Brevet FR2645639A1 — publié le 19901012

Procédé et appareillage de mesure du débit d'un effluent L'invention se rapporte tout d'abord à un procédé de mesure du débit d'un effluent par injection, avec un débit déterminé, d'un traceur constitué par une substance dispersible dans l'eau, puis mesure de la concentration du traceur après dilution en un point situé en aval du point d'inJection du traceur, suffisamment loin pour que ce dernier ait pu se disperser de façon homogène dans l'effluent, le débit de ce dernier étant calculé à partir du résultat de cette mesure de concentration. I1 est connu d'utiliser, pour effectuer des mesures de débit de ce genre, des traceurs chimiques (chlorure de lithium, iodure de potassium, rhodamine, etc). De tels traceurs présentent l'inconvénient de ne pas donner des résultats immédiats; ils nécessitent en effet d'opérer des prélèvements en aval du point d'injection, puis d'effectuer en laboratoire l'analyse des échantillons prélevés, car les appareils d'analyse sont coflteux et ne se prêtent pas à une utilisation sur le site. En pratique, il faut s'accommoder de délais de plusieurs semaines entre une campagne de mesure et l'obtention des résultats. De plus, on doit, sur le site, travailler "en aveugle", le passage du traceur au point de prélèvement n'étant pas visuellement décelable.Par ailleurs, il y a risque d'adsorption des traceurs chimiques sur les matières en suspension dans-l'effluent, les colloides, etc, qu'il est nécessaire de retenir par filtration ou centrifugation avant analyse, ce qui conduit à des erreurs par perte de traceur. I1 est connu également d'utiliser des traceurs radioactifs. Si les traceurs de ce type donnent des résultats immédiats sur le site de mesure, leur utilisation, qui ne va pas sans risques, est soumise à une autorisation préalable. En outre, leur durée de vie est courte et leur prix élevé. La présente invention a pour but d'écarter les inconvénients que comporte l'utilisation de traceurs chimiques ou radioactifs, grâce à un nouveau procédé de mesure dans lequel le traceur est une substance douée de perméabilité magnétique, tandis que la mesure de la concentration du traceur après dilution dans l'effluent est déduite de la mesure de Ia perméabilité magnétique de l'effluent contenant le traceur dilué. L'utilisation l' utilisation d'un traceur dotant l'effluent de perméabilité magnétique présente l'avantage de permettre des mesures de débit en temps réel, du fait qu'elles se ramènent à des mesures de perméabilité magnétique qui peuvent aisément être effectuées immédiatement, sur le site même. En outre, du fait que le degré de perméabilité magnétique induit dans l'effluent par dilution du traceur est indépendant d'éventuels phénomènes d'adsorption ou de précipitation du traceur, la précision des mesures de débit n'est pas affectée par l'existence de tels phénomènes. A cela s'ajoute que les traceurs utilisables dans le cadre de l'invention sont des substances neutres vis-à-vis de l'environnement, qui ne nécessitent ni autorisation préalable, ni précaution spéciale d'utilisation. Le traceur peut en principe être une substance ferromagnétique dénuée de rémanence. Toutefois, il convient plutôt, pour des raisons pratiques, de choisir une substance ferrimagnétique, c'est-à-dire un ferrite tel que la magnétite. L'invention a également pour objet un appareillage permettant de mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus. Cet appareillage comprend - un dispositif d'injection dans l'effluent, avec un débit déterminé, d'un traceur doué de perméabilité magnétique, - et un perméamètre destiné à mesurer la perméabilité magnétique de l'effluent contenant le traceur dilué en dispersion homogène. Dans une forme d'exécution préférée, le perméamètre comporte deux transformateurs électriques identiques dont les enroulements sont dépourvus de circuit magnétique, des moyens d'amenée d'une fraction de l'affluent contenant le traceur dilué au voisinage de l'un des transformateurs de façon à influer sur le coefficient d'inductance mutuelle de ses enroulements, une source de courant alternatif alimentant d'égale manière les enroulements primaires des deux transformateurs et un organe de mesure comparant les signaux alternatifs respectivement fournis par les enroulements secondaires des deux transformateurs. L'un de ces derniers peut avantageusement être muni d'un moyen de réglage permettant de minimiser le faux zéro du perméamètre. Quant aux moyens d'amenée de l'affluent contenant le traceur dilué, ils comprennent de préférence, connectés en série, un tuyau agencé pour plonger dans l'affluent au point de mesure, un conduit passant à travers les enroutements du transformateur orrespondant et une pompe permettant de faire circuler dans ledit conduit une fraction de l'effluent contenant le traceur dilué, prélevée à l'aide dudit tuyau. Les principaux avantages offerts par l'invention sont les suivants - possibilité de mesure et d'enregistrement des débits en temps réel; - insensibilité totale des résultats de mesure aux phénomènes d'adsorption, le signal délivré par le perméamètre ne dépendant pas du mode de dispersion du traceur dans les effluents ni, dans une grande mesure, de sa granulométrie; - grande sélectivité vis-à-vis d'éventuels éléments magnétiques contenus dans les effluents, qui sont principalement des substances paramagnétiques (cas des rejets industriels contenant des sels de fer dissous) n'affectant pratiquement pas la perméabilité magnétique des effluents; - excellente sensibilité de mesure, qui permet de détecter une variation de l'ordre du ppm; - bonne précision (erreur inférieure à 5 %);; - faible coOt, du fait qu'un traceur tel que la magnétite est un produit très bon marché et que la rapidité de réponse de l'appareillage ainsi que la possibilité d'effectuer les mesures en temps réel limitent la consommation de traceur; - possibilité de mesurer directement les débits (et non pas les vitesses) comme avec tous les traceurs en général, sans introduction d'aucune perturbation dans l'écoulement. L'invention s'applique à la mesure du débit de toutes sortes de flux liquides à écoulement gravitaire (égouts, rivières, etc) à l'exclusion du domaine de l'eau potable. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'un exemple de réalisation non limitatif. La figure 1 représente schématiquement, en coupe '-ongitudinale, un appareillage de mesure de débit selon l'invention installé dans un égout. La figure 2 représente une coupe faite à travers le perméamètre faisant partie de l'appareillage de mesure. La figure 3 est un schéma électrique simplifié du perméamètre de la figure 2. On voit sur la figure 1 un effluent ou courant d'eaux usées formant une veine liquide 1 à écoulement gravitaire dans un canal 2, pourvu de puits d'accès 3, 4, avec un débit Q qu'il s'agit de mesurer. A cet effet, un ensemble d'injection 5 est installé auprès du puits amont 3 pour disperser dans la veine liquide un traceur constitué par de la magnétite, substance ferrimagnétique, tandis qu'un ensemble de prélèvement et de mesure 6 est installé auprès du puits aval 4 pour recueillir une partie de l'affluent après dilution du traceur injecté et y déterminer la concentration de celui-ci. L'ensemble d'injection 5 comprend un fût 7 contenant une réserva de traceur, une pompe doseuse 8 et un tuyau 9 se terminant par un diffuseur 10 immergé dans la veine liquide 1. Le traceur se présente sous la forme d'une composition aqueuse homogène, noire et visqueuse, de poudre de magnétite conditionnée (grains Le traceur, injecté par le diffuseur 10, se disperse et se mélange de façon homogène dans la veine liquide sur le parcours compris entre le puits 3 et le puits 4, dont la longueur L est suffisante pour que le mélange soit parfait au-niveau du puits 4; en pratique, une longueur L = 75 à 100 D, D étant la largeur du canal, convient. L'ensemble de prélèvement et de mesure 6 comprend un tuyau 11 raccordé d'une part à une crépine 12 immergée dans la veine liquide et d'autre part à une pompe de prélèvement 13, et un dispositif de mesure 14 permettant de déterminer la concentration c du traceur dans la fraction d'effluent prélevée. Ce dispositif de mesure renferme un perméamètre 15, un enregistreur 27 ét une alimentation en énergie électrique 28. La pompe 13, qui peut être une pompe péristaltique ou tout autre type de pompe auto-amorçante pour eaux usées, assure un débit de prélèvement de faible valeur (par exemple 1 l/h). Elle envoie le liquide prélevé par le tuyau 11, via la crépine de protection 12, dans le perméamètre 15, lequel permet de mesurer la perméabilité magnétique du liquide prélevé contenant le traceur dilué, d'où est ensuite déduite la concentration c de ce dernier. Le perméamètre 15 comprend (figure 2), montés sur une platine 16, deux transformateurs T1, T2 identiques comportant respectivement un enroulement primaire P1, P2 et un enroulement secondaire S1, S2. Chaque enroulement secondaire, bobiné sur un mandrin 17 non magnétique fixé à la platine 16, est entouré coaxialement de l'enroulement primaire correspondant, bobiné sur un mandrin externe 18 également non magnétique, lequel peut coulisser longitudinalement sur le mandrin interne 17 qu'il entoure. Chaque mandrin externe 18 est muni d'une vis de blocage 19 qui permet de l'immobiliser par rapport au mandrin interne 17; en outra, lemandrin externe 18 du transformateur T2 est muni d'une vis 20 de réglage mécanique de son positionnement par rapport au mandrin interne 17.Les axes des enroulements des transformateurs T1 et T2 sont parallèles, ces derniers étant~disposés à distance l'un de l'autre, de façon à éliminer toutcouplage mutuel intempestif. Les enroulements P1 et S1 du transformateur T1 sont traversés coaxialament par un tuba de matière amagnétique (verre) 21, qui est relié dtune part à un embout 22 de raccordement à la sortie de la pompe de prélèvement 13 et, d'autre part, à un tuyau 23 de rejet du liquide. prélevé après passage à travers le transformateur T1. Comme représenté sur le schéma de la figure 3, ensemble des primaires P1, P2 des transformateurs, connectés en série, est relié à une source de courant alternatif 24. Quant aux secondaires Sis S2' ils sont connectés également en série, toutefois avec inversion des bornes du secondaire S2, et l'ensemble est relié à l'entrée d'un amplificateur 25 dont le signal de sortie est appliqué à un indicateur constitué par un voltmètre 26 et/ou l'enregistreur 27 précité. Préalablement à une mesure de débit, il convient de tarer le zéro du perméamètre. En l'absence de matière magnétiquement perméable dans le tube 21, les tensions en opposition dfilivrées par les secondaires S1, S2 doivent théoriquement s'équilibrer, le voltmètre 26 indiquant une tension nulle. En pratique, cette tension peut légèrement différer de zéro; elle est ramenée à zéro par réglage du positionnement du primaire P2 par rapport au secondaire S2 du transformateur T2 à l'aida de la vis 20. Ce réglage fait, la vis de blocage 19 est serrée. On procède alors à l'injection dans l'affluent de la composition contenant le traceur ferrimagnétique, lequel se mêle de façon homogène dans l'eau de la veine liquide et reparaît après dilution avec une concentration c. dans la fraction prélevée qui parcourt le tuba 21. Dès lors, la tension aux bornes du secondaire S1 du transformateur T1 augmente, l'équilibre des secondaires est détruit et une tension non nulle est lue sur le voltmètre 26, proportionnelle à la concentration c. Si la composition mère contenant en suspension le traceur ferrimagnétique avec une concentration C est injectée avec un débit q dans la veine liquide s'écoulant avec un débit Q, la concentration c du traceur dilue au point de prélèvement peut s'écrire c = qC / (Q + q) de sorte que le débit Q que l'on désire mesurer a pour expression Q = q(C - c) / c. Les quantités q et C sont connues, étant choisies librement; la concentration c se déduit de la tension de sortie du perméamètre 15; le débit Q peut donc être calculé et immédiatement affiché et enregistré. Revendications 1. Procédé de mesure du débit d'un effluent par injection, avec un débit déterminé, d'un traceur constitué par une substance dispersible dans l'eau, puis mesure de la concentration du traceur après dilution en un point situé en aval du point d'injection du traceur, suffisamment loin pour que ce dernier ait pu se disperser de façon homogène dans lfeffluent, le débit de ce dernier étant calculé à partir du résultat de cette mesure - de concentration, caractérisé par le fait que le traceur est une substance douée de perméabilité magnétique, tandis que la mesure de la concentration du traceur après dilution dans l'affluent est déduite de la mesure de la perméabilité magnétique de l'affluent contenant le traceur dilué. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le traceur est une substance ferrimagnétique. 3. Appareillage permettant de mettre en oeuvre le procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé par le fait qu'il comprend - un dispositif d'injection (5) dans l'affluent (1), avec un débit déterminé, d'un traceur doué de perméabilité magnétique, - et un perméamètre (15) destiné à mesurer la perméabilité magnétique de l'affluent contenant le traceur dilué en dispersion homogène. 4. Appareillage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le perméamètre (15) comporte deux transformateurs électriques (T1, T2) identiques dont les enroulements (Pt, S1, P2, S2) sont dépourvus de circuit magnétique, des moyens (12, 11, - 13) d'amenée d'une fraction de effluent contenant le traceur dilué au voisinage de l'un des transformateurs de façon à influer sur le coefficient d'inductance mutuelle de ses enroulements (P1, S1), une source de courant alternatif (24) alimentant d'égale manière les enroulements primaires (P1, P2) des deux transformateurs et un organe de mesure (26) comparant les signaux alternatifs respectivement fournis par les enroulements secondaires (S1, S2) des deux transformateurs. 5. Appareiliage selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'un des deux transformateurs est muni d'un moyen de réglage (20) permettant de minimiser le faux zéro du perméamètre. 6. Appareillage selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que lesmoyens d'amenée de l'affluant contenant le traceur dilué comprennent, connectés en série, un tuyau (11) agencé pour plonger dans l'affluant (1) au point de mesure, un conduit (21) passant à travers les enroulements (P1, S1) du transformateur (T1) correspondant et une pompe (13) permettant de faire circuler dans ledit conduit une fraction de l'affluent contenant le traceur dilué, prélevée à l'aide dudit tuyau.