Fiabilisation de la mesure du débit d'une source d'eau potable
Retour d'expérience d'Ardennes Métropole
1) Mesurer le débit d'une source d'eau potable pour mieux gérer la ressource
Ardennes Métropole souhaite fiabiliser la mesure du débit d’une source, équipée d’un seuil de type « lame Bazin ».
Situation et caractéristiques du site : La figure 1 présente la lame en question, installée au niveau du captage d’eau potable de Néparcy. C’est un seuil frontal dans la largeur de la chambre, dont l’horizontalité est presque parfaite, avec un léger écart le long de la crête.
Le seuil est alimenté par une conduite amont de section en “ U ” (rectangulaire, à fond arrondi), arrivant perpendiculairement à la chambre. La conduite amont arrive quasiment centrée dans un canal rectangulaire avec un élargissement.
A droite, se trouve une vanne pour la vidange de l’ouvrage. En aval de la lame, le prélèvement se trouve dans l’axe et est équipé d’une crépine. À sa droite, le débit réservé est en partie alimenté par le tuyau en amont de la lame et en partie par surverse.
De plus, le site est équipé, en aval de la crête, d’un capteur piézométrique dans un fourreau. Un second fourreau est présent en amont de la lame mais n’est actuellement pas équipé de sonde.
2) Analyse des données de la source d'eau potable
Une analyse du régime d’écoulement dans la conduite d’entrée a été réalisée. Elle met en évidence un écoulement proche du régime critique sur l’ensemble de la gamme de fonctionnement, tendant vers le régime torrentiel pour les petits débits. Cependant, étant donné la hauteur de crête, le régime torrentiel ne peut pas s’établir dans la conduite.
Les hauteurs d’eau aval dans l’ouvrage sont régulièrement supérieures à la hauteur de la crête sur des périodes longues (plusieurs mois). Par conséquent, la crête est noyée par une influence aval forte, ce qui était visible le jour de la visite terrain. Il semble cependant qu’un fonctionnement dénoyé puisse être attendu la moitié de l’année, ce qui est favorable à une mesure de qualité.
La sonde de hauteur d’eau située en aval de la crête ne permet que d’identifier un éventuel ennoiement de la crête mais pas d’évaluer le débit à elle toute seule, sans information à l’amont. Ceci est d’autant plus vrai lorsque la lame Bazin fonctionne en dénoyée.
3) Solution proposée pour mesurer le débit de la source d'eau potable
Ardenne Métropole désirant une estimation du débit sur ce site et l’ouvrage étant hydrauliquement et géométriquement simple, 3D EAU a pu appliquer directement une loi issue de la littérature.
L’analyse hydraulique a montré que l’ouvrage fonctionne pour moitié en dénoyé et noyé. Par conséquent, 2 lois hauteur/débit sont nécessaires. La loi de la littérature retenue pour le fonctionnement dénoyé est la loi de Kindsvater et Carter, conformément à ce que recommande le CETMEF (2005). Une expression explicite, facilement intégrable dans une supervision a ainsi été donnée.
Si le seuil est en fonctionnement noyé, c’est-à-dire si le niveau d’eau en aval est supérieur à la hauteur de crête, alors un coefficient de type Brater et King est ajouté par 3D EAU à la loi précédente afin de ne pas surcompter les débits déversés.
4) Dimensionnement de la solution retenue et instrumentation de la source d'eau potable
L’instrumentation actuellement en place doit être complétée par une sonde en amont. Par souci de cohérence avec la sonde déjà existante à l’aval de la crête, il est pertinent d’équiper l’amont de cette crête avec le même type d’équipement soit une sonde piézométrique.
En régime dénoyé, l’incertitude de mesure sur le débit tend vers 20% (cette incertitude est inférieure à 30% à partir d’une lame déversante hamont > 0.06 m). Elle pourra néanmoins être bien supérieure lorsque l’ouvrage fonctionne en noyé. En effet, la loi de déversement en noyé, n’est valable que dans le cadre où un écart significatif entre les lames déversantes amont et aval est observé. Si l’écart est très faible (haval – hamont ≤ 0.02), le seuil n’est plus point de contrôle et ne permet donc plus la mesure du débit de manière fiable. Dans ce cadre ce sont les caractéristiques de la conduite aval et du réseau associé qui pilotent l’écoulement.
Suite à cette modélisation, 3D EAU a réalisé une comparaison avec l’ancienne loi implémentée sur le site. Celle-ci est très proche de la loi dénoyé préconisée, même si sa plage de validité est beaucoup plus restreinte. La prise en compte du mode de fonctionnement noyé de ce seuil, avec une loi h/Q adaptée intégrée dans un logigramme de calcul, permet d’éviter de surcompter les débits transitant par le seuil pendant les mois de l’année où il subit une influence aval.