ISO 4369:1979

Norme internationale @ 4369
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION*MEX.UYHAPOflHAR OPrAHH3AUHR no CTAHflAPTM3AUHH.ORGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure de débit des liquides dans les canaux
- Méthode du canot mobile
découverts
Measurement of liquid flow in open channels - Moving-boat method
Première édition - 1979-10-15
~~ ~____~~~ ~
- CDU532.573 Réf. no : IS0 4369-1979 (FI
LL
Descripteurs : écouiement en canai découvert, Bcoulement de liquide, mesurage de déblt, embarcation, spécification de matériel, mesurage de
8 vitesse, calcul d’erreur.
a
O
Prix basé sur 27 pages
v,
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L‘élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I‘ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO.
La Norme internationale IS0 4369 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 113,
Mesure de débit des liquides dans les canaux découverts, et a été soumise aux comités
membres en mai 1977.
Les comités membres des pays suivants l‘ont approuv9e
Allemagne, R.F. France Suisse
Australie Inde Tchécoslovaquie
Canada Italie Turquie
Ëgypte, Rép. arabe d’ Pays-Bas URSS
Espagne Roumanie USA
Finlande Royaume- Uni Yougoslavie
Aucun comité membre ne l‘a désapprouvée.
0 Organisation internationale de normalisation, 1979 O
Imprime en Suisse
IS0 4369-1979 (F)
NORM E INTERN AT1 ON ALE
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Méthode du canot mobile
5 Généralités
1 Objet et domaine d'application
II est fréquemment impossible, sur les grandes rivibres ou dans
La présente Norme internationale spécifie des méthodes de
les estuaires, de suivre les méthodes classiques de mesure du
mesure du débit dans les grands estuaires et rivières par la
débit B l'aide de moulinets, qui mettent en œuvre des
technique du canot mobile. Les chapitres qui suivent
procédures coûteuses et fastidieuses.
esquissent les procédés relatifs à cette méthode et décrivent les
caractéristiques générales du matériel nécessaire.
Cela vaut en particulier dans les endroits reculés, OÙ ces
moyens n'existent pas ou pendant les inondations, les moyens
Elle reproduit en annexe et en fac similé un exemple complet de
calcul de mesure avec un canot mobile. de mesure étant submergés ou inaccessibles.
Dans les emplacements où les conditions instables
d'écoulement exigent des mesures aussi rapides que possible,
la technique du canot mobile est alors utilisée. Elle n'exige pas
2 Références
d'installations fixes et se prête à l'utilisation d'emplacements
alternés.
IS0 748, Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Méthode d'exploration du champ des vitesses.
La technique du canot mobile se base sur une exploration du
champ des vitesses pour déterminer le débit. La technique
IS0 772, Mesure de débit des liquides dans les canaux
nécessite les renseignements suivants :
découverts - Vocabulaire et symboles.
a) emplacements des points d'observation le long du cours
IS0 3454, Mesure de débit des liquides dans les canaux
d'eau, en fonction de la distance B un point d'origine;
découverts - Matériel de sondage et de suspension.
b) profondeur du cours d'eau, d, en chaque point
IS0 4366, Mesure de débit des liquides dans les canaux
d'observation;
découverts - Sondeurs à écho.
c) vitesse du cours d'eau, v, perpendiculairement B la
IS0 5168, Calcul de Serreur limite sur une mesure de débit.''
section transversale, en chaque point d'observation.
La principale différence entre une mesure classique et la mesure
B l'aide d'un canot mobile r6sulte du mode de rassemblement
3 Définitions
des donnbs. Dans le cas de la méthode traditionnelle, on
détermine la vitesse moyenne dans les éléments de section
Les termes utilisés dans la présente Norme internationale sont
d'une section transversale du cours d'eau B partir de vitesses
ceux qui sont définis dans I'ISO 772.
ponctuelles ou par intégration de la moyenne des vitesses sur
une verticale. Dans le cas de la méthode B l'aide du canot
mobile, la vitesse est mesurée sur toute la largeur d'un Blément
de section en suspendant le moulinet B une profondeur
4 Unités de mesure constante pendant la traversée du cours d'eau par le canot. La
et les informations supplémentaires recueillies
vitesse mesurée
Les unités de mesure utilisées dans la présente Norme par le sondage en profondeur donnent les moyens nécessaires
internationale sont les unités SI. pour determiner le débit.
1 ) Actuellement au stade de projet.
IS0 4369-1979 (FI
6 Principe de la méthode 2 permet de déterminer la vitesse du cours d‘eau à
La méthode
partir de la relation
La mesure avec le canot mobile se fait par traversée du cours
d’eau le long d’une trajectoire prédéterminée qui est générale-
ment normale à I’écoulement (voir figure 1). Pendant la traver-
sée, un sondeur à écho enregistre la forme géométrique de la où vb est obtenue à partir de
section transversale et un moulinet fonctionnant en continu
releve les vitesses combinées du cours d’eau et du canot.
Une troisième série de données nécessaires est obtenue soit en
mesurant à intervalles l’angle formé par le moulinet qui s’aligne
(voir figure 3)
parallèlement au mouvement de l‘eau, et par la trajectoire pré-
à un point
déterminée, soit en mesurant la distance par rapport
où
fixe de la rive.
I est l’ordre du point d’observation;
La mesure de vitesse relevée en chacun des points d’observa-
tion dans la section transversale (v, dans la figure 2) est la
est la distance entre le point d’observation i et un point
I,
vitesse de l‘eau au niveau du moulinet résultant aussi bien de
fixe de la rive;
I’écoulement du cours d’eau que du mouvement du canot.
C‘est la somme vectorielle de la vitesse de l’eau par rapport au
est le temps requis pour traverser la largeur d‘un élément
ti
lit du cours d’eau (v) et de la vitesse du canot par rapport au lit
de section.
du cours d‘eau (vb).
Les données d‘échantillonnage relevées en chaque point 6.2 Dbtermination de la distance entre les points
d’observation fournissent les informations nécessaires pour
d‘observation
définir la vitesse du cours d’eau. Il existe deux méthodes pour
déterminer cette vitesse; elles sont généralement appelées
Du diagramme vectoriel (voir figure 21, on pourra constater que
méthode 1 et méthode 2.
l’on obtient :
La méthode 1 consiste à mesurer l’angle a entre la trajectoire
...
(4)
déterminée du canot et une palette verticale qui s’aligne sur la
à son niveau. Un indicateur d’angle fixé au
direction de l’eau OÙ AIb est la distance parcourue par le canot le long de la route
support de la palette indique l‘angle a.
vraie entre deux points d‘observation consécutifs, pourvu que
la vitesse du cours d‘eau soit perpendiculaire à la trajectoire du
La méthode 2 consiste à mesurer la distance entre les points
canot.
d’observation et un point fixe de la rive d’où l‘on peut détermi-
ner la largeur de I‘élément de section traversé tout en mesurant
Lorsque la vitesse n‘est pas perpendiculaire, un réglage est
le temps. Ces données permettent de calculer la composante nécessaire comme expliqué en 10.3.
de vitesse du canot, vb, et, après mesure de la vitesse totale, v,,
de déterminer la composante de vitesse du cours d’eau, v, per-
Si l‘on suppose que a est à peu près uniforme sur la distance
à la trajectoire déterminée du canot.
pendiculairement relativement courte constituant un gradient, on peut le
considérer comme constant.
La mesure relevée par l’indicateur de vitesse en nombre
d’impulsions par seconde sert, en combinaison avec un tableau En appliquant la methode 1, I‘équation (4) convient donc
d’btalonnage, à calculer la grandeur du vecteur vv.
hlb COS a V, dt . . . (5)
Les données sont normalement recueillies en 30 à 40 points
d‘observation de la section transversale pour chaque cycle. On
où
peut, si cela est praticable, enregistrer automatiquement et
simultanément tous les paramètres requis. V, dt = AI,
s
où AI, est la distance relative dans l‘eau entre deux points
d’observation consécutifs représentés par les signaux de sortie
6.1 Détermination de la vitesse du cours d’eau
de l’indicateur de vitesse et du compteur.
La méthode 1 permet de déterminer la vitesse du cours d’eau,
Donc pour la jeme distance relative :
I,, perpendiculairement à la trajectoire du canot (route vraie) en
chaque point d’observation 1, 2, 3 , . ., à partir de la relation :
AIb, = AI,, cos ai
I’ = ib sin (x . . . (1)
la largeur totale, B, de la section transversale est :
La solution de I’équation (1 ) donne une réponse représentant la
i=m i=m
composante de vitesse du cours d’eau perpendiculaire à la
= C AI cos ai
(7)
course vraie, même si le sens d‘écoulement n‘est pas perpendi-
VI
B = C
culaire.
I= 1 I= 1
IS0 4369-1979 (FI
Si l‘on utilise la méthode 2, la largeur de l’intervalle compris L‘essentiel du matériel requis pour les deux méthodes est
indiqué ci-dessous. Une description plus détailléee du matériel
entre les points d‘observation est calculée comme la différence
entre des mesures de distance successives à partir d‘un point est donnée à l‘annexe A.
fixe sur l’une des rives comme indiqué à I‘équation (3).
8.2 Canot
6.3 Détermination de la profondeur du cours d’eau
Un petit canot, de manœuvre facile et suffisamment stable
La profondeur du cours d‘eau en chaque point d’observation pour le genre de cours d‘eau sur lequel il doit être utilisé.
est obtenue par addition de la profondeur du capteur à la
profondeur indiquée sur le diagramme du sondeur à écho, à
moins que le capteur soit réglé pour indiquer la profondeur
totale.
8.3 Palette et indicateur d‘angle - Méthode 1
Une palette Bquipée d’un mécanisme indicateur est montée en
7 Limites
un endroit approprié du canot, généralement la proue. L‘angle
entre la direction de la palette et la route vraie du canot est indi-
La méthode est normalement utilisée dans le cas des rivières de
qué sur un cadran par une aiguille alignée sur la palette. Un
plus de 300 m de largeur et de plus de 2 m de profondeur.
système de visée fixé au cadran pivotant librement permet d’ali-
gner l‘index de ce cadran sur la route vraie du canot. Le cadran
La largeur minimale exigée dépend du nombre d’éléments de
O à WO) des deux côtés de l‘index.
est gradué en degrés (de
section divisant la section et du temps minimal nécessaire pour
parcourir ces éléments de section afin d’obtenir une bonne
précision dans les mesures.
8.4 Moulinet
Le nombre d‘éléments de section doit être d’au moins 25.
Le moulinet utilisé est, de préférence, un élément du type à
hélice avec une carrosserie spécialement concue dans le cas de
La largeur de chaque élément de section dépend de la précision
la méthode 1 pour s‘adapter au bord d’attaque de la palette.
avec laquelle la vitesse peut être mesurée dans chaque élément
Dans le cas de la méthode 2, le moulinet et son saumon doivent
de section. L’intervalle entre deux points d’observation doit
être suspendus à un câble attaché au canot, Les caractéristi-
être suffisant pour permettre à l’observateur de lire les
ques du matériel de suspension doivent être conformes aux exi-
instruments et d‘enregistrer les résultats. La vitesse minimale
I‘ISO 3454.
gences de
du canot doit être telle que le canot puisse traverser la section
en droite ligne. Pour des résultats optimaux, la vitesse du canot
doit être du même ordre que celle du cours d’eau.
8.5 Indicateur de vitesse et compteur
Le cours d’eau doit avoir une profondeur suffisante pour le
Les rotations du moulinet sont transmises sous forme d’impul-
tirant du canot et pour permettre sa manœuvre dans la traver-
sions électriques affichées sur un compteur ou converties par
sée de la section. Les faibles profondeurs peuvent endomma-
l’intermédiaire d’un appareil électronique en mesure de vitesse.
ger les instruments puisque le débitmètre ou le prolongateur de
la palette descendent à environ 1 m en dessous du canot.
Dans le premier cas, les impulsions sont converties en vitesses
ti l‘aide de la table de caractéristiques du moulinet.
Le cours d‘eau ne doit pas présenter de courants en profondeur
comme c‘est le cas dans les canaux à marée où ces courants
Si l’on emploie la méthode 1, le compteur doit permettre un
remontent I’écoulement dont on mesure la vitesse. Dans ce
préréglage du nombre d’impulsions comptées électronique-
cas, la répartition des vitesses sur une verticale est inconnue et
ment. Un signal audible se déclenche lorsque le nombre fixe est
l’on ne peut pas rapporter de facon satisfaisante la vitesse
atteint et le graphique du sondeur à écho s’imprime automati-
moyenne à la vitesse mesurée.
quement. Le compteur doit reprendre seul son réglage initial
avant de répéter la mesure. La figure 5 donne un schéma et une
Le débit ne doit pas varier au point de fausser les résultats de
description de l‘indicateur de vitesse et du compteur.
manière indue pendant la traversée du canot. Dans des
conditions d‘écoulement instables, comme dans les cours
d’eau à marée, il est souhaitable en règle générale de ne pas
8.6 Mesure de la distance - M6thode 2
faire la moyenne d’une série d’essais, mais plut& de traiter
chaque résultat séparément pour mieux définir le cycle de
Pour situer les points d‘observation dans la section, il faut
4).
I’écoulement (voir figure
mesurer la distance entre chaque point et un point fixe de la
rive. La mesure de distance peut se faire par des moyens opti-
ques par exemple un télémètre ou par un appareil électronique
8 Matériel
(par exemple un radiolog).
8.1 Généralités Le systkme de mesure de la distance doit être raccordé (par
relais) au sondeur à écho de manière qu’en chaque point
d’observation un trait vertical puisse venir s’imprimer (automa-
Le matériel nécessaire est similaire quelle que soit la méthode
tiquement ou à la main) sur le graphique du sondeur.
utiliske (voir chapitre 6).
IS0 4369-1979 (FI
8.7 Sondeur à écho méthode 2, il faut vérifier I‘écartement des repères avant cha-
que mesure, ce qui permet de vérifier I’étalonnage du système
Un sondeur à écho (portatif) doit servir à l’enregistrement en de mesure des distances.)
continu sur bande graphique de la profondeur de la section
entre deux flotteurs. Ce sondeur à écho doit être raccordé par
9.3 Fonctions des membres de I’équipage
relais à l’indicateur de vitesse et au compteur ou à l‘indicateur
de distance pour déclencher le repérage par traits verticaux sur
Trois membres d‘équipage expérimentés sont généralement
le graphique du sondeur en chaque point d‘observation. Le
nécessaires pour procéder à une mesure de débit à partir d’un
sondeur à echo doit être conforme à I’ISO 4366.
1, un opérateur pour le
canot mobile. Ce sont, pour la méthode
canot, un observateur d’angle et un releveur; pour la
méthode 2, un opérateur pour le canot, un observateur pour les
impulsions du moulinet qui sert également de releveur, et un
9 Méthodes de mesure
opérateur relevant les distances.
Le processus de mesure par canot mobile comprend le choix et
à partir d‘un canot
Avant de procéder aux mesures de débit
la préparation de l’emplacement adéquat, la préparation et le
mobile, il est important que les membres de I’équipage aient fait
montage du matériel de mesure et le choix des réglages des ins-
preuve d‘un haut degré de compétence dans toutes les phases
truments servant au rassemblement des données.
de la technique.
9.1 Choix de l’emplacement
Une brève description des fonctions des membres de l’équi-
page est donnée ci-dessous. Une description plus détaillée
L’emplacement de mesure doit être choisi Ià où l’on peut
figure en annexe A.
s‘attendre à un écoulement assez uniforme; c’est-à-dire à des
à un lit sans
lignes d’écoulement aussi parallèles que possible et
a) Le releveur est le responsable de la préparation et de
irrégularités trop marquées.
l’exécution de la mesure. II doit aussi noter le résultat des
mesures (voir annexe BI.
9.2 Préparation de l‘emplacement
b) L’opérateur du canot doit être familier de l’emplacement
L‘emplacement doit subir quelques préparations avant que ne de mesure et doit veiller à ce que le canot demeure autant
débute une série de mesures par canot mobile.
que possible aligné sur la transversale de la section de
mesure.
9.2.1 II faut en premier lieu, choisir une trajectoire du canot
c) L‘observateur d‘angle (méthode 1) doit lire l’angle formé
qui soit autant que possible perpendiculaire 9 la direction de
par la palette et la course vraie du canot, et en rapporter le
I’écoulement. II faut ensuite placer sur chaque rive, dans l’ali-
résultat au releveur.
gnement de cette trajectoire, deux repères de zones clairement
visibles. La couleur de ces repères doit se détacher fortement
d) L‘observateur de distance (méthode 2) doit relever la
sur l’arrière-plan. L’écartement des repères est fonction de la
distance qui sépare le canot d‘un des repères de la rive à
longueur de la trajectoire. Des espacements de 30 m environ
l’aide d’un instrument optique ou électronique. II doit noter
300 m.
sont nécessaires pour une longueur de trajectoire de
les points d’observation sur le graphique du sondeur à écho
si cette opération se fait manuellement.
9.2.2 Des flotteurs balisant la trajectoire choisie marquent
l’origine et la fin des mesures. Ils sont ancrés dans le cours
Si les enregistrements se font simultanément et de facon auto-
à 15 m de chaque rive (voir figure 1 ). Cette distance
d’eau de 12
matique, le nombre des membres d’équipage peut être réduit à
est nécessaire au cours de la traversée pour manœuvrer le
deux.
bateau à l’entrée ou à la sortie de la trajectoire. Les flotteurs
doivent être placés dans un endroit où la profondeur d’eau est
toujours supérieure à 1 m (profondeur de la palette ou du mou-
linet). 10 Calcul du débit
II est préférable de ne pas les placer directement sur la trajec-
10.1 Généralités
toire du canot mais plutôt de les décaler de 3 à 6 m vers l‘amont
pour qu‘ils ne se trouvent pas sur le chemin du canot abordant
Le débit est donné théoriquement par la formule
la trajectoire choisie.
9.2.3 On peut mesurer la largeur du cours d’eau par triangula-
tion, par ((stades)) ou par d‘autres méthodes, et définir la posi-
tion exacte des flotteurs. On relève la distance entre les flot-
Q est le débit vrai;
teurs et le bord de l’eau (A l‘aide d’une chaîne d’arpenteur par
exemple) et l‘on inscrit le résultat dans la partie principale du
procès-verbal de mesure servant au calcul du débit. Si l‘on uti- A est la section transversale;
lise la méthode 1, il est préférable d‘avoir des repères de zone
permanents permettant de calculer la largeur vraie de facon v(x,y) est le champ des vitesses sur la largeur et la profon-
convenable entre les repères et la rive. (Si l‘on utilise la deu r .
IS0 4369-1979 (FI
En pratique, l'intégrale se calcule d'habitude de manière appro- La vitesse du cours d'eau doit être déterminée pour I'emplace-
:
chée par la somme ment I soit par I'équation (1 ) dans le cas de la méthode 1, soit
par I'équation (2) dans le cas de la méthode 2. Pour de plus
I = 111
1 et 2 OÙ figure un calcul com-
amples détails, voir les tableaux
plet pour les méthodes 1 et 2 respectivement.
(8)
1-1
La distance entre le point d'origine (repère sur la rive) et le point
d'observation OÙ sont faits les relevés est la somme des distan-
où
ces cumulées entre les positions du moulinet et le flotteur, le
flotteur et le bord de l'eau et la rive et le repère (voir figure 31,
Q, est le débit calculé;
ces deux dernières distances étant mesurées séparément pour
chaque rive. Les distances sont définies comme suit :
b, est la largeur du ileme élément de section;
I, = distance entre le point d'origine (repère) et le bord de
d, est la profondeur du ilème élément de section;
l'eau
V, est la vitesse moyenne dans le ilème élément de section;
l2 = 1, + distance mesurée entre le flotteur et le bord de
l'eau
m est le nombre d'éléments de section.
l3 = l2 + Al
Le débit dans le cours d'eau est donc la somme des produits
b3
des surfaces partielles de la section transversale du cours d'eau,
l4 = l3 + Al
multipliée par leurs vitesses moyennes respectives. b4
La technique du canot mobile utilise le mode de calcul à mi-
section du débit. Cette méthode suppose que la vitesse
I, = I(, - ,) + distance mesurée entre le flotteur et le bord
moyenne au milieu de chaque élément de section représente la
de l'eau
vitesse moyenne dans I'élément de section. Cette zone s'étend
horizontalement de la moitié de la distance au moulinet précé-
I,, + 1) = ln + distance au point final (repère)
dentà la moitié de la distance au moulinet suivant, et verticale-
ment de la surface de l'eau jusqu'à la profondeur sondée (voir
IS0 748).
Dans ce qui précède, A/,, est la distance entre l'emplacement
considéré du moulinet et' l'emplacement précédent déterminé
selon la méthode 1.
10.2 Méthode de calcul
Dans la méthode 2, les distances li au repère sont mesurées
On a superposé à la figure 3 le schéma explicatif de la méthode
directement. Chacune des largeurs d'élément de section repré-
de calcul de la section transversale à mi-section pour les mesu-
sente la distance horizontale entre la moitié de la distance à
res de débit, sur le fac similé d'un profil transversal obtenu à l'emplacement précédent du moulinet (i - 1 ) et la moitié de la
partir du graphique du sondeur à écho. La section transversale
distance à l'emplacement suivant (i + 1). Par exemple, la lar-
est définie par les profondeurs aux emplacements 1, 2, 3, . . .,
geur de I'élément de section i équivaut à
n, marqués pendant la mesure sur le graphique du sondeur à
-
écho.
I,, + 11 41 ~ 1)
6, = . . . (10)
Selon la méthode B mi-section, le débit partiel dans n'importe
quelle section se calcule pour un emplacement i de la manière
On détermine la profondeur du cours d'eau en chaque point de
suivante :
mesure de la section en ajoutant la profondeur d'immersion du
capteur à chacune des mesures de profondeur enregistrées sur
à éCho aux emplacements d'échantil-
le graphique du sondeur
(9)
lonnage.
où
Suivant les appareils utilisés, l'addition peut éventuellement se
faire de manière automatique.
qi est le débit non corrigé dans la section I;
Les surfaces partielles des éléments de section sont obtenues
vi est la vitesse de I'échantillon à l'emplacement i; en multipliant la largeur telle qu'elle est obtenue à partir de
I'équation (10) par la profondeur au point de mesure.
~ ,) est la distance du point d'origine a l'emplacement
precédent;
Ces surfaces partielles sont ensuite ajoutées les unes aux autres
pour obtenir la surface globale non corrigée de la mesure.
1,; .+ ,) est la distance du point d'origine à l'emplacement
su Iva n t ;
Suivant I'équation (91, on obtient le débit (non corrigé) au
niveau d'un élément de section donné en multipliant la surface
di est la profondeur de l'eau B l'emplacement i. non corrigée par la vitesse mesurée au point d'observation. Ces
IS0 4369-1979 (FI
valeurs sont à additionner pour obtenir le débit total (non cor- où
rigé) correspondant à la mesure. Les parenthèses se rapportent
à la méthode 1.
k, est le coefficient de correction largeur/surface;
B, est la largeur mesurée de la section transversale;
B, est la largeur calculée de la section transversale.
10.3 Correction de largeur dans le cas d'un
écoulement oblique - Méthode 1
Le coefficient sert ensuite à corriger les valeurs de surface
totale et de débit total de la mesure, comme si l'erreur sur la lar-
geur était répartie de facon uniforme en pourcentage sur cha-
10.3.1 Généralités
que échelon de largeur de la section.
Il est des cas où, à l'emplacement de mesure choisi, l'écoule-
Voir le tableau 1 pour un exemple d'application du coefficient
à la section transversale. Si l'on
ment n'est pas perpendiculaire
de correction largeur/surface.
applique la méthode 1, la largeur des éléments de section doit
alors être calculée d'après la formule (6) :
10.4 Correction de la vitesse moyenne sur une
Al = I A COS ai
b, VI
verticale
Cette équation est fondée sur l'hypothèse qu'une relation du
type triangle rectangle existe entre les vecteurs de vitesse con-
10.4.1 Généralités
sidérés.
Pendant une mesure de débit avec un canot mobile, le moulinet
Si I'écoulement n'est pas normal à la section transversale, cette
est réglé à une profondeur fixe, déterminée à l'avance, d'envi-
situation ne se rencontre pas et I'équation peut donner une lar-
ron 1 m en dessous de la surface de l'eau (voir chapitre 7);
geur calculée trop grande ou trop petite selon que la grandeur
cette technique fait donc usage de la méthode de mesure de la
vectorielle représentant I'écoulement oblique a une compo-
vitesse sous la surface. Le calcul se fait d'après des mesures de
sante horizontale opposée à la direction du canot ou dans le
vitesse effectuées à profondeur constante sous la surface sans
même sens que celle-ci (voir figure 6).
coefficients de correction comme si celles-ci représentaient
toutes une moyenne sur la verticale. L'emploi de cette méthode
Si l'on utilise la méthode 2, il n'y a pas besoin de correction de
permet dans l'idéal de multiplier chaque vitesse mesurée par un
largeur puisque les distances sont mesurées directement.
coefficient pour obtenir la vitesse moyenne sur la verticale. On
suppose cependant que, dans les grands cours d'eau où la
La composante de I'écoulement normale à la section transver-
technique du canot mobile est utilisable, ces coefficients sont
sale ne dépend pas de la composante de vitesse du canot tant
relativement uniformes dans toute la section transversale, ce
à cette section.
que la trajectoire du canot est parallèle
qui permet d'appliquer au débit total un coefficient moyen pour
la section. II est nécessaire d'avoir des données relevées sur
Pour compenser les écarts minimes de sens d'écoulement ou
plusieurs courbes de vitesse, sur des verticales convenablement
les écarts entre trajectoire du canot et section transversale, il
réparties sur l'emplacement de mesure, pour déterminer un
convient d'effectuer un nombre égal de mesures dans chaque
coefficient représentatif de toute la section transversale.
sens. Voir figures 7a) et 7b).
10.4.2 Détermination du coefficient de vitesse sur une
10.3.2 Calcul de la correction de largeur - Méthode 1
verticale
Dans l'idéal, la correction de l'erreur sur la largeur calculée
Les courbes des vitesses sur une verticale sont tracées à partir
devrait être appliquée à I'bchelon de la section transversale où
du relevé des vitesses observées par rapport à la profondeur. La
se produit l'erreur.
mkthode des courbes de vitesses verticales demande une série
d'observations des vitesses (par des moyens classiques) en des
En pratique cependant, seule la largeur globale, qui se mesure
points convenablement répartis entre la surface de l'eau et le lit
directement, est utilisable pour une comparaison avec les gran-
du cours d'eau. Normalement, ces points sont choisis à des
deurs calculées. Si la somme des échelons de largeur calculés
paliers de profondeur de 0,l entre les profondeurs de 0.1 et 0,9.
n'equivaut pas A la largeur mesurée de la section transversale,
Les observations doivent également être effectuées à au moins
on procede à des corrections proportionnelles dans chaque
0,15 m de la surface de l'eau et à au moins 0,15 m du lit du
échelon.
cours d'eau.
La méthode du canot mobile se sert du rapport entre les lar-
Une fois la courbe des vitesses tracée, on peut obtenir la vitesse
geurs mesurées et calculées de la section transversale pour
moyenne sur une verticale donnée en mesurant à l'aide d'un
déterminer le facteur de correction largeur/surface. Pour obte-
planimètre ou de tout autre moyen, la surface se trouvant entre
nir ce coefficient, on divise la largeur mesurée de la section par
la courbe et l'axe des ordonnées puis en divisant cette surface
la largeur calculée, ce qui donne :
par la longueur de l'axe des ordonnées (voir IS0 748).
Pour obtenir un coefficient de correction de la vitesse sur une
(111
verticale quelconque, i, on divise la vitesse moyenne sur cette

IS0 4369-1979 (FI
types d'erreurs à considérer, à savoir : les erreurs aléatoires, les
verticale par la vitesse à la profondeur d'échantillonnage du
erreurs systématiques constantes et les erreurs systématiques
canot mobile, ce qui donne
variables. Voir les notes de bas de page pour les définitions."
(12)
Les sources d'erreur peuvent être définies d'après une forme
généralisée de I'équation de travail (8) :
où
k, est le coefficient de correction de la vitesse; Q = xbld,vl
1-1
V est la vitesse moyenne sur cette verticale;
L'erreur limite globale sur le débit se compose des erreurs sui-
v est la vitesse à la profondeur d'échantillonnage du canot
vantes :
mobile,
a) erreurs limites sur la largeur;
Pour arriver à un coefficient moyen représentatif, on doit avoir
un minimum de plusieurs verticales placées dans des endroits
b) erreurs limites sur la profondeur, tant pour les sondages
((stratégiques)) représentant la portion majeure de I'écoulement
individuels que pour les mesures de niveau d'eau (voir
dans lequel les coefficients sont déterminés. Le coefficient
IS0 748, paragraphe 6.2.3);
moyen est la valeur de la moyenne pondérée avec des poids en
proportion avec le débit dans les éléments de section. Une fois
c) erreurs limites sur la détermination de la vitesse sous la
un coefficient moyen déterminé, il ne doit plus être nécessaire
surface. Celles-ci dépendent de la précision de l'appareillage
de le redéterminer chaque fois qu'on fait une autre mesure de
et des irrégularités de la répartition des vitesses dans le
débit au même endroit. II est toutefois nécessaire de vérifier la
temps et dans l'espace;
validité de ce coefficientà des niveaux largement différents, et,
pour les estuaires, à différents moments du cycle de la marée.
d) erreurs limites sur l'utilisation de la méthode du canot
mobile, notamment quant au nombre d'éléments de sec-
10.5 Application du coefficient de correction de tion, à la détermination de la vitesse perpendiculairement à
la section transversale et au coefficient de correction de la
la vitesse
vitesse.
La correction de la vitesse se fait immédiatement après la cor-
rection largeur/surface. Pour cette correction, on multiplie le
11.2 Détermination des diverses composantes de
débit total déterminé à partir des mesures de vitesse en dessous
I 'er reu r
de la surface par un coefficient de correction représentatif de la
vitesse dans la section transversale. Le produit est la valeur
11.2.1 Erreur limite sur la largeur, X
mesurée du débit (voir tableaux 1 et 2).
bi
Si l'on utilise la méthode 1, suivant I'équation (5). on a :
NOTE - L'examen d'un grand nombre de rivières importantes à tra-
vers le monde révèle des coefficients se situant dans une gamme
étroite comprise entre 0.85 et 0,92 pour corriger la vitesse en dessous
AI, = COS a V, dt
s
de la surface par rapport à la vitesse moyenne. Une étude assez com-
plete portant sur 100 cours d'eau américains, d'une profondeur de 3 m
L'erreur limite sur la mesure de largeur dépend des erreurs aléa-
et plus, a donné un coefficient moyen d'environ 0.90 pour corriger la
toires et systématiques sur la mesure du temps, de la vitesse et
vitesse obtenue à 1.2 m en dessous de la surface par rapport à la
de l'angle qui sont les variables de base d'où se dérive la lar-
vitesse moyenne.
geur. La vitesse est également une variable dépendante, fonc-
tion de la mesure des impulsions et du temps. Si l'on considère
la mesure du temps associée à la mesure de la vitesse, l'erreur
à tou-
instrumentale est dans la plupart des cas bien inférieure
tes les autres et l'on peut supprimer cette erreur sur une varia-
11 Précision de la mesure de débit
ble indépendante.
Les grandes lignes de la méthode d'évaluation de l'erreur limite
Le pourcentage d'erreur limite sur la mesure de largeur, X,,, est
sur une mesure de débit sont données ci-après.
donné par :
- 7
x - ~2 + (- a tan a)* x', + X; 'I2
11.1 Source d'erreur
b-1 vv J
où a est en radians.
Étant donnée la nature même des mesures physiques, il est
impossible de mesurer une grandeur physique avec une certi-
tude absolue. Dans I'équation ci-dessus les coefficients de sensibilité des
composantes vv et t sont égaux à 1. Le coefficient de sensibilité
de l'angle est a tan a, ce qui est à peu près égal à 1 lorsque
Outre les erreurs dues aux opérateurs et au mauvais fonction-
nement des instruments (erreurs aberrantes), il existe trois a = 50° (0,87 rad).
1) Pour les définitions et les formules, voir IS0 5168
I
IS0 4369-1979 (FI
Si l'on utilise la méthode 2, l'erreur limite sur la mesure de lar-
11.2.3 Erreurs limites sur la détermination de la vitesse
geur est principalement une erreur instrumentale, fonction de
en dessous de la surface, X
L'Y
l'instrument employé et de la gamme de largeur. Pour les ins-
truments optiques, voir IS0 748, annexe E. Pour les instru-
La vitesse en tout point de la section transversale fluctue en
ments électroniques, l'erreur limite se compose principalement
continu et de facon aléatoire dans le temps. II faut donc faire
d'une partie constante et d'une partie variable dépendant de la
plusieurs mesures pour minimiser l'influence d'un temps de
largeur mesurée telle qu'elle est spécifiée par le fabricant.
mesure limité. La grandeur de l'erreur d'impulsion dépend éga-
lement de la position relative sur la ctverticalen. L'erreur relative
La plupart des erreurs possibles sont de nature aléatoire et, si et l'erreur absolue sur les impulsions sont moindres dans la par-
l'on procède avec précaution, elles n'introduisent aucun biais tie haute de la verticale de répartition des vitesses. Pour moins
dans les résultats de mesure. Quelques-unes sont de nature
ressentir les erreurs d'impulsion les plus faibles, il faut que le
systématique et l'on doit veiller à les réduire au minimum.
moulinet relève les vitesses sous la surface comme indiqué pré-
cédemment.
Les sources d'erreur et les précautions recommandées sont les
suivantes :
11.2.4 Erreurs limites aléatoires et systématiques dues
a) Un mauvais étalonnage du moulinet donne une erreur
au moulinet, X,
systématique variable sur les mesures de largeur.
Lorsque des moulinets sont étalonnés plusieurs fois dans les
b) L'erreur possible de lecture sur l'angle est de lo.
mêmes conditions, ils montrent de petites variations aléatoires
L'observateur doit s'exercer pour conserver cette précision
aux mêmes points de la courbe d'étalonnage. Le même effet
et éviter de fausser les résultats par sa faute.
s'observe, mais inversé, lorsqu'un moulinet mesure une
vitesse. II existe donc une erreur instrumentale aléatoire sur la
c) L'obliquité de I'écoulement par rapport à la section de
détermination de la vitesse d'écoulement. L'erreur aléatoire ini-
mesure est cause d'erreur dans les mesures de largeur. II est
tiale sur la détermination de la courbe d'étalonnage devient
recommandé de choisir l'emplacement de mesure avec soin
cependant une erreur systématique variable chaque fois que
pour éviter ce phénomène. Pour compenser les effets d'un
l'on prend le même point pour déterminer la vitesse de l'écoule-
écoulement oblique et I'écartement important du canot par
ment et le débit. Cette erreur systématique variable est rendue
rapport à la trajectoire choisie, il est recommandé d'effec-
aléatoire si l'on se sert de la courbe d'étalonnage qui donne un
tuer un nombre égal de mesures dans chaque sens le long
plus grand nombre de points d'étalonnage du moulinet et une
de la section transversale. Ce procédé est particulièrement
dispersion de la courbe sur différentes vitesses.
souhaitable dans les sections non symétriques et lorsque le
profil du lit est irrégulier.
Un mauvais étalonnage du moulinet donne une erreur systéma-
tique constante sur les mesures de vitesse.
d) Une correction de largeur totale doit être effectuée (voir
10.3.2) pour minimiser les erreurs systématiques.
Le moulinet doit être réétalonné chaque fois qu'un doute se fait
jour.
Tout écart de la position du moulinet par rapportà un plan hori-
zontal parallèle à la surface de l'eau donne une mesure trop
11.2.2 Erreurs limites sur la profondeur, X
d,
basse de la vitesse. Si Ion utilise la méthode 1, on veillera à
monter la palette de manière à ce qu'elle soit perpendiculaire à
Le fonctionnement d'un sondeur à écho est fondé sur le prin-
l'eau pendant la mesure.
cipe d'une mesure de temps entre la transmission et la récep-
tion des ondes sonores (en fonction de la vitesse du son dans
Si la vitesse est mesurée à l'aide d'un indicateur de vitesse, on
l'eau). Les écarts de température et de masse volumique provo-
veillera à éviter les erreurs de parallaxe ou toute autre erreur due
quent un déréglage de I'étalonnage du sondeur à écho qui
à l'observateur.
donne une erreur systématique sur les mesures de profondeur.
II est recommandé de procéder à I'étalonnage in situ en suspen-
dant une plaque de métal à une distance connue en dessous du
capteur.
11.2.5 Erreurs limites sur la vitesse d'écoulement, X,
On veillera avec un soin extrême à la lecture du graphique du (Mbthode 1)
sondeur de manière à ne pas introduire d'erreur systématique
de lecture. A noter que la lecture du graphique peut également D'après I'équation (1 ),
introduire une erreur aléatoire par suite d'un effet de parallaxe.
v = v, sin a
Les soubresauts du canot (et donc du capteur du sondeur) dus
on peut voir que les erreurs limites sur la vitesse d'écoulement,
aux clapotis introduisent une erreur aléatoire dans la mesure de
c'est-à-dire la vitesse perpendiculaire à la section transversale,
profondeur. Cette erreur peut être réduite par le choix d'un
dépendent des variables que sont la vitesse totale v, et
canot plus stable dans des conditions agitées.
l'angle a. Comme indiqué en 11.2.6, on néglige l'erreur limite
sur la mesure du temps et des impulsions, grandeurs de base
Une autre erreur limite aléatoire est introduite par l'irrégularité
servant à déterminer la vitesse v,.
du profil du lit, les rugosités réfléchissant le son.
IS0 4369-1979 (F)
Suivant I'équation (13). le pourcentage d'erreur limite sur la
Le pourcentage d'erreur limite sur la valeur mesurée vb est
vitesse d'écoulement, X,, peut se calculer d'après la formule
donc :
+ (a cot al2 x2 "2
. . . (14) XVb = (XE + xy2
. . . (16)
x, = x;
[v U1
Si l'on utilise la méthode 1, on peut compter sur les erreurs limi- et le pourcentage d'erreur limite sur la vitesse d'écoulement
tes suivantes :
devient
a) La valeur de l'angle doit être lue à f lo près. (L'opéra-
à obtenir cette précision pour ne pas
teur doit s'exercer
fausser les mesures par sa faute.)
. . . (17)
b) La vitesse doit être indiquée à f 5 impulsions par
seconde près.
11.2.7 Erreur limite aléatoire totale sur la vitesse
d'écoulement, X-
'i
Méthode 1
11.2.6 Erreurs limites sur la vitesse d'écoulement, X,
(Methode 21
Suivant I'équation (14) et en fonction de la discussion précé-
dente sur les erreurs limites sur la mesure de la vitesse, le pour-
D'après I'équation (2)
centage d'erreur limite aléatoire totale sur la vitesse d'écoule-
ment peut se calculer comme suit :
\'= Jm
(18)
on peut voir que les erreurs limites sur la vitesse d'écoulement
déterminée selon la méthode 2 proviennent initialement
où
v, et sur la vitesse mesurée
d'erreurs limites sur la vitesse totale
du canot vb. Les coefficients sans dimensions de sensibilité de
a est en radians, et
v, et vb sont :
X, est l'erreur limite aléatoire sur I'étalonnage du mouli-
net.
Méthode 2
et
La méthode ci-dessus reste applicable pour l'erreur limite aléa-
toire totale sur la vitesse d'écoulement mesurée par la
méthode 2. L'erreur totale sur la vitesse de I'écoulement se
compose de ce qui suit :
+ x;) +
respectivement (voir IS0 5168).
On peut donc calculer le pourcentage d'erreur limite sur la 1112
vitesse d'écoulement par I'équation suivante :
(x; + xq . . . (19)
+ (&b)
11.2.8 Erreurs limites dues A l'utilisation de la methode
Les grandeurs de base servant à déterminer v, sont les impul-
du canot mobile
sions du moulinet et le temps mesuré. Selon l'appareillage uti-
lisé, les erreurs sur ces variables de base peuvent être insigni-
Ces erreurs limites concernent en particulier le nombre d'élé-
f ian tes.
ments de section et les rapports entre la vitesse moyenne sur
une verticale et la vitesse sous la surface.
La vitesse du canot vb est déterminée à partir d'une mesure de
distance et d'une mesure du temps mis pour parcourir la dis-
Bien qu'on procede en continu au sondage de la profondeur,
:
tance entre les points d'observation donnés par
on n'utilise qu'un nombre limite de valeurs de profondeur pour
déterminer la surface de I'BIément de section.
Avec la méthode de la mi-section, on interpole linéairement les
b
profondeurs entre les verticales. D'où une erreur limite aléatoire
Puisque vb = - l'erreur limite sur vb se compose des erreurs
t' ' x qui diminue lorsque le nombre d'bléments de section
dnl
limites sur les variables b et t. augmente.
IS0 4369-1979 (FI
Le profil horizontal des vitesses dans la section est un profil de
L‘erreur limite de six mesures est par exemple presque 2,5 fois
vitesses continu intégré dans le temps et les erreurs limites aléa- inférieure.
toires ne sont donc dues qu‘aux fluctuations de la vitesse men-
tionnées en 11.2.3.
11.3.2 Erreur limite systématique globale, XC,
Comme indiqué en 10.4.2, il faut un coefficient des vitesses sur
Les erreurs limites systématiques (constantes aussi bien que
une verticale pour corriger le débit total mesuré. Les écarts par
variables), qui se comportent comme des erreurs limites aléatoi-
rapport à ce coefficient déterminé pour un certain niveau con-
res, doivent être évaluées séparément et peuvent être combi-
duisent à une erreur systématique variable qui peut être rendue
nées comme suit :
aléatoire pour un certain nombre de mesures de débit au même
niveau.
11.3 Erreur limite globale sur la mesure de débit
OÙ Xi, X&‘ et Xi‘ sont les pourcentages d’erreurs limites
systématiques sur b, d, et V.
L’erreur limite totale sur la mesure de débit est la résultante
d’un certain nombre d‘erreurs limites partielles qui peuvent
elles-mêmes être des erreurs limites composites (par exemple
11.4 Présentation de l‘erreur limite due aux
l’erreur limite sur la détermination de la largeur ou de la vitesse
erreurs limites aléatoires et systématiques
d’écoulement) et qui tendent donc à avoir une distribution
gaussienne.
Il n‘existe aucune méthode universellement reconnue pour
combiner les erreurs limites aléatoires et les erreurs limites
11.3.1 Erreur limite albatoire globale, X;!
systématiques et la présentation de ces deux composantes
séparément garantit qu’il ne peut y avoir aucun doute sur la
Soit X’ , X‘ et X’, les pourcentages d‘erreur limite aléatoire
4 4 VI nature des erreurs limites en question.
sur b,, d, et VI pour chacun des rn éléments de section, et X’ le
Y
Q, on a :
pourcentage d’erreur limite aléatoire sur le débit
En dépit du fait qu’il est préférable d‘indiquer les erreurs limites
il est certain que cette
aléatoires et systématiques séparément,
présentation peut induire en erreur les lecteurs des procès-
i
verbaux de mesure. Aussi est-il perm
...

Norme internationale @ 4369
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONeMEWJYHAPOJlHAR OPTAHHJAUHR no CTAHAAPTH3AUHHWRGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Méthode du canot mobile
Measurement of liquid flow in open channels - Moving-boat method
Première édition - 1979-10-15
R6f. no : IS0 4369-1979 (FI
CDU532.573
I
m
Descripteurs : écoulement en canal découvert, écoulement de liquide, mesurage de débit, embarcation, spécification de matériel, mesurage de
E
vitesse, calcul d’erreur.
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Prix basé sur 27 pages
s
Ava n t - p ro p os
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d'organismes nationaux de normalisation (comités membres de I'ISO). L'élaboration
des Normes internationales est confiée aux comités techniques de I'ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique
correspondant. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouverne-
mentales, en liaison avec I'ISO, participent également aux travaux.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I'ISO.
La Norme internationale IS0 4369 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 113,
Mesure de dkbit des liquides dans les canaux découverts, et a été soumise aux comités
membres en mai 1977'.
Les comités membres des pays suivants l'ont approuvhe
Allemagne, R.F. France Suisse
Australie Inde Tchécoslovaquie
Canada Italie Turquie
Égypte, Rép. arabe d' Pays-Bas URSS
Espagne Roumanie USA
Finlande
Rovau me- U n i Yougoslavie
Aucun comité membre ne l'a désapprouvée.
O
Organisation internationale de normalisation, 1979
Imprime en Suisse
NOR M E I NTE R N AT1 O NA LE IS0 4369-1979 (F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux
- Méthode du canot mobile
découverts
1 Objet et domaine d’application 5 Généralites
La présente Norme internationale spécifie des méthodes de II est fréquemment impossible, sur les grandes rivibres ou dans
mesure du debit dans les grands estuaires et rivieres par la les estuaires, de suivre les méthodes classiques de mesure du
débit B l’aide de moulinets, qui mettent en Oeuvre des
technique du canot mobile. Les chapitres qui suivent
esquissent les procédés relatifs à cette méthode et décrivent les procedures coûteuses et fastidieuses.
caractéristiques générales du matériel nécessaire.
Cela vaut en particulier dans les endroits recules, où ces
moyens n’existent pas ou pendant les inondations, les moyens
Elle reproduit en annexe et en fac simile un exemple complet de
calcul de mesure avec un canot mobile. de mesure étant submergés ou inaccessibles.
Dans les emplacements OÙ les conditions instables
d’écoulement exigent des mesures aussi rapides que possible,
la technique du canot mobile est alors utilisee. Elle n’exige pas
2 Références
d’installations fixes et se prête à l’utilisation d’emplacements
alternés.
IS0 748, Mesure de dCt des liquides L-ns les canaux
dkcouverts - Méthode d’exploration du champ des vitesses.
La technique du canot mobile se base sur une exploration du
champ des vitesses pour déterminer le débit. La technique
IS0 772, Mesure de dkbit des liquides dans les canaux
necessite les renseignements suivants :
dkcouverts - Vocabulaire et symboles.
a) emplacements des points d’observation le long du cours
IS0 3454, Mesure de dkbit des liquides dans les canaux
d’eau, en fonction de la distance B un point d’origine;
dkcouverts - Matériel de sondage et de suspension.
b) profondeur du cours d‘eau, d, en chaque point
IS0 4366, Mesure de dkbit des liquides dans les canaux
d‘observation;
dkcouverts - Sondeurs B &ho.
c) vitesse du cours d‘eau, v, perpendiculairement B la
IS0 5168, Calcul de l‘erreur limite sur une mesure de débit.’)
section transversale, en chaque point d‘observation.
La principale différence entre une mesure classique et la mesure
B l’aide d’un canot mobile resulte du mode de rassemblement
3 Définitions
des données. Dans le cas de la methode traditionnelle, on
determine la vitesse moyenne dans les dlhents de section
Les termes utilises dans la presente Norme internationale sont
d‘une section transversale du cours d‘eau A partir de vitesses
ceux qui sont définis dans I’ISO 772.
ponctuelles ou par integration de la moyenne des vitesses sur
une verticale. Dans le cas de la methode B l’aide du canot
mobile, la vitesse est mesurée sur toute la largeur d’un élement
de section en suspendant le moulinet B une profondeur
4 Unités de mesure constante pendant la traversée du cours d’eau par le canot. La
vitesse mesurée et les informations supplementaires recueillies
Les unites de mesure utilisées dans la présente Norme
par le sondage en profondeur donnent les moyens necessaires
internationale sont les unites SI. pour déterminer le débit.
1) Actuellement au stade de projet.
IS0 4369-1979 (FI
6 Principe de la méthode La méthode 2 permet de déterminer la vitesse du cours d’eau à
partir de la relation
La mesure avec le canot mobile se fait par traversée du cours
d’eau le long d‘une trajectoire prédéterminée qui est générale- v = 4.; - v; . . . (2)
ment normale à I’écoulement (voir figure 1 ), Pendant la traver-
sée, un sondeur à écho enregistre la forme géométrique de la où v, est obtenue à partir de
section transversale et un moulinet fonctionnant en continu
relbve les vitesses combinées du cours d‘eau et du canot.
Une troisième série de données nécessaires est obtenue soit en
mesurant à intervalles l’angle formé par le moulinet qui s’aligne
(voir figure 3)
parallelement au mouvement de l’eau, et par la trajectoire pré-
déterminée, soit en mesurant la distance par rapport à un point
où
fixe de la rive.
i est l’ordre du point d’observation;
La mesure de vitesse relevée en chacun des points d‘observa-
tion dans la section transversale (v, dans la figure 2) est la
est la distance entre le point d‘observation i et un point
li
vitesse de l‘eau au niveau du moulinet résultant aussi bien de
fixe de la rive;
I’écoulement du cours d‘eau que du mouvement du canot.
C’est la somme vectorielle de la vitesse de l‘eau par rapport au
est le temps requis pour traverser la largeur d‘un élément
ti
lit du cours d’eau.(v) et de la vitesse du canot par rapport au lit
de section.
du cours d‘eau (v,).
Les données d‘échantillonnage relevées en chaque point
6.2 Ddtermination de la distance entre les points
d‘observation fournissent les informations nécessaires pour
d’observation
définir la vitesse du cours d‘eau. Il existe deux méthodes pour
déterminer cette vitesse; elles sont généralement appelées
Du diagramme vectoriel (voir figure 21, on pourra constater que
méthode 1 et méthode 2.
l’on obtient :
La méthode 1 consiste à mesurer l’angle a entre la trajectoire
...
(4)
déterminée du canot et une palette verticale qui s’aligne sur la
direction de l’eau à son niveau. Un indicateur d‘angle fixé au
où Al, est la distance parcourue par le canot le long de la route
support de la palette indique l‘angle a.
vraie entre deux points d’observation consécutifs, pourvu que
la vitesse du cours d‘eau soit perpendiculaire à la trajectoire du
La méthode 2 consiste à mesurer la distance entre les points
canot.
d‘observation et un point fixe de la rive d’où l‘on peut détermi-
ner la largeur de I’élément de section traversé tout en mesurant
Lorsque la vitesse n‘est pas perpendiculaire, un réglage est
le temps. Ces données permettent de calculer la composante nécessaire comme expliqué en 10.3.
de vitesse du canot, v,, et, aprbs mesure de la vitesse totale, v,,
de déterminer la composante de vitesse du cours d’eau, v, per-
Si l’on suppose que a est à peu prbs uniforme sur la distance
pendiculairement à la trajectoire déterminée du canot.
relativement courte constituant un gradient, on peut le
considérer comme constant.
La mesure relevée par l‘indicateur de vitesse en nombre
d’impulsions par seconde sert, en combinaison avec un tableau En appliquant la méthode 1, I‘équation (4) convient donc
d’étalonnage, à calculer la grandeur du vecteur vv.
Al, = cos a v, dt . (5)
s
Les données sont normalement recueillies en 30 à 40 points
d’observation de la section transversale pour chaque cycle. On
où
peut, si cela est praticable, enregistrer automatiquement et
simultanément tous les parambtres requis.
V, dt = AI,
s
où AI, est la distance relative dans l’eau entre deux points
d‘observation consécutifs représentes par les signaux de sortie
6.1 Détermination de la vitesse du cours d‘eau
de l‘indicateur de vitesse et du compteur.
La méthode 1 permet de déterminer la vitesse du cours d’eau,
Donc pour la jeme distance relative :
Y, perpendiculairement à la trajectoire du canot (route vraie) en
chaque point d’observation 1, 2, 3 , , ., à partir de la relation :
AI,, = AIvl cos ai . (6)
I’ = iL sin (x . . . (1)
la largeur totale, B, de la section transversale est :
La solution de I’équation (1 1 donne une réponse représentant la
r=m i=m
composante de vitesse du cours d’eau perpendiculaire à la
B = C A/,, = AI,^ cos ai (7)
course vraie, même si le sens d’écoulement n‘est pas perpendi-
culaire.
i= 1 i= 1
IS0 4369-1979 (FI
L’essentiel du matériel requis pour les deux méthodes est
Si l‘on utilise la méthode 2, la largeur de l‘intervalle compris
entre les points d‘observation est calculée comme la différence indiqué ci-dessous. Une description plus détailléee du matériel
est donnée à l‘annexe A.
entre des mesures de distance successives à partir d’un point
fixe sur l‘une des rives comme indiqué à I’équation (3).
8.2 Canot
6.3 Détermination de la profondeur du cours d‘eau
Un petit canot, de manœuvre facile et suffisamment stable
pour le genre de cours d’eau sur lequel il doit être utilisé.
La profondeur du cours d‘eau en chaque point d‘observation
est obtenue par addition de la profondeur du capteur A la
profondeur indiquée sur le diagramme du sondeur à écho, à
moins que le capteur soit réglé pour indiquer la profondeur
totale.
8.3 Palette et indicateur d’angle - Méthode 1
Une palette Bquipée d’un mécanisme indicateur est montée en
7 Limites
un endroit approprié du canot, généralement la proue. L‘angle
entre la direction de la palette et la route vraie du canot est indi-
La méthode est normalement utilisée dans le cas des rivibres de
qué sur un cadran par une aiguille alignée sur la palette. Un
plus de 300 m de largeur et de plus de 2 m de profondeur.
systbme de visée fixé au cadran pivotant librement permet d’ali-
gner l’index de ce cadran sur la route vraie du canot. Le cadran
La largeur minimale exigée dépend du nombre d’éléments de
est gradué en degrés (de O à WO) des deux côtés de l‘index.
section divisant la section et du temps minimal nécessaire pour
parcourir ces élérnents de section afin d‘obtenir une bonne
précision dans les mesures.
8.4 Moulinet
Le nombre d’éléments de section doit être d’au moins 25.
Le moulinet utilisé est, de préférence, un élément du type à
hélice avec une carrosserie spécialement concue dans le cas de
La largeur de chaque élément de section dépend de la précision
la méthode 1 pour s‘adapter au bord d’attaque de la palette.
avec laquelle la vitesse peut être mesurée dans chaque élément
Dans le cas de la méthode 2, le moulinet et son saumon doivent
de section. L’intervalle entre deux points d’observation doit
être suspendus à un câble attaché au canot. Les caractéristi-
être suffisant pour permettre à l‘observateur de lire les
ques du matériel de suspension doivent être conformes aux exi-
instruments et d’enregistrer les résultats. La vitesse minimale
gences de I‘ISO 3454.
du canot doit être telle que le canot puisse traverser la section
en droite ligne. Pour des résultats optimaux, la vitesse du canot
doit être du même ordre que celle du cours d’eau.
8.5 Indicateur de vitesse et compteur
Le cours d’eau doit avoir une profondeur suffisante pour le
Les rotations du moulinet sont transmises sous forme d’impul-
tirant du canot et pour permettre sa manœuvre dans la traver-
sions Blectriques affichées sur un compteur ou converties par
sée de la section. Les faibles profondeurs peuvent endomma-
l’intermédiaire d‘un appareil électronique en mesure de vitesse.
ger les instruments puisque le débitmètre ou le prolongateur de
la palette descendent à environ 1 m en dessous du canot.
Dans le premier cas, les impulsions sont converties en vitesses
à l’aide de la table de caractéristiques du moulinet.
Le cours d‘eau ne doit pas présenter de courants en profondeur
comme c’est le cas dans les canaux à marée où ces courants
Si l’on emploie la méthode 1, le compteur doit permettre un
remontent I‘écoulement dont on mesure la vitesse. Dans ce
préréglage du nombre d’impulsions comptees électronique-
cas, la répartition des vitesses sur une verticale est inconnue et
ment. Un signal audible se déclenche lorsque le nombre fixe est
l‘on ne peut pas rapporter de facon satisfaisante la vitesse
atteint et le graphique du sondeur B écho s‘imprime automati-
moyenne à la vitesse mesurée.
quement. Le compteur doit reprendre seul son réglage initial
avant de répéter la mesure. La figure 5 donne un schéma et une
Le débit ne doit pas varier au point de fausser les résultats de
description de l’indicateur de vitesse et du compteur.
manière indue pendant la traversée du canot. Dans des
conditions d’écoulement instables, comme dans les cours
d‘eau à marée, il est souhaitable en rbgle générale de ne pas
8.6 Mesure de la distance - MBthode 2
faire la moyenne d‘une série d’essais, mais plutôt de traiter
chaque résultat séparément pour mieux définir le cycle de
Pour situer les points d’observation dans la section, il faut
I’écoulement (voir figure 4).
mesurer la distance entre chaque point et un point fixe de la
rive. La mesure de distance peut se faire par des moyens opti-
ques par exemple un télémbtre ou par un appareil électronique
8 Matériel
(par exemple un radiolog).
Le système de mesure de la distance doit être raccordé (par
8.1 Généralités
relais) au sondeur à écho de manibre qu‘en chaque point
d’observation un trait vertical puisse venir s‘imprimer (automa-
Le matériel necessaire est similaire quelle que soit la méthode
tiquement ou à la main) sur le graphique du sondeur.
utilisée (voir chapitre 6).
IS0 4369-1979 (FI
8.7 Sondeur à écho
méthode 2, il faut vérifier I’écartement des repères avant cha-
que mesure, ce qui permet de vérifier I’étalonnage du système
Un sondeur à echo (portatif) doit servir à l’enregistrement en
de mesure des distances.)
continu sur bande graphique de la profondeur de la section
entre deux flotteurs. Ce sondeur à écho doit être raccordé par
9.3 Fonctions des membres de I’équipage
relais à l‘indicateur de vitesse et au compteur ou à l’indicateur
de distance pour déclencher le repérage par traits verticaux sur
Trois membres d‘équipage expérimentés sont généralement
le graphique du sondeur en chaque point d‘observation. Le
nécessaires pour procéder à une mesure de débit à partir d’un
sondeur à écho doit être conforme à I’ISO 4366.
canot mobile. Ce sont, pour la méthode 1, un opérateur pour le
canot, un observateur d’angle et un releveur; pour la
les
méthode 2, un opérateur pour le canot, un observateur pour
impulsions du moulinet qui sert également de releveur, et un
9 Méthodes de mesure
opérateur relevant les distances.
Le processus de mesure par canot mobile comprend le choix et
Avant de procéder aux mesures de débit à partir d’un canot
la préparation de l’emplacement adéquat, la préparation et le
mobile, il est important que les membres de I‘équipage aient fait
montage du matériel de mesure et le choix des réglages des ins-
preuve d’un haut degré de compétence dans toutes les phases
truments servant au rassemblement des données.
de la technique.
9.1 Choix de l’emplacement
Une brève description des fonctions des membres de l‘équi-
page est donnée ci-dessous. Une description plus détaillée
L’emplacement de mesure doit être choisi là où l’on peut
figure en annexe A.
s’attendre à un écoulement assez uniforme; c‘est-à-dire à des
lignes d’écoulement aussi parallèles que possible et à un lit sans
a) Le releveur est le responsable de la préparation et de
irrégularités trop marquées.
l’exécution de la mesure. II doit aussi noter le résultat des
mesures (voir annexe 6).
9.2 Préparation de l’emplacement
b) L’opérateur du canot doit être familier de l‘emplacement
L‘emplacement doit subir quelques préparations avant que ne
de mesure et doit veiller à ce que le canot demeure autant
débute une série de mesures par canot mobile. que possible aligné sur la transversale de la section de
mesure.
9.2.1 II faut en premier lieu, choisir une trajectoire du canot
c) L‘observateur d’angle (méthode 1) doit lire l‘angle formé
qui soit autant que possible perpendiculaire à la direction de
par la palette et la course vraie du canot, et en rapporter le
I‘écoulement. II faut ensuite placer sur chaque rive, dans l’ali-
résultat au releveur.
gnement de cette trajectoire, deux repères de zones clairement
visibles. La couleur de ces repères doit se détacher fortement
d) L’observateur de distance (mbthode 2) doit relever la
sur l’arrière-plan. L’écartement des repères est fonction de la
distance qui sépare le canot d’un des repères de la rive à
longueur de la trajectoire. Des espacements de 30 m environ
l’aide d’un instrument optique ou électronique. II doit noter
sont nécessaires pour une longueur de trajectoire de 300 m.
les points d’observation sur le graphique du sondeur à écho
si cette opération se fait manuellement.
9.2.2 Des flotteurs balisant la trajectoire choisie marquent
l’origine et la fin des mesures. Ils sont ancrés dans le cours
Si les enregistrements se font simultanément et de facon auto-
d’eau de 12 à 15 m de chaque rive (voir figure 1). Cette distance
matique, le nombre des membres d’équipage peut être réduit à
est nécessaire au cours de la traversée pour manœuvrer le
deux.
bateau à l’entrée ou à la sortie de la trajectoire. Les flotteurs
doivent être placés dans un endroit OÙ la profondeur d’eau est
toujours supérieure à 1 m (profondeur de la palette ou du mou-
linet).
10 Calcul du débit
II est préférable de ne pas les placer directement sur la trajec-
10.1 Généralités
toire du canot mais plutôt de les décaler de 3 à 6 m vers l‘amont
pour qu’ils ne se trouvent pas sur le chemin du canot abordant
Le débit est donné théoriquement par la formule
la trajectoire choisie.
Q = A v(x,y) dxdy
9.2.3 On peut mesurer la largeur du cours d‘eau par triangula-
tion, par ((stades)) ou par d‘autres méthodes, et définir la posi- où
tion exacte des flotteurs. On relève la distance entre les flot-
teurs et le bord de l’eau (à l‘aide d’une chaîne d‘arpenteur par Q est le débit vrai;
exemple) et l‘on inscrit le résultat dans la partie principale du
procès-verbal de mesure servant au calcul du débit. Si l’on uti- A est la section transversale;
lise la méthode 1, il est préférable d’avoir des repères de zone
permanents permettant de calculer la largeur vraie de facon v(x,y) est le champ des vitesses sur la largeur et la profon-
convenable entre les repères et la rive. (Si l’on utilise la
deur.
IS0 4369-1979 (FI
En pratique, l’intégrale se calcule d’habitude de manière appro- La vitesse du cours d’eau doit être déterminée pour I’emplace-
chée par la somme : ment i soit par I‘équation (1) dans le cas de la méthode 1, soit
par I‘équation (2) dans le cas de la méthode 2. Pour de plus
I = 111
amples détails, voir les tableaux 1 et 2 OÙ figure un calcul com-
plet pour les méthodes 1 et 2 respectivement.
. . . (8)
Q, = bidiF
I= 1
La distance entre le point d’origine (repère sur la rive) et le point
d’observation OÙ sont faits les relevés est la somme des distan-
où
ces cumulées entre les positions du moulinet et le flotteur, le
flotteur et le bord de l’eau et la rive et le repère (voir figure 31,
Q, est le débit calculé;
ces deux dernières distances étant mesurées séparément pour
chaque rive. Les distances sont définies comme suit :
bi est la largeur du iième élément de section:
I, = distance entre le point d’origine (repère) et le bord de
di est la profondeur du iième élément de section:
l‘eau
-
vi est la vitesse moyenne dans le iième élément de section;
l2 = I, + distance mesurée entre le flotteur et le bord de
l’eau
m est le nombre d’éléments de section.
I, = l2 + AI
Le débit dans le cours d’eau est donc la somme des produits b3
des surfaces partielles de la section transversale du cours d’eau,
l4 = I, + AI
multipliée par leurs vitesses moyennes respectives. b4
La technique du canot mobile utilise le mode de calcul à mi-
section du débit. Cette méthode suppose que la vitesse
I, = I,, - 1) + distance mesurée entre le flotteur et le bord
moyenne au milieu de chaque élément de section représente la
de l‘eau
vitesse moyenne dans I‘élément de section. Cette zone s‘étend
horizontalement de la moitié de la distance au moulinet précé-
I(, + ,) = I, + distance au point final (repère)
dent à la moitié de la distance au moulinet suivant, et verticale-
ment de la surface de l’eau jusqu‘à la profondeur sondée (voir
IS0 748).
Dans ce qui précède, Al est la distance entre l‘emplacement
bi
considéré du moulinet et l‘emplacement précédent déterminé
selon la méthode 1.
10.2 Mgthode de calcul
Dans la méthode 2, les distances li au repère sont mesurées
On a superposé à la figure 3 le schéma explicatif de la méthode directement. Chacune des largeurs d’élément de section repré-
de calcul de la section transversale à mi-section pour les mesu- sente la distance horizontale entre la moitié de la distance à
res de débit, sur le fac similé d‘un profil transversal obtenu à l’emplacement précédent du moulinet (i - 1) et la moitié de la
partir du graphique du sondeur à écho. La section transversale distance à l’emplacement suivant (i + 1). Par exemple, la lar-
est définie par les profondeurs aux emplacements 1, 2, 3, . . ., geur de I’élément de section i équivaut à
n, marqués pendant la mesure sur le graphique du sondeur à
-
écho. 4, + 1) 4 - 1)
b. =
. . . (10)
Selon la méthode à mi-section, le débit partiel dans n‘importe
quelle section se calcule pour un emplacement i de la manière
en chaque point de
On détermine ,a du cours
suivante :
mesure de la section en ajoutant la profondeur d‘immersion du
capteur à chacune des mesures de profondeur enregistrées sur
-
‘(i + 1) ‘(i - 1)
le graphique du sondeur A écho aux emplacements d‘échantil-
q, = v.
. . . (9)
II
] di lonnage.
L2
où
Suivant les appareils utilisés, l‘addition peut éventuellement se
faire de manière automatique.
qi est le débit non corrigé dans la section i;
Les surfaces partielles des éléments de section sont obtenues
en multipliant la largeur telle qu‘elle est obtenue à partir de
vi est la vitesse de I’échantillon à l‘emplacement i;
I’équation (10) par la profondeur au point de mesure.
est la distance du point d‘origine à l’emplacement
- ,)
précédent; Ces surfaces partielles sont ensuite ajoutées les unes aux autres
pour obtenir la surface globale non corrigée de la mesure.
est la distance du point d’origine à l’emplacement
,)
suivant; Suivant I‘équation (91, on obtient le débit (non corrigé) au
niveau d’un élément de section donné en multipliant la surface
non corrigée par la vitesse mesurée au point d’observation. Ces
di est la profondeur de l’eau à l’emplacement i.
IS0 4369-1979 (FI
valeurs sont à additionner pour obtenir le débit total (non cor-
où
rigé) correspondant à la mesure. Les parenthèses se rapportent
à la méthode 1.
k, est le coefficient de correction largeurisurface;
B, est la largeur mesurée de la section transversale;
est la largeur calculée de la section transversale.
B,
10.3 Correction de largeur dans le cas d‘un
écoulement oblique - M6thode 1
Le coefficient sert ensuite à corriger les valeurs de surface
totale et de débit total de la mesure, comme si l‘erreur sur la lar-
geur était répartie de facon uniforme en pourcentage sur cha-
10.3.1 GBnBralitBs
que échelon de largeur de la section.
II est des cas où, à l’emplacement de mesure choisi, l’écoule-
Voir le tableau 1 pour un exemple d’application du coefficient
ment n’est pas perpendiculaire 8 la section transversale. Si l’on
de correction largeur/surface.
applique la méthode 1, la largeur des éléments de section doit
alors être calculée d‘aprhs la formule (6) :
10.4 Correction de la vitesse moyenne sur une
Al,, = I,, A COS ai
verticale
Cette équation est fondée sur I’hypothhse qu’une relation du
type triangle rectangle existe entre les vecteurs de vitesse con-
10.4.1 GBnBralitBs
sidérés.
Pendant une mesure de débit avec un canot mobile, le moulinet
Si I’écoulement n‘est pas normal à la section transversale, cette
est réglé 8 une profondeur fixe, déterminée à l’avance, d’envi-
situation ne se rencontre pas et I’équation peut donner une lar-
ron 1 m en dessous de la surface de l‘eau (voir chapitre 7);
geur calculée trop grande ou trop petite selon que la grandeur
cette technique fait donc usage de la méthode de mesure de la
vectorielle représentant I‘écoulement oblique a une compo-
vitesse sous la surface. Le calcul se fait d’aprhs des mesures de
sante horizontale opposée 8 la direction du canot ou dans le
vitesse effectuées à profondeur constante sous la surface sans
même sens que celle-ci (voir figure 6).
coefficients de correction comme si celles-ci représentaient
toutes une moyenne sur la verticale. L’emploi de cette méthode
Si l‘on utilise la méthode 2, il n‘y a pas besoin de correction de
permet dans l’idéal de multiplier chaque vitesse mesurée par un
largeur puisque les distances sont mesurées directement.
coefficient pour obtenir la vitesse moyenne sur la verticale. On
suppose cependant que, dans les grands cours d‘eau OÙ la
La composante de I’écoulement normale à la section transver-
technique du canot mobile est utilisable, ces coefficients sont
sale ne dépend pas de la composante de vitesse du canot tant
relativement uniformes dans toute la section transversale, ce
que la trajectoire du canot est parallhle 8 cette section.
qui permet d’appliquer au débit total un coefficient moyen pour
la section. II est nécessaire d’avoir des données relevées sur
Pour compenser les écarts minimes de sens d’écoulement ou
plusieurs courbes de vitesse, sur des verticales convenablement
les écarts entre trajectoire du canot et section transversale, il
réparties sur l‘emplacement de mesure, pour déterminer un
convient d’effectuer un nombre égal de mesures dans chaque
coefficient représentatif de toute la section transversale.
sens. Voir figures 7a) et 7b).
10.4.2 DBtermination du coefficient de vitesse sur une
10.3.2 Calcul de la correction de largeur - MBthode 1
verticale
Dans l‘idéal, la correction de l’erreur sur la largeur calculée
Les courbes des vitesses sur une verticale sont tracées à partir
devrait être appliquée 8 I’échelon de la section transversale où
du relevé des vitesses observées par rapport à la profondeur. La
se produit l’erreur.
mhthode des courbes de vitesses verticales demande une série
d‘observations des vitesses (par des moyens classiques) en des
En pratique cependant, seule la largeur globale, qui se mesure
points convenablement répartis entre la surface de l’eau et le lit
directement, est utilisable pour une comparaison avec les gran-
du cours d‘eau. Normalement, ces points sont choisis à des
deurs calcul6es. Si la somme des échelons de largeur calculés
paliers de profondeur de 0,l entre les profondeurs de 0,l et 0,9.
n’equivaut pas 8 la largeur mesurée de la section transversale,
Les observations doivent également être effectuées à au moins
on prochde 8 des corrections proportionnelles dans chaque
0,15 m de la surface de l’eau et 8 au moins 0,15 m du lit du
échelon.
cours d‘eau.
La méthode du canot mobile se sert du rapport entre les lar-
Une fois la courbe des vitesses tracée, on peut obtenir la vitesse
geurs mesurbes et calculées de la section transversale pour
moyenne sur une verticale donnée en mesurant à l’aide d‘un
déterminer le facteur de correction largeur/surface. Pour obte-
planitnetre ou de tout autre moyen, la surface se trouvant entre
nir ce coefficient, on divise la largeur mesurée de la section par
la courbe et l‘axe des ordonnées puis en divisant cette surface
la largeur calculée, ce qui donne :
par la longueur de l’axe des ordonnées (voir IS0 748).
(11) Pour obtenir un coefficient de correction de la vitesse sur une
verticale quelconque, i, on divise la vitesse moyenne sur cette
IS0 4369-1979 (F)
types d‘erreurs à considérer, à savoir : les erreurs aléatoires, les
verticale par la vitesse à la profondeur d‘échantillonnage du
canot mobile, ce qui donne : erreurs systématiques constantes et les erreurs systématiques
variables. Voir les notes de bas de page pour les d8finitions.l)
~
V
k =-
...
(12)
Les sources d’erreur peuvent être définies d‘après une forme
,v
généralisée de I‘équation de travail (8) :
où
k, est le coefficient de correction de la vitesse; Q = cb,d,Y,
I= 1
-
v est la vitesse moyenne sur cette verticale;
L’erreur limite globale sur le débit se compose des erreurs sui-
v est la vitesse à la profondeur d’échantillonnage du canot
vantes :
mobile.
a) erreurs limites sur la largeur;
à un coefficient moyen représentatif, on doit avoir
Pour arriver
un minimum de plusieurs verticales placées dans des endroits
b) erreurs limites sur la profondeur, tant pour les sondages
((stratégiques)) représentant la portion majeure de I‘écoulement
individuels que pour les mesures de niveau d’eau (voir
dans lequel les coefficients sont déterminés. Le coefficient
IS0 748, paragraphe 6.2.3);
moyen est la valeur de la moyenne pondérée avec des poids en
proportion avec le débit dans les éléments de section. Une fois
c) erreurs limites sur la détermination de la vitesse sous la
un coefficient moyen déterminé, il ne doit plus être nécessaire
surface. Celles-ci dependent de la précision de l‘appareillage
de le redéterminer chaque fois qu’on fait une autre mesure de
et des irrégularités de la répartition des vitesses dans le
débit au même endroit. II est toutefois nécessaire de vérifier la
temps et dans l‘espace;
validité de ce coefficient à des niveaux largement différents, et,
pour les estuaires, à différents moments du cycle de la marée.
d) erreurs limites sur l’utilisation de la méthode du canot
mobile, notamment quant au nombre d’éléments de sec-
10.5 Application du coefficient de correction de tion, à la détermination de la vitesse perpendiculairement à
la section transversale et au coefficient de correction de la
la vitesse
vitesse.
La correction de la vitesse se fait immédiatement après la cor-
rection largeur/surface. Pour cette correction, on multiplie le
11.2 Ddtermination des diverses composantes de
débit total déterminé à partir des mesures de vitesse en dessous
I ‘er reu r
de la surface par un coefficient de correction représentatif de la
vitesse dans la section transversale. Le produit est la valeur
11.2.1 Erreur limite sur la largeur, Xbi
mesurée du débit (voir tableaux 1 et 2).
Si l’on utilise la méthode 1, suivant I’équation (5), on a :
NOTE - L‘examen d’un grand nombre de rivibres importantes à tra-
vers le monde revhle des coefficients se situant dans une gamme
r
etroite comprise entre 0,85 et 0,92 pour corriger la vitesse en dessous
AIb = COS a V, dt
J
de la surface par rapport à la vitesse moyenne. Une étude assez com-
plete portant sur 100 cours d’eau ambricains, d’une profondeur de 3 m
L’erreur limite sur la mesure de largeur depend des erreurs aléa-
et plus, a donne un coefficient moyen d‘environ 0.90 pour corriger la
toires et systématiques sur la mesure du temps, de la vitesse et
vitesse obtenue à 1,2 m en dessous de la surface par rapport B la
de l’angle qui sont les variables de base d’où se dérive la lar-
vitesse moyenne.
geur. La vitesse est également une variable dépendante, fonc-
tion de la mesure des impulsions et du temps. Si l’on considère
la mesure du temps associée à la mesure de la vitesse, l’erreur
instrumentale est dans la plupart des cas bien inférieure à tou-
tes les autres et l’on peut supprimer cette erreur sur une varia-
11 Precision de la mesure de débit
ble indépendante.
Les grandes lignes de la méthode d’évaluation de l’erreur limite
Le pourcentage d’erreur limite sur la mesure de largeur, X,, est
sur une mesure de débit sont données ci-aprbs.
donné par :
11.1 Source d’erreur
où a est en radians.
Étant donnée la nature même des mesures physiques, il est
impossible de mesurer une grandeur physique avec une certi-
tude absolue. Dans I‘équation ci-dessus les coefficients de sensibilité des
composantes v, et t sont égaux à 1. Le coefficient de sensibilité
Outre les erreurs dues aux opérateurs et au mauvais fonction- de l‘angle est a tan a, ce qui est à peu près égal à 1 lorsque
nement des instruments (erreurs aberrantes), il existe trois a = So (0,87 rad).
1) Pour les definitions et les formules, voir IS0 5168.
IS0 4369-1979 (FI
Si l‘on utilise la méthode 2, l’erreur limite sur la mesure de lar-
11.2.3 Erreurs limites sur la détermination de la vitesse
geur est principalement une erreur instrumentale, fonction de
en dessous de la surface, X
L’V
l’instrument employé et de la gamme de largeur. Pour les ins-
truments optiques, voir IS0 748, annexe E. Pour les instru-
La vitesse en tout point de la section transversale fluctue en
ments électroniques, l’erreur limite se compose principalement
continu et de facon aléatoire dans le temps. II faut donc faire
d’une partie constante et d‘une partie variable dépendant de la
plusieurs mesures pour minimiser l’influence d‘un temps de
largeur mesurée telle qu’elle est spécifiée par le fabricant.
mesure limité. La grandeur de l’erreur d’impulsion dépend éga-
lement de la position relative sur la ((verticale)). L’erreur relative
La plupart des erreurs possibles sont de nature aléatoire et, si et l’erreur absolue sur les impulsions sont moindres dans la par-
l’on procède avec précaution, elles n‘introduisent aucun biais
tie haute de la verticale de répartition des vitesses. Pour moins
dans les résultats de mesure. Quelques-unes sont de nature
ressentir les erreurs d‘impulsion les plus faibles, il faut que le
systématique et l’on doit veiller à les réduire au minimum.
moulinet relève les vitesses sous la surface comme indiqué pré-
cédemment.
Les sources d’erreur et les précautions recommandées sont les
suivantes :
11.2.4 Erreurs limites aléatoires et systématiques dues
a) Un mauvais étalonnage du moulinet donne une erreur
au moulinet, X,
systématique variable sur les mesures de largeur.
Lorsque des moulinets sont étalonnés plusieurs fois dans les
b) L’erreur possible de lecture sur l‘angle est de l0.
mêmes conditions, ils montrent de petites variations aléatoires
L‘observateur doit s’exercer pour conserver cette précision
aux mêmes points de la courbe d’étalonnage. Le même effet
et éviter de fausser les résultats par sa faute.
s’observe, mais inversé, lorsqu’un moulinet mesure une
vitesse. II existe donc une erreur instrumentale aléatoire sur la
c) L‘obliquité de I’écoulement par rapport à la section de
détermination de la vitesse d’écoulement. L‘erreur aléatoire ini-
mesure est cause d‘erreur dans les mesures de largeur. II est
tiale sur la détermination de la courbe d’étalonnage devient
recommandé de choisir l’emplacement de mesure avec soin
cependant une erreur systématique variable chaque fois que
pour éviter ce phénomène. Pour compenser les effets d’un
l’on prend le même point pour déterminer la vitesse de I’écoule-
écoulement oblique et I’écartement important du canot par
ment et le débit. Cette erreur systématique variable est rendue
rapport à la trajectoire choisie, il est recommandé d’effec-
aléatoire si l’on se sert de la courbe d‘étalonnage qui donne un
tuer un nombre égal de mesures dans chaque sens le long
plus grand nombre de points d‘étalonnage du moulinet et une
de la section transversale. Ce procédé est particulièrement
dispersion de la courbe sur différentes vitesses.
souhaitable dans les sections non symétriques et lorsque le
profil du lit est irrégulier.
Un mauvais étalonnage du moulinet donne une erreur systéma-
tique constante sur les mesures de vitesse.
d) Une correction de largeur totale doit être effectuée (voir
10.3.2) pour minimiser les erreurs systématiques.
Le moulinet doit être réétalonné chaque fois qu’un doute se fait
jour.
Tout écart de la position du moulinet par rapport à un plan hori-
zontal parallèle à la surface de l‘eau donne une mesure trop
11.2.2 Erreurs limites sur la profondeur, Xdi
basse de la vitesse. Si Ion utilise la méthode 1, on veillera à
monter la palette de manière à ce qu‘elle soit perpendiculaire à
Le fonctionnement d’un sondeur à écho est fondé sur le prin-
l’eau pendant la mesure.
cipe d’une mesure de temps entre la transmission et la récep-
tion des ondes sonores (en fonction de la vitesse du son dans
Si la vitesse est mesurée à l‘aide d’un indicateur de vitesse, on
l’eau). Les écarts de température et de masse volumique provo-
veillera A éviter les erreurs de parallaxe ou toute autre erreur due
quent un déréglage de I’étalonnage du sondeur à écho qui
à l’observateur.
donne une erreur systématique sur les mesures de profondeur.
Il est recommandé de procéder à I’étalonnage in situ en suspen-
dant une plaque de métal à une distance connue en dessous du
capteur.
11.2.5 Erreurs limites sur la vitesse d’écoulement, X,
On veillera avec un soin extrême à la lecture du graphique du (M6thode 1)
sondeur de manière à ne pas introduire d’erreur systématique
de lecture. A noter que la lecture du graphique peut également D‘après I’équation (1 1,
introduire une erreur aléatoire par suite d’un effet de parallaxe.
v = v, sin a
Les soubresauts du canot (et donc du capteur du sondeur) dus
on peut voir que les erreurs limites sur la vitesse d’écoulement,
aux clapotis introduisent une erreur aléatoire dans la mesure de
profondeur. Cette erreur peut être réduite par le choix d’un c‘est-à-dire la vitesse perpendiculaire à la section transversale,
dépendent des variables que sont la vitesse totale v, et
canot plus stable dans des conditions agitées.
l’angle a. Comme indiqué en 11.2.6, on néglige l‘erreur limite
Une autre erreur limite aléatoire est introduite par l‘irrégularité sur la mesure du temps et des impulsions, grandeurs de base
servant à déterminer la vitesse v,,
du profil du lit, les rugosités réfléchissant le son.
IS0 4369-1979 (F)
Suivant I'équation (13), le pourcentage d'erreur limite sur la Le pourcentage d'erreur limite sur la valeur mesurée vb est
vitesse d'écoulement, X,, peut se calculer d'après la formule donc :
. . . (14)
(16)
Si l'on utilise la méthode 1, on peut compter sur les erreurs limi- et le pourcentage d'erreur limite sur la vitesse d'écoulement
tes suivantes : devient
a) La valeur de l'angle doit être lue à f l0 près. (L'opéra-
teur doit s'exercer à obtenir cette précision pour ne pas
fausser les mesures par sa faute.)
. . . (17)
b) La vitesse doit être indiquée à f 5 impulsions par
seconde près.
11.2.7 Erreur limite aleatoire totale sur la vitesse
d'ecoulement, Xvi
Méthode 1
11.2.6 Erreurs limites sur la vitesse d'écoulement, X,
(MBthode 2)
Suivant I'équation (14) et en fonction de la discussion précé-
dente sur les erreurs limites sur la mesure de la vitesse, le pour-
D'après I'bquation (2)
centage d'erreur limite aléatoire totale sur la vitesse d'écoule-
ment peut se calculer comme suit :
L' = Jm
+ (a cot ai2 X: + . . . (18)
on peut voir que les erreurs limites sur la vitesse d'écoulement
déterminée selon la méthode 2 proviennent initialement
où
d'erreurs limites sur la vitesse totale v, et sur la vitesse mesurée
du canot vb. Les coefficients sans dimensions de sensibilité de
a est en radians, et
v, et vb sont :
est l'erreur limite aléatoire sur I'étalonnage du mouli-
Xc
net.
Méthode 2
et La méthode ci-dessus reste applicable pour l'erreur limite aléa-
toire totale sur la vitesse d'écoulement mesurée par la
méthode 2. L'erreur totale sur la vitesse de I'écoulement se
- vi compose de ce qui suit :
v; - vi
respectivement (voir IS0 5168).
On peut donc calculer le pourcentage d'erreur limite sur la
vitesse d'écoulement par I'équation suivante :
. . . (19)
11.2.8 Erreurs limites dues A l'utilisation de la methode
Les grandeurs de base servant à déterminer v, sont les impul-
du canot mobile
sions du moulinet et le temps mesuré. Selon l'appareillage uti-
lisé, les erreurs sur ces variables de base peuvent être insigni-
Ces erreurs limites concernent en particulier le nombre d'élé-
f iantes.
ments de section et les rapports entre la vitesse moyenne sur
une verticale et la vitesse sous la surface.
La vitesse du canot vb est déterminée à partir d'une mesure de
distance et d'une mesure du temps mis pour parcourir la dis-
Bien qu'on prochde en continu au sondage de la profondeur,
tance entre les points d'observation donnés par :
on n'utilise qu'un nombre limite de valeurs de profondeur pour
déterminer la surface de I'élément de section.
Avec la méthode de la mi-section, on interpole linéairement les
b
profondeurs entre les verticales. D'où une erreur limite aléatoire
Puisque vb = - l'erreur limite sur vb se compose des erreurs
x qui diminue lorsque le nombre d'éléments de section
t' '
augmente. dln
limites sur les variables b et t.
IS0 4369-1979 (FI
Le profil horizontal des vitesses dans la section est un profil de
L’erreur limite de six mesures est par exemple presque 2,5 fois
vitesses continu intégré dans le temps et les erreurs limites aléa-
inférieure.
toires ne sont donc dues qu‘aux fluctuations de la vitesse men-
tionnées en 11.2.3.
11.3.2 Erreur limite systhatique globale, Xi
Comme indiqué en 10.4.2, il faut un coefficient des vitesses sur
Les erreurs limites systématiques (constantes aussi bien que
une verticale pour corriger le débit total mesuré. Les écarts par
variables), qui se comportent comme des erreurs limites aléatoi-
rapport à ce coefficient déterminé pour un certain niveau con-
res, doivent être évaluées séparément et peuvent être combi-
duisent à une erreur systématique variable qui peut être rendue
nées comme suit :
aléatoire pour un certain nombre de mesures de débit au même
niveau.
11.3 Erreur limite globale sur la mesure de débit
oÙ Xi, Xy et X; sont les pourcentages d’erreurs limites
systématiques sur b, d, et V.
L’erreur limite totale sur la mesure de débit est la résultante
d’un certain nombre d’erreurs limites partielles qui peuvent
elles-mêmes être des erreurs limites composites (par exemple
11.4 Présentation de l‘erreur limite due aux
l’erreur limite sur la détermination de la largeur ou de la vitesse
erreurs limites aleatoires et systématiques
d’écoulement) et qui tendent donc à avoir une distribution
gaussienne.
II n’existe aucune méthode universellement reconnue pour
combiner les erreurs limites aléatoires et les erreurs limites
11.3.1 Erreur limite albatoire globale, X;!
systématiques et la présentation de ces deux composantes
séparément garantit qu’il ne peut y avoir aucun doute sur la
Soit Xb,, X‘ et Xki, les pourcentages d‘erreur limite aléatoire
nature des erreurs limites en question.
d,
sur bi, di et Fi pour chacun des rn éléments de section, et Xh le
pourcentage d’erreur limite aléatoire sur le débit Q, on a :
En dépit du fait qu’il est préférable d’indiquer les erreurs limites
aléatoires et systématiques séparément, il est certain que cette
présentation peut induire en erreur les lecteurs des procès-
verbaux de mesure. Aussi est-il permis de combiner les erreu
...