ISO 4359:1983

Norme internationale 0 4359
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONOME~YHAPOnHAR OPrAHH3AUblR no CTAHI1APTH3AUIIHWRGANlSATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Canaux jaugeurs à col rectangulaire, à col
trapézoïdal et à col en U
Liquid flow measurement in open channels - Rectangular, trapezoidal and U-shaped flumes
Premiere ddition - 1983-07-01
- LL CDU 532.532.8 Ref. no : IS0 4359-1983 (FI
Descripteurs : Bcoulement de liquide, Bcoulement d’eau, Bcoulement en canal dbcouvert, mesurage de dBbit, dBbitmbtre, tube de Venturi.
s
Prix bas6 sur 51 pages
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 4359 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 113,
Mesure de d.4bit des liquides dans les canaux d&couverts, et a été soumise aux comités
membres en novembre 1980.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
Allemagne, R.F. France Suisse
Australie Inde Tchécoslovaquie
Chine Irlande
USA
Égypte, Rép. arabe d‘ Italie
Espagne Pays-Bas
Les comités membres des pays suivants l’ont désapprouvée pour des raisons techni-
ques :
Belgique
Royaume-Uni
O Organisation internationale de normalisation, 1983 O
Imprime en Suisse
II
Som maire
Page
1 Objet et domaine d'application .
2 Références. . .
3 Définitions et symboles . .
4 Unités de mesure. . .
5 Choix du type de canal jaugeur .
6 Installation . .
6.1 Choix de I 'emplacement .
6.2 Conditions d'installation .
6.3 Structure du canal jaugeur .
6.4 Conditions en aval . . 3
7 Entretien - Spécifications générales . . 3
8 Mesure de la hauteur de charge .
8.1 Caractéristiques générales .
8.2 Puits de mesurage . . .
8.3 Réglage du zéro . . . 4
9 Calcul du débit. . . . 4
9.1 Équations générales du débit .
9.2 Calcul du débità partir de la hauteur de charge observée
9.3 Calcul des relations hauteuridébit. 6
........... ..........
9.4 Vitesse d'approche . 6
..................
Canal jaugeurà col rectangulaire . . 6
10.1 Description . . 6
Emplacement de la section de mesure de la charge. . 7
10.2
10.3 Dispositions intéressant les écoulements modulaires . 7
10.4 Calcul du débit . . 7
10.5 Calcul de la relation hauteur/débit . . 8
10.6 Limites d'application . . 8
10.7 Erreur limite des mesures . . 8
...
11 Canaux jaugeurs à col trapézoïdal . 9
..
11.1 Description . 9
11.2 Emplacement de la section de mesure de la charge . 9
11.3 Dispositions intéressant les écoulements modulaires . 9
11.4 Calculdu débit . 9
11.5 Calcul de la relation hauteuridébit . 10
11.6 Procéduregraphique . 11
11.7 Limites d'application . 11
11.8 Erreur limite des mesures . 12
12 Canaux jaugeursà col en U (A fond arrondi) . 12
12.1 Description . 12
12.2 Emplacement de la section de mesure de la charge . 13
12.3 Dispositions intéressant les écoulements modulaires . 13
12.4 Calcul du débit
12.5 Calcul de la relation hauteuridébit
12.6 Limites d'application
12.7 Erreur limite des mesures . 16
13 Erreur sur la mesure de débit . 16
13.1 Généralités . 16
13.2 Sources d'erreur . 16
13.3 Typesd'erreur . 16
13.4 Erreurs sur les valeurs des coefficients . 17
13.5 Erreurs de mesure . 17
13.6 Combinaison des erreurs limites donnant l'erreur limite globale sur
la mesure de débit . 17
Annexes
A Guide pour le choix des déversoirs et des canaux jaugeurs pour la mesure
............................. 19
de débit de l'eau dans les canaux découverts
B Symboles et unités . 22
C Distribution des vitesses . 24
D Calcul du débit suivant la théorie de la couche limite . 25
Exemples illustrant les méthodes de calcul du débit . 28
E
F Exemple de calcul de l'erreur limite globale d'une mesure de débit . 32
G Détermination de la hauteur de dénivellation pour les canaux jaugeurs à
col rectangulaire . 33
iv
NORME INTERNATIONALE IS0 4359-1983 (F)
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Canaux jaugeurs à col rectangulaire, à col
trapézoïdal et à col en U
1 Objet et domaine d’application 3 Définitions et symboles
La présente Norme internationale traite de la mesure de débit Dans le cadre de la présente Norme internationale, les défini-
dans les rivières et canaux artificiels à régime permanent ou a tions données dans I’ISO 772 sont applicables. Une liste com-
variation lente, au moyen de certains types de canaux jaugeurs plète de symboles avec les unités de mesure correspondantes
à ressaut. Un grand nombre de canaux jaugeurs a été mis au est donnée dans l’annexe B.
point, mais la présente Norme internationale ne considère que
ceux qui jouissent d’une reconnaissance unanime s‘appuyant
sur des travaux de recherche adéquats et des essais in situ, et
n‘ont par conséquent pas besoin d‘être étalonnés sur place.
4 Unités de mesure
Trois types de canaux jaugeurs couvrant une grande gamme
d’utilisations sont recommandés, à savoir :
Les unités de mesure utilisées dans la présente Norme interna-
tionale sont les unités SI.
les canaux jaugeurs à col rectangulaire (voir figure 1);
a)
les canaux jaugeurs a col trapézoïdal (voir figure 4);
b)
5 Choix du type de canal jaugeur
les canaux jaugeurs à col en U, c’est-à-dire à fond
c)
arrondi (voir figure 5).
5.1 Le type de canal jaugeur à utiliser dépend de plusieurs
facteurs dont la gamme des debits à mesurer, la précision
Les conditions d‘écoulement considérées ne dépendent que de
requise, la charge disponible et le fait que I’écoulement charrie
la hauteur de charge amont; il faut donc qu’il existe un écoule-
ou non des sédiments.
ment tranquille (régime fluvial) en amont du canal jaugeur, puis
que I‘écoulement s‘accélère en passant par la contraction et
atteigne sa profondeur critique et enfin que le niveau d’eau au-
5.2 Le canal jaugeur à col rectangulaire est le plus simple B
delà de la structure soit assez bas pour ne pas influer sur les
construire. Pour respecter les proportions, c’est-à-dire pour évi-
caractéristiques de celle-ci.
ter tant une élévation qu’un abaissement de la surface dans le
chenal d’approche lorsque le debit varie, il est nécessaire de
L’annexe A spécifie les critères de choix des déversoirs et des
prévoir sur le lit une surélévation formant le ressaut pour les
canaux jaugeurs pour le mesurage de débit de l‘eau dans les
débits supérieurs ou inférieurs au débit théorique (voir
canaux découverts.
figure 2).
5.3 Le canal jaugeur à col trapézoïdal est plus approprié dans
2 Références
le cas où la gamme des débits à mesurer est large et doit être
mesurée avec une précision uniforme. Cette forme de col est
IS0 748, Mesure de dBbit des liquides dans les canaux
particulièrement bien adaptbe lorsqu’il s’agit de travailler sur
dBcouverts - MBthodes d‘exploration du champ des vitesses.
une relation donnée hauteur/débit.
IS0 772, Mesure de dBbit des liquides dans les canaux
dBcouverts - Vocabulaire et symboles. 5.4 Le canal jaugeur à col en U est utile pour les installations
dans les chenaux à fond arrondi ou pour la mesure de débit en
IS0 1438, Mesure de débit des liquides dans les canaux décou-
conduite de section circulaire. On l‘utilise en particulier dans les
verts au moyen de déversoirs en mince paroi et canaux Venturi. égouts et installations de traitement des eaux résiduaires.
IS0 4359-1983 (FI
6.2 Conditions d‘installation
6 Installation
6.2.1 Spécifications générales
6.1 Choix de l‘emplacement
6.2.1.1 L‘installation complhte de mesurage comprend un
6.1.1 Le canal jaugeur doit être situé dans un troncon de che-
chenal d’approche, un canal jaugeur et un chenal aval. Les con-
nal rectiligne, à I’écart des obstructions locales, rugosités ou
ditions de chacun de ces trois éléments affectent la précision
inégalités du lit.
totale des mesurages. Les conditions exigées pour l‘installation
comprennent des caractéristiques telles que : état de surface
6.1.2 II faut procéderà une étude préliminaire des conditions du canal jaugeur, forme de la section transversale du chenal,
rugosité du chenal et influence des appareils de contrôle en
physiques et hydrauliques de l’emplacement proposé pour véri-
amont ou en aval du dispositif de jaugeage.
fier qu’il est conforme (ou peut être construit ou rendu con-
forme) aux conditions nécessaires au mesurage effectué au
moyen d’un canal jaugeur. On doit faire particulièrement atten-
6.2.1.2 La répartition et la direction des vitesses peuvent avoir
:
tion aux conditions suivantes pour choisir l’emplacement
une influence importante sur le fonctionnement du canal jau-
geur (voir 6.2.2 et annexe Cl.
Existence d‘une longueur suffisante du chenal, a sec-
a)
tion droite régulière.
6.2.1.3 Une fois le canal jaugeur installé, tout changement
matériel apporté à l’installation modifie les caractéristiques de
Uniformité de la répartition de la vitesse existante (voir
b)
débit.
annexe Cl.
Chenal à forte pente, A éviter (mais voir 6.2.2). 6.2.2 Chenal d’approche
c)
d) Effets de l’augmentation des niveaux de l’eau en
6.2.2.1 Si le débit dans le chenal d’approche est perturbé par
amont, due au dispositif de mesurage.
des irrégularités de la couche limite, telles que, par exemple,
gros cailloux ou affleurements de roches, ou par une courbe,
e) Conditions aval (y compris les influences telles que
une écluse ou tout autre élément provoquant une asymétrie de
marées, confluents avec d’autres cours d’eau, écluses, bar-
I‘écoulement dans le chenal, if peut se produire des erreurs
rages et autres accessoires de contrôle tels que la végétation
sérieuses dans la mesure. L’écoulement dans le chenal d‘appro-
qui peuvent provoquer un écoulement noyé).
che doit avoir une répartition symétrique des vitesses (voir
annexe C) et la meilleure manière de réaliser cette condition est
f) Imperméabilité du sol sur lequel doit reposer le dispositif
de prévoir un long chenal d‘approche rectiligne de section uni-
à un compactage, à
de mesurage et nécessité de procéder
forme.
des jointoiements ou à tout autre moyen de contrôle des
suintements.
6.2.2.2 Une longueur droite de chenal d‘approche, égale à
cinq fois la largeur du cours d’eau à son débit maximal, suffit en
Nécessité pour les rives de retenir le débit maximal de
g)
général dans la mesure où la pénétration de l’eau dans le chenal
crue dans le chenal.
ne se fait pas A grande vitesse par un coude A angle aigu ou une
écluse oblique. Cependant, il y a intérêt à prévoir une plus
Stabilité des rives et nécessité de nettoyer et/ou de gar-
h)
grande longueur de chenal d‘approche uniforme, si cela est
nir d’un revêtement.
possible.
Uniformité de la section du chenal d’approche.
j)
6.2.2.3 La longueur de chenal d’approche uniforme indiquée
k) Effet du vent; celui-ci peut avoir un effet considérable
en 6.2.2.2 correspond à la distance située en amont du point de
sur I’écoulement dans une rivihre, un déversoir ou un canal
mesure de la charge. Dans un chenal naturel cependant, il ne
jaugeur, surtout lorsque ceux-ci sont larges et la charge fai-
serait pas rentable de bétonner le lit et les berges sur une telle
ble et que le vent dominant est dans une direction transver-
et il peut être nécessaire de prévoir une contraction en
distance
sale.
plan si la largeur entre les parois verticales du chenal canalisé
est inférieure à la largeur du chenal naturel. La portion non
m) Croissance de mauvaises herbes aquatiques.
canalisée du chenal en amont de la contraction doit néanmoins
respecter les conditions de 6.2.2.1 et 6.2.2.2.
n) Transport solide.
6.2.2.4 Les parois latérales verticales ménageant la contrac-
tion en plan doivent être disposees symétriquement par rapport
6.1.3 Si l’emplacement ne remplit pas les conditions requises
à l‘axe du chenal et doivent de préférence être incurvées sur un
pour effectuer des mesurages satisfaisants, ou si un examen du
courant montre que la répartition des vitesses dans le chenal rayon d’au moins W,,,. Le point de tangence en aval doit se
d‘approche diffère de manière appréciable de celle qui est indi- situer à au moins H,,, en amont de la section de mesure de la
quée dans les exemples de l’annexe c, il ne faut pas l‘utiliser à charge et la portion revêtue du chenal d’approche comprise
moins qu’il soit possible d’y apporter les améliorations néces- entre l’extrémité des parois latérales incurvées et la section de
à l‘entrée du canal jaugeur doit avoir une section en
saires. Le fonctionnement de l‘installation doit également être transition
vérifié par une mesure de débit séparée. forme de prisme.
IS0 4359-1983 (FI
Défaut de planéité des surfaces planes de la transition à
6.2.2.5 Dans un chenal exempt de débris flottants ou en sus- h)
l‘entrée du col : 0,l % de L.
pension, on peut également établir de bonnes conditions
d’approche en plaçant judicieusement des chicanes formées de
à une Défaut de planéité des surfaces planes de la transition à
lattes verticales, mais aucune chicane ne doit être placée
j)
la sortie du col : 0,3 % de L.
distance du point de mesurage inférieure à lOH,,,.
k) Défaut de planéité ou de courbure des autres surfaces
6.2.2.6 Dans certaines conditions, un ressaut peut apparaître
verticales ou obliques : 1 ”O.
en amont du dispositif de mesurage, par exemple, si le chenal
d’approche est à forte pente. Si ce ressaut est à une distance en
m) Défaut de planéité du lit dans la partie revêtue du che-
amont au moins égale à 30H,,,, on peut effectuer le mesurage
nal d’approche : 0,l % de L.
du débit, sous réserve qu’il existe une répartition régulière des
vitesses au niveau de la station de jaugeage.
La structure doit être mesurée dès son achèvement, et un cal-
cul doit être fait sur les dimensions importantes et leurs écarts-
6.2.2.7 L’état du chenal d’approche peut être vérifié par exa-
types pour des limites de confiance de 95 %. Les dimensions
men visuel ou par des mesures pour lesquelles on dispose de
servent au calcul du débit et I’écart-type au calcul de l‘erreur
plusieurs techniques telles que flotteurs, bâtons de vitesse ou
limite globale sur une seule détermination du débit (voir 13.5).
solutions concentrées de colorants, la dernière technique ser-
à vérifier les conditions au fond du chenal. Une estimation
vant
6.4 Conditions en aval
complète et quantitative de la répartition des vitesses peut
s’obtenir au moyen d’un moulinet. La répartition des vitesses
Les conditions d‘écoulement en aval de la structure sont impor-
doit alors être vérifiée par référence à l’annexe C.
tantes parce qu‘elles contrôlent le niveau d‘eau aval et peuvent
influer sur le fonctionnement du canal jaugeur. Le canal jaugeur
doit être concu de facon à ne pas pouvoir être noyé dans les
6.3 Structure du canal jaugeur
10.3.1, 11.3.2 et 12.3.2). La construc-
conditions d’emploi (voir
tion d’un canal jaugeur dans une rivière ou un fleuve peut modi-
6.3.1 La structure doit &re rigide, étanche et capable de résis-
fier les conditions d’écoulement et provoquer des affouille-
ter aux écoulements de crue sans être endommagee par des
ments en aval de la structure, d‘où une accumulation de maté-
débordements ou I‘érosion aval. Son axe doit être aligné sur la
riaux de lit plus en aval, ce qui, à la longue, pourrait faire suffi-
direction de I’écoulement du chenal amont et sa geométrie doit
samment monter le niveau de l’eau pour noyer le canal jaugeur
correspondre aux dimensions données dans les chapitres qui
notamment à faibles débits. Toute accumulation de la sorte
s’y rapportent.
doit être éliminée avant qu’elle prenne des proportions excessi-
ves.
6.3.2 La surface du col du canal jaugeur et du tronçon immé-
diatement voisin du chenal d‘approche doit être lisse. Elle peut
être en béton recouvert pour la finition d’une couche de ciment
lisse ou d’un matériau lisse non sujet à la corrosion. Dans les
7 Entretien - Spécifications générales
installations de laboratoire, la finition doit être équivalente à
celle d’une tôle laminée ou d‘un bois raboté, poncé et peint. La
L’entretien du dispositif de mesurage et du chenal d’approche
finition superficielle est particulièrement importante sur la partie
est important pour assurer des mesurages précis et continus.
prismatique du col, mais moins importante sur le profil sur une
distance de 0,5H,,, en amont et en aval du col proprement dit.
II est primordial que le chenal d‘approche du canal jaugeur soit,
dans la mesure du possible, maintenu propre et exempt de
6.3.3 Pour minimiser les erreurs sur la mesure du débit, les limon et de vegetation sur une distance au moins égaie A celle
: spécifiée en 6.2.2.2. Le puits A flotteur et l’entrée du chenal
tolérances suivantes sont acceptables
d‘approche doivent aussi être maintenus propres et exempts de
Largeur à la base du col : 0,2 YO de cette largeur avec depôts.
a)
un maximum absolu de 0.01 m.
Le col et le convergent d‘un canal jaugeur doivent être mainte-
Défaut de planéité des surfaces planes du col : 0,l % nus propres et exempts d’algues.
b)
de L.
Ecartement des surfaces verticales du col : 0,2 % de
c)
I’écartement avec un maximum de 0,Ol m.
8 Mesure de la hauteur de charge
Pentes moyennes longitudinales et transversales de la
d)
8.1 Caractéristiques g 6néra les
base du col : 0,l %.
Pentes des surfaces obliques du col : 0,l %. 8.1.1 En cas de mesures ponctuelles, la charge peut être
e)
mesurée B l’aide d’éChelles limnimetriques verticales, de pointes
Longueur du col : 1 % de L. limnimétriques recourbees ou droites, de sondes lirnnimetri-
f)
ques visuelles ou électriques. En cas d’enregistrements en con-
Défaut de cylindricité ou de conicité de la transition à tinu, on utilisera des limnigraphes. Les emplacements des
g)
l‘entrée du col : 0,l % de L. mesures de charge sont indiqués en 10.2, 11.2 et 12.2.
IS0 4359-1983 (FI
8.1.2 Plus la taille du canal jaugeur et la charge correspon- suffisant pour loger les flotteurs des limnigraphes, etc. II est
préférable d’avoir un raccord plutôt trop large que trop étroit,
dante sont petites, plus les erreurs de construction, de réglage
du zéro et de lecture du dispositif mesureur de charge, même car il est facile d’ajouter ultérieurement une restriction si I’amor-
petits, prennent d‘importance relative. tissement des ondes à court cycle ne se fait pas convenable-
II est généralement suffisant d’avoir une tuyauterie de
ment.
100 mm de diamètre pour les mesures de débit in situ. Un dia-
8.2 Puits de mesurage
mètre de 3 mm peut convenir pour les mesures en laboratoire.
8.2.1 II est habituel de mesurer la charge dans un puits de
8.3 Réglage du zéro
mesurage séparé pour réduire les effets des irrégularités super-
ficielles de l’eau. Dans ce cas il est souhaitable également de
mesurer la charge dans le chenal d’approche à des fins de vérifi-
8.3.1 II est essentiel, pour obtenir une bonne précision glo-
cation.
bale, d‘une part d’avoir un réglage initial précis du zéro des dis-
positifs mesureurs de la charge par rapport au niveau du radier
du col et, d‘autre part, de vérifier régulièrement ces réglages
8.2.2 Les puits de mesurage doivent être verticaux et de hau-
dans la suite des opérations.
teur etlou de profondeur suffisantes pour couvrir toute la
gamme des niveaux d’eau. Dans les installations in situ, ils doi-
vent avoir une hauteur minimale de 0,3 m au-dessus du niveau
8.3.2 Un moyen précis doit être prévu pour vérifier le zéro. Le
À l’endroit recommandé pour la mesure de
maximal escompté.
zéro de l‘instrument doit être obtenu par référence directe au
la charge le puits doit être raccordé au chenal d’approche par
radier du col et une note du réglage doit être faite dans le che-
une tuyauterie ou une fente.
nal d’approche et dans le puits de mesurage. La vérification du
zéro par rapport au niveau de l‘eau (soit en fin d‘écoulement ou
juste au début) est sujette à des erreurs sérieuses par suite des
8.2.3 Le puits, la tuyauterie de raccordement ou la fente doi-
effets tensio-actifs et il faut donc I‘éviter.
vent chacun être imperméables à l’eau et lorsque le puits est
prévu pour loger le flotteur d’un limnigraphe, il doit être de taille
et de profondeur suffisantes pour permettre la flottaison de ce
flotteur quel que soit le niveau de l’eau. Le flotteur ne doit pas
se trouver à moins de 0,075 m de la paroi du puits.
9 Calcul du débit
8.2.4 La radier de la tuyauterie doit se trouver à au moins
0,06 m en dessous du niveau le plus bas B enregistrer, affleurer 9.1 Équations générales du débit
au ras de la couche limite du chenal d‘approche, perpendiculai-
à celle-ci. La couche limite du chenal d’approche doit
rement
9.1.1 La théorie de la profondeur critique appuyée par des
être uniforme et lisse (finition équivalant à celle du béton soi-
données expérimentales peut servir à définir les équations de
gneusement fini) sur une distance égale à dix fois le diamètre de
base relatives à un écoulement libre dans une contraction profi-
la tuyauterie à partir de l’axe du raccord. La tuyauterie ne peut
lée. La théorie simple s’applique à un écoulement de fluide
être inclinée par rapport à la paroi que si elle est munie d’un
idéal, sans frottement. Lorsqu‘on considère un fluide réel
couvercle ou d’une plaque de température amovible affleurant
comme l’eau, un coefficient supplémentaire doit être ajouté
la paroi et percée de trous, dont les bords ne doivent être ni
dans les mesures pratiques, qu’il soit déterminé par expérience
arrondis ni ébarbés.
ou dérivé par modification de la théorie simple, pour tenir
compte de la formation d’une couche limite. La présente
8.2.5 Une profondeur de réserve doit être prévue dans le puits
Norme internationale définit des méthodes de calcul manuelles
pour empêcher I’échouage des flotteurs sur le fond ou sur les
permettant de déterminer le débit, mais, lorsqu‘on considère un
limons ou les débris accumulés. Le puits de mesurage peut
grand nombre de structures, il vaut mieux employer des ordina-
comporter une chambre intermédiaire de dimensions et de pro-
teurs.
portions similaires placée entre lui et le chenal d’approche pour
à un endroit où il
permettre le dépôt des limons et autres débris
9.1.2 L‘énergie spécifique, E, d’un écoulement dans un che-
est facile de les repérer et de les éliminer.
nal est donnée par :
8.2.6 Le diamètre de la tuyauterie de raccordement ou la lar-
E = pd f aV2/2g
. . (1)
geur de la fente doivent être suffisants pour permettre au
niveau d‘eau dans le puits de suivre les fluctuations en hausse
où
ou en baisse de la hauteur de charge sans retard appréciable,
mais aussi suffisamment petits, compte tenu des exigences
d est la profondeur de I‘écoulement;
d‘entretien, pour amortir les oscillations dues aux ondes à cycle
-
court.
v est la vitesse moyenne dans la section;
8.2.7 Il n‘est pas possible de fixer de règles strictes pour la
a est le coefficient tenant compte de la non-uniformité du
détermination de la taille de la tuyauterie de raccordement car champ des vitesses;
ce parametre dépend des conditions particulieres de l’installa-
: par exemple, si l‘emplacement est à découvert
tion considérée
p est le coefficient fonction de la courbure moyenne des
et donc exposé aux vagues, si le diametre du puits doit être lignes de courant.
IS0 4359-1983 (F)
où
L‘équation de continuitb est :
be est la largeur utile du col du canal jaugeur;
Q = AV . . . (2)
He est la hauteur de charge totale utile.
où
Q est le débit total; 9.2.2 On peut alors exprimer I‘équation (6) en fonction de he,
la hauteur de charge utile jaugée en amont de la structure.
L’équation devient donc, pour les canaux jaugeurs à col rectan-
A est l’aire de la section transversale d’écoulement.
gulaire :
D‘où
(7)
. . . (3)
E = pd + aQ2/2gA2
où
On a écoulement critique lorsque E prend une valeur minimale
pour un débit donné Q, la profondeur d et l’aire A correspon-
. . . (8)
c, = (He/h,)3’2
dante pour une géométrie donnée de la section transversale
étant prises comme variables. On peut démontrer que l’énergie
C, est un coefficient sans dimension tenant compte de
spécifique est minimale quand
l‘influence de la vitesse d‘approche sur le niveau mesuré en
amont du canal jaugeur. Les hauteurs et largeurs utiles peuvent
(4) être déterminées à partir des valeurs relevées
par simple correction empirique (voir 10.4.1, 11.4.1 et
a)
où w est la largeur du plan d’eau.
12.4.11, ou
après considérations théoriques sur la formation de la
b)
9.1.3 Les profils des vitesses observées au cours des expé-
couche limite (voir annexe DI.
riences indiquent que la distribution des vitesses est presque
uniforme dans le col d‘un canal jaugeur et on peut donc suppo-
9.2.3 Le même genre de relation peut être obtenu pour les
ser que a = 1. Si les lignes de courant sont suffisamment
canaux jaugeurs à col trapézoïdal :
incurvées, condition observée lorsque le col est de longueur
supérieure à un certain minimum, = 1. L’équation de base
définissant un écoulement critique B travers une contraction
. (9)
profilée est :
où
est un facteur numérique tenant compte de la non-
l’indice c indiquant que le débit est critique. C,
rectangularité de la section d‘écoulement
9.1.4 L’équation (5) n’est pas directement applicable à la déri- , , . 110)
c, = f(m Hcelbe)
vée de la relation hauteur/débit car :
H,, est la hauteur de charge totale utile à la section criti-
que.
a) elle ne tient pas compte de la formation d’une couche
limite se déplaçant moins vite dans le col;
Des méthodes théoriques de calcul et d‘étalonnage existent qui
A
emploient les équations ci-dessus, mais elles sont lourdes
b) elle est fonction de l’aire et de la largeur de la surface de
manipuler, du fait surtout que C, dépend de Hce qui diffère de
l’eau au niveau de la section critique dont l’emplacement est
façon significative de la hauteur jaugée h. Le paragraphe 11.5
mal défini, ce qui rend difficile une mesure directe du niveau
donne une autre méthode pour calculer le débit d’après I‘équa-
d’eau dans cette section.
tion (5).
L‘équation de base doit donc &re transformée en une équation
plus pratique et corrigée pour tenir compte des effets de cou-
9.2.4 La relation correspondante pour les canaux jaugeurs à
che limite.
col en U est :
(11)
9.2 Calcul du débit à partir de la hauteur de
charge observde
où
9.2.1 Si l’on considère I‘écoulement d’un fluide réel dans une
est une constante numérique tenant compte de la non-
Cu
contraction rectangulaire profilée, on peut exprimer I’équation
rectangularité de la section d’écoulernent
(5) en fonction de la hauteur de charge totale utile comme suit :
(6)
De est le diamètre utile de la base du col en U.
IS0 4359-1983 (FI
9.3 Calcul des relations hauteur/dkbit 9.4.3 Pour un chenal d‘approche rectangulaire :
A = B(h + p)
9.3.1 Dans le cas d’un canal jaugeur à col rectangulaire, on
(7) pour calculer la relation hauteur/débit
doit utiliser I‘équation
où
de la structure. Les équations (9) et (1 1) ne sont par contre pas
pratiques pour calculer la relation correspondante pour les
B est la largeur du chenal d’approche;
canaux jaugeurs à col trapézoïdal et en U. On peut alors
employer une autre méthode.
p est la hauteur du radier du canal jaugeur par rapport au
radier du chenal d‘approche.
9.3.2 II est possible d’étalonner de facon théorique une struc-
ture de jaugeage sur la totalité d‘une gamme de débit en consi-
9.4.4 Pour un chenal d’approche trapézoïdal :
dérant les conditions d’écoulement au col du canal jaugeur et
en déduisant les hauteurs de charge et les débits. Le principe de
A = (h + p) [B + m,(h + p)l (18)
la méthode est de choisir une série de valeurs de d,, profondeur
critique au niveau du col, et de calculer les valeurs correspon-
où
dantes de Q et He à l’aide des expressions
B est fonction de la largeur du lit du chenal d‘approche;
. . . (13)
est l‘inclinaison des parois du chenal d‘approche.
ma
et
9.4.5 Pour un chenal d’approche en U :
He en hau-
On peut convertir la hauteur de charge totale utile
teur totale H de la manière indiquée en l l .5 et 12.5, puis con-
où D, est la largeur (diamètre) du chenal d’approche.
vertir cette hauteur totale Hen hauteur jaugée h comme indi-
qué en 11.5 et 12.5.
10 Canal jaugeur à col rectangulaire
9.4 Vitesse d’approche
10.1 Description
9.4.1
La hauteur de charge totale varie en fonction de la hau-
10.1.1 Un canal jaugeur à col rectangulaire comporte une
teur jaugée, suivant I’équation :
contraction de section rectangulaire disposée de facon systé-
matique par rapport à l’axe du chenal d’approche.
He = he + (~V:/2g (151
C’est le type le plus courant de canal jaugeur et le plus facile à
où
construire. Mais il n’est pas adaptable aux chenaux non rectan-
gulaires où la perte de charge est importante.
-
est la vitesse moyenne dans le chenal d‘approche au
va
niveau de la station de jaugeage;
10.1.2 II existe trois types de canaux jaugeurs à col rectangu-
laire :
(Y est un coefficient (d’énergie cinétique, dit de Coriolis),
tenant compte du fait que la charge cinétique dépasse
-
a) à contraction latérale uniquement;
vil& si la distribution des vitesses n’est pas uniforme dans
la section.
B contraction verticale (dénivellation) uniquement;
b)
Si l’on utilise les équations données dans la présente Norme
à contractions latérale et verticale combinées.
cl
internationale, a peut être pris égal à 1, compte tenu des tolé-
rances donnees en 10.7.2, 11.8.2 et 12.7.2 et des dispositions
Le type B utiliser est fonction des conditions aval, des divers
de 6.2.2 et de l‘annexe C.
débits, du débit maximal, de la perte de charge admissible, des
limites du rapport h lb et du fait que le cours d‘eau charrie ou
9.4.2 Le rapprochement des Bquations (8) et (15) d’une part, non des sédiments.
et (71, (9) et (11) d‘autre part, permet de définir une relation
générale pour C, comme suit :
10.1.3 Le radier du col doit être plan sur toute sa largeur et
toute sa longueur. Les côtés du col doivent être verticaux,
parallbles entre eux et perpendiculaires au radier, de manibre à
(16)
donner une largeur de col précise de haut en bas et d’un bout à
l’autre du canal jaugeur. La surface du col et de la section de
OÙ A est l‘aire de la section transversale d’écoulement dans le
transition à l’entrée doit être lisse; on peut utiliser du béton
chenal d‘approche.
recouvert d‘une finition lisse ou revêtu d’un matériau lisse non
IS0 4359-1983 (FI
sujet 8 la corrosion. L‘axe du col doit coïncider avec l’axe du 10.3.2 Sans les chenaux artificiels, il est souvent possible de
déterminer avec une precision raisonnable la profondeur aval
chenal d’approche. Dans le cas des canaux jaugeurs à dénivel-
pour divers débits en utilisant, par exemple, une formule tenant
lation (contraction verticale), le lit du chenal d’approche doit
compte du frottement si le chenal est assez long et A pente
être plan et jamais plus élevé que le radier du col sur une dis-
tance d‘au moins 2h,,, en amont de la section de mesure de la constante ou en se réferant aux caractéristiques des pressions
à l’aval.
charge. de contrôle
Si le canal jaugeur doit être installé dans un chenal ou un cours
10.1.4 La géométrie du canal jaugeur doit correspondre aux
d‘eau existant, il convient de recueillir sur l’emplacement les
indications de la figure 1. Les rayons de la courbure de transi-
renseignements suivants :
tion avec le lit d’une part et les parois du col d‘autre part, doi-
vent être respectivement de 4p et 2(B - b ) au moins. L’évase-
la profondeur maximale enregistrée, avec une estima-
a)
1 :6 après le col peut être tronqué comme l’indique la
ment de
tion du débit à cette profondeur;
figure 1 lorsqu‘il n’est pas important de retrouver la même hau-
teur de charge.
les profondeurs approximatives à deux débits intermé-
b)
diaires au moins:
10.1.5 Lorsqu’il faut absolument retrouver au moins 80 % de
le niveau d’eau morte dans le cours d’eau, c’est-à-dire le
c)
la charge, on peut utiliser un canal jaugeurà contractions laté-
niveau à débit nul.
rale et verticale de la géométrie représentée B la figure 2. La
pente du coursier en aval du col doit être de 1:20 pour une lon-
10.4 Calcul du débit
gueur de 2H (où Hest la hauteur totale au-dessus du point le
plus haut de la dénivellation); elle peut &re supérieure au-delà.
Les parois latérales en aval du col doivent avoir une longueur de
10.4.1 L‘équation de base du débit des canaux jaugeursà res-
4Het leur divergence doit être de 1:lO. Pour récupérer un maxi-
saut à col rectangulaire est donnée en 9.2.2. Elle peut être
mum de la charge, il faut que les parois latérales soient parallè-
réécrite comme suit :
les jusqu’au pied du coursier, I’évasement prenant ensuite une
où le chenal aval com-
forme hyperbolique jusqu‘au point
(20)
mence.
NOTE - Lorsque le rapport entre la hauteur d’eau aval au-dessus du
où
point le plus haut du col et la hauteur d‘eau amont au-dessus de ce
même point est inférieur A 0,5, on doit utiliser un canal jaugeur B chute
(voir figure 3) avec une plate-forme et des parois faisant écran, un bas-
. . . (21)
sin de tranquillisation et des déflecteurs pour dissiper efficacement
l’énergie.
mais
10.2 Emplacement de la section de mesure de la
charge
La hauteur de lame doit être mesurée en un point suffisamment
éloigné en amont de la contraction pour ne pas subir les effets
OÙ est I’épaisseur de déplacement de la couche limite.
d‘abaissement de la surface, mais aussi suffisamment proche
pour que la perte d’énergie entre la section de mesure et le col
(22) et (23) dans (21) donne :
Le remplacement des valeurs de
soit négligeable. II est recommandé de situer la section de
mesure à une distance comprise entre 3 et 4 fois h,,, en amont
à l‘entrée.
du bord d‘attaque de la section de transition
où L est la longueur de la section prismatique de la contraction
10.3 Dispositions intéressant les écoulements
du canal jaugeur.
modulaires
Dans la plupart des installations ayant une bonne finition
superficielle, la valeur de 6*/L se situe en pratique 8 l’intérieur
10.3.1 L’écoulement est modulaire lorsqu‘il est indépendant
de la gamme 0,002 8 0,004. Si I@ > L/k, > 4 O00 et
des variations du niveau aval; pour cela il faut que la vitesse soit
Re > 2 x 1@, 6*/L peut être considéré égal A 0,003.
la vitesse critique au niveau du col. Le niveau du radier doit
donc être à une hauteur telle qu’il se produise un écoulement
L’équation (24) devient donc :
modulaire sur toute la gamme des débits théoriques. Les
dimensions du canal jaugeur doivent par ailleurs être telles que
la hauteur de charge totale à l‘amont (par rapport au radier du
(25)
col) soit au moins égale 8 1,25 fois la hauteur de charge totale à
l’aval pour tous les débits (dans I’hypothkse d’un régime fluvial
tranquille à l’aval). II est néanmoins possible de réduire la diffé- Le tableau 1 donne diverses valeurs de C, dérivées de cette
rence en cas de débit libre constaté. Si par contre I‘évasement équation; ces valeurs sont celles qui s‘appliquent aux installa-
est tronqué, le rapport doit être au moins 1,33. tions bien construites décrites ci-dessus.
IS0 4359-1983 (F)
couche limite. La limite inférieure recommandée est la plus
10.4.2 L’annexe D donne une méthode plus élaborée qui tient
grande des deux valeurs suivantes : 0,05 m ou 0.05L.
compte de la formation d‘une couche limite dans le col du canal
à l’utilisateur de tenir compte
jaugeur. Cette méthode permet
du caractère variable de 6*/L et d’employer l‘expression plus
10.6.2 II existe aussi une limite au rapport des aires du chenal
générale définissant CD donnée dans I‘équation (24).
d’approche et du col imposée par les difficultés rencontrées
lorsque le nombre de Froude dépasse 0,5 dans le chenal
d’approche. La limite supérieure recommandée de
10.4.3 La valeur de C, peut être calculée à l’aide des équa-
tions (16), (17), (22) et (23) ou, plus facilement, relevée sur la
figure 6 ou dans le tableau 2 avec une approximation satisfai- bh
sante. La figure 6 est établie en fonction de be, he et A, mais,
B(h + p)
en pratique, il suffit de tenir compte dans le diagramme de B et
h (et non plus de be et he). Le tableau 2 est établi implicitement
est 0,7.
dans cette hypothèse. Dans le cas OÙ le chenal d’approche
n’est pas parfaitement rectangulaire au niveau de la section de
10.6.3 D’autres restrictions résultent du manque de données
mesure de h, B doit être déterminée à partir de l’expression :
expérimentales sûres pour les canaux jaugeurs de dimensions
extrêmes :
aire de la section transversale
B= . . . (26)
h+P
b ne doit pas être inférieur à 0,lO m.
a)
10.4.4 L’étalonnage doit être effectué selon les indications
h /b ne doit pas être supérieur à 3.
b)
de 10.4.3. Dans les calculs préliminaires, toutefois, pour les
canaux jaugeurs représentés à la figure 2, on peut adopter
h ne doit pas être supérieure à 2 m
c)
I’équation de débit suivante :
10.6.4 h /L ne doit pas excéder 0,50. Cette restriction résulte
le col
(27) de la nécessité de maintenir un écoulement parallèle dans
au niveau de la section critique. h,,,/L peut atteindre 0,67
avec une erreur limite supplémentaire sur le coefficient de 2 %.
où C est le coefficient global qui pour les calculs peut prendre
une valeur comprise entre 0,97 et 1 ,OO.
10.7 Erreur limite des mesures
Lorsque la structure est combinée à un pont avec des piles de
pont comprises dans le col, le terme b de I‘équation (27) peut
L‘erreur limite globale dépend de :
10.7.1
être remplacé par
la norme de construction et de finition du canal jaugeur;
a)
(b - np b, - 2c, np H)
l’erreur limite de la formule du coefficient de débit;
b)
où
c) l’erreur limite sur le coefficient de vitesse d’approche;
est la largeur d‘une pile;
b,
l’application correcte des règles d’installation;
d)
est le nombre de piles;
np
l’erreur limite du réglage du zéro;
e)
est le coefficient de contraction
C,
=
0,045 pour les piles à nez rond
l’erreur limite des mesures géométriques sur le canal jau-
f)
=
0,040 pour les piles à nez pointu.
geur;
g) la précision du limnimètre.
10.5 Calcul de la relation hauteur/débit
10.7.2 Avec un peu d’adresse et de soin dans la construction
10.5.1 La relation hauteur/débit d‘un canal jaugeurà col rec-
du canal jaugeur, on peut espérer avoir sur les coefficients une
tangulaire s’obtient à partir d‘une série de valeurs de la hauteur
erreur limite voisine de 1 % dans des circonstances favorables,
de charge jaugée, h, en suivant pour chacune la méthode don-
par exemple quand C, et C, ne sont pas très différents de 1. On
née en 10.4.1 à 10.4.3. On peut tracer ensuite les courbes des
peut obtenir une estimation du pourcentage d’erreur limite
hauteurs de charge jaugées et des débits correspondants et on
combinée (X,) sur les coefficients à l’aide de I‘équation :
obtient ainsi la relation hauteur/débit du canal jaugeur consi-
déré.
(28)
10.6 Limites d’application
10.7.3 La méthode de combinaison des erreurs limites sur les
coefficients avec les erreurs limites dues à d’autres sources
10.6.1 La limite inférieure pratique de h dépend de la grandeur
d‘erreur est expliquée au chapitre 13. [C, dans I‘équation (28)
de l‘influence des propriétés du fluide et de la rugosité de la est obtenu par I’équation (25).1

IS0 4359-1983 (FI
11 Canaux jaugeurs à col trap6zoïdal de mesure et le col soit négligeable. II est recommandé de situer
la section de mesure à une distance comprise entre 3 et 4 fois
h,,, en amont du bord d’attaque de la section de transition à
11.1 Description
l’entrée.
11.1.1 Les canaux jaugeurs à col trapézoïdal peuvent s‘adap-
11.3 Dispositions intéressant les écoulements
ter à différentes conditions d’écoulement et la forme géométri-
modulaires
que optimale de leur col (c‘est-à-dire largeur du lit et inclinaison
des parois) dépend de la gamme des débits à mesurer et des
ils 11.3.1 L‘écoulement est modulaire lorsqu’il est indépendant
caractéristiques du cours d’eau ou du chenal dans lequel
sont installés. Des méthodes de calcul permettant de choisir des variations du niveau aval; pour cela il faut que la vitesse
une géométrie adaptée à la relation hauteurldébit existante ou passe par sa phase critique au niveau du col. Le niveau du
radier doit donc être à une hauteur telle qu’il se produise un
à une relation déterminée à l’avance sont brièvement décrites
11.6. écoulement modulaire sur toute la gamme des débits théori-
en
ques. Les dimensions du canal jaugeur doivent également être
telles que la hauteur de charge totale 8 l’amont rapportée au
11.1.2 Les canaux jaugeursà col trapézoïdal doivent générale-
radier du col soit bien supérieure à la hauteur de charge totale à
ment avoir une géométrie comme il est indiqué à la figure 4.
l’aval (dans l‘hypothèse d’un régime fluvial tranquille à l‘aval).
Dans certains cas cependant il est conseillé de mettre au même
niveau le radier du col et le radier du chenal d‘approche, et donc
11.3.2 La limite modulaire dépendant de la récupération de la
d’avoir p = O. C’est notamment le cas lorsque le canal jaugeur
charrie des sédiments. La présente Norme internationale ne charge au-delà du col, le rapport nécessaire entre la charge
traite que de la classe de canaux jaugeurs à col trapézoïdal dont amont et la charge aval dépend de l’angle d’évasement, comme
:
les parois inclinées du col dépassent de l’eau. suit
de chaque côté 1:20 HIH, > 1,lO
11.1.3 Le canal jaugeur doit être installé avec l’axe du col dans
l’axe du chenal d‘approche. Un écoulement tranquille (fluvial)
de chaque côté 1:lO HIH, > 1,20
doit exister au voisinage du canal jaugeur et celui-ci doit être
installé à une hauteur telle qu’il fonctionnera à débit libre sur
de chaque côté 1:6 HIHd > 1,25
toute sa gamme d’utilisation. Le
...

Norme internationale
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONWV~E~YHAPO~HAR OP!-AHM3A~MR IlO CTAH~APTbl3Al@lbl~RGANISATION INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Canaux jaugeurs à col rectangulaire, à col
trapézoïdal et à col en U
Liquid flow measurement in open channels - Rectangular, trapezoidal and U-shaped flumes
Première édition - 1983-07-01
Réf. no : ISO 43594983 (F)
CDU 532.532.8
Descripteurs : écoulement de liquide, écoulement d’eau, écoulement en canal découvert, mesurage de débit, débitmétre, tube de Venturi.
Prix basé sur 51 pages
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 ISO 4359 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 113,
Mesure de d&bit des liquides dans les canaux découverts, et a été soumise aux comités
membres en novembre 1980.
Les comités membres des pays suivants l’ont approuvée :
France Suisse
Allemagne, R.F.
Australie Inde Tchécoslovaquie
Chine Irlande USA
Égypte, Rép. arabe d’ Italie
Espagne Pays-Bas
Les comités membres des pays suivants l’ont désapprouvée pour des raisons techni-
ques :
Belgique
Royaume-Uni
0 Organisation internationale de normalisation, 1983 l
Imprimé en Suisse
ii
Sommaire
Page
1 Objet et domaine d’application . 1
2 Références . 1
3 .
Définitions et symboles 1
4 Unitésdemesure . 1
........................................
5 Choix du type de canal jaugeur 1
6 Installation . 2
6.1 Choix de I ‘emplacement. . 2
6.2 Conditions d’installation .
......................................
6.3 Structure du canal jaugeur 3
.............................................
6.4 Conditions en aval 3
7 Entretien - Spécifications générales. . 3
8 Mesure de la hauteur de charge . 3
8.1 Caractéristiques générales .
.............................................
8.2 Puits de mesurage 4
8.3 Réglagedu zéro . 4
9 Calculdudébit . 4
9.1 Équations générales du débit . 4
9.2 Calcul du débit à partir de la hauteur de charge observée. . 5
...............................
9.3 Calcul des relations hauteur/débit. 6
............................................
9.4 Vitesse d’approche 6
10 Canal jaugeur à col rectangulaire . 6
10.1 Description . 6
.................
10.2 Emplacement de la section de mesure de la charge. 7
10.3 Dispositions intéressant les écoulements modulaires . 7
................................................
10.4 Calcul du débit 7
10.5 Calcul de la relation hauteur/débit . 8
10.6 Limites d’application . 8
.......................................
10.7 Erreur limite des mesures 8
. . .
Ill
11 Canaux jaugeurs à col trapézoïdal. . . 9
Description . . 9
11.1
11.2 Emplacement de la section de mesure de la charge. . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
11.3 Dispositions intéressant les écoulements modulaires . . . . . . . . . . . . . . . . 9
11.4 Calcul du-débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . 9
. 10
11.5 Calcul de la relation hauteur/débit . . . .
11.6 Procédure graphique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 11
11.7 Limites d’application . . . . . . . . . . . . . .
. 12
11.8 Erreur limite des mesures . . . . . . . . . . . .
. . . 12
12 Canaux jaugeurs à col en U (à fond arrondi)
. 12
12.1 Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
12.2 Emplacement de la section de mesure de la charge. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Dispositions intéressant les écoulements modulaires . 13
12.3
12.4 Calcul du débit .
12.5 Calcul de la relation hauteur/débit .
Limites d’application . 15
12.6
..................................... 16
12.7 Erreur limite des mesures
13 Erreur sur la mesure de débit .
13.1 Généralités .
Sources d’erreur . 16
13.2
13.3 Types d’erreur .
13.4 Erreurs sur les valeurs des coefficients .
13.5 Erreurs de mesure .
13.6 Combinaison des erreurs limites donnant l’erreur limite globale sur
lamesurededébit . 17
Annexes
A Guide pour le choix des déversoirs et des canaux jaugeurs pour la mesure
de débit de l’eau dans les canaux découverts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
B Symboles et unités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
............................................... .24
C Distribution des vitesses
...................... 25
D Calcul du débit suivant la théorie de la couche limite
E Exemples illustrant les méthodes de calcul du débit .
...........
F Exemple de calcul de l’erreur limite globale d’une mesure de débit
G Détermination de la hauteur de dénivellation pour les canaux jaugeurs à
col rectangulaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
iv
ISO 43594983 (FI
NORME INTERNATIONALE
Mesure de débit des liquides dans les canaux
découverts - Canaux jaugeurs à col rectangulaire, à col
trapézoïdal et à col en U
1 Objet et domaine d’application 3 Définitions et symboles
La présente Norme internationale traite de la mesure de débit Dans le cadre de la présente Norme internationale, les défini-
dans les rivières et canaux artificiels à régime permanent ou à tions données dans I’ISO 772 sont applicables. Une liste com-
plète de symboles avec les unités de mesure correspondantes
variation lente, au moyen de certains types de canaux jaugeurs
à ressaut. Un grand nombre de canaux jaugeurs a été mis au est donnée dans l’annexe B.
point, mais la présente Norme internationale ne considère que
ceux qui jouissent d’une reconnaissance unanime s’appuyant
sur des travaux de recherche adéquats et des essais in situ, et
n’ont par conséquent pas besoin d’être étalonnés sur place.
4 Unités de mesure
Trois types de canaux jaugeurs couvrant une grande gamme
d’utilisations sont recommandés, à savoir :
Les unités de mesure utilisées dans la présente Norme interna-
tionale sont les unités SI.
a) les canaux jaugeurs à col rectangulaire (voir figure 1);
b) les canaux jaugeurs à col trapézoïdal (voir figure 4);
5 Choix du type de canal jaugeur
c) les canaux jaugeurs à col en U, c’est-à-dire à fond
arrondi (voir figure 5).
5.1 Le type de canal jaugeur à utiliser dépend de plusieurs
facteurs dont la gamme des débits à mesurer, la précision
Les conditions d’écoulement considérées ne dépendent que de
requise, la charge disponible et le fait que l’écoulement charrie
la hauteur de charge amont; il faut donc qu’il existe un écoule-
ou non des sédiments.
ment tranquille (régime fluvial) en amont du canal jaugeur, puis
que l’écoulement s’accélére en passant par la contraction et
atteigne sa profondeur critique et enfin que le niveau d’eau au-
5.2 Le canal jaugeur à col rectangulaire est le plus simple à
delà de la structure soit assez bas pour ne pas influer sur les
construire. Pour respecter les proportions, c’est-a-dire pour évi-
caractéristiques de celle-ci.
ter tant une élévation qu’un abaissement de la surface dans le
chenal d’approche lorsque le débit varie, il est nécessaire de
L’annexe A spécifie les critères de choix des déversoirs et des
prévoir sur le lit une surélévation formant le ressaut pour les
canaux jaugeurs pour le mesurage de débit de l’eau dans les
débits supérieurs ou inférieurs au débit théorique (voir
canaux découverts.
figure 2).
5.3 Le canal jaugeur à col trapézoïdal est plus approprié dans
2 Références
le cas où la gamme des débits à mesurer est large et doit être
mesurée avec une précision uniforme. Cette forme de col est
ISO 748, Mesure de débit des liquides dans les canaux
particulièrement bien adaptée lorsqu’il s’agit de travailler sur
découverts - M&hodes d’exploration du champ des vitesses.
une relation donnée hauteur/débit.
ISO 772, Mesure de débit des liquides dans les canaux
5.4 Le canal jaugeur à col en U est utile pour les installations
découverts - Vocabulaire et symboles.
dans les chenaux à fond arrondi ou pour la mesure de débit en
ISO 1438, Mesure de débit des liquides dans les canaux décou- conduite de section circulaire. On l’utilise en particulier dans les
verts au moyen de déversoirs en mince paroi et canaux venturi. égouts et installations de traitement des eaux résiduaires.
1s0 4359-1983 (FI
6 Installation 6.2 Conditions d’installation
6.2.1 Spécifications générales
6.1 Choix de l’emplacement
6.2.1 .l L’installation complète de mesurage comprend un
6.1.1 Le canal jaugeur doit être situé dans un troncon de che-
chenal d’approche, un canal jaugeur et un chenal aval. Les con-
nal rectiligne, à l’écart des obstructions locales, rugosités ou
ditions de chacun de ces trois éléments affectent la précision
inégalités du lit.
totale des mesurages. Les conditions exigées pour l’installation
comprennent des caractéristiques telles que : état de surface
6.1.2 II faut procéder à une étude préliminaire des conditions du canal jaugeur, forme de la section transversale du chenal,
physiques et hydrauliques de l’emplacement proposé pour véri- rugosité du chenal et influence des appareils de contrôle en
fier qu’il est conforme (ou peut être construit ou rendu con- amont ou en aval du dispositif de jaugeage.
forme) aux conditions nécessaires au mesurage effectué au
moyen d’un canal jaugeur. On doit faire particulièrement atten-
6.2.1.2 La répartition et la direction des vitesses peuvent avoir
tion aux conditions suivantes pour choisir l’emplacement :
une influence importante sur le fonctionnement du canal jau-
geur (voir 6.2.2 et annexe C).
a) Existence d’une longueur suffisante du chenal, à sec-
tion droite régulière.
6.2.1.3 Une fois le canal jaugeur installé, tout changement
matériel apporté à l’installation modifie les caractéristiques de
b) Uniformité de la répartition de la vitesse -existante (voir
débit.
annexe C).
c) Chenal à forte pente, à éviter (mais voir 6.2.2). 6.2.2 Chenal d’approche
d) Effets de l’augmentation des niveaux de l’eau en
6.2.2.1 Si le débit dans le chenal d’approche est perturbé par
amont, due au dispositif de mesurage.
des irrégularités de la couche limite, telles que, par exemple,
gros cailloux ou affleurements de roches, ou par une courbe,
e) Conditions aval (y compris les influences telles que
une écluse ou tout autre élément provoquant une asymétrie de
marées, confluents avec d’autres cours d’eau, écluses, bar-
l’écoulement dans le chenal, if peut se produire des erreurs
rages et autres accessoires de contrôle tels que la végétation
sérieuses dans la mesure. L’écoulement dans le chenal d’appro-
qui peuvent provoquer un écoulement noyé).
che doit avoir une répartition symétrique des vitesses (voir
annexe C) et la meilleure manière de réaliser cette condition est
f) Imperméabilité du sol sur lequel doit reposer le dispositif
de prévoir un long chenal d’approche rectiligne de section uni-
de mesurage et nécessité de procéder à un compactage, à
forme.
des jointoiements ou à tout autre moyen de contrôle des
suintements.
6.2.2.2 Une longueur droite de chenal d’approche, égale à
cinq fois la largeur du cours d’eau à son débit maximal, suffit en
g) Nécessité pour les rives de retenir le débit maximal de
général dans la mesure où la pénétration de l’eau dans le chenal
crue dans le chenal.
ne se fait pas à grande vitesse par un coude à angle aigu ou une
écluse oblique. Cependant, il y a intérêt à prévoir une plus
h) Stabilité des rives et nécessité de nettoyer et/ou de gar-
grande longueur de chenal d’approche uniforme, si cela est
nir d’un revêtement.
possible.
j) Uniformité de la section du chenal d’approche.
6.2.2.3 La longueur de chenal d’approche uniforme indiquée
k) Effet du vent; celui-ci peut avoir un effet considérable
en 6.2.2.2 correspond à la distance située en amont du point de
sur l’écoulement dans une rivière, un déversoir ou un canal
mesure de la charge. Dans un chenal naturel cependant, il ne
jaugeur, surtout lorsque ceux-ci sont larges et la charge fai-
serait pas rentable de bétonner le lit et les berges sur une telle
ble et que le vent dominant est dans une direction transver-
distance et il peut être nécessaire de prévoir une contraction en
sale.
plan si la largeur entre les parois verticales du chenal canalisé
est inférieure à la largeur du chenal naturel. La portion non
m) Croissance de mauvaises herbes aquatiques.
canalisée du chenal en amont de la contraction doit néanmoins
respecter les conditions de 6.2.2.1 et 6.2.2.2.
n) Transport solide.
6.2.2.4 Les parois latérales verticales ménageant la contrac-
6.1.3 Si l’emplacement ne remplit pas les conditions requises tion en plan doivent être disposées symétriquement par rapport
pour effectuer des mesurages satisfaisants, ou si un examen du à l’axe du chenal et doivent de préférence être incurvées sur un
courant montre que la répartition des vitesses dans le chenal
rayon d’au moins 2H,,,. Le point de tangence en aval doit se
d’approche diffère de manière appréciable de celle qui est indi- situer à au moins Hmax en amont de la section de mesure de la
quée dans les exemples de l’annexe C, il ne faut pas l’utiliser à charge et la portion revêtue du chenal d’approche comprise
moins qu’il soit possible d’y apporter les améliorations néces- entre l’extrémité des parois latérales incurvées et la section de
saires. Le fonctionnement de l’installation doit également être transition à l’entrée du canal jaugeur doit avoir une section en
vérifié par une mesure de débit séparée. forme de prisme.
ISO 4359-1983 (FI
h) Défaut de planéité des surfaces planes de la transition à
6.2.2.5 Dans un chenal exempt de débris flottants ou en sus-
pension, on peut également établir de bonnes conditions l’entrée du col : 0,l % de L.
d’approche en placant judicieusement des chicanes formées de
j) Défaut de planéité des surfaces planes de la transition à
lattes verticales, mais aucune chicane ne doit être placée à une
la sortie du col : 0,3 % de L.
distance du point de mesurage inférieure a lOH,,,.
k) Défaut de planéité ou de courbure des autres surfaces
6.2.2.6 Dans certaines conditions, un ressaut peut apparaître
verticales ou obliques : 1 %.
en amont du dispositif de mesurage, par exemple, si le chenal
d’approche est à forte pente. Si ce ressaut est à une distance en
m) Défaut de planéité du lit dans la partie revêtue du che-
amont au moins égale à 3OH,,,, on peut effectuer le mesurage
nal d’approche : 0,l % de L.
du débit, sous réserve qu’il existe une répartition régulière des
vitesses au niveau de la station de jaugeage.
La structure doit être mesurée dès son achèvement, et un cal-
cul doit être fait sur les dimensions importantes et leurs écarts-
6.2.2.7 L’état du chenal d’approche peut être vérifié par exa-
types pour des limites de confiance de 95 %. Les dimensions
men visuel ou par des mesures pour lesquelles on dispose de
servent au calcul du débit et l’écart-type au calcul de l’erreur
plusieurs techniques telles que flotteurs, bâtons de vitesse ou
limite globale sur une seule détermination du débit (voir 13.5).
solutions concentrées de colorants, la dernière technique ser-
vant à vérifier les conditions au fond du chenal. Une estimation
6.4 Conditions en aval
complète et quantitative de la répartition des vitesses peut
s’obtenir au moyen d’un moulinet. La répartition des vitesses
Les conditions d’écoulement en aval de la structure sont impor-
doit alors être vérifiée par référence à l’annexe C.
tantes parce qu’elles contrôlent le niveau d’eau aval et peuvent
influer sur le fonctionnement du canal jaugeur. Le canal jaugeur
6.3 Structure du canal jaugeur doit être concu de façon à ne pas pouvoir être noyé dans les
conditions d’émploi (voir 10.3.1, 11.3.2 et 12.3.2). La construc-
tion d’un canal jaugeur dans une riviére ou un fleuve peut modi-
6.3.1 La structure doit être rigide, étanche et capable de résis-
fier les conditions d’écoulement et provoquer des affouille-
ter aux écoulements de crue sans être endommagée par des
ments en aval de la structure, d’où une accumulation de maté-
débordements ou l’érosion aval. Son axe doit être aligné sur la
riaux de lit plus en aval, ce qui, à la longue, pourrait faire suffi-
direction de l’écoulement du chenal amont et sa géométrie doit
samment monter le niveau de l’eau pour noyer le canal jaugeur
correspondre aux dimensions données dans les chapitres qui
notamment à faibles débits. Toute accumulation de la sorte
s’y rapportent.
doit être éliminée avant qu’elle prenne des proportions excessi-
ves.
6.3.2 La surface du col du canal jaugeur et du troncon immé-
diatement voisin du chenal d’approche doit être lisse. Elle peut
être en béton recouvert pour la finition d’une couche de ciment
lisse ou d’un matériau lisse non sujet à la corrosion. Dans les
7 Entretien - Spécifications générales
installations de laboratoire, la finition doit être équivalente à
celle d’une tôle laminée ou d’un bois raboté, poncé et peint. La
L’entretien du dispositif de mesurage et du chenal d’approche
finition superficielle est particulièrement importante sur la partie
est important pour assurer des mesurages précis et continus.
prismatique du col, mais moins importante sur le profil sur une
distance de 0,5H,,,ax en amont et en aval du col proprement dit.
II est primordial que le chenal d’approche du canal jaugeur soit,
dans la mesure du possible, maintenu propre et exempt de
6.3.3 Pour minimiser les erreurs sur la mesure du débit, les limon et de végétation sur une distance au moins égale à celle
spécifiée en 6.2.2.2. Le puits à flotteur et l’entrée du chenal
tolérances suivantes sont acceptables :
d’approche doivent aussi être maintenus propres et exempts de
a) Largeur à la base du col : 0,2 % de cette largeur avec dépôts.
un maximum absolu de 0,Ol m.
Le col et le convergent d’un canal jaugeur doivent être mainte-
b) Défaut de planéité des surfaces planes du col : 0,l % nus propres et exempts d’algues.
de L.
c) Écartement des surfaces verticales du col : 0,2 % de
l’écartement avec un maximum de 0,Ol m.
8 Mesure de la hauteur de charge
d) Pentes moyennes longitudinales et transversales de la
8.1 Caractéristiques générales
base du col : 0,l %.
8.1.1 En cas de mesures ponctuelles, la charge peut être
e) Pentes des surfaces obliques du col : 0,l %.
mesurée à l’aide d’échelles limnimétriques verticales, de pointes
limnimétriques recourbées ou droites, de sondes limnimétri-
f) Longueur du col : 1 % de L.
ques visuelles ou électriques. En cas d’enregistrements en con-
g) Défaut de cylindricité ou de tonicité de la transition à tinu, on utilisera des limnigraphes. Les emplacements des
mesures de charge sont indiqués en 10.2, 11.2 et 12.2.
l’entrée du col : 0,l % de L.
1s0 4359-1983 (FI
8.1.2 Plus la taille du canal jaugeur et la charge correspon- suffisant pour loger les flotteurs des limnigraphes, etc. II est
préférable d’avoir un raccord plutôt trop large que trop étroit,
dante sont petites, plus les erreurs de construction, de réglage
car il est facile d’ajouter ultérieurement une restriction si I’amor-
du zéro et de lecture du dispositif mesureur de charge, même
tissement des ondes à court cycle ne se fait pas convenable-
petits, prennent d’importance relative.
ment. II est généralement suffisant d’avoir une tuyauterie de
100 mm de diamètre pour les mesures de débit in situ. Un dia-
8.2 Puits de mesurage
mètre de 3 mm peut convenir pour les mesures en laboratoire.
8.2.1 II est habituel de mesurer la charge dans un puits de
8.3 Réglage du zéro
mesurage séparé pour réduire les effets des irrégularités super-
ficielles de l’eau. Dans ce cas il est souhaitable également de
mesurer la charge dans le chenal d’approche à des fins de vérifi- 8.3.1 II est essentiel, pour obtenir une bonne précision glo-
cation. bale, d’une part d’avoir un réglage initial précis du zéro des dis-
positifs mesureurs de la charge par rapport au niveau du radier
du col et, d’autre part, de vérifier régulièrement ces réglages
8.2.2 Les puits de mesurage doivent être verticaux et de hau-
dans la suite des opérations.
teur et/ou de profondeur suffisantes pour couvrir toute la
gamme des niveaux d’eau. Dans les installations in situ, ils doi-
vent avoir une hauteur minimale de 0,3 m au-dessus du niveau
8.3.2 Un moyen précis doit être prévu pour vérifier le zéro. Le
maximal escompté. À l’endroit recommandé pour la mesure de
zéro de l’instrument doit être obtenu par référence directe au
la charge le puits doit être raccordé au chenal d’approche par
radier du col et une note du réglage doit être faite dans le che-
une tuyauterie ou une fente.
nal d’approche et dans le puits de mesurage. La vérification du
zéro par rapport au niveau de l’eau (soit en fin d’écoulement ou
juste au début) est sujette à des erreurs sérieuses par suite des
8.2.3 Le puits, la tuyauterie de raccordement ou la fente doi-
effets tensio-actifs et il faut donc l’éviter.
vent chacun être imperméables à l’eau et lorsque le puits est
prévu pour loger le flotteur d’un limnigraphe, il doit être de taille
et de profondeur suffisantes pour permettre la flottaison de ce
flotteur quel que soit le niveau de l’eau. Le flotteur ne doit pas
se trouver à moins de 0,075 m de la paroi du puits.
9 Calcul du débit
8.2.4 La radier de la tuyauterie doit se trouver à au moins
9.1 Équations générales du débit
0,06 m en dessous du niveau le plus bas à enregistrer, affleurer
au ras de la couche limite du chenal d’approche, perpendiculai-
rement à celle-ci. La couche limite du chenal d’approche doit
9.1.1 La théorie de la profondeur critique appuyée par des
être uniforme et lisse (finition équivalant à celle du béton soi-
données expérimentales peut servir à définir les équations de
gneusement fini) sur une distance égale à dix fois le diamètre de
base relatives à un écoulement libre dans une contraction profi-
la tuyauterie à partir de l’axe du raccord. La tuyauterie ne peut
lée. La théorie simple s’applique à un écoulement de fluide
être inclinée par rapport à la paroi que si elle est munie d’un
idéal, sans frottement. Lorsqu’on considère un fluide réel
couvercle ou d’une plaque de température amovible affleurant
comme l’eau, un coefficient supplémentaire doit être ajouté
la paroi et percée de trous, dont les bords ne doivent être ni
dans les mesures pratiques, qu’il soit déterminé par expérience
arrondis ni ébarbés.
ou dérivé par modification de la théorie simple, pour tenir
compte de la formation d’une couche limite. La présente
8.2.5 Une profondeur de réserve doit être prévue dans le puits
Norme internationale définit des méthodes de calcul manuelles
pour empêcher l’échouage des flotteurs sur le fond ou sur les
permettant de déterminer le débit, mais, lorsqu’on considère un
limons ou les débris accumulés. Le puits de mesurage peut
grand nombre de structures, il vaut mieux employer des ordina-
comporter une chambre intermédiaire de dimensions et de pro-
teurs.
portions similaires placée entre lui et le chenal d’approche pour
permettre le dépôt des limons et autres débris à un endroit où il
9.1.2 L’énergie spécifique, E, d’un écoulement dans un che-
est facile de les repérer et de les éliminer.
nal est donnée par :
8.2.6 Le diamètre de la tuyauterie de raccordement ou la lar-
E = Bd + av2/2g . . . (1)
geur de la fente doivent être suffisants pour permettre au
niveau d’eau dans le puits de suivre les fluctuations en hausse
où
ou en baisse de la hauteur de charge sans retard appréciable,
mais aussi suffisamment petits, compte tenu des exigences
d est la profondeur de l’écoulement;
d’entretien, pour amortir les oscillations dues aux ondes à cycle
court.
ii est la vitesse moyenne dans la section;
a est le coefficient tenant compte de la non-uniformité du
8.2.7 II n’est pas possible de fixer de règles strictes pour la
détermination de la taille de la tuyauterie de raccordement car champ des vitesses;
ce paramètre dépend des conditions particulières de I’installa-
/? est le coefficient fonction de la courbure moyenne des
tion considérée : par exemple, si l’emplacement est à découvert
et donc exposé aux vagues, si le diamètre du puits doit être lignes de courant.
ISO 43594983 [FI
L’équation de continuité est : où
b, est la largeur utile du col du canal jaugeur;
Q = Aïï .
(2)
Ne est la hauteur de charge totale utile.
où
Q est le débit total; 9.2.2 On peut alors exprimer l’équation (6) en fonction de h,,
la hauteur de charge utile jaugée en amont de la structure.
A est l’aire de la section transversale d’écoulement, L’équation devient donc, pour les canaux jaugeurs à col rectan-
gulaire :
D’où
. . . (7)
Q &i C,, be h,312
E = j3d + aQ2/2g A2 . . .
(3)
où
On a écoulement critique lorsque E prend une valeur minimale
pour un débit donné Q, la profondeur d et l’aire A correspon-
= (H,lhe13’2 . . .
dante pour une géométrie donnée de la section transversale cl
étant prises comme variables. On peut démontrer que l’énergie
Cv est un coefficient sans dimension tenant compte de
spécifique est minimale quand
l’influence de la vitesse d’approche sur le niveau mesuré en
amont du canal jaugeur. Les hauteurs et largeurs utiles peuvent
2 &A3
=-
. . . être déterminées à partir des valeurs relevées
Q
aw
a) par simple correction empirique (voir 10.4.1, 11.4.1 et
où w est la largeur du plan d’eau
12.4.1)’ ou
b) après considérations théoriques sur la formation de la
9.1.3
Les profils des vitesses observées au cours des expé-
couche limite (voir annexe D).
riences indiquent que la distribution des vitesses est presque
uniforme dans le col d’un canal jaugeur et on peut donc suppo-
ser que a = 1. Si les lignes de courant sont suffisamment 9.2.3 Le même genre de relation peut être obtenu pour les
incurvées, condition observée lorsque le col est de longueur canaux jaugeurs à col trapézoïdal :
supérieure à un certain minimum, p = 1. L’équation de base
définissant un écoulement critique à travers une contraction
profilée est :
où
. . .
Q = (g A;/w,)“~
Cs est un facteur numérique tenant compte de la non-
l’indice c indiquant que le débit est critique.
rectangularité de la section d’écoulement
9.1.4 L’équation (5) n’est pas directement applicable à la déri-
. . .
Cs = j-h H,,lb,) (10)
vée de la relation hauteur/débit car :
est la hauteur de charge totale utile à la section criti-
Hce
que.
a) elle ne tient pas compte de la formation d’une couche
limite se déplaçant moins vite dans le col;
Des méthodes théoriques de calcul et d’étalonnage existent qui
emploient les équations ci-dessus, mais elles sont lourdes à
b) elle est fonction de l’aire et de la largeur de la surface de
manipuler, du fait surtout que Cs dépend de Hce qui diffère de
l’eau au niveau de la section critique dont l’emplacement est
facon significative de la hauteur jaugée h. Le paragraphe Il .5
mal défini, ce qui rend difficile une mesure directe du niveau
donne une autre méthode pour calculer le débit d’aprés I’équa-
d’eau dans cette section.
tion (5).
L’équation de base doit donc être transformée en une équation
plus pratique et corrigée pour tenir compte des effets de cou-
9.2.4 La relation correspondante pour les canaux jaugeurs à
che limite.
col en U est :
. . .
& C,, CU D, h,312
9.2 Calcul du débit à partir de la hauteur de
charge observée
où
9.2.1 Si l’on considère l’écoulement d’un fluide réel dans une
CU est une constante numérique tenant compte de la non-
contraction rectangulaire profilée, on peut exprimer l’équation
rectangularité de la section d’écoulement
(5) en fonction de la hauteur de charge totale utile comme suit :
= fcrr,,lD,, . . .
(12)
CU
. . .
Q b, fi Hz’2
D, est le diamétre utile de la base du col en U.
ISO 4359-1983 (FI
Pour un chenal d’approche rectangulaire :
9.4.3
9.3 Calcul des relations hauteur/débit
. . .
A = B(h + p) (17)
9.3.1 Dans le cas d’un canal jaugeur à col rectangulaire, on
doit utiliser l’équation (7) pour calculer la relation hauteur/débit
où
de la structure. Les équations (9) et (11) ne sont par contre pas
pratiques pour calculer la relation correspondante pour les
B est la largeur du chenal d’approche;
canaux jaugeurs à col trapézoïdal et en U. On peut alors
employer une autre p est la hauteur du radier du canal jaugeur par rapport au
radier du chenal d’approche.
9.3.2 II est possible d’étalonner de facon théorique une struc-
ture de jaugeage sur la totalité d’une gamme de débit en consi-
9.4.4 Pour un chenal d’approche trapézoïdal :
dérant les conditions d’écoulement au col du canal jaugeur et
en déduisant les hauteurs de charge et les débits. Le principe de
A= (h + p) [B + m,(h + p)l . . . (18)
la méthode est de choisir une série de valeurs de dc, profondeur
critique au niveau du col, et de calculer les valeurs correspon-
où
dantes de Q et He à l’aide des expressions
B est fonction de la largeur du lit du chenal d’approche;
. . .
Q = (g A,~/w,)“~ (13)
est l’inclinaison des parois du chenal d’approche.
ma
et
9.4.5 Pour un chenal d’approche en U :
A,
= dc + 2w . . .
He
C
. . .
A= (19)
+ D;f [(h + p)lD,]
On peut convertir la hauteur de charge totale utile He en hau-
teur totale H de la manière indiquée en 11.5 et 12.5, puis con-
où D, est la largeur (diamètre) du chenal d’approche.
vertir cette hauteur totale H en hauteur jaugée h comme indi-
qué en 11.5 et 12.5.
10 Canal jaugeur à col rectangulaire
9.4 Vitesse d’approche
10.1 Description
9.4.1 La hauteur de charge totale varie en fonction de la hau-
10.1.1 Un canal jaugeur à col rectangulaire comporte une
teur jaugée, suivant l’équation :
contraction de section rectangulaire disposée de facon systé-
matique par rapport à l’axe du chenal d’approche.
He = . . .
h, + aVz/2g (15)
C’est le type le plus courant de canal jaugeur et le plus facile à
où
construire. Mais il n’est pas adaptable aux chenaux non rectan-
gulaires où la perte de charge est importante.
est la vitesse moyenne dans le chenal d’approche au
va
niveau de la station de jaugeage;
10.1.2 II existe trois types de canaux jaugeurs à col rectangu-
laire :
a est un coefficient (d’énergie cinétique, dit de Coriolis),
tenant compte du fait que la charge cinétique dépasse
a) à contraction latérale uniquement;
ïï.$g si la distribution des vitesses n’est pas uniforme dans
la section.
b) à contraction verticale (dénivellation) uniquement;
Si l’on utilise les équations données dans la présente Norme
à contractions latérale et verticale combinées.
c)
internationale, a peut être pris égal à 1, compte tenu des tolé-
rances données en 10.7.2, 11.8.2 et 12.7.2 et des dispositions
Le type à utiliser est fonction des conditions aval, des divers
de 6.2.2 et de l’annexe C.
débits, du débit maximal, de la perte de charge admissible, des
limites du rapport hlb et du fait que le cours d’eau charrie ou
non des sédiments.
9.4.2 Le rapprochement des équations (8) et (15) d’une part,
et (71, (9) et (Il) d’autre part, permet de définir une relation
générale pour CV comme suit :
10.1.3 Le radier du col doit être plan sur toute sa largeur et
toute sa longueur. Les côtés du col doivent être verticaux,
be he
parallèles entre eux et perpendiculaires au radier, de manière à
0'3 -IV'2 = 3J5 x 7 C" csouu . . .
(16)
v
donner une largeur de col précise de haut en bas et d’un bout à
l’autre du canal jaugeur. La surface du col et de la section de
où A est l’aire de la section transversale d’écoulement dans le
transition à l’entrée doit être lisse; on peut utiliser du béton
chenal d’approche. recouvert d’une finition lisse ou revêtu d’un matériau lisse non
ISO 4359019834F)
sujet à la corrosion. L’axe du col doit coïncider avec l’axe du 10.3.2 Sans les chenaux artificiels, il est souvent possible de
.
déterminer avec une précision raisonnable la profondeur aval
chenal d’approche. Dans le cas des canaux jaugeurs à dénivel-
pour divers débits en utilisant, par exemple, une formule tenant
lation (contraction verticale), le lit du chenal d’approche doit
être plan et jamais plus élevé que le radier du col sur une dis- compte du frottement si le chenal est assez long et à pente
tance d’au moins 2h,,, en amont de la section de mesure de la constante ou en se référant aux caractéristiques des pressions
charge. de contrôle à l’aval.
Si le canal jaugeur doit être installé dans un chenal ou un cours
10.1.4 La géométrie du canal jaugeur doit correspondre aux
d’eau existant, il convient de recueillir sur l’emplacement les
indications de la figure 1. Les rayons de la courbure de transi-
renseignements suivants :
tion avec le lit d’une part et les parois du col d’autre part, doi-
vent être respectivement de 4p et 2(B - b) au moins. L’évase-
a) la profondeur maximale enregistrée, avec une estima-
ment de 1:6 après le col peut être tronqué comme l’indique la
tion du débit à cette profondeur;
figure 1 lorsqu’il n’est pas important de retrouver la même hau-
teur de charge.
b) les profondeurs approximatives à deux débits intermé-
diaires au moins;
10.1.5 Lorsqu’il faut absolument retrouver au moins 80 % de
c) le niveau d’eau morte dans le cours d’eau, c’est-à-dire le
la charge, on peut utiliser un canal jaugeur à contractions laté-
niveau à débit nul.
rale et verticale de la géométrie représentée à la figure 2. La
pente du coursier en aval du col doit être de 1:20 pour une lon-
10.4 Calcul du débit
gueur de 2H (où H est la hauteur totale au-dessus du point le
plus haut de la dénivellation); elle peut être supérieure au-delà.
Les parois latérales en aval du col doivent avoir une longueur de
10.4.1 L’équation de base du débit des canaux jaugeurs à res-
4H et leur divergence doit être de 1 :lO. Pour récupérer un maxi-
saut à col rectangulaire est donnée en 9.2.2. Elle peut être
mum de la charge, il faut que les parois latérales soient parallè-
réécrite comme suit :
les jusqu’au pied du coursier, l’évasement prenant ensuite une
forme hyperbolique jusqu’au point où le chenal aval com- 2 312
= -
. . .
mence. & Cv C, b h312
Q
NOTE - Lorsque le rapport entre la hauteur d’eau aval au-dessus du
point le plus haut du col et la hauteur d’eau amont au-dessus de ce
même point est inférieur à 0,5, on doit utiliser un canal jaugeur à chute
(voir figure 3) avec une plate-forme et des parois faisant écran, un bas-
. . .
(21)
sin de tranquillisation et des déflecteurs pour dissiper efficacement
l’énergie.
mais
10.2
Emplacement de la section de mesure de la
= b -26
. . . (22)
*
‘e
charge
h, = h - 6 * . .
(23)
*
La hauteur de lame doit être mesurée en un point suffisamment
éloigné en amont de la contraction pour ne pas subir les effets
où 6+ est l’épaisseur de déplacement de la couche limite.
d’abaissement de la surface, mais aussi suffisamment proche
pour que la perte d’énergie entre la section de mesure et le col
Le remplacement des valeurs de (22) et (23) dans (21) donne :
soit négligeable. II est recommandé de situer la section de
mesure à une distance comprise entre 3 et 4 fois h,,, en amont
CD= (t -2;~ +)c -;x ;)3’2 . .(24)
du bord d’attaque de la section de transition à l’entrée.
où L est la longueur de la section prismatique de la contraction
10.3 Dispositions intéressant les écoulements
du canal jaugeur.
modulaires
Dans la plupart des installations ayant une bonne finition
superficielle, la valeur de 6JL se situe en’ pratique à l’intérieur
10.3.1 L’écoulement est modulaire lorsqu’il est indépendant
de la gamme 0,002 à 0,004. Si 105 > Llk, > 4 000 et
des variations du niveau aval; pour cela il faut que la vitesse soit
Re > 2 x I@, 6 /L peut être considéré égal à 0,003.
la vitesse critique au niveau du col. Le niveau du radier doit
*
donc être à une hauteur telle qu’il se produise un écoulement
L’équation (24) devient donc :
modulaire sur toute la gamme des débits théoriques. Les
dimensions du canal jaugeur doivent par ailleurs être telles que
la hauteur de charge totale à l’amont (par rapport au radier du
col) soit au moins égale à If25 fois la hauteur de charge totale à
l’aval pour tous les débits (dans l’hypothèse d’un régime fluvial
tranquille à l’aval). II est néanmoins possible de réduire la diffé- Le tableau 1 donne diverses valeurs de C, dérivées de cette
rence en cas de débit libre constaté. Si par contre l’évasement équation; ces valeurs sont celles qui s’appliquent aux installa-
est tronqué, le rapport doit être au moins 1’33.
tions bien construites décrites ci-dessus.
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couche limite. La limite inférieure recommandée est la plus
10.4.2 L’annexe D donne une méthode plus élaborée qui tient
compte de la formation d’une couche limite dans le col du canal grande des deux valeurs suivantes : 0,05 m ou 0,05L.
jaugeur. Cette méthode permet à l’utilisateur de tenir compte
du caractère variable de GJL et d’employer l’expression plus
10.6.2 II existe aussi une limite au rapport des aires du chenal
générale définissant CD donnée dans l’équation (24).
d’approche et du col imposée par les difficultés rencontrées
lorsque le nombre de Froude dépasse 0,5 dans le chenal
d’approche. La limite supérieure recommandée de
10.4.3 La valeur de Cv peut être calculée à l’aide des équa-
tions (16), (17), (22). et (23) ou, plus facilement, relevée sur la
figure 6 ou dans le tableau 2 avec une approximation satisfai-
bh
sante. La figure 6 est établie en fonction de b,, h, et A, mais,
B(h + p)
en pratique, il suffit de tenir compte dans le diagramme de B et
h (et non plus de b, et hJ. Le tableau 2 est établi implicitement
est 0,7.
dans cette hypothèse. Dans le cas où le chenal d’approche
n’est pas parfaitement rectangulaire au niveau de la section de
10.6.3 D’autres restrictions résultent du manque de données
mesure de h, B doit être déterminée à partir de l’expression :
expérimentales sûres pour les canaux jaugeurs de dimensions
extrêmes :
aire de la section transversale
B= . . .
(26)
h+P
a) b ne doit pas être inférieur à 0,lO m.
10.4.4 L’étalonnage doit être effectué selon les indications
b) hlb ne doit pas être supérieur à 3.
de 10.4.3. Dans les calculs préliminaires, toutefois, pour les
canaux jaugeurs représentés à la figure 2, on peut adopter
c) h ne doit pas être supérieure à 2 m.
l’équation de débit suivante :
10.6.4 h lL ne doit pas excéder 050. Cette restriction résulte
=
. . .
J8 C b H312 (27) de la nécessité de maintenir un écoulement parallèle dans le col
Q
au niveau de la section critique. h,,JL peut atteindre 0,67
avec une erreur limite supplémentaire sur le coefficient de 2 %.
où C est le coefficient global qui pour les calculs peut prendre
une valeur comprise entre 0,97 et 1,OO.
10.7 Erreur limite des mesures
Lorsque la structure est combinée à un pont avec des piles de
pont comprises dans le col, le terme b de l’équation (27) peut
10.7.1 L’erreur limite globale dépend de :
être remplacé par
a) la norme de construction et de finition du canal jaugeur;
- 2C, npH)
(b - np b,
b) l’erreur limite de la formule du coefficient de débit;
où
c) l’erreur limite sur le coefficient de vitesse d’approche;
!+., est la largeur d’une pile;
d) l’application correcte des règles d’installation;
n
p est le nombre de piles;
e) l’erreur limite du réglage du zéro;
Cc est le coefficient de contraction
= 0,045 pour les piles à nez rond
f) l’erreur limite des mesures géométriques sur le canal jau-
= 0,040 pour les piles à nez pointu.
geur;
9) la précision du Iimnimètre.
10.5 Calcul de la relation hauteur/débit
10.7.2 Avec un peu d’adresse et de soin dans la construction
10.5.1 La relation hauteur/débit d’un canal jaugeur à col rec-
du canal jaugeur, on peut espérer avoir sur les coefficients une
tangulaire s’obtient à partir d’une série de valeurs de la hauteur
erreur limite voisine de 1 % dans des circonstances favorables,
de charge jaugée, h, en suivant pour chacune la méthode don-
par exemple quand C, et CV ne sont pas très différents de 1. On
née en 10.4.1 à 10.4.3. On peut tracer ensuite les courbes des
peut obtenir une estimation du pourcentage d’erreur limite
hauteurs de charge jaugées et des débits correspondants et on
combinée (Xc) sur les coefficients à l’aide de l’équation :
obtient ainsi la relation hauteur/débit du canal jaugeur consi-
déré. ’
xc = * [l + 20 CC" - C,)] .
10.6 Limites d’application
10.7.3 La méthode de combinaison des erreurs limites sur les
coefficients avec les erreurs limites dues à d’autres sources
10.6.1
La limite inférieure pratique de h dépend de la grandeur
d’erreur est expliquée au chapitre 13. [C, dans l’équation (28)
de l’influence des propriétés du fluide et de la rugosité de la
est obtenu par l’équation (25).]
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de mesure et le col soit négligeable. II est recommandé de situer
11 Canaux jaugeurs à col trapézoïdal
a
la section de mesure à une distance comprise entre 3 et 4 fois
h max en amont du bord d’attaque de la section de transition à
11 .l Description
l’entrée.
11 .l .l Les canaux jaugeurs à col trapézoïdal peuvent s’adap-
11.3 Dispositions intéressant les écoulements
ter à différentes conditions d’écoulement et la forme géométri-
modulaires
que optimale de leur col (c’est-à-dire largeur du lit et inclinaison
des parois) dépend de la gamme des débits à mesurer et des
caractéristiques du cours d’eau ou du chenal dans lequel ils 11.3.1 L’écoulement est modulaire lorsqu’il est indépendant
sont installés. Des méthodes de calcul permettant de choisir des variations du niveau aval; pour cela il faut que la vitesse
passe par sa phase critique au niveau du col. Le niveau du
une géométrie adaptée à la relation hauteur/débit existante ou
à une relation déterminée à l’avance sont brièvement décrites radier doit donc être à une hauteur telle qu’il se produise un
en 11.6. écoulement modulaire sur toute la gamme des débits théori-
ques. Les dimensions du canal jaugeur doivent également être
telles que la hauteur de charge totale à l’amont rapportée au
11 .1.2 Les canaux jaugeurs à col trapézoïdal doivent générale-
radier du col soit bien supérieure à la hauteur de cha
...