L’hydrogène et les capteurs de pressions (cas du bio-fouling)

L’hydrogène et les capteurs de pressions (cas du bio-fouling)

L’encrassement biologique (bio-fouling)

L‘encrassement biologique ou bio-fouling est l‘accumulation de micro-organismes, plantes, algues ou animaux sur des surfaces humides, des entrées d‘eau, des canalisations, des grilles, des bassins et bien sûr les instruments de mesure. Ces dispositifs peuvent alors être dégradés et donc ne plus remplir correctement leur fonction.

L’antifouling

L‘antifouling regroupe les procédés qui permettent de prévenir ou de retirer ces accumulations :

  

Les revêtements toxiques spécifiques qui tuent les organismes responsables du bio-fouling. Cependant ils sont dorénavant majoritairement interdits pour des raisons environnementales suite à l‘application d‘une directive européenne sur les matériaux biocides.

Les revêtements spécifiques non-toxiques qui préviennent l‘accumulation des micro-organismes. Ces revêtements sont basés sur des polymères organiques et jouent sur leur faible énergie de surface et capacité à avoir de très faibles frottements.

L‘antifouling à ultrasons. Des émetteurs d‘ultrasons sont montés dans et autour de la coque de navires de petite et de moyenne tailles. Ce système est particulièrement adapté pour lutter contre la prolifération des algues.

Le décapage par irradiation par laser pulsé. Cette technologie est efficace face aux moules zébrées qui sont assommées ou tuées le temps d‘une microseconde où l‘eau est traversée par une haute tension électrique.

L’antifouling par électrolyse :

Les micro-organismes ne survivent pas dans un environnement composé d‘ions cuivre.

Les ions cuivre permettent l’électrolyse au contact d’une anode cuivre.

Dans la plupart des cas, le revêtement de la cuve sert ou la coque servent de cathode.

Une anode de cuivre peut être installée dans la configuration afin pour provoque l‘électrolyse entre l’anode et la cathode.

L’électrolyse peut donc aussi atteindre l’instrumentation des cuves de ballast qui subit alors des dégâts collatéraux : de la corrosion et une différence de potentiel électrique entre les matériaux.

Les effets de l’électrolyse sur les capteurs piézorésistifs

L’électrolyse crée des anions d’hydrogène (H+).

Du fait de leur charge positive, les ions H+ vont vers la cathode (cuve de ballast ou coque) où est installé le capteur.

La partie du capteur en contact avec les ions est aussi la plus fine : la membrane de mesure. Les ions H+ arrivent alors à s’infiltrer dans la cellule de mesure.

En même temps, la cathode émet des électrons du fait de la différence de potentiel.

L’ion H+ se lie a un électron formant ainsi du dihydrogène (H2) qui s’accumule dans la cellule de mesure.

Si cette réaction dure un certain temps, la concentration de H2 augmente dans la chambre de mesure et celle-ci se gonfle. Ainsi le capteur subit une dérive et relaie des valeurs incorrectes.

 

Rapport d’analyse

Des capteurs de pression en acier inoxydable en service pendant 2 à 3 ans dans des cuves de ballasts de navires ont été analysés et les recherches ont donné les résultats suivants:

En pratique, la formation de dépôts sur l’acier inoxydable ne peut pas être évitée. La formation d’hydrogène et sa pénétration doivent être impérativement considérées. C’est pourquoi sous de telles conditions la membrane de mesure doit être faite d’un matériau plus résistant à la corrosion comme le titane.

Aussi, de la corrosion peut apparaitre sur toutes les parties métalliques du capteur et notamment dans les interstices laissées par des joints ou une soudure incomplète. Dès qu’une infiltration a lieu, seulement certains réactifs se diffusent dans l’interstice, ce qui crée une différence de potentiel. Cette dernière additionnée aux différences de concentration mènent à une corrosion électrochimique dans l’interstice par l’hydrogène ou à ses alentours immédiats par l’oxygène. Ainsi, la membrane se doit d’être soudée et non simplement vissée avec un joint torique.

Recommandations techniques

Grâce aux résultats de ces analyses, STS Sensor Technik Sirnach AG a designé des capteurs piézorésistifs sans élastomère dont la membrane et le boîtier sont en titane. Cela afin de vous proposer le meilleur rapport qualité-prix-durabilité (plus de 10 ans) pour vos applications maritimes et la mesure des niveaux d’eau de mer.

Plus d’informations sur le produit STS qui répond à ces problématiques : le PTM.MT/N/Ex

 

Projet de recherche DeichSCHUTZ: des mesures fiables pour des environs plus sûrs

Projet de recherche DeichSCHUTZ: des mesures fiables pour des environs plus sûrs

Dans les situations d’inondations extrêmes, les espoirs des personnes touchées reposent uniquement sur les digues : vont-elles tenir ou non ? La rupture d’une digue telle que celle qui s’est produite lors de l’inondation de Fischbeck (Saxony-Anhalt) en 2013 a causé des dégâts considérables qui continuent d’avoir un impact aujourd’hui. Le projet de recherche active DeichSCHUTZ (protection des digues) de l’Université de sciences appliquées de Brême porte sur un système innovant de protection de digue qui serait capable d’empêcher les ruptures de ce type.

Rien qu’en Allemagne, les digues de rivière protègent des milliers de kilomètres de terrains riverains. Selon la technologie actuelle, les digues en cours de construction se composent de trois zones. Les zones individuelles, considérées depuis le côté de l’eau vers le côté de la terre, sont construites selon une porosité croissante régulière, permettant ainsi un bon drainage du corps de la digue en cas de crue. Toutefois, en Allemagne, de nombreuses digues plus anciennes, à la construction homogène, existent encore, comme la digue qui s’est rompue suite à une crue de l’Elbe en juin 2013 à Fischbeck. Contrairement aux digues en 3 zones, les digues plus anciennes sont particulièrement vulnérables aux conditions de crue prolongée. L’eau s’infiltre dans la digue elle-même tandis que sa ligne de saturation continue d’augmenter dans le corps de la digue sur des périodes prolongées de niveau élevé de l’eau. Plus cette ligne de saturation augmente, plus le matériau de remblai est soumis à la poussée. La digue perd alors de sa masse essentielle, masse indispensable pour contrebalancer la pression du niveau d’eau élevé.

La stabilisation d’une digue susceptible de se rompre nécessite d’énormes ressources, en matériau, en personnel comme en temps, autant d’éléments rares en cas de crue importante.  Des procédures de renfort sont alors nécessaires, ce qui, en termes de personnel, de matériaux et de délais, se révèle plus efficace que l’empilement de sacs de sable le long de la digue, du côté de la terre.

Un système de protection de digue mobile et innovant

Christopher Massole de l’Institut d’ingénierie hydraulique et côtière de l’Université de sciences appliquées de Brême développe actuellement une solution permettant de réduire considérablement le temps et le personnel nécessaires. Avec le projet de recherche DeichSCHUTZ, sponsorisé par le Ministère fédéral de l’Éducation et de la Recherche, un système de protection de digue mobile et innovant est testé pour stabiliser les digues lors d’épisodes de crues. La technologie de mesure fournie par STS joue également un rôle ici.

Afin d’évaluer le système de protection de digue mobile, une digue-test a été construite sur le site de l’Agence pour le secours technique, à Hoya. À cet effet, un bassin de rétention en U, contenant près de 550 mètres cubes d’eau, a été construit et est doté d’une digue à une extrémité.

Comme le montre la vidéo, de nombreuses conduites ont été déployées à gauche de la digue. Ces conduites abritent des capteurs de niveau ATM/N fabriqués par STS. Dans la configuration de test, le bassin de rétention est rempli d’eau souterraine. Dans des conditions proches de la réalité, l’eau devrait atteindre un niveau de 3 mètres en 30 heures. Le capteur de niveau submersible ATM/N mesure l’évolution de la ligne de saturation dans cet intervalle. Avec une plage de pression allant de 1 à 250 mH2O et une précision de ≤ ± 0,30 %FS (-5 à 50 °C), celle-ci est enregistrée au centimètre près. Lorsque la ligne de saturation ne monte plus, le système de protection de digue mobile est installé sur la pente du côté eau et doit empêcher toute pénétration ultérieure d’eaux d’infiltration. Le corps de la digue continue à être drainé tandis que l’ampleur du décalage qui en résulte dans la ligne de saturation est mesurée par les capteurs de niveau utilisés. Ce sont les mesures de ces résultats qui permettent d’évaluer la fonctionnalité du système de protection.

 

Les techniques de géomorphométrie pour l’analyse hydrogéomorphologique d’un bassin de recherche méditerranéen

Les techniques de géomorphométrie pour l’analyse hydrogéomorphologique d’un bassin de recherche méditerranéen

Résumé

L’objectif de cet article est de mettre en application une procédure géomorphométrique du relief pour définir les zones participant aux effets de ruissellement et pour soutenir une analyse hydrogéomorphologique d’un bassin de recherche méditerranéen de 3 km2 (situé au sud de l’Italie).

Les données relatives à la conductivité électrique et aux fréquences de décharge sub-horaires et quotidiennes du bassin de recherche ont été collectées et enregistrées sur une période de surveillance de trois ans. L’analyse hydrographique de ces données a révélé une forte réaction hydrologique saisonnière dans le bassin, indépendante des ruissellements de précipitations observés en période humide et en période sèche. Cette analyse nous a permis de définir les signatures hydrologiques liées à la magnitude croissante des inondations, impliquant différentes composantes du ruissellement (écoulements naturels, souterrains et superficiels) et une surface contribuant de plus en plus aux écoulements. Les analyses sur le terrain, ainsi que les mesures de la nappe phréatique et des débits lors d’un orage de pluie, nous ont permis d’identifier et de cartographier 15 zones de ruissellement avec des unités géomorphologiques homogènes, définies auparavant comme des types hydrogéomorphologiques (infiltrations diffuses le long du canal principal, infiltrations dans les couloirs riverains, écoulements diffus des talus et affaissement du concentré des creux colluviaux). Conformément aux procédures proposées et utilisées par les experts pour la cartographie géomorphologique des reliefs, une segmentation et une classification à orientation hydrogéomorphologique ont été réalisées à l’aide de la suite logicielle eCognition (Trimble). La meilleure concordance avec la cartographie géomorphologique a été obtenue avec un profil pondéré et une courbure de 20 plans à des créneaux différents. En combinant l’analyse hydrochimique et la carte hydrogéomorphologique du relief, la variabilité des zones de contribution de l’événement survenu pendant la saison des pluies a été modélisée graphiquement en utilisant les valeurs logarithmiques de l’accumulation des écoulements. Les résultats nous ont permis d’identifier la composante de ruissellement pour chaque période de temps et de calculer la contribution de décharge de chaque type hydrogéomorphologique. Ce type d’approche pourrait s’avérer utile pour l’étude des 25 bassins forestiers et non karstiques de l’écorégion méditerranéenne.

Consultez l’étude de recherche complète (en anglais)

Source : Domenico Guida1, Albina Cuomo (1), Vincenzo Palmieri (2).
(1) Département de génie civil, Université de Salerne, 84084 Fisciano, Italie.
(2) ARCADIS, Agence pour la protection des sols dans la région de Campanie, 5 Naples, Italie.

Surveillance fiable de l’eau souterraine et de surface en Roumanie

Surveillance fiable de l’eau souterraine et de surface en Roumanie

Il faut un système de surveillance continu avec fonction d’alarme pour effectuer des mesures précises du niveau de l’eau et faire des prévisions fiables sur la distribution d’eau potable, tout comme pour anticiper les inondations. Ensemble avec son partenaire MDS Electric Srl, STS a mis en œuvre un système complet de gestion des eaux de surface et souterraines en Roumanie.

La Roumanie tire la plus grande partie de son eau potable des eaux de surface comme le Danube, ainsi que de ressources en eaux souterraines. C’est pourquoi une gestion correcte de ces ressources naturelles est d’une grande importance.

Pour sauvegarder l’approvisionnement en eau potable et se protéger des inondations, le pays a investi dans une infrastructure globale de mesure hydrologique.

Illustration 1: Point de mesure des eaux souterraines 

En association avec son partenaire roumain, MDS Electric Srl, plus de 700 enregistreurs de données et plus de 350 systèmes de transmission des données ont donc été installés à travers le pays ces dernières années, y compris dans les régions éloignées. Pour cette raison, le tout premier investissement a été des instruments de mesure fonctionnant sur batterie, qui surveillent la situation actuelle sur les rivières de la région du Danube ainsi que les ressources en eaux souterraines à travers tout le pays.

Exigences spécifiques des solutions de mesure 

Il s’agissait d’une entreprise complexe, étant donné que toutes les sondes immergées et les systèmes de transmission de données mobilisés ont nécessité une évaluation et une intervention différentes pour se conformer à leurs conditions respectives. Une fonction d’alarme automatique était également indispensable dans le cas présent, au cas où les valeurs limites prédéfinies devaient être dépassées.

La surveillance en continu des niveaux d’eau aux nœuds importants du réseau de distribution en eau potable, ainsi que dans les rivières de la région du Danube, repose sur une multitude de conditions :

  • Une transmission de données automatisée et fiable via le protocole M2M
  • Une fonction d’alarme automatique lorsque la valeur limite est dépassée
  • La surveillance du niveau d’eau et de la température, ainsi que la température ambiante dans certains cas
  • Une solution de serveur avec des fonctions de visualisation, d’évaluation et de traitement des données enregistrées, ainsi que la base de données intégrée
  • Pose et entretien faciles
  • Service de support sur site

Pour la mise en œuvre de ce projet de grande envergure, STS a choisi les enregistreurs de données DL/N 70 et WMS/GPRS/R/SDI-12 pour les mesures de pression et de température, ou selon les besoins, l’émetteur de données numérique avec interface Modbus DTM.OCS.S/N pour assurer une mesure extrêmement précise du niveau de l’eau jusqu’à une précision de 0,03 pourcent aux points critiques.

En partenariat avec notre partenaire local MDS Electric Srl, STS fut en mesure de réaliser l’intégralité du système de surveillance de l’eau à partir d’une source unique. Chaque point d’installation a été évalué sur site par des experts de MDS Electric Srl et de STS, afin d’installer une solution personnalisée sur chacun de ces points de mesure individuels. La stabilité à long terme de la technologie utilisée pour la mesure de la pression est également garantie. L’émetteur Modbus DTM.OCS.S/Nexcelle dans ce domaine avec une excellente stabilité à long terme de moins de 0,1 pourcent d’erreur totale par an. Grâce à sa faible consommation d’énergie et son design robuste, ce capteur fonctionne en grande partie sans entretien pendant des années.

Autres avantages du DTM.OCS.S/N en bref:

  • Plage de pression : 200mbars…25bars
  • Précision : ≤ ± 0,15 / 0,05 / 0,03 % FS
  • Température de fonctionnement : -40… 85 °C
  • Température du fluide : -5…80 °C
  • Interface : RS485 avec Modbus RTU (protocole standard)
  • Mise en œuvre simple dans les systèmes Modbus existants
  • Réglage facile de l’intervalle et de l’écart
Pouvoir prédire les risques de catastrophe naturelle: mesurer le niveau des lacs glaciaires

Pouvoir prédire les risques de catastrophe naturelle: mesurer le niveau des lacs glaciaires

Les glaciers des Alpes sont en évolution constante. Après le dégel qui survient au printemps et en été, des lacs peuvent apparaître. Le niveau de ces derniers doit être surveillé en continu afin de pouvoir détecter les inondations de façon précoce. À cette fin, il est donc nécessaire de disposer de capteurs de pression, de capteurs de niveau et d’enregistreurs de données fiables.

L’entreprise suisse Geopraevent, présente à l’international, développe, installe et exploite des systèmes de surveillance et d’alerte de qualité pour divers risques de catastrophe naturelle, notamment les avalanches, les glissements de terrain et les inondations. En fonction de la tâche qui leur est confiée et des conditions locales, les systèmes sont conçus et déployés de façon individuelle. À l’heure actuelle, plus de 60 systèmes de surveillance et d’alerte sont utilisés dans le monde. Lorsque l’on parle de catastrophes naturelles, il n’y a pas droit à l’erreur, au regard des conséquences potentiellement graves qu’elles peuvent avoir : la technologie employée doit donc fonctionner de façon fiable année après année. C’est pour cela que tous les systèmes sont reliés aux serveurs Geopraevent, afin de garantir un fonctionnement sans faille.

Mesure du niveau des lacs glaciaires de la Plaine Morte

Cela s’applique également au système mis en service en 2011 pour assurer la surveillance du glacier de la Plaine Morte, dans les Alpes bernoises. Dès que la température grimpe au printemps, le glacier commence à fondre (voir la vidéo). Tous les ans, l’eau issue de cette fonte des glaces forme trois lacs (les lacs de Faverges, Vatseret et Strubel), dont la taille augmente tout au long des mois d’été, avant de finir par se vider chaque année.

Le danger encouru par la municipalité toute proche de Lenk, à l’origine du projet, provient principalement du lac de Faverges. Comme les deux autres lacs, il n’existe que durant les mois chauds. Après sa réapparition annuelle suite à la fonte des neiges et du glacier, l’eau se réchauffe dans les mois qui suivent, puis poursuit sa route en se frayant un chemin dans la glace. Petit à petit, cette voie de sortie s’agrandit à mesure que la fonte s’accentue. En d’autres termes, le débit en eau augmente de façon continue. En août 2014 par exemple, quelque 20 mètres cubes d’eau par seconde ont dévalé le torrent de Trüebach en direction de Lenk. Une fois le lac glaciaire vidé, le cycle reprend au printemps suivant lorsque la fonte des glaces survient.

Pour pouvoir prédire l’éventuelle vidange brutale du lac glaciaire et mettre en place les mesures de protection appropriées, un système de surveillance a été installé par Geopraevent. Il garantit un avertissement précoce d’un à deux jours. Dans la réalisation de ce projet, en raison des exceptionnelles propriétés de stabilité à long terme et d’autres avantages encore, c’est la technologie des capteurs STS qui a été une nouvelle fois choisie.

Alerte de vidange brutale des lacs glaciaires par SMS

Afin de pouvoir estimer de façon réaliste le danger que posent ces lacs glaciaires à n’importe quel moment, quatre stations de mesure ont été mises en place au total : une pour chacun des trois lacs, et une sur le Trüebach, le torrent par lequel l’eau descend vers la commune de Lenk en cas de vidange d’un lac glaciaire.

Le niveau d’eau de ces trois lacs glaciaires est contrôlé au moyen de capteurs de pression. À cette fin, les instruments de mesure sont immergés par hélicoptère dans la partie la plus profonde de chacun des lacs. Les capteurs de pression ATM/N/T sont reliés par câble aux enregistreurs de données installés sur un monticule. Les enregistreurs de données utilisés dans ce cas sont alimentés par des cellules photovoltaïques et leurs données sont transférées à Geopraevent par téléphonie mobile. Si l’enregistreur de données relève un niveau à la baisse, il y a là un signe clair que le lac glaciaire concerné est en train de se vider.

Station de mesure du glacier de la Plaine Morte (Photo: Geopraevent)

En plus de la mesure du niveau des lacs, un radar de mesure de niveau surveille également le niveau de remplissage du Trüebach. Cette station de mesure supplémentaire sert à vérifier que le lac glaciaire est bien en train de se vider en direction de la commune de Lenk. Comme le Trüebach traverse un ravin, le radar de mesure de niveau est fixé à un câble d’acier tendu en travers du ravin, également relié par câble à un enregistreur de données.

Dès que les valeurs limites prédéfinies sont dépassées dans un sens ou dans un autre dans les lacs ou le Trüebach, les habitants de Lenk à qui la responsabilité a été confiée sont informés automatiquement par SMS et peuvent dès lors prendre les mesures qui s’imposent pour éviter les inondations.

Améliorer la défense contre les anomalies climatiques grâce à des capteurs de niveau fiables

Améliorer la défense contre les anomalies climatiques grâce à des capteurs de niveau fiables

Depuis quelques années, la Russie est de plus en plus confrontée à des catastrophes environnementales causées par des conditions météorologiques extrêmes. Ces événements ont entraîné des dégâts matériels considérables et ont coûté de nombreuses vies humaines. Un vaste programme structurel visant à améliorer les prévisions météorologiques a été mis en place pour tenter de réduire ces risques et soutenir la recherche sur les changements climatiques.

Les anomalies météorologiques qui se produisent en Russie, telles que la sécheresse extrême de 2010 ou les fortes inondations de l’oblast de l’Amour en 2013, suscitent des préoccupations majeures en Russie et dans le reste du monde. Le Service fédéral russe d’hydrométéorologie et de surveillance de l’environnement (Roshydromet), qui est en charge de fournir des prévisions météorologiques de haute précision, va prochainement être renforcé dans le cadre du deuxième projet national de modernisation des services hydrométéorologiques. Un peu plus de 139 millions de dollars ont été investis dans ce projet.

Ce projet de modernisation à grande échelle aidera l’organe exécutif fédéral Roshydromet à fournir des informations fiables et actualisées sur les conditions météorologiques, l’hydrologie et le climat. Dans le même temps, la Russie devrait prochainement bénéficier d’une meilleure intégration au système mondial de services météorologiques.

Les mesures de ce projet incluent :

  • Le renforcement des technologies de l’information et de la communication nécessaires à l’acquisition de données météorologiques, climatiques et hydrologiques.
  • La modernisation du réseau d’observation.
  • La consolidation des institutions.
  • Un accès optimisé aux données et informations provenant du Roshydromet.
  • L’amélioration de la protection contre les catastrophes

Avec la modernisation du réseau d’observation hydrologique de Roshydromet dans les rivières Léna, Iana, Indigirka, Viliouï et Kolyma, une attention particulière a été accordée à la technologie de surveillance. Cette technologie, qui ne nécessite quasiment pas d’entretien, fonctionne de manière fiable dans les zones difficiles d’accès et dans les environnements extrêmes tels que le pergélisol.

Illustration 1 : Vue d’ensemble des sites de surveillance

En collaboration avec la société russe Poltraf CIS Co. Ltd., STS a fourni une partie des capteurs de niveau d’eau installés dans 40 stations de surveillance hydrologique. Le projet comportait les exigences suivantes:

  • La surveillance permanente des niveaux d’eau et des températures, ainsi que la mesure des précipitations et des chutes de neige. Cela inclut également l’installation de caméras de surveillance pour maintenir la formation de glace à des points stratégiques importants.
  • La transmission automatique et sans erreur de données via GPS ou satellite.
  • Une fonction d’alarme en cas de dépassement des limites définies.
  • Une solution de serveur pour stocker les données collectées, incluant un logiciel pour la visualisation, l’évaluation et le traitement des données.
  • Une technologie facile à installer et à utiliser qui permet un fonctionnement sans entretien majeur pendant plusieurs années.
  • Une préparation professionnelle des lieux de surveillance.

Pour répondre à ces impératifs particuliers plusieurs capteurs ont été employés, dont le capteur Modbus DTM.OCS.S/N/RS485. Cette sonde de niveau numérique mesure à la fois le niveau et la température. Sa conception robuste et sa résistance de -40 à 80 degrés Celsius lui permettent de résister aux conditions difficiles de cette application. Et sa précision de ≤ 0,03 % PE garantit des résultats précis aux points de mesure critiques.

Autres avantages de ce capteur de niveau numérique :

  • Capteur de niveau numérique de haute précision pour une intégration facile dans les réseaux Modbus standard.
  • Adaptation individuelle à diverses applications grâce à une conception modulaire.
  • Précision maximale sur toute la plage de températures grâce à une compensation électronique.
  • Réglage du décalage d’origine et de la plage de mesure via Modbus.
  • Stabilité à long terme de la cellule de mesure.
  •  Possibilité de recalibrer le capteur.

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