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Those on Authion or Vendée fit to continuous flow meters - ENGEES

Those on Authion or Vendée fit to continuous flow meters - ENGEES

Soient E1 et E2 les deux

Soient E1 et E2 les deux transducteurs de l’installation, L la distance les séparant, V lavitesse de l’eau et a l’angle formé par la direction de la vitesse et celle de l’axed’émission/réception. Dans un premier temps une onde est émise de E1 vers E2. E1 travaillealors en tant qu’émetteur alors que E2 est en mode de réception. Lorsque l’onde atteint E2 letemps t 1 qu’a mis l’onde pour parcourir la distance L est mesuré. En supposant V positif,l’onde a effectué le trajet dans le sens contraire de l’écoulement. Elle a donc mis plus detemps que s’il n’y avait pas d’écoulement. En effet sa vitesse de propagation c est devenuec-Vcos a du fait de l’avancement en sens contraire de l’eau servant de support à latransmission de l’onde.On a donc t 1 = L / (c - Vcos a). [1]On envoie alors une onde de E2 vers E1 et on mesure le temps t 2 mis pour parcourir ladistance L. Cette fois ci la vitesse de propagation de l’onde est accélérée du fait de la vitesseV de l’eau (figure 3). Sa composante Vcos a selon l’axe d’émission/réception des ondess’ajoute donc à la vitesse de propagation c du son dans le milieu.On a alors t 2 = L / (c + Vcos a). [2]Figure 3 : Différence de temps de transit entre les deux ondesSource : Laenen A., USGSD’après [1] : c = L / t 1 + Vcos a [3]D’après [2] : V = (L / t 2 – c) / cos a [4]En remplaçant [3] dans [4] : V = (L / 2cos a) (1 / t 2 - 1 / t 1 )Or cos a = D / LFinalement il est donc possible de déterminer la vitesse V à l’aide des mesures de t 1 etde t 2 et des caractéristiques géométriques de l’installation :V = L² / 2 D (1 / t 2 - 1 / t 1 )16

De cette manière on obtient la vitesse moyenne de l’écoulement sur l’horizontale oùsont placés les transducteurs. La détermination du débit nécessite la mesure de la hauteurd’eau. En effet, le débit Q peut être calculé à l’aide de la formule suivante :Q = K * A * V avec A la section mouillée, V la vitesse mesurée à l’aide desultrasons à différence de temps de transit et K un coefficient déterminé pour lastation considéréeLa connaissance de la hauteur d’eau permet de calculer A si l’on dispose d’un profilen travers du cours d’eau sur le lieu d’installation de la station. La vitesse V est donnée par lecapteur à ultrasons à différence de temps de transit. Le coefficient K dépend de la station. Ils’agit du produit de k1 et k2. k1 dépend du rapport Z/h entre la profondeur Z d’installationdes transducteurs et la hauteur d’eau h mesurée (tableau 1). La valeur k1 obtenue permet deprendre en compte le fait que l’appareil ne mesure une vitesse moyenne de l’écoulement qu’àune seule profondeur ce qui n’est pas forcément représentatif de l’écoulement.Rapport Z/h Coefficient k10.1 0.8460.2 0.8630.3 0.8820.4 0.9080.5 0.9370.6 0.9790.7 1.0390.8 1.11540.9 1.424Tableau 1 : Tableau de correspondance entre Z/h et k1Un deuxième coefficient k2 va lui tenir compte des particularités du sited’implantation de la station. Il est déterminé lors de campagnes de jaugeages classiques(moulinets, profileurs de courant à effet Doppler). Le produit k1 * k2 permet de déterminer lavaleur de K et donc de calculer les débits à partir des résultats fournis par le capteur àultrasons à différence de temps de transit.2) Mise en œuvreLa mise en œuvre d’une station de débitmétrie en continu utilisant le principe desultrasons à différence de temps de transit demande d’être effectuée avec soin afin d’obtenirdes résultats exploitables. Le choix du nombre de cordes et de leur implantation joue un rôleimportant dans la fiabilité des débits estimés. D’autres paramètres comme la fréquence dusignal ou bien les caractéristiques du site vont également avoir une certaine influence.a) ImplantationIl existe plusieurs schémas d’implantation des cordes selon la configuration des lieux(accessibilité des berges, possibilité de traverser la rivière) et de l’écoulement de la rivière.17

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