Brevet FR2998367A1 — publié le 20140523

- 1 - La présente invention concerne un nouveau dispositif pour mesurer le débit d'effluents liquides. De façon plus précise, le dispositif selon l'invention permet de mesurer le débit d'eau instantané ainsi que les volumes passants qui transitent par des collecteurs recevant un écoulement gravitaire. Ce dispositif peut aussi bien être installé sur certaines sections de l'installation de traitement que sur sa partie terminale, avant rejet des effluents. L'exploitation des stations de traitement des eaux usées de petite et moyenne capacité, c'est-à-dire entre 50 et 2 500 EH (Equivalent-Habitant) nécessite l'installation d'équipements permettant le contrôle et la mesure des débits de leurs effluents. A ce jour, aucun dispositif intégré véritablement adapté au fonctionnement de ces équipements n'existe sur le marché et les maîtres d'oeuvre sont souvent amenés à assembler de toutes pièces des solutions assez peu fiables ou peu performantes. L'adaptation des équipements destinés aux stations de grande capacité (> 2500 EH) qui est parfois adoptée sur certains chantiers, se révèle en général compliquée et coûteuse. Certains systèmes de mesure reposent déjà sur le principe d'un déversoir en V mais il s'agit de dispositifs assemblés de toutes pièces sur chantier (canal en V). Les mesures de débit y sont généralement réalisées à partir de sondes à ultrasons. Le dispositif selon l'invention est un caisson composé de trois chambres, à savoir une chambre de tranquillisation de l'effluent, une chambre de jaugeage et une chambre de déversement, une première cloison séparant la chambre de tranquillisation de l'effluent de la chambre de jaugeage, et une deuxième cloison séparant la chambre de jaugeage et la chambre de déversement, ladite première cloison s'étendant sur toute la largeur dudit caisson, mais pas sur toute sa hauteur, un espace étant prévu entre le fond du caisson et la partie inférieure de ladite cloison, ladite deuxième cloison présentant à sa partie supérieure une échancrure en V. Cette chambre de jaugeage est équipée d'une sonde sur une de ses parois latérales. Avantageusement, ladite sonde est une sonde piézométrique, c'est-à-dire du type hydrostatique. Préférentiellement, les deux branches du déversoir en forme de V présentent une partie en chanfrein. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre faite en regard des figures parmi lesquelles : - la Figure 1 est une vue de dessus en perspective du dispositif selon l'invention, - 2 - - la Figure 2 est une vue de dessus en perspective en agrandissement d'une partie du bord supérieur de la cloison du dispositif comportant l'échancrure en V, et - la Figure 3 est une vue en coupe selon A-A de l'échancrure représentée à la Figure 2. Référence étant faite aux différentes Figures, on y voit représenté le dispositif selon l'invention, qui se compose d'un caisson (1), de forme parallélépipédique, comprenant trois chambres, elles-mêmes parallélépipédiques, à savoir une chambre de tranquillisation de l'effluent (2) , une chambre de jaugeage (3) et une chambre de déversement (4). Une première cloison dite siphoïde (5) sépare la chambre de tranquillisation de l'effluent (2) de la chambre de jaugeage (3), et une deuxième cloison (6) sépare la chambre de jaugeage (3) et la chambre de déversement (4) ; la première cloison (5) s'étend sur toute la largeur dudit caisson (1), perpendiculairement à ses parois latérales (7) mais pas sur toute sa hauteur, un espace étant prévu entre le fond (8) du caisson (1) et la partie inférieure (9) de la cloison (5) espace (10) par lequel s'écoule l'effluent dont on veut mesurer le débit. Par ailleurs, la deuxième cloison (6), qui s'étend sur toute la largeur dudit caisson (1), perpendiculairement à ses parois latérales (7) et jusqu'à son fond (8) présente à sa partie supérieure (11) une échancrure en forme de V (12), également dénommée déversoir en V. L'effluent dont on veut mesurer le débit va donc pénétrer dans le caisson (1) grâce à l'orifice d'entrée (13), va partiellement remplir la chambre de tranquillisation de l'effluent (2), passer par l'espace (10) avant de remplir partiellement la chambre de 20 jaugeage (3) avant de se déverser dans la chambre de déversement (4) grâce à l'échancrure (12) avant de sortir du caisson (1) par l'orifice de sortie (14). A l'intérieur de la chambre de jaugeage (3), sur l'une de ses parois latérales (7) on disposera une sonde piézométrique (15) située dans une gouttière (16) la protégeant d'éventuels effets de vagues et de remous de l'effluent dans la chambre de jaugeage (3), 25 seule l'extrémité de la sonde (15) dépassant de la gouttière (16) dans la partie basse de la chambre de jaugeage (3). Cette sonde (15), grâce à sa membrane, évalue précisément la hauteur d'eau dans la chambre de jaugeage (3) grâce à la pression qu'exerce le liquide sur la membrane de la sonde (15). Par ailleurs, le choix de ce type de sonde assure une mesure toute aussi précise que celles obtenues grâce aux sondes à ultrasons qui mesurent la 30 colonne d'air mais il se révèle beaucoup plus performant en termes de fonctionnement et de fiabilité. Le principe de fonctionnement du dispositif selon l'invention consiste à générer une veine liquide homogène à partir d'un déversoir calibré en V (12) et à mesurer d'une part la -3- hauteur h de la veine liquide entre la pointe du V et la surface de ladite veine, et d'autre part la pression p grâce à la sonde (15). Des formules de calcul permettent de réaliser la relation entre le débit (Q) et la hauteur de liquide (h) en amont du déversoir. En l'occurrence, pour les déversoirs en V à parois minces, la formule permettant la 5 relation entre débit et hauteur est la formule de Remenieras. h4 Q= 0.602-8 /15/2 1+ 0.2577 15 B2 (h + p)21 Dans cette formule : - Q est un débit instantané établi m3/s que l'on cherche à mesurer - B est la largeur du caisson (1) 10 - p est la hauteur de pelle caractérisée par la hauteur entre le fond du caisson (1) et la pointe du V - h est la hauteur de la veine liquide au-dessus du V - g est l'accélération de la pesanteur - 0,602 est une valeur issue de l'expérimentation et peut être considérée comme une 15 constante - 8/15 est une valeur également définie par l'expérimentation pour des déversoirs à 90°. Cette valeur est en fait 8/15 x tg a où a est l'angle du déversoir en V. Pour un angle de 90°, tg a =1. Seules deux autres valeurs sont reconnues par l'organisme international de Normalisation, il s'agit de l'angle 53,8° où tg a = 1/2 et l'angle 20 28,4° où tg a = Cette formule permet donc de transformer une hauteur de liquide et une pression mesurées dans la cellule de jaugeage en débit. Celui-ci peut être établi soit en Vs soit en m3/h, en fonction des besoins de l'opérateur. En outre, le module de calcul produit grâce à un transmetteur, non représenté ici, un 25 signal 4-20 mA qui permet l'asservissement d'autres appareils comme par exemple, les pompes ou les électrovannes fonctionnant sur l'ensemble de l'installation. Il peut aussi émettre des signaux pour donner l'alarme ou pour activer la commande d'un préleveur d'échantillons dans le cadre de l'autocontrôle. Selon la taille du caisson (1) les valeurs B et p seront connues à l'avance, de même 30 que g et seront introduites dans la formule précédente, de telle sorte que les seules inconnues seront h, qu'il sera aisé de mesurer ainsi que p. Le débit Q pourra ainsi être facilement déterminé. - 4 - Préférentiellement, l'épaisseur de la paroi (6) se situera entre 4 mm et 10 mm ; la paroi (6) sera donc mince et son épaisseur dépendra des hauteurs d'eau (hauteur de pelle + hauteur de la veine liquide dans le V). En outre, la bissectrice de l'angle formé par le V doit être verticale et équidistante des parois latérales (7) du caisson (1). Avantageusement, il sera prévu sur l'arête du V (12), une partie (17) perpendiculaire à la paroi (6) (côté amont du flux) suivie d'une partie formant chanfrein (18) en direction de l'aval afin de gêner le moins possible l'écoulement. L'intersection entre les parties (17) et (18) sera une arête vive et rectiligne. Encore plus avantageusement, l'angle du chanfrein formé par la partie (17) et la partie (18) sera de 45°. A titre tout à fait préférentiel, l'épaisseur de la paroi (6) sera de 4 mm et la largeur de la partie (17) sera de 2 mm. Selon le cas, les parties (17) et (18) seront taillées dans la masse de la paroi (6) ou bien constitueront un profilé qui sera positionné à l'intérieur de l'échancrure (12). Pour certaines utilisations, une pièce constituant le déversoir en forme de V peut être préfabriquée en inox et boulonnée après étanchéification des surfaces de contact sur la paroi (6). L'avantage de cette solution est de présenter une meilleure précision de préfabrication et donc de limiter les sources d'erreur de mesure. Ainsi que cela a été précédemment mentionné, la chambre de jaugeage (3) est précédée d'une chambre de tranquillisation (2) ; cette dernière sera dimensionnée suivant le débit envisagé et doit permettre la rétention du flux pendant une durée minimale de 10 secondes afin de limiter les remous dans la chambre de jaugeage (3) et favoriser ainsi la fiabilité des mesures. Une échelle limnimétrique graduée en mm, non représentée ici, est installée dans la 25 chambre de jaugeage (3) avec son « zéro » calé sur la pointe du V (12). Elle permet de valider la correspondance entre la valeur mesurée par la sonde et retranscrite sur l'écran avec la hauteur d'eau réelle au-dessus du déversoir. Un ensemble de niveaux à bulle (non représentés ici), utilement fixé sur le caisson (1) permet de s'assurer du bon positionnement du dispositif selon l'invention lors de sa 30 mise en oeuvre et donc de la bonne représentativité des mesures. Enfin, le caisson (1) du dispositif est muni d'un couvercle (19) fixé au caisson (1) en période normale d'utilisation. - 5 - Le dispositif selon l'invention pourra être fabriqué en tout matériau approprié, par exemple en PERD, et aura des dimensions adaptées à l'utilisation souhaitée. Un étalonnage préalable sera de préférence réalisé pour s'assurer de la fiabilité des mesures. Le dispositif selon l'invention permet de calculer le débit d'effluents liquides tels que l'eau ; il trouvera notamment, et de façon non limitative, son application dans la mesure de débit des effluents provenant de certains équipements d'épuration ou même de stations de traitement dans leur ensemble. D'une manière générale ce dispositif peut être adapté pour mesurer le débit d'eau instantané ainsi que les volumes passants qui transitent par des collecteurs recevant un écoulement gravitaire. REVENDICATIONS1. Dispositif pour mesurer le débit d'effluents liquides caractérisé en ce qu'il est constitué d'un caisson (1) de forme parallélépipédique, et comprend trois chambres, elles-mêmes parallélépipédiques, à savoir une chambre de tranquillisation de l'effluent (2) , une chambre de jaugeage (3) et une chambre de déversement (4), une première cloison (5) séparant la chambre de tranquillisation de l'effluent (2) et la chambre de jaugeage (3), et une deuxième cloison (6) séparant la chambre de jaugeage (3) et la chambre de déversement (4), ladite première cloison (5) s'étendant sur toute la largeur dudit caisson (1) , mais pas sur toute sa hauteur, un espace (10) étant prévu entre le fond (8) du caisson (1) et la partie inférieure (9) de ladite cloison (6), ladite deuxième cloison (6) présentant à sa partie supérieure une échancrure en V (12), une sonde (15) étant en outre disposée à l'intérieur de la chambre de jaugeage (3), sur l'une des parois latérales (7) dudit caisson (1) et dans la partie basse de celui-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite sonde (15) est un capteur piézométrique. 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite sonde (15) est positionnée entre l'extrémité de l'échancrure en V (12) et le fond (8) du caisson (1). 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que ladite sonde (15) est placée dans une gouttière (16) protégeant ladite sonde (15) de l'effet 20 des vagues et des remous à l'intérieur de la chambre de jaugeage (3). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'angle de l'échancrure en V (12) est choisi parmi les trois valeurs suivantes : 28,4°, 53,8° et 90°, la bissectrice de l'angle formé par le V étant verticale et équidistante des parois latérales (7) du caisson (1). 25 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les deux branches de l'échancrure en V (12) présentent, dans le sens d'écoulement de l'effluent dont on veut mesurer le débit, une première partie plane (17) perpendiculaire à la paroi (6) et une deuxième partie plane (18) formant un chanfrein par rapport à ladite partie plane (17). 30 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'angle du chanfrein est de 45°. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la paroi (6) a une épaisseur comprise entre 4 et 10 mm.-7- 9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que la paroi (6) a une épaisseur de 4 mm. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que la partie plane (17) a une largeur de 2 mm.