Brevet FR2644242A1 — publié le 19900914

La présente invention est du domaine de I hydrométrie et a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif pour la mesure des valeurs extrêmes de la hauteur at teinte par une nappe de liquide. On connaît des dispositifs, dits sondes lumineuses, qui sont utilisés pour la mesure ponctuel le rapide, simple et économique des niveaux d-eau dans les puits, forages, les regards de visite, ou pour le contrôle lors des essais de pompage ; ces dispositifs sont constitués d'un tambour sur lequel s'enroule un ruban gradué dont l embout, dit sondeur permet l'allumage dune ampoule de signalisation dès qu il est en contact avec I eau; le niveau d'eau se lit ensuite sur le ruban gradué. La fréquence de mesure est d'autant plus rapprochée que la précision désirée de lame- sure est grande. On connaît aussi l'utilisation de dispositifs dacquisi- tion numériques permettant, par une mesure continue, I obtention de données précises concernant les variations de la hauteur dune nappe pendant une période donnée. riais les plus utilisés sont des appare i Is à enregistrement graphique, dits limnigraphes. Dans ces dispositifs, la mesure est continue et est assurée par un flotteur qui comsonde un dispositif à roues, et les variations de la hauteur du liquide sont lues sur des feuilletis disposés sur un tambour enregistreur. Or, tous ces dispositifs présentent un certain nombre d i n- convénients. En effet, les sondes lumineuses précitées n'effectuent que des mesures ponctuel les et ne permettent pas à elles seules, la mesure des valeurs extrêmes de la hauteur atteinte par la nappe de liquide sans que ne soit connu le moment opportun pour effectuer ces mesures, ce qui n est en l espèce pas le cas. Le 1 imnigraphe enregistreur et les dispositifs d'acquisi- tion numériques donnent beaucoup trop d'informations par rapport à celles nécessaires et requises par les utilisa- teurs et sont, de ce fait beaucoup trop coûteux. En effet, les géologues, les contrôleurs de nappes d'eau souterraines et autres utilisateurs de tels dispositifs, ont seulement besoin de connaître les niveaux le plus haut et le plus bas atteints par la nappe pendant une période donnée, de sorte que la mesure continue des variations, effec- tuée par ces dispositifs est beaucoup trop exhaustive. De plus les limnigraphes ont un cycle d'utilisation généralement égal à trente deux jours, ce qui implique la né cess i té de se trouver sur le lieu de mesure douze fois par an pour relever les diagrammes et changer les feuillets du rouleau; en outre, ces dispositifs ne sont pas autonomes, et il est nécessaire de prévoir des changements de pilets et de les réapprovisionner en encre périodiquement. Les recherches menées dans ce domaine jusquà ee jour, ten- daîentà la mise au point dedispositifs simples etbon mar ché, permettant I la mesure des points haut et bas du niveau du liquide, n'engendrant qu'un déplacement par an sur le lieu, et l on s'orientait plutôt vers un flotteur équipé d'un tambour encreur destiné à marquer la surface d-une corde flottante ; la mesure lue dépendrait de la longueur de la partie encrée de la cordelette ; le tambour enregistreur du I i mn i graphe sera i t donc remp I acé par le tampon en creur ; mais I'utilisation d-une cordelette encrée au contact de l eau était source de nombreuses in,préci- suions. La présente invention uise à remédier aux inconvénients des dispositifs précités et a pour but de proposer un procédé et un dispositif simples et particulièrement économiques de mesure à la fois des deux valeurs extrêmes de la hauteur atteinte par une nappe de liquide pendant une pér i ode de temps donnée et de la hauteur de la nappe au moment de la mesure, ne nécessitant qu'un seul déplacement sur le lieu pendant cette période. Selon la présente invention, le procédé de mesure des valeurs extrêmes de la hauteur atteinte par une nappe de li- quide souterraine pendant une période de temps déterminée et de la hauteur de la nappe au moment de la mesure, du genre des procédés qui cons i steni à utiliser des sondes lumineuses servant à la mesure rapide des niveaux d'eau dans les puits, forages, etc..., est caractérisé de manière géné rale en ce qu il consiste à amener, dans un premier temps, deux indicateurs approximativement au niveau de la surface de la nappe, au moment de la mise en place du dispositif, puis à asservir la position des indicateurs aux variations de la hauteur de la nappe de liquide, I indicateur inférieur descendant jusqu'au niveau correspondant au niveau le plus bas de la nappe si celui-ci diminue, et se stabi I i- sant dans cette position jusqu à la prochaine diminsution de niveau, l indicateur supérieur s'élevant jusqu'au niveau correspondant au niveau le plus haut si celui-ci aug sente et se stabilisant dans cette position jusqu la prochaîne augmentation, puis à renouveler ces opérations à chaque variation de la hauteur de la nappe, puis à la fin de la période de mesure, relever à la fois la distance des i n- dicateurs et celle du niveau de la nappe par rapport à un niveau de référence, et, enfin en déduire i ruz les hauteurs des niveaux le plus haut et le plus bas atteints par la nappe de liquide pendant la période déterminée et du niveau au moment de la mesure. Selon une seconde caractéristique principale} on asservi t les indicateurs de niveaux haut et bas aux variations de niveau de la nappe par l'intermédiaire d'un troisième indicateur maintenu en permanence à la surface de la nappe. Selon une troisième caractéristique principale, pour relever la distance des indicateurs par rapport au niveau de référence, on détecte la présence de ceux-ci et leur distance par rapport à ladite surface de référence par l intermédiaire d'une sonde, dont l extrémité inférieure est munie d'un détecteur, sensible à l émission d'ondes par les indicateurs et dont l'autree,trémitéestreliéeà un signal sonore ou lumineux commandé par le détecteur. La présente invention a encore pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit, disposé dans le tubage de la nappe de liquide, dont le diamètre peut être variable et qui comprend d-une part, I indica- teur, dit troisième, disposé entre les deux premiers indi cateurs, les indicateurs coul issant le long d'un guide tubulaire positionné dans le tubage de la nappe par l inter- médiaire d'un lest, les deux premiers indicateurs étant mûs grâce au déplacement du troisième indicateur, et d'autre part un dispositif de mesure déterminant la distance des indicateurs par rapport au niveau de référence par l intermédiaire de la sonde et des signaux lumineux ou sonores à la fin de la période mesurée, les deux premiers indicateurs étant amenés lors de la mise en place du dispo- sitif approximativement au niveau de 1 'veau, par I' intermé- diaire d'une bague de relevage et d'une bague de contrepoids manoeuvrables à partir de la partie supérieure du dispositif. Selon une première caractéristique secondaire, la sonde permettant la détection de la présence des indicateurs et la mesure de la distance de ceux-ci par rapport au niveau de référence est constituée d'un câble électrique souple gradué enroulé sur un tambour dont l'extrémité inférieure comporte un détecteur sensible à un champ magnétique et dont l'autre est reliée à un émetteur lumineux ou sonore par l'intermédiaire d'une source d'énergie électrique et d'un interrupteur et en ce que ledit câble électrique souple est introduit à l'intérieur du guide tubulaire. Selon une deuxième caractéristique secondaire, les indicateurs de niveaux maximum et minimum sont constitués de bagues souples, offrant un léger serrage par rapport au guide tubulaire, et comportant des anneaux aimantés. Selon une troisième caractéristique secondaire, I'indicateur auquel les indicateurs de niveaux maximum et minimum sont asservis, est constitué d'un flotteur muni, lui aussi, d'une anneau aimanté, ledit flotteur coulissant 1 i- brement par rapport au guide tubulaire. De préférence, le détecteur sensible au champ magnétique émis par l'anneau aimanté des indicateurs, est constitué d'un contacteur électromagnétique. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, le détecteur sens i b I e au champ magné t i que ém i s par I 'anneau ai man- té des indicateurs est constitué d'une diode à effet de champ. Selon un dernier mode de réalisation préférentiel} le détecteur sensible au champ magnétique émis par l l'anneau ai manté des indicateurs est constitué d'un interrupteur à lame souple. Les avantages de 1 ' invention tiennent essentiellement en ce que le procédé est de mise en oeuvre particulièrement aisée, le dispositif très bon marché, et en ce qu'ils permettent une détermination des trois seules valeurs qui intéressent les utilisateurs de ces dispositifs, à savoir les valeurs des points haut et bas d'une nappe de I iquide et de la profondeur de la nappe au moment de la mesure ce qui est possible par la combinaison des moyens utilisés qui sont un tube de guidage, un flotteur, deux coul isseaux ai mantés sensibles au champ magnétique, (indicateurs) et un dispositif de mesure de la profondeur. D'autres caractéristiques et avantage apparattront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation selon l'invention donné à titre d'exemple non limitatif au regard du dessin annexé représentant une vue en coupe longitudinale de L ensemble monté. Sur cette figure, le dispositif de contrôle selon l'in- vention est disposé dans le tubage 6 d'un puits. Ce dispositif est constitué d'un tube de guidage rigide 7 en PUC, ou autre matière, d'un diamètre de 25 mm, disposé sur toute la longueur du tubage 5 du puits ; ce tube 7 est composé de plusieurs éléments modulaires constitués chacun d'un tube d'une longueur de 1 > 50 m dont l'une des extrémités est mâle et l'autre femelle, de manière à permettre l emboîtement des deux parties et leur collage, et d'obtenir une longueur de tube correspondant à la profondeur désirée ; ce tube de guidage 7 est solidarisé à la partie supérieure du tubage du puits 6, par l'intermédiaire d'un raccord de fixation 20 sur lequel sont fixées trois élingues 21 en acier inoxydable, par agrafage.Sur ladite partie supérieure du tubage du puits 6, les moyens de fixation peuvent varier en fonction de la conception du puits. La partie inférieure du tube de guidage 7 comporte un élément dit "lest-centreur" 16 de forme cylindrique et d'un diamètre environ égal à go mm, destiné outre sa fonction de lestage, également à cen trer le tube 7 et à le maintenir en position vert verticale un bouchon 17 est collé à I 'extrémité basse afin de retenir le lest centreur 16 et éviter qu'il ne se désengage du tube de guidage 7. Le dispositif de l'invention comporte également un flotteur 5, d'un diamètre extérieur d'environ 75 mm, en PVC, présentant un tube central d'un diamètre d'environ 25 mm, permettant le passage du tube de guidage 7 autour duquel i coulisse; ce flotteur 5 est également équipé d'un anneau magnétique disposé dans son tube central ; en outre, ledit flotteur 5 a été lesté de façonàceque le niveau de liquide se stabilise à sa mi-hauteur. Ainsi on peut mesurer, grâce à un dispositif de mesure 8, la profondeur f du flotteur 5 à n' importe quel moment, en ame nànt à travers le tube de guidage 7 une sonde 9 au niveau du flotteur 5 cette sonde comporte à I 'une de ses extrémités un élément de contact électromagnétique 10 relié à un ruban millimétré 11, celui-ci s'enroulant sur un tambour tournant 12, équipé de voyants lumineux 13, et placé à la partie supérieure du dispositif 1 constituant un plan de référence.L'élément de contact 10 est constitué, de préférence, d'un interrupteur à lame souple ; le champ magnetique produit par l'anneau aimanté influencera la lame souple de la sonde 9, lorsque cel le-ci se trouvera en regard dudit anneau, ce qui aura pour conséquence 1 'oct i va- tion des voyants lumineux 13 ; il suffira ensuite de lire la valeur de la hauteur du niveau de liquide sur le ruban millimétré Il. Vont etre décrits, dans ce qui suit, les moyens utilisés pour réaliser la mesure des hauteurs des niveuax haut et bas atteints par la nappe d'eau pendant une période donnée; ces moyens comprennent deux indicateurs en polypropylène 3, 4 disposés de part et d'autre du flotteur 5, constitués chacun d'une bague souple dite d'ancrage 14, 15 et d'un anneau magnétique (non visibles); ; les bagues 14, 15 per- mettent le coulissement des indicateurs 4, 3 le long du tube de guidage7 qu'elles entourent ; ainsi, il est égale- ment possible de repérer les profondeurs respectives p, q des indicateurs haut et bas 4, 3 Lors de la mise en oeuvre du dispositif, les deux indicateurs 3, 4 sont amenées approximativement au niveau de l'eau de maniere à ce qu'ils jouxtent le flotteur 5 par l'intermédiaire, pour l'indicateur supérieur 4 d'une bague de contrepoids 19 et pour l'indicateur inférieur 3 d'une bague de relevage 18, toutes deux reliées à un fil de nylon permettant leur manipulation à partir du sol. Chaque fois que le niveau de l'eau descend, le flotteur 5 entraîne l'indicateur inférieur 3 vers le bas (pointi 1 l) ' ce der nier-ne pouvant remonter que par 1 'actionnement de la bague de relevage 18, d'où il résulte qu'il se trouve toujours à la hauteur la plus basse atteinte par la nappe ; et il en est de même pour l'indicateur supérieur 4 qui se stabilisera à la plus grande hauteur atteinte par le niveau de la nappe ; ce qui se produira après chaque variation du niveau de la nappe ; il suffit, à la fin de la période de mesure de relever les profondeurs respectives p, q des indicateurs haut et bas 4, 3 en introduisant la sonde g dans le tube de guidage? en la faisant descendre et > à chaque signalement lumineux des voyants, de relever les valeurs des profon deurs sur le ruban millimétré 11. On notera qu'une correction sera nécessaire pour la déter mination des valeurs exactes des profondeurs atteintes par la nappe. En effet, la position de l'indicateur inférieur 3, à la profondeur q correspond à une profondeur du niveau d'eau de q-c, la distance c correspondant à la distance séparant approximativement le milieu du flotteur 5 à l'an neau aimanté d'un des indicateurs, lorsqu'ils se jouxtent. Ainsi, à la valeur de la profondeur q de I'indicateur 3, lue sur le ruban 11, devra être retranchée la distance c il en sera de même pour la lecture de la profondeur de l'in- dicateur supérieur 4, pour laquelle il conviendra d'ajouter à la profondeur p cette distance c (c étant de l'ordre de 175 mm) pour déterminer la valeur exacte de la profondeur minimum du niveau de l'eau. Il est à noter que la lecture de la valeur de la profondeur f (ou hauteur h) > du f I ou flotteur 5 ne nécessite pas de correction et que la tolérance des mesures est de l'ordre de 5 mm. Ce dispositif est particulièrement avantageux dans lame- sure, d'une part, où son coût est dix fois moins important que celui des limnigraphes les plus utilisés et d'autre part, en ce que le matériel portatif nécessaire à la prise de la mesure par des techniciens se compose essentiellement de la sonde 9 comportant l'élément de contact électromagnétique, d'un ruban millimétré Il sur tambour 12 équipé de piles et de voyants lumineux 13, tous les autres éléments sus-décrits ayant été déposés dans le tubage 6 au moment de la mise en place du dispositif et y demeurant pour un nombre d'utilisations illimité. On pourra noter également que le dispositif de l'invention, pourra faire l'objet d'améliorations par exemple, l'adaptation d'afficheurs à cristaux liquides sur le tambour. Ce dispositif trouve des applications intéressantes dans les domaines de la géologie, de l'aménagement et de la gestion des eaux souterraines. Lors de l'utilisation des sous-sois pour la réalisation de caves, parking , passages souterrains, métro, etc, ., la connaissance de la présence et des variations des niveaux des nappes d'eau est importante pour la détermination des coûts relatifs à la conception des ouvrages. On peut également imaginer d'autres utilisations de ce dispositif dans le domaine du contrôle de niveau de cuve stockant, par exemple, des produits chimiques, des engrais, cuves à vin, champagne etc. ,., dans le cas des cuves stockant des produitsacides r il est nécessaire d'utiliser des tubes extérieurs transpanents, reliés à la partie in fér i eure des cuves ; ce qui condu i t lorsque le tube se brise à la propagation de L acides ce qui rend particulièrement intéressante l'utilisation du dispositif de l'invention dans ce domaine. Il doitetre entendu, que cette in-Jention n'estpas limitée à cette forme et à ces moyens, mais s'étend à tous les procédés et dispositifs comportant les caractéristiques générales énoncées ci-dessus Revendications 1. Procédé de mesure des valeurs extrêmes de la hauteur atteinte par une nappe de liquide souterraine pendant unepé- riode de temps déterminée et de la hauteur de la nappe au moment de la mesure, du genre des procédés qui consistent à utiliser des sondes lumineuses servant à la mesure rapide des niveaux d'eau dans les puits, forages, etc. .. caractérisé en ce qu'il consiste à . - amener, dans un premier temps, deux indicateurs , - asservir la position des indicateurs et celle du niveau de la nappe par rapport à un niveau de référence, 2. Procédé de mesure, selon la revendication 1, caractérisé en ce que I'on asservit les indicateurs (4,3 > de niveaux haut et bas aux variations de niveau de la nappe par l'intermédiaire d'un troisième indicateur C5) maintenu en permanence à la surface de la nappe. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que, pour relever. la distance des indica teurs C3,4,5) par rapport au niveau de référence, on détecte la présence de ceux-ci et leur distance par rapport à ladite surface de référence par l'intermédiaire d'une sonde C9 ), dont l'extrémité inférieure est munie d'un détecteur (10), sensible à l'émission d'ondes par les indicateurs (3,4,5) et dont l'autre extrémité est reliée à un signal sonore ou lumineux commandé par le détecteur (10 > . 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est disposé dans le tubage (6) de la nappe de I i quide, dont le diamètre peut être variable, qu'il comprend d'une part, l'indicateur (5), dit troisième, disposé entre les deux premiers indicateurs (3,4), les indicateurs (3,4,5) coulissant le long d'un tube de guidage C7 ) muni d'un lest C16) positionné dans le tubage C6) de la nappe, les deux premiers indicateurs étant mus grace au déplacement du troisième indicateur (5), et d'autre part un dispositif de mesure (8) déterminant la d-istance des indicateurs C3,4,5) par rapport au niveau de référence par l'intermédiaire de la sonde Cg ) et des signaux lumineux ou sonores Ct3) à la fin de la période mesurés, et en ce que les deux premiers indicateurs C3,4) sont amenés lors de ta mise en place du dispositif approximativement au niveau de liteau, par l'intermédiaire d'une bague de relevage C18 ) et d'une bague de contrepoids (19) manoeuvrables à partir de la partie supérieure du dispositif (1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lasonde (g > permettant la détection de la présence des indicateurs (3,4,5) et la mesure de la distance de ceux-ci par rapport au niveau de référence est constituée d'un câble électrique souple gradué C 11 I > enroulé sur un tambour C 12) dont l'extrémité inférieure comporte un détecteur sensible à un champ magnétique et dont l'autre est reliée à un émetteur lumineux ou sonore, par l'intermédiaire d'une source d'énergie électrique et d'un interrupteur et en ce que ledit câble électrique souple (11) est introduit à l'intérieur du tube de guidage C7). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les indicateurs de niveaux maximum et minimum (4,3) sont constitués de bagues souples, offrant un léger serrage par rapport au tube de guidage C7), et comportant des anneaux aimantés 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'indicateur (5) auquel les in dicateurs de niveaux maximum et minimum (4,3) sont ssser- vis, est constitué d'un flotteur (5) muni, lui aussi, d'un anneau aimanté, ledit flotteur (5) coulissant librement par rapport au tube de guidage (7). 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le détecteur (10) sensible au champ magnétique émis par l'anneau aimanté des indicateurs, est constitué d'un contacteur électromagnétique. 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le détecteur sensible au champ magnétique émis par l'anneau aimanté des indicateurs (3,4,5) est constitué d'une diode à effet de champ. 10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le détecteur sensible au champ magnétique émis par l'anneau aimanté des indicateurs (3,4,5) est constitué d'un interrupteur à lame souple.