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Mesures en cours d'eau souterrains et réseaux d'assainissement :

le cas de Genève

Michel ENGGIST

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Plan de l’exposé

1. Introduction

2. Grandeurs physiques et calculs

3. Méthodes disponibles

4. Choix du site de mesure

5. Type de données

6. Adéquation appareils – sites de mesure

7. Contrôle de fonctionnement in situ

8. Traitement et validation des données

9. Utilisation et sauvegarde des données

10. Conclusion

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1. IntroductionCours d'eau et réseau d'assainissement de Genève:

● 270 km de cours d'eau à ciel ouvert

● 70 km de cours d'eau souterrain

● 130 km collecteurs primaires

● 1200 km collecteurs secondaire

● 150 ouvrages de déversement

Réseau de mesure:

● 30 débitmètres mobiles (50 % sur cours d'eau)

● 50 limnimètres (20 sur cours d'eau)

● 16 pluviographes

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2. Grandeurs physiques et calcul de débit

● D: diamètre de la canalisation

● Y: ……………….

● PH: périmètre mouillé

● AH: section mouillée

● V: ……………….

● Q: ………………

● J: pente du collecteur (= ∆z/L)

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Formules

……….. l m3

● Débit Q = ---------------- = ----- ou ------

.………. s j

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● Loi liant le débit à la hauteur d’eau, Q = f(h)→ mise en place d’un seuil hydraulique calibré dans

l’écoulement (déversoir, Venturi, ...)

→ mesure de la hauteur d’eau en amont

→ transformation de la hauteur en débit à l’aide d’une formule hydraulique

● Mesures de vitesse pour conduite en charge, Q = f(V)→ conduite en permanence en charge

● Loi reliant la section mouillé et la vitesse, Q = A * V→ mesure de la vitesse de l’eau

→ mesure de la hauteur d’eau

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3. Méthodes disponibles

● Dispositifs directs

● Mesure de hauteur

● Déversoir en mince paroi● Canal jaugeur fixe● Mesure de vitesse

● Techniques de jaugeage ponctuelle

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Dispositifs directs existants

● Chronométrage

●………………..

● Rotamètre

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Mesure de la hauteur d’eau (1)

● ……………………...

● tube piézométrique

Principes ponctuels en cours d'eau et réseaux:

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Mesure de la hauteur d’eau (2)

● limnimètre «bulle à bulle»

● ……………………….

● ………………………

● radar

Principes utilisés en cours d'eau et réseaux:

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Déversoirs en mince paroi (1)

Conditions:

● Niveau d'eau du chenal aval en dessous de la crête

● ……………………………………………………………….

…………………………

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Déversoirs en mince paroi (2)

● lame déversante "décollée" de la paroi aval du déversoir

● ………………………………………………..● hauteur de "pelle" (S) à

respecter

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Canaux jaugeurs fixes (1)

● Canal jaugeur Parshall:

ouvrage peu sujet à des dépôts, fonds généralement plats

● Canal type H flume:…………………………….., uniforme, rectangulaire et de pente constante

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Canaux jaugeurs fixes (2)

Canal jaugeur Khafagi-Venturi

Canal Cylindre Venturi

Canal type Palmer-Bowlus

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Mesure de la vitesse (1)Principe utilisé rivière, écoulement libre:

● …………….

● radar

Principes utilisés en collecteurs, écoulement libre:

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Mesure de la vitesse (2)

Surface de l’eau● ultrason par effet Doppler

● ultrason par différence

du temps de transit (débitmètre à cordes)

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Mesure de la vitesse (3)

● ultrasonique

● électromagnétique

Bobine magnétique

Q = débitU = tension mesuréeK = constante de l’appareilB = force du champ magnétiqueD = diamètre de la canalisation

Principes utilisés en collecteurs en charge:

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Techniques de jaugeage (1)

● jaugeage = ……………………………………………………

● .................... = mesure de la cote de la surface d'eau libre

● ………………………… = mesures de vitesse en plusieurs

verticales et différentes hauteurs

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Techniques de jaugeage (2) ● courbe de tarage = conversion hauteur en débit

● débitmétrie = calcul du débit en un lieu donné

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Techniques de jaugeage (3)

● jaugeage au sel

● jaugeage avec traceur

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Techniques de jaugeage (4)

● déversoir calibré mobile

● sonde Doppler portative

● sonde Q-Liner

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Précisions des diverses méthodes

Installation Conditions hydrauliques Précision à attendre

bonnes conditions conditions médiocres, souvent rencontrées

en pratique

Déversoir rectangulaire en

mince paroi

Chute nécessaire

Pertes de charge

Dépôts en amont du seui

Plage de mesure peu étendue

3 à 5% 4 à 5 % pour plage

supérieure

peut dépasser 10% pour plage inférieure

Déversoir triangulaire en mince

paroi

Idem rectangulaire Permet de mesurer de

très faibles débits Large plage de mesure

Colmatage à la base du V

2 à 5% 5 à 8 % pour plage

supérieure

peut atteindre 20% pour plage inférieure

Canaux jaugeurs (Venturi, Parshall)

Large plage de mesures Bon autocurage

Possible avec faible pente 2 à 6%

4 à 6% pour plage supérieure

peut dépasser 10% pour plage inférieure

Hauteur-vitesse par ultrasons

Aucune perte de charge Ecoulement en charge et

partiellement rempli 3 à 5% 15 à 20%

Débitmètres électro- magnétiques"

Possible si écoulement influencé par l'aval Dépôts faussent les

mesures

< 1% (conduites en charges)

3 à 5% (conduites partiellement

remplies)

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4. Choix du site de mesure (1)

● Bassin versant considéré

● Type de cours d'eau et de réseau

● Structure locale du tronçon de rivière ou du collecteur

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Choix du site de mesure (2)

● Présélection de sites potentiels sur plan

● Visites de terrain

● Accessibilité

● Analyse visuelle d'indices

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Choix du site de mesure (3)

● Caractéristiques du collecteur et des flux

● Temps de pluie

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5. Type de données

● Paramètres H, V, temps pompage

● Pas de temps d'acquisition

● Précision attendue ou souhaitée

● Mesure instantanée ou moyennée

● Mesure min ou max

● Destinée de ces données

● Durée de la campagne

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6. Adéquation technique – site de mesure (1)

● Petit collecteur, faible hauteur d'eau

→ sonde aérienne hauteur + Venturi

→ plus de valeurs lors de mise en charge

● Collecteur moyen sans dépôt

→ sonde radier hauteur + vitesse

● Collecteur moyen avec dépôt

→ sonde aérienne hauteur + vitesse radar

→ impact de mousse

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7. Contrôle de fonctionnement in situ (1)● Vérification de la hauteur mesurée

(écart < 1 cm) et l'heure

● Relève des données enregistrées

● Contrôle étalonnage sur site

● Doublement des mesures

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● Protocoler chaque visite pour chaque site

● Vérifier l'arrimage du dispositif

● Assurer l'alimentation électrique

● Nettoyer le site et la sonde

Contrôle de fonctionnement in situ (2)

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8. Traitement et validation des données (1)

● 1) Exportation données du logiciel d'exploitation vers un logiciel de traitement de données

→ chaque valeur associée à une date et une heure

● 2) Traitement des données, aspect essentiel de

la validation

→ plusieurs étapes

● 3) Calcul des débits avec les valeurs H et V validées

→ évaluation des incertitudes de H et V

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Traitement et validation des données (2)Traitement et validation des mesures

● 1) Correction des erreurs de calibrage et/ou de dérive pour chaque paramètre

● 2) Concordance des paramètres

"hauteur", "vitesse" et pluies

→ détection d'anomalies

→ correction ou suppression

des valeurs concernées

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● 3) Corrélation des hauteurs et vitesses

→ analyse du nuage de points

→ création d'une courbe théorique

→ qualification de la précision des résultats

Traitement et validation des données (3)

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9. Utilisation et sauvegarde des données

● Exploitation des données validées pour une modélisation du cours d'eau ou du réseau

● Bilans de production par bassin versant, renaturation, etc.

● Risque d'inondation, protection biens et personnes, développement urbain

● Traçabilité des manipulations des données

● Conservation des fichiers sources / bruts

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10. Synthèse

● Mesures en réseau d'assainissement et rivière pas simple

● Choix du site de mesure et de la technique déterminants

● Traitement, analyse et validation indispensables

● Fil rouge: viser la meilleure qualité possible

● La mesure en assainissement et en rivière approche la réalité mais n'est pas l'exacte réalité

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Merci pour votre attention