COURANTOMETRIE Mesure des vitesses en grandeur et en direction pour obtenir débits liquides et trajectoires de courants Cours Hydrographie J.J. Peters 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 1
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 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 2
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 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 3
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 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 4
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 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 5
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) 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 6
Mesure de vitesse par moulinet hydrométrique 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 7
Mesure de vitesse par moulinet hydrométrique 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 8
Mesure du profil de vitesse sur verticale Profil de vitesse Souzay B1 140 120 100 80 60 40 Moyenne Série 1 Série 2 Série 3 Série 4 Série 5 Série 6 Série 7 Série 8 Série 9 Série 10 20 0 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 Vitesses en m/s 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 9
Mesure du profil de vitesse sur verticale (2) Calcul des vitesses de cisaillement 1.20 1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 1 : y = 0.6424x - 0.2076 2 : y = 0.4661x + 0.158 3 : y = 0.4142x + 0.2547 4 : y = 0.4192x + 0.2227 5 : y = 0.4827x + 0.0874 Moyenne : y = 0.5022x + 0.0641 6 : y = 0.6937x - 0.3346 7 : y = 0.5544x - 0.0365 8 : y = 0.4568x + 0.1593 9 : y = 0.4304x + 0.2199 10 : y = 0.4616x + 0.1172 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 LOG1O de la profondeur (exprimée en cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Moyenne Linear (2) Linear (1) Linear (6) Linear (7) Linear (3) Linear (4) Linear (5) Linear (8) Linear (9) Linear (10) Linear (Moyenne) 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 10
Calcul de vitesse de cisaillement Vitesse de cisaillement / temps d'intégration 0.14 0.12 0.10 0.08 0.06 0.04 0.02 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nombre de fois 30" Vitesse de cisaillement Moyenne 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 11
Mesures de courants par moulinet Calcul des vitesses de cisaillement 1.20 1.10 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 1 : y = 0.6424x - 0.2076 2 : y = 0.5543x - 0.0248 3 : y = 0.5076x + 0.0684 4 : y = 0.4855x + 0.107 5 : y = 0.4849x + 0.1031 Moyenne : y = 0.5022x + 0.0641 6 : y = 0.5197x + 0.0301 7 : y = 0.5247x + 0.0206 8 : y = 0.5162x + 0.038 9 : y = 0.5067x + 0.0582 10 : y = 0.5022x + 0.0641 1.40 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 2.10 2.20 LOG1O de la profondeur (exprimée en cm) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Moyenne Linear (2) Linear (1) Linear (6) Linear (7) Linear (3) Linear (4) Linear (5) Linear (8) Linear (9) Linear (10) Linear (Moyenne) 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 12
Mesures de courants par flotteurs 13
Mesures de courants par flotteurs 14
Mesures de courants par flotteurs 15
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Mesure de vitesse par flotteurs (primitifs) GPS 18
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) 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 19
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
Mesure de vitesse par moulinet PRICE 21
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 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 22
Mesure de vitesse électromagnétique Senseur = boucle créant un champ magnétique, le courant liquide produit une force électromotrice 23
Mesure ultrasonique de vitesse et de débit Senseur = 24
Mesure ADCP par effet Doppler 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 25
Mesure ADCP par effet Doppler 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 26
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.000 145 14:59:33 1790.004 Right 1205.68 224.55 0.996 1.477 bre08001r.000 97 15:04:54 1718.166 Left 1185.57 223.33 1.434 1.431 bre08004r.000 92 15:13:33 1799.914 Right 1231.59 228.68 1.383 1.46 bre08005r.000 94 15:16:25 1750.969 Left 1190.03 219.95 1.455 1.445 Average 107 1764.763 1203.22 224.13 1.317 1.453 Std. Dev. 25 37.569 20.79 3.61 0.216 0.02 Std./ Av g. 0.24 0.02 0.02 0.02 0.16 0.01 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.000 104 12:59:54 1105.547 Left 840.62 196.61 0.926 1.304 bre10028r.000 106 13:04:06 1086.416 Right 840.45 194.38 0.882 1.314 Average 105 1095.982 840.53 195.49 0.904 1.309 Std. Dev. 1 13.527 0.11 1.57 0.031 0.007 Std./ Av g. 0.01 0.01 0 0.01 0.03 0.01 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 27
Mesure ADCP par effet Doppler en point fixe 2008-2009 Cours Hydrographie J.J. Peters 28