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.
La mesure de la pression hydrostatique à l’aide de capteurs de niveau piézorésistifs

La mesure de la pression hydrostatique à l’aide de capteurs de niveau piézorésistifs

L’eau est une ressource naturelle qui joue un rôle déterminant dans notre biosphère et dont la gestion est l’objet de forts enjeux. Compte tenu de son caractère vital, la gestion et la surveillance de l’eau sont des éléments de grande importance.

En règle générale, ce qui ne peut pas être mesuré précisément ne peut pas être géré efficacement. Qu’il s’agisse de la gestion de l’approvisionnement en eau douce, du traitement de l’eau potable, du stockage et du contrôle des volumes consommés, du traitement des eaux usées ou de l’hydrométrie, les données de mesure sont essentielles à un suivi et une planification efficaces. De nos jours, une large gamme d’appareils et de processus permettent de collecter des données hydrométriques complexes. Les dispositifs de mesure les plus répandus sont sans aucun doute les jauges de niveau. Cependant, ces appareils n’offrent qu’une précision de +/- 1 cm et ne fonctionnent que de manière « analogique ». Cela signifie qu’ils doivent être inspectés et contrôlés de manière visuelle sans l’aide de dispositifs de transmission des données. Aujourd’hui, les instruments de mesure modernes sont beaucoup plus perfectionnés et précis que les jauges de niveau et permettent la transmission à distance des données mesurées. Par exemple, les capteurs de pression piézorésistifs utilisés pour les mesures de niveau des eaux souterraines et de surface.

La mesure des niveaux à l’aide de capteurs de pression

Pour effectuer des mesures de niveaux à l’aide de capteurs de pression, les capteurs sont installés au fond de la masse d’eau à surveiller. Contrairement aux jauges de niveau, les capteurs de niveau piézorésistifs sont étudiés pour répondre aux exigences actuelles en matière d’automatisation et de contrôle des processus. Ainsi, les niveaux d’eau peuvent être mesurés sans intervention humaine, ce qui permet une surveillance continue des endroits difficiles d’accès.

Les capteurs de niveau hydrostatiques mesurent la pression au fond d’une masse d’eau, où la pression hydrostatique est proportionnelle à la hauteur de la colonne de liquide. Les mesures sont également assujetties à la densité du liquide et à la force gravitationnelle. Voici la formule de calcul basée sur le théorème de Pascal :

p(h) = ρ * g * h + p0

p(h) = pression hydrostatique
ρ = densité du liquide
g = force gravitationnelle
h = hauteur de la colonne de liquide

Considérations importantes pour une surveillance des niveaux sans incidents

Étant donné que les capteurs de niveau piézorésistifs sont installés au fond de la masse d’eau, les éléments présents en surface (p.ex. l’écume et les résidus) ne sont pas en contact avec les capteurs et n’influencent pas les mesures. Cependant, les capteurs de niveau doivent être adaptés en fonction des conditions de mesure. Par exemple, dans un environnement d’eau salée il est recommandé d’utiliser des capteurs de niveau équipés d’un boîtier en titane. Pour des applications où des effets galvaniques peuvent survenir, un appareil de mesure en PVDF (polyfluorure de vinylidène) est le meilleur choix. Dans la plupart des eaux douces, un acier inoxydable de haute qualité est suffisant. Enfin, la mise à la terre des capteurs de niveau est essentielle, par exemple pour prévenir les dommages causés par la foudre.

Les capteurs de niveau modernes : toutes les données depuis un seul appareil

Les capteurs de niveau piézorésistifs peuvent être utilisés pour surveiller les niveaux des eaux libres (telles que des lacs), des nappes phréatiques, et des réservoirs fermés. En eaux libres, les mesures sont effectuées à l’aide de capteurs de pression relative. Ces capteurs permettent de compenser la pression de l’air par un capillaire situé à l’intérieur du câble. Dans les réservoirs, les mesures sont généralement effectuées avec des capteurs de pression différentielle, car la couche de gaz qui presse le liquide doit également être prise en compte.

Grâce au fonctionnement autonome des capteurs de niveau piézorésistifs et à leur capacité de résistance à des pressions très élevées, les mesures en grandes profondeurs sont désormais possibles. Théoriquement, la seule limite de profondeur des capteurs piézorésistifs est la longueur du câble du capteur.

Exemples de capteurs de niveau pour la mesure de la pression hydrostatique

Outre le fait qu’ils n’ont pratiquement aucune limite de profondeur, ces instruments de mesure modernes sont également très polyvalents. Après tout, la mesure des niveaux n’est pas le seul élément à prendre en considération pour une masse d’eau. La qualité de l’eau est également d’une grande importance pour la surveillance des eaux souterraines. La pureté d’une réserve d’eau souterraine peut par exemple être déterminée par sa conductivité. Plus la conductivité est basse, plus l’eau est pure. En plus des capteurs de conductivité, certains capteurs de niveau permettent également de mesurer la température. Les capteurs de niveau piézorésistifs offrent un large éventail de tâches de surveillance et sont sans conteste préférables aux jauges de niveau standard.