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.
