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

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

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Hydrology

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.

 

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

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

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Hydrology

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
Contact
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

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Hydrology

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.

Contact
La force de l’eau : l’énergie renouvelable des mers et des océans

La force de l’eau : l’énergie renouvelable des mers et des océans

by | Wednesday, 1 July, 2020 | Water

L’idée de dompter la force de la mer pour produire de l’énergie n’est pas nouvelle. Le défi principal réside dans le développement de systèmes de conversion d’énergie qui restent économiques tout en impactant faiblement l’environnement. C’est dans ce cadre qu’un projet très prometteur intitulé REWEC3 est né en Italie.

Le convertisseur d’énergie de résonance des vagues (REWEC3) est une technologie avancée qui produit de l’énergie électrique à partir de l’énergie des vagues en mer. Le premier exemplaire de cet instrument a été construit avec succès dans le port de Civitavecchia. Son fonctionnement est basé sur les systèmes de colonne d’eau oscillante (OWC).

Les colonnes d’eau oscillantes présentent un grand potentiel de source d’énergie renouvelable tout en ayant un faible impact sur l’environnement. Lorsque les niveaux d’eau autour et à l’intérieur d’une colonne d’eau oscillante montent, ils produisent un mouvement d’eau qui pousse l’air dans une chambre de collecte dans laquelle l’air est ensuite déplacé d’avant en arrière au sein d’un système de prise de force (PDF). Le système PDF converti, à son tour, ce mouvement d’air en énergie. Parmi les modèles qui convertissent le mouvement d’air en électricité, le système PDF a la forme d’une turbine bi-directionnelle. Indépendamment du sens du flux d’air, la turbine tourne ainsi toujours dans la même direction fournissant ainsi de l’énergie continue.

Le système REWEC3 de Civitavecchia est né d’un projet de recherche de l’université méditerranéenne de la région de Calabre et est utilisé aujourd’hui par la société Wavenergy.it. L’installation se présente essentiellement sous la forme d’un caisson renforcé en béton. Ce caisson est doté d’un conduit vertical sur le côté faisant face aux vagues (1), qui présente une ouverture à la mer (2) sur son côté supérieur et s’ouvre à l’opposé sur une chambre intérieure (3) par une ouverture plus basse (4). Cette chambre intérieure contient de l’eau dans sa partie basse (3a) et une poche d’air dans sa partie supérieure (3b). Une conduite d’air (5) connecte cette poche d’air à l’air ambiant par le biais d’une turbine à auto-redressement (6). Les mouvements des vagues créent des variations de pression à l’entrée du conduit vertical (2). Par conséquent, l’eau à l’intérieur du conduit monte et retombe à l’intérieur du conduit (1). Cela entraîne la compression ou l’expansion de la poche d’air dans la partie supérieure du conduit. L’air circule à l’intérieur de la conduite d’air (5) puis fait tourner la turbine à auto-redressement (6).

Le principe des installations REWEC3 exploite le mouvement des vagues dans la mer pour générer de l’électricité. L’air à l’intérieur de la chambre à air est alternativement compressé (par les pics de vagues) et décompressé (par les creux de vagues) de sorte qu’un flux d’air alternatif est créé dans la conduite qui, à son tour, entraîne une turbine à auto-redressement. L’énergie électrique est ensuite produite par un générateur coaxial.

Les avantages des installations REWEC3 dans la production d’électricité parlent d’eux-mêmes:

  • elles n’impactent le paysage car elles sont à peine visibles de l’extérieur.
  • elles absorbent l’action des vagues et modèrent l’impact des tempêtes sur la côte.
  • la faune marine ne risque rien grâce à la position élevée des turbines.
  • Une installation d’un kilomètre de long peut produire 8 000 MWh par an.

Un système tel que REWEC3 nécessite impérativement une surveillance fiable et rapide des différences de pression issues des vagues. Suite à toute une série de tests exhaustifs, les chercheurs de l’université méditerranéenne ont opté pour les capteurs de niveau de haute précision de STS ATM.1ST/N. Les éléments qui ont été décisifs pour le choix des transmetteurs de pression ATM.1ST/N transmetteurs de pression ont été les temps de réponse très courts de < 1ms / 10 à 90 % FS ainsi que leur grande stabilité sur le long terme sur une plage de température étendue. De plus, le fait que les instruments de mesure de STS soient facilement adaptables à toutes sortes d’équipements grâce à leur structure modulaire est un atout indéniable. Les capteurs de niveau ATM.1ST/N installés peuvent même être facilement configurés pour être utilisés avec les collecteurs de données de National Instruments.

Image Source: Wavenergy.it

Contact
La surveillance des niveaux pour les commandes de pompes de réservoirs d’eaux pluviales et d’eaux usées

La surveillance des niveaux pour les commandes de pompes de réservoirs d’eaux pluviales et d’eaux usées

by | Tuesday, 30 June, 2020 | Water

Les dispositifs d’approvisionnement en eau et d’élimination des eaux usées varient selon les installations et configurations des bâtiments. En Belgique, de nombreuses caves sont situées plus en profondeur que les canalisations d’égouts et nécessitent des pompes à eau pour l’élimination des eaux usées.

La société belge Pumptech propose de puissants systèmes industriels de pompage pour les maisons individuelles et les immeubles. Ces systèmes permettent de réguler partiellement la circulation de l’eau dans les bâtiments. Dans certaines régions belges, ces systèmes de pompes sont indispensables car les caves des bâtiments sont souvent situées sous le système d’égouts.

Étant donné que les eaux usées de ces bâtiments ne peuvent pas s’écouler directement dans le système d’égouts, elles sont temporairement stockées dans des réservoirs puis pompées et acheminées vers le système d’égouts. Ces systèmes de pompage peuvent également être employés pour collecter les eaux pluviales dans des réservoirs séparés, afin d’alimenter les installations sanitaires des bâtiments. L’eau de pluie récoltée sur le toit des bâtiments est acheminée vers des réservoirs souterrains, où elle est stockée pour une utilisation ultérieure.

Qu’il s’agisse de systèmes de pompage d’eaux usées ou d’eaux pluviales, la surveillance des niveaux des réservoirs est primordiale pour réguler le fonctionnement des pompes. Pour contrôler les niveaux de remplissage, Pumptech utilise depuis plus de 15 ans des sondes immergeables ATM.ECO/N. La surveillance des niveaux était auparavant effectuée à l’aide d’interrupteurs à flotteur. Mais ces dispositifs sont peu efficaces, en particulier pour les réservoirs d’eaux usées. Le principal inconvénient des interrupteurs à flotteur est qu’ils s’encrassent rapidement avec les impuretés qui flottent à la surface de l’eau, puis finissent par ne plus fonctionner. Cela peut avoir de lourdes conséquences, car les pompes sont directement contrôlées par la mesure du niveau de remplissage. Les réservoirs sont habituellement équipés de deux à trois pompes internes, qui se déclenchent à des niveaux prédéfinis. Des alarmes peuvent également être déclenchées lorsque certaines limites sont atteintes.

Les sondes immergeables, quant à elles, sont généralement installées au fond des réservoirs et ne sont pas particulièrement sensibles à la contamination d’origine hydrique. Après avoir testé différents fournisseurs, Pumptech a fait le choix d’utiliser les sondes de niveau analogiques ATM.ECO/N de STS. Ces sondes, qui équipent désormais tous leurs systèmes de commandes de pompe, offrent la fiabilité à long terme dont ils ont besoin.

Les sondes immergeables ATM.ECO/N sont dotées d’une membrane scellée en acier inoxydable de haute qualité. Le câble de raccord de pression est également équipé d’un filtre anti-humidité afin d’empêcher l’eau ou d’autres contaminants de pénétrer dans la cellule de mesure. Le deuxième avantage principal de ces sondes immergeables est leur temps de réponse. Leur réactivité, bien meilleure que celle des interrupteurs à flotteur, permet aux utilisateurs de surveiller en temps réel les niveaux des réservoirs.

Pour télécharger la fiche technique de la sonde de niveau ATM.ECO/N cliquez ici (fichier PDF).

Contact