseau de drainage, pour s'assurer que ce reseau n'est pas endommagé et remplit bien sa fonction d'écoulement des eaux pluviales, évitant ainsi que le terrain reste gorgé d'eau et risque un glissement. A ce sujet, on a pu établir un parallèle entre la pluviosité, d'une part, et l'évolution du débit d'eau dans les drairis, d'autre part, ce débit répondant à l'intensité des pluies selon une certaine loi, et avec un certain retard. Il en résulte que, si l'on surveille le débit d'eau dans les drains et que l'on compare l'évolution de ce débit avec la pluviosité, sur une période donnée, la constatation d'une anomalie dans l'évolution du débit peut indiquer un incident tel que rupture, écrasement ou colmatage, affectant le réseau de drainage. Pour appliquer de façon pratique cette méthode, il convient de disposer de moyens permettant de mesurer et d'enregistrer si possible automatiquement, sur une période assez longue, des débits d'eau dans des drains, de manière à pouvoir ensuite exploiter les mesures de débits effectuées. Une mesure de débit pouvant se ramener de façon connue à une mesure de niveau, on doit utiliser, dans le cas présent, des moyens capables de mesurer de façon précise un niveau d'eau courante, dont l'écoulement est généralement assez rapide en raison de la pente des drains, cet écoulement étant de surcroît turbulent notamment en raison de la confluence de plusieurs drains. Les moyens utilisés doivent, en outre, être simples et fiables, pour pouvoir fonctionner correctement dans un milieu nécessairement humide et soumis aussi à d'importantes variations de température. A cet effet, I'invention a pour objet un dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide, plus particulièrement d'un niveau d'eau courante susceptible de varier dans le temps, notamment en vue de la détermination du niveau de ce liquide, qui comprend essentiellement, en combinaison: - un flotteur lié à un bras monté pivotant autour d'un axe sensiblement horizontal, de telle sorte que le bras est mobile dans un plan sensiblement vertical parallèle à la direction d'écoulement du liquide, le flotteur étant tourné vers le côté "aval" de cet écoulement, - des moyens mécaniques de transmission des mouvements du bras portant le flotteur, ces moyens étant liés à un point du bras, et - un capteur de position lié auxdits moyens de transmission et détectant la position du bras, représentative du niveau du liquide. Le flotteur, porté par l'extrémité du bras pivotant, est de préférence un flotteur de forme oblongue, dont la plus grande dimension s'étend sensiblement dans la direction d'écoulement du liquide. On réalise ainsi un dispositif capable de mesurer le débit d'un liquide en écoulement, même rapide et turbulent, la disposition retenue étant telle que le flotteur, de forme hydrodynamique, se maintient toujours au niveau du liquide, avec un tirant d'eau qui reste sensiblement constant malgré le pivotement du bras portant ce flotteur, ce qui garantit la fiabilité et la précision des mesures. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, les moyens mécaniques de transmission des mouvements de pivotement du bras portant le flotteur comprennent une tringle ou tige, reliant un point intermédiaire de ce bras à un levier monté pivotant autour d'un axe sensiblement horizontal, tandis que le capteur précité est un capteur de position angulaire associé au levier et détectant l'inclinaison de ce levier, dépendante de l'inclinaison du bras portant le flotteur. Avantageusement, un ressort de rappel est tendu entre le levier précité et un point fixe d'amarrage, ce ressort compensant le poids du flotteur et du bras, ainsi que de la tringlerie; le flotteur possède ainsi une mobilité maximale, et son tirant d'eau est réduit de sorte qu'il oppose une résistance minimale au liquide en mouvement. Suivant une autre forme de réalisation du dispositif, les moyens mécaniques de transmission des mouvements de pivotement du bras portant le flotteur comprennent une tringle ou tige, reliant directement un point intermédiaire de ce bras à un capteur de position linéaire. Dans ce cas, le levier est supprimé, et le ressort de compensation peut être tendu entre le capteur et un point fixe. Le capteur de position peut être associé à un ensemble électronique de mesure et de mémorisation, dans lequel les mesures effectuées automatiquement à des intervalles de temps prédéterminés sont enregistrées. Le dispositif objet de l'invention est applicable plus particulièrement, quoique non exclusivement, à la mesure du niveau de l'eau en un point d'un réseau de drainage. II est alors facile de placer ce dispositif dans un regard ménagé au-dessus du point considéré et débouchant, par sa partie inférieure, dans le réseau de drainage. L'ensemble électronique de mesure et de mémorisation, associé au capteur de position, est disposé avec ce capteur à une certaine profondeur dans le regard ; cet ensemble peut être raccordé, par une liaison électrique, à un connecteur placé vers le sommet du regard, le connecteur étant prévu pour le branchement d'un dispositif transportable de collecte des mesures. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au- dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide, ainsi qu'une variante Figure 1 est une vue générale, en coupe verticale, illustrant l'implantation d'un dispositif conforme à l'invention sur un drain ; Figure 2 est une vue en coupe verticale, à plus grande échelle, du dispositif servant à mesurer le niveau d'eau par exemple dans le drain visible à la figure 1 ; Figure 3 est une vue partielle d'un dispositif de mesure, constituant une variante de celui de figure 2. La figure 1 montre un drain 1 enterré sous un talus ou remblai 2, à une certaine profondeur au-dessous du niveau du sol 3. Le terme "drain" désigne, ici et dans la suite, toute canalisation de drainage principale ou secondaire, et tout collecteur analogue, appartenant à un réseau ou isolé, et servant à recueillir et à évacuer les eaux pluviales. On a indiqué sur le dessin, par la flèche F, le sens d'écoulement de l'eau dans le drain 1, et par le repère 4, le niveau variable de l'eau dans ce drain 1. Pour mesurer le niveau d'eau-4 dans le drain 1, I'invention prévoit un dispositif de mesure désigné dans son ensemble par 5, qui est placé dans un regard 6 ménagé dans le talus 2. La paroi verticale 7 du regard 6 est intersectée à sa base par le drain I, tandis que le sommet de cette paroi 7, situé au niveau du sol 3, reçoit un tampon amovible 8 obturant normalement le regard 6. Le dispositif de mesure 5, représenté sur la figure 2 dans une forme de réalisation particulière, comprend un flotteur 9 de forme oblpngue, lié à une extrémité d'un bras 10 dont l'autre extrémité est montée pivotante, autour d'un axe horizontal 11, sur une chape 12 fixée contre la paroi verticale 7-du regard 6 plus haut que le niveau d'eau maximum. Le bras 10 est ainsi monté mobile dans un plan vertical parallèle à la direction d'écoulement F de l'eau, et l'extrémité de ce bras 10 munie du flotteur 9 est tournée vers le côté "aval" du drain 1, la plus grande dimension du flotteur 9 s'étendant sensiblement dans la direction d'écoulement F de l'eau. Un point intermédiaire 13 du bras 10 est relié, par l'intermédiaire d'une tringle 14 dirigéé vers le haut, à un point intermédiaire d'un levier 15 monté pivotant autour d'un axe horizontal 16. L'extrémité libre du levier 15 est reliée à un ressort de rappel hélicoïdal 17 travaillant en traction, qui est amarré en un point fixe 18. L'axe 16 du levier 15 comprend une partie située à l'intérieur d'un équipement de mesure 19, logé dans un boîtier étanche, fixé contre la paroi verticale 7 du regard 6. L'équipement 19 comporte un capteur de position angulaire 20,-tel qu'un potentiomètre, qui détecte l'inclinaison du levier 15 dépendant de l'inclinaison du bras 10, elle-même dépendante de la position du flotteur 9 donc du niveau d'eau 4. Lorsque le niveau d'eau 4 varie dans le drain 1, le flotteur 9 monte ou descend et le bras 10 pivote autour de l'axe 11. Le déplacement du bras 10 est transrnis, par l'intermédiaire de la tringle 14, au levier 15 qui pivote alors autour de son axe 16, le ressort de rappel 17 permettant à la tringle 14 de rester tendue, en compensant le poids de cette tringle 14, du bras 10 et du flotteur 9. Le capteur de position angulaire 20 inclus dans l'équipement de mesure 19 peut ainsi fournir, à tout moment, une information analogique représentative de la position instantanée du fiotteur 9, cette information étant modifiée lorsque le niveau d'eau 4 varie. Dans une variante, illustrée par la figure 3, le capteur de position angulaire est remplacé par un capteur de position linéaire 21. Un tel capteur de position linéaire 21 est disposé entre, d'une part, l'extrémité supérieure de la tringle 14 et, d'autre part, le ressort de rappel 17 amarré au point fixe 18. Dans ce cas, le levier 15 de la forme de réalisation de la figure 2 est supprime. L'équipement de mesure 19 comprend encore un ensemble électronique de mesure et de mémorisation, avec un convertisseur analogique-numérique transformant l'information analogique, donnée par le capteur de position 20 ou 21, en un signal numérique pouvant être enregistré dans une mémoire. L'ensemble électronique, comprenant une alimentation électrique autonome, effectue de façon automatique à des intervalles de temps prédéterminés des mesures et des enregistrements de valeurs correspondant au niveau d'eau 4 dans le drain 1. Les valeurs enregistrées peuvent être relevées, périodiquement, à l'aide d'un dispositif transportable de collecte des mesures qui "vide" la mémoire de l'équipement de mesure 19. Comme le montre la figure I, l'équipement de mesure 19 qui est situé à une certaine profondeur dans le regard 6 peut être relié, par un câble 22 suivant la paroi 7, à un connecteur 23 placé vers le sommet du regard 6. Le connecteur 23 est ainsi rendu facilement accessible, après retrait du tampon 8, pour le branchement du dispositif de collecte 24. Ces dernières dispositions restent facultatives, et l'on peut envisager aussi que le relevé des valeurs enregistrées soit fait directement au niveau de l'équipement de mesure 19, ceci obligeant éventuellement le préposé à descendre à une certaine profondeur, à l'intérieur du regard 6. Dans l'application particulière ici considérée, les valeurs de niveau d'eau 4 mesurées sur une certaine période, et collectées comme décrit précédemment, sont traitées par conversion en valeurs correspondantes de débit d'eau dans le drain 1, et l'évolution des valeurs de débit d'eau est corrélée avec la pluviosité, enregistrée par d'autres moyens connus en soi durant la même période. Par une telle analyse, il devient possible de détecter une situation anormale, résultant de la rupture, de l'écrasement ou du colmatage des drains, ou de tout autre évènement affectant l'écoulement normal de l'eau, et de prévenir ainsi une déstabilisation du terrain. Comme il va de soi, et comme il ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par des modifications de détail concernant, par exemple, la forme du flotteur qui peut être plus ou moins ovoide ou en olive, ou le type de capteur relié à ce flotteur pour la détermination du niveau de liquide. Le dispositif est utilisable non seulement pour la mesure de niveaux d'eau dans des drains, mais encore dans toutes canalisations souterraines ou en surface, véhiculant de l'eau ou d'autres liquides dont le niveau est susceptible de subir des variations, par exemple des canalisations utilisées pour l'écoulement des eaux usées ou pour l'irrigation. Etant particulièrement adapté à la mesure de niveaux de liquides en écoulement, même rapide et turbulent, le dispositif objet de l'invention convient aussi à la surveillance des débits de petits cours d'eau naturels, tels que des torrents, son domaine d'application n'étant nullement limité à des conduites artificielles. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide, plus particulièrement d'un niveau d'eau courante susceptible de varier dans le temps, notamment en vue de la détermination du débit de ce liquide, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement, en combinaison - un flotteur (9) lié à un bras (10) monté pivotant autour d'un axe sensiblement horizontal (11), de telle sorte que le bras (10) est mobile dans un plan sensiblement vertical parallèle à la direction d'écoulement (F) du liquide, le flotteur (9) étant tourné vers le côté "aval" de cet écoulement, - des moyens mécaniques (14 à 18) de transmission des mouvements de pivotement du bras (10) portant le flotteur (9), ces moyens étant liés à un point (13) du bras (10), et - un capteur de position (20,21) lié auxdits moyens de transmission (14 à 18) et détectant la position du bras (10), représentative du niveau du liquide (4). 2. Dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flotteur (9), porté par l'extrémité du bras pivotant (po), est un flotteur de forme oblongue, dont la plus grande dimension s'étend sensiblement dans la direction d'écoulement (F) du liquide. 3. Dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens mécaniques de transmission des mouvements de pivotement du bras (10) portant le flotteur (9) comprennent une tringle ou tige (14), reliant un point intermédiaire (13) de ce bras (10) à un levier (15) monté pivotant autour d'un axe sensiblement horizontal (16), tandis que le capteur précité est un capteur de position angulaire (20), associé au levier (15) et détectant l'inclinaison de ce levier (15), dépendante de l'inclinaison du bras (10) portant le flotteur (9). 4. Dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un ressort de rappel (17) est tendu entre le levier précité (15) et un point fixe d'amarrage (18), ce ressort (17) compensant le poids du flotteur (9) et du bras (10). 5. Dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide selon la revendication 1 ou 2, caractérise en ce que les moyens mécaniques de transmission des mouvements de pivotement du bras (10) portant le flotteur (9) comprennent une tringle ou tige - (14), reliant directement un point intermédiaire (13) de ce bras (10) à un capteur de position linéaire (21). 6. Dispositif pour la mesure d'un niveau de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le capteur de position (20 ; 21) est associé à un ensemble électronique de mesure et de mémorisation (19). 7. Dispositif de mesure d'un niveau de liquide selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé par son application à la mesure du niveau de l'eau en un point d'un réseau de drainage (1), ce dispositif (5) étant placé dans un regard (6) ménagé au-dessus de ce point et débouchant, par sa partie inférieure, dans ledit réseau de drainage (1). 8. Dispositif de mesure d'un niveau de liquide selon l'ensemble des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'ensemble électronique de mesure et de mémorisation (19), associé au capteur de position (20 ; 21), est disposé avec ce capteur à une certaine profondeur dans le regard (6), et est raccordé par une liaison électrique (22) à un connecteur (23) placé vers le sommet du regard (6), le connecteur (23) étant prévu pour le branchement d'un dispositif transportable de collecte des mesures (24).