Brevet FR2710979A1 — publié le 19950414

DISPOSITIF DE MESURE DU DÉBIT D'UN ÉCOULEMENT A SURFACE LIBRE TENANT COMPTE DES VARIATIONS DU NIVEAU D'EAU La présente invention a pour objet un dispositif de mesure du débit d'un écoulement à surface libre tenant compte des variations du niveau d'eau. I1 peut s'appliquer à tous les types d'écoulement et est destiné à maintenir une (ou des) sonde(s) de mesure à la surface de l'écoulement sans apporter de perturbation hydraulique et sans créer d'obstacle au transport des solides véhiculés par 1 'écoulement. Dans les dispositifs connus pour la mesure de débit, la (ou les) sonde(s) de mesure de vitesse est (sont) implantée(s) en un (ou des) point(s) fixe(s) de la section d'écoulement. Se posent alors deux problèmes majeurs: d'une part, lorsque les écoulements accusent des variations de niveau et de section, la mesure réalisée depuis un point fixe ne peut pas être correctement représentative d'une vitesse moyenne dont le foyer varie avec la hauteur d'eau, d'autre part, la mise en place de la (ou des) sonde(s) dans la section d'écoulement, ainsi que les opérations de maintenance sont toujours délicates à réaliser, surtout lorsque l'écoulement ne peut pas être détourné pour mettre la section de mesure à sec. Le dispositif proposé permet d'éliminer ces deux problèmes: La mesure de vitesse est toujours réalisée depuis la surface de l'écoulement quelle que soit la hauteur d'eau. I1 est ainsi possible d'obtenir, en fonction du type de sonde utilisée, la vitesse maximale (en général proportionnelle à la vitesse moyenne) par mesure locale en surface, ou directement la vitesse moyenne par mesure dans l'écoulement depuis le haut. Comme le point de prise de mesure de vitesse varie avec la hauteur d'eau, les conditions de mesure demeurent inchangées. La mise en place de la sonde dans l'écoulement est très simple et ne nécessite pas de mise à sec, sa maintenance en est facilitée. Le dispositif proposé permet en outre de mesurer à tout instant la profondeur de l'écoulement, ce qui permet aussi de déterminer l'évolution locale du fond (érosion ou dépôt) par le calcul de la différence entre la profondeur mesurée en un point selon le principe précédent et la hauteur d'eau relative en ce point mesurée par rapport à une référence fixe de façon synchrone selon un procédé classique de résolution identique. I1 est constitué d'une articulation multidirectionnelle montée sur un point fixe hors de l'écoulement, maintenant dans l'axe de cet écoulement en lui permettant de suivre les variations du niveau d'eau, un tube en matière plastique semi-rigide bouché aux extrémités qui, maintenu par ladite rotule, constitue un flotteur tangentant l'écoulement quel que soit le niveau de la surface, ledit tube comportant au moins un logement recevant une ou plusieurs sondes destinées à mesurer la vitesse de l'écoulement et/ou sa profondeur, et/ou son niveau. Sur les dessins schématiques annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 représente, vu en élévation, le dispositif dans son ensemble, la figure 2 est un agrandissement du détail A de la figure 1, et la figure 3 est une coupe verticale suivant les flèches B-B de la figure 2. Le dispositif, figures 1 à 3, est constitué d'une articulation 1 multidirectionnelle sur laquelle est fixée une extrémité d'un tube 2 semi-rigide flottant sur l'écoulement 3 et comportant un (ou des) logement(s) 4 pour fixer une (ou des) sonde(s) de mesure. L'articulation 1 multidirectionnelle, à partir d'un point fixe 5 situé au-dessus de l'écoulement 3, guide le tube-flotteur dans l'axe de cet écoulement et lui permet de suivre les variations du niveau d'eau en assurant les bonnes positions de gîte et d'assiette pour la (ou les) sonde(s) de mesure. Le tube 2, réalisé de préférence en matière plastique, est bouché à ses extrémités et, maintenu par l'articulation, constitue le flotteur sur l'écoulement. I1 peut être constitué par plusieurs éléments démontables, emboîtés et bouchés aux extrémités. La flèche prise par le tube et la liberté donnée par l'articulation permettent au flotteur ainsi constitué de tangenter l'écoulement quel que soit le niveau d'eau. Les perturbations hydrauliques sont ainsi minimisées et le dispositif ne crée pas d'obstacle au transport des solides véhiculés par l'écoulement. Le (ou les) câble(s) de liaison entre la (ou les) sonde(s) et leur électronique passe(nt) à l'intérieur du tube. La ou les sondes de mesure sont montées dans le (ou les) logement(s) 4 dans la partie sous flotteur, ce qui permet de mesurer non seulement le débit, mais également la profondeur de l'écoulement 3, en maintenant en surface une sonde émissive dirigée vers le bas qui mesure la distance la séparant du fond en utilisant ce dernier comme interface de réflexion. Le niveau d'eau peut être mesuré depuis le flotteur grâce à une sonde émissive dirigée vers le haut visant une surface extérieure fixe de référence, ou par mesure d'angle au niveau de l'articulation multidirectionnelle 1. Pour les grandes sections d'écoulement, un seul point de mesure pris à partir de la surface peut ne pas être suffisant pour être représentatif de la vitesse moyenne, et si le fond n'est pas stable, de la profondeur et/ou de l'évolution du fond. Pour les sections larges, plusieurs dispositifs peuvent être mis en parallèle. Pour les sections profondes, la mesure de vitesse en surface peut être complétée par une (ou des) sonde(s) implantée(s) en un (ou des) point(s) fixe(s) de la section d'écoulement. Pour les sections larges et profondes, les deux principes précédents peuvent être combinés. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 10. Dispositif de mesure du débit d'un écoulement à surface libre tenant compte des variations du niveau d'eau, caractérisé par la combinaison d'un flotteur maintenu dans l'axe de l'écoulement (3) à partir d'un point fixe (5) hors dudit écoulement (3) de manière à lui permettre de suivre les variations du niveau d'eau, ce flotteur comportant au moins un logement (4) recevant une ou plusieurs sondes destinées à mesurer la vitesse de l'écoulement et/ou sa profondeur, et/ou son niveau par rapport à une surface extérieure fixe de référence, l'ensemble étant agencé de manière à assurer les bonnes positions de gîte et d'assiette de la (ou les) sonde(s). 20 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le flotteur est constitué par un tube (2) en matière plastique semi-rigide, bouché à ses extrémités, tangentant la surface de l'écoulement (3), et maintenu par une articulation (1) multidirectionnelle fixée hors dudit écoulement, le (ou les) câble(s) électrique(s) de liaison de la ou des sondes passant à l'intérieur dudit tube. 30 Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le tube (2) flotteur est constitué par plusieurs éléments démontables, emboîtés et bouchés aux extrémités. 40. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'il est équipé d'une sonde qui mesure la vitesse maximale ou la vitesse moyenne. 50. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'il est équipé d'une sonde qui mesure la distance la séparant du fond. 60. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le niveau d'eau est mesuré grâce à une sonde émissive dirigée vers le haut visant une surface extérieure fixe de référence. 70. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le niveau d'eau est déterminé par mesure d'angle au niveau de l'articulation multidirectionnelle (1). 80. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que pour les sections d'écoulement (3) larges plusieurs dispositifs en parallèle sont utilisés pour le calcul du débit. 9 . Procédé utilisant le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que pour les sections d'écoulement profondes, la détermination de la vitesse moyenne est affinée par la prise en compte de vitesses mesurées en surface et en un (ou des) point(s) fixe(s) de la section d'écoulement. 100 Procédé utilisant le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 se caractérisant par le fait que l'on mesure l'évolution locale du fond de l'écoulement (3) par comparaison de la profondeur à une référence de hauteur d'eau ou de position du flotteur prise par rapport à un point fixe.