COURANTOMETRIE. Mesure des vitesses en grandeur et en direction pour obtenir débits liquides et trajectoires de courants

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1 COURANTOMETRIE Mesure des vitesses en grandeur et en direction pour obtenir débits liquides et trajectoires de courants Cours Hydrographie J.J. Peters Cours Hydrographie J.J. Peters 1

2 Courantométrie Mesure des courants et débits liquides: Objectifs: Comprendre les phénomènes hydrodynamiques Obtenir des données pour modéliser Techniques anciennes toujours utilisées Dans des situations extrêmes (inondations) Lorsque autres techniques non disponibles Nouvelles technologies Récentes et en plein développement Cours Hydrographie J.J. Peters 2

3 Pourquoi mesurer? Besoins des modèles numériques 1-D : Conditions aux limites Données pour la calibration, vérification et validation Besoins des modèles numériques 2 & 3-D : Conditions aux limites Données pour la calibration, vérification et validation Données précises et détaillées (p.ex. près d ouvrages d art) Besoins d études de terrain : Mesurer pour comprendre Mesurer pour trouver des solutions Cours Hydrographie J.J. Peters 3

4 Que mesurer? Quels sortes de courants : «Eulériens» «Lagrangiens» Courants moyens ou turbulence Variabilité à différentes échelles de temps Utilité d une mesure de turbulence? Courants ou débits Pour quels besoins? Avec quelle précision Cours Hydrographie J.J. Peters 4

5 Courants: Euler ou Lagrange? Mesure en un point donné : Moulinet hydrométrique Appareils de mesure indirecte Courant moyen - courant secondaire (turbulence) Variabilité à différentes échelles de temps Utilité d une mesure de la turbulence? Les deux approches sont utiles, mais le développement des technologies modernes fait que les mesures en point fixe ou dans une section de mesure fixe sont préférées au relevé de trajectoires de courant Les mesures en point fixe et par trajectoires devraient être complémentaires Cours Hydrographie J.J. Peters 5

6 Mesures de vitesses en point fixe Mesure en un point donné est réalisé afin d obtenir : Vitesse instantanée locale Profil de vitesse sur une verticale Appareils mécaniques Moulinet hydrométrique à hélice (axe horizontal avec pas ) Moulinet hydrométrique à coupelles (type anémomètre) Appareils à mesure indirecte Par procédé électromagnétique Par effet Doppler-Fizeau sur signal ultra-son Par effet Doppler-Fizeau sur signal radar (en surface) Cours Hydrographie J.J. Peters 6

7 Mesure de vitesse par moulinet hydrométrique Cours Hydrographie J.J. Peters 7

8 Mesure de vitesse par moulinet hydrométrique Cours Hydrographie J.J. Peters 8

9 Mesure du profil de vitesse sur verticale Profil de vitesse Souzay B Moyenne Série 1 Série 2 Série 3 Série 4 Série 5 Série 6 Série 7 Série 8 Série 9 Série Vitesses en m/s Cours Hydrographie J.J. Peters 9

10 Mesure du profil de vitesse sur verticale (2) Calcul des vitesses de cisaillement : y = x : y = x : y = x : y = x : y = x Moyenne : y = x : y = x : y = x : y = x : y = x : y = x LOG1O de la profondeur (exprimée en cm) Moyenne Linear (2) Linear (1) Linear (6) Linear (7) Linear (3) Linear (4) Linear (5) Linear (8) Linear (9) Linear (10) Linear (Moyenne) Cours Hydrographie J.J. Peters 10

11 Calcul de vitesse de cisaillement Vitesse de cisaillement / temps d'intégration Nombre de fois 30" Vitesse de cisaillement Moyenne Cours Hydrographie J.J. Peters 11

12 Mesures de courants par moulinet Calcul des vitesses de cisaillement : y = x : y = x : y = x : y = x : y = x Moyenne : y = x : y = x : y = x : y = x : y = x : y = x LOG1O de la profondeur (exprimée en cm) Moyenne Linear (2) Linear (1) Linear (6) Linear (7) Linear (3) Linear (4) Linear (5) Linear (8) Linear (9) Linear (10) Linear (Moyenne) Cours Hydrographie J.J. Peters 12

13 Mesures de courants par flotteurs 13

14 Mesures de courants par flotteurs 14

15 Mesures de courants par flotteurs 15

16 16

17 Cours Hydrographie J.J. Peters 17

18 Mesure de vitesse par flotteurs (primitifs) GPS 18

19 Profil de vitesse et débit liquide Différentes méthodes (voir manuel OMM) : 6 points ou méthode des 2/10èmes de la profondeur : Surface; 0,2p; 0,4p; 0,6p; 0,8p et fond) 5 points (Surface; 0,2p; 0,6p; 0,8p et fond) 3 points (0,2p; 0,6p et 0,8p) 2 points (0,2p et 0,8p) 1 point (0.6p) Appareils mécaniques : Moulinet hydrométrique à hélice (axe horizontal avec pas ) Moulinet hydrométrique à coupelles (type anémomètre) Appareils à mesure indirecte, notamment : Par effet électromagnétique Par effet Doppler-Fizeau sur signal ultra-son Par effet Doppler-Fizeau sur signal radar (en surface) Cours Hydrographie J.J. Peters 19

20 Mesure de vitesse par moulinet hydrométrique Téléphérique Plomb de 10 kg C 31 sur tige C 31 suspendus (treuil ou téléphérique) Plomb de 50 kg Plomb de 100 kg 20

21 Mesure de vitesse par moulinet PRICE 21

22 Erreurs sur la mesure de vitesse Fluctuations de la vitesse : remède : temps d intégration suffisamment long Erreur d orientation par rapport au courant : Moulinet suspendu avec aileron d orientation Moulinet hydrométrique à coupelles Erreur par dérive de l appareil (traînée) : Mesurer l orientation du câble au point de suspension Utiliser des «Plombs-poisson» suffisamment lourds Utiliser un câble pour retenir l appareil Cours Hydrographie J.J. Peters 22

23 Mesure de vitesse électromagnétique Senseur = boucle créant un champ magnétique, le courant liquide produit une force électromotrice 23

24 Mesure ultrasonique de vitesse et de débit Senseur = 24

25 Mesure ADCP par effet Doppler Cours Hydrographie J.J. Peters 25

26 Mesure ADCP par effet Doppler Cours Hydrographie J.J. Peters 26

27 Mesure ADCP par effet Doppler File Name # Ens. Start Time Total Q Start Total Area Width Boat Speed Flow Speed [m_/s] Bank [m_] [m] [m/s] [m/s] bre08000r :59: Right bre08001r :04: Left bre08004r :13: Right bre08005r :16: Left Average Std. Dev Std./ Av g File Name # Ens. Start Time Total Q Start Bank Total Area Width Boat Speed Flow Speed [m_/s] [m_] [m] [m/s] [m/s] bre10027r :59: Left bre10028r :04: Right Average Std. Dev Std./ Av g Cours Hydrographie J.J. Peters 27

28 Mesure ADCP par effet Doppler en point fixe Cours Hydrographie J.J. Peters 28