3. ESTIMATIONS DU DÉBIT D'EAU

Note: vous pouvez accroître la précision de cette méthode en augmentant la distance entre A et B à 30 m, 50 m, voire 100 m. Une plus grande distance entre A et B est en particulier recommandée quand le courant du cours d'eau est rapide. Plus vite coule l'eau, plus grande doit être cette distance.

Note: vous pouvez aussi augmenter la précision de la méthode en répétant 5, 7 ou même 10 fois la mesure du temps qu'il faut au flotteur pour aller de AA à BB.

Mais souvenez-vous:

• plus longue est la durée de ce temps, moins il est nécessaire d'en répéter la mesure;
• plus longue est la durée de ce temps, plus grande peut être la différence entre chacune des mesures.

Exemple

Distance entre AA et BB = 20 m.
Vous avez lâché cinq fois le flotteur dans le courant et vous avez trouvé successivement qu'il lui fallait: 50. 47, 51,48 et 54 secondes pour aller de AA à BB.
Le temps moyen est donc de 50 + 47 + 51 + 48 + 54 = 250 s ÷ 5 = 50 s
La vitesse de l'eau en surface est de 20 m ÷ 50 s = 0,4 m/s
La vitesse moyenne de l'eau est de 0,4 m/s x 0,85 (coefficient de correction) = 0,34 m/s.

Calculez le temps moyen mis par la tache pour atteindre la ligne BB, en additionnant t₁ et t₂ et en divisant cette somme par 2.

Exemple

Temps mis par le devant de la tache (t₁) pour atteindre la ligne BB = 95 secondes;
Temps mis par l'arrière de la tache (t₂) pour atteindre la ligne BB = 105 secondes;
Soit au total: 95 s + 105 s = 200 secondes;
Temps moyen: 200 s ÷ 2 = 100 secondes.

Calculez la vitesse de l'eau (m/s) en divisant la distance AA-BB (m) par le temps moyen (s).

Note: lorsque vous vous servez d'une matière colorante, vous n'avez pas à multiplier la vitesse de l'eau par un coefficient de correction, comme vous le faites lorsque vous utilisez un flotteur.

Exemple

Distance AA-BB = 20 m;
Temps moyen = 100 s;
Vitesse de l'eau: 20 m ÷ 100 s = 0,2 m/s

Exemple

Section mouillée moyenne = 1,8 m².

Exemple

Vitesse de l'eau = 0,2 m/s;
Section mouillée moyenne = 1,8 m²;
Débit = 0,2 m/s x 1,8 m² = 0,36 m³/s,
ou 0,36 m³/s x 1 000 = 360 l/s.

Qu'est-ce qu'un déversoir?

Un déversoir est un obstacle mis en travers d'un cours d'eau pour forcer toute l'eau à passer par une échancrure pratiquée à cet effet. Il en existe différents types et modèles. Nous en examinerons ici deux: le déversoir triangulaire et le déversoir rectangulaire. déversoir rectangulaire.

Dans ces deux modèles de déversoirs, l'échancrure a des parois minces, de telle sorte que l'eau qui passe n'y touche que des arêtes très fines, et la largeur de l'échancrure est inférieure à celle du cours d'eau (déversoir à contractions latérales).

Quand il est en place en travers d'un ruisseau ou d'un canal, le déversoir relève le niveau de l'eau en amont. Pour bien fonctionner, il doit créer une chute verticale suffisante entre le bas de l'échancrure et la surface de l'eau en aval. Dans ce cas, l'eau tombe librement et l'air peut circuler au- dessous de la chute d'eau.

La crête d'un déversoir correspond au bord inférieur de l'échancrure. Dans un déversoir rectangulaire, la largeur de la crête coïncide avec la largeur de l'échancrure. Dans un déversoir triangulaire, la crête a une largeur nulle.

La charge sur le déversoir est la distance verticale entre la crête du déversoir et la surface non perturbée de l'eau en amont.

Avantages et inconvénients des déversoirs

Avantages:

• ils permettent de mesurer facilement et avec précision le débit d'eau;
• ils sont faciles à construire et ne demandent que peu d'entretien;
• les petits débris flottants passent aisément à travers l'échancrure;
• ils durent longtemps.

Inconvénients:

• ils exigent une perte de charge considérable pour bien fonctionner;
• les gros débris flottants peuvent se bloquer dans l'échancrure et modifier le débit;
• des variations de débit peuvent se produire, par exemple si des débris se bloquent dans le déversoir ou si un ensablement se forme derrière le déversoir, etc.

Où installer un déversoir?

Un déversoir doit être installé sur un tronçon rectiligne en amont sur une distance au moins dix fois supérieure à la largeur de la crête du déversoir.

Pour augmenter la précision du système, installez le déversoir à l'extrémité aval d'un long bief dormant, suffisamment large et profond pour que le courant approche le déversoir lentement, régulièrement et sans remous.

La vitesse de l'eau immédiatement en amont du déversoir ne devrait pas dépasser 0,14 m/s.

Installez le déversoir là où le niveau en amont de celui-ci ne provoquera pas de pertes anormales d'eau en inondant les berges, ni d'infiltrations dans le haut des rives qui n'étaient pas submergées précédemment. Il faut être particulièrement prudent en plaine, ou lorsqu'il existe près du cours d'eau des canaux ou des fossés qui se trouveraient au-dessous du nouveau niveau d'eau, en amont du déversoir.

Pour obtenir des mesures précises du débit avec un déversoir triangulaire, assurez-vous que:

• la charge sur le déversoir est supérieure à 5 cm;
• la hauteur de crête, au-dessus du fond du cours d'eau en amont du déversoir, dépasse de deux à trois fois cette charge;
• la chute d'eau en aval du déversoir est assez haute pour créer une retombée verticale de l'eau en chute libre.

Note: avant de commencer à construire le déversoir, préparez soigneusement vos plans de façon à satisfaire aux conditions ci-dessus de charge, de hauteur de crête et de chute libre. Pensez particulièrement à la largeur du cours d'eau (si possible, plus de sept fois la charge maximale) et à sa profondeur, là où vous prévoyez d'installer l'appareil, car, une fois construit, il sera difficile de le modifier.

Si le débit est supérieur à 110 l/s, vous devez estimer approximativement la profondeur de l'échancrure. A l'aide du tableau 4, vous trouverez la charge (en cm) correspondant au débit maximal (en l/s) à mesurer; ajoutez environ 10 cm à cette valeur de charge pour obtenir la profondeur de l'échancrure triangulaire nécessaire.

Comment concevoir un déversoir rectangulaire

Le type de déversoir dont nous parlerons ici a une échancrure rectangulaire et une largeur de crête inférieure à la largeur du cours d'eau. Les trois parois de l'échancrure doivent être minces: 3 mm au maximum.

Pour obtenir des mesures de débit précises avec un déversoir rectangulaire, s'assurer que:

• la charge sur le déversoir est supérieure à 5 cm;
• la largeur de la crête est au moins de 15 cm et devrait, de préférence, être plus de troi foi la charge maximale à mesurer;
• la hauteur de la crête au-dessus du lit du cours d'eau en amont du déversoir est supérieure à la charge de deux à trois fois;
• la distance des parois verticales de l'échancrure aux rives du cours d'eau est plus du double de la charge maximale à mesurer;
• la chute à l'aval du déversoir est suffisamment haute pour que la retombée d'eau soit libre.

Note: avant de commencer à construire le déversoir, préparez soigneusement vos plans pour satisfaire aux conditions ci-dessus de charge, de hauteur de crête et de chute. Pensez particulièrement à la largeur du cours d'eau (si possible, plus de sept fois la charge maximale), ainsi qu'à sa profondeur à l'endroit où vous comptez installer le déversoir, car une fois construit, il sera difficile de le modifier. plus de sept fois la charge maximale), ainsi qu'à sa profondeur à l'endroit où vous comptez installer le déversoir, car une fois construit, il sera difficile de le modifier.

Construire un déversoir en bois

Vous pouvez construire un déversoir avec des panneaux ou des planches bien ajustés et maintenus ensemble par des traverses sur les deux faces.

L'épaisseur des planches que vous utiliserez dépendra de la largeur du cours d'eau et de la force du courant. Pour un ruisseau très étroit, vous pouvez prendre du bois mince, mais, pour les cours d'eau rapides et larges, vous devez utiliser du bois plus épais ou du bois de charpente.

Recouvrez les vides entre panneaux ou planches avec des lattes de bois pour empêcher les fuites.

Une fois votre déversoir en place, il ne vous reste plus qu'à découper l'échancrure dans le bord supérieur.

Déversoir triangulaire

Comment pratiquer une échancrure triangulaire à angle droit dans le bois:

• déterminez le centre du bord supérieur du déversoir;
• de chaque côté de ce centre, mesurez et marquez une longueur égale à la profondeur de l'échancrure (disons 30 cm);
• du centre, tracez vers le bas une ligne perpendiculaire de longueur égale à la profondeur de l'échancrure;
• reliez l'extrémité de cette ligne aux deux repères marqués précédemment sur le bord supérieur du déversoir: vous avez ainsi dessiné une échancrure triangulaire à angle droit (90º);

• avec une scie à bois, découpez soigneusement l'échancrure;
• vérifiez l'échancrure avec une équerre, pour vous assurer que son ouverture est bien à 90º et que toutes les autres mesures sont exactes;
• si nécessaire, renforcez les panneaux ou planches que vous avez découpés. Servez-vous pour cela de bois que vous placerez sur la face aval du déversoir;
• limez en biseau les deux parois de l'échancrure jusqu'à atteindre une épaisseur de 3 mm au maximum sur la face amont du déversoir.

Construire un déversoir avec d'autres matériaux

Vous pouvez aussi construire un déversoir avec une feuille de tôle, plane ou ondulée.

Avec une feuille de tôle plane

L'épaisseur et la résistance de la tôle que vous aurez à choisir dépendront de la rapidité du courant et de la grandeur du cours d'eau.

Quand vous découperez l'échancrure dans la tôle, veillez bien à ce que les bords soient droits et minces. Demandez au besoin au forgeron local de vous aider.

Note: si votre déversoir de tôle a besoin d'un support supplémentaire, laissez en place les pieux verticaux que vous avez installés pour l'aligner en travers du courant, mais enlevez ceux situés juste derrière l'échancrure.

Avec une tôle ondulée

La tôle ondulée est en général plus facile à trouver que la tôle plane et meilleur marché.

La tôle ondulée a l'inconvénient de se plier le long de ses ondulations. Mais si le déversoir a été bien ancré dans les berges et dans le fond du cours d'eau et si les ondulations de la tôle ont été disposées horizontalement, l'installation sera très solide.

Une échancrure découpée dans une tôle ondulée est irrégulière de forme et donne de moins bons résultats. Pour éviter cela, ajustez une pièce de bois au centre de la tôle et découpez-y l'échancrure pour un déversoir normal en bois.

Note: si un déversoir fait de tôle ondulée nécessite un support supplémentaire, laissez en place les pieux verticaux que vous avez plantés dans le courant pour aligner l'appareil perpendiculairement aux rives, mais n'oubliez pas d'enlever ceux situés derrière l'échancrure.

Pour que vos mesures soient correctes, il est essentiel que votre déversoir:

• soit construit à angle droit (90º) par rapport à la direction du courant;
• soit exactement en position verticale (également à 90º) par rapport à la surface de l'eau.

Quand vous installez un déversoir ou quand vous le construisez en place, vérifiez régulièrement ces positions.

Utilisation du déversoir pour déterminer le débit du cours d'eau

On se sert de déversoirs pour déterminer le débit de l'eau, en mesurant la charge, c'est-à-dire la différence de niveau entre la crête du déversoir et la surface de l'eau en amont de celui-ci.

Le niveau de l'eau qui passe effectivement par-dessus la crête est plus bas que celui du cours d'eau en amont, parce qu'à mesure que l'eau se rapproche du déversoir, son niveau commence à baisser avant qu'elle ne déborde par-dessus la crête.

Pour mesurer la charge, soit le niveau d'eau constant en amont correspondant à celui du déversoir, vous devez reporter un point, égal à la hauteur de crête au déversoir, en un autre point en amont choisi là où le niveau d'eau est constant.

Pour trouver ce point, mesurez une distance en amont du déversoir qui soit au moins égale à dix fois la profondeur de l'échancrure.

Marquez un point en amont pour mesurer la charge, après avoir dérivé le cours d'eau

Laissez maintenant l'eau regagner son lit normal. Assurez-vous que le fossé de dérivation soit bien fermé, de façon que, lorsque le niveau montera derrière le déversoir, l'eau ne puisse pas s'échapper dans les canaux ou les fossés, ou encore par infiltration ou débordement (voir page 63). Lorsque le cours d'eau a atteint en amont son niveau constant, le sommet du piquet doit être submergé.

Vérifiez que le déversoir a été bien construit et que toutes les normes ont été respectées.

• déversoir triangulaire
• déversoir rectangulaire

Vous obtiendrez la charge de votre déversoir en plaçant le zéro d'une latte graduée au sommet du piquet et en mesurant la profondeur de l'eau au- dessus de ce sommet.

Marquez un point en amont pour mesurer la charge, quand vous n'avez pas dérivé le cours d'eau

Si vous n'avez pas dérivé le cours d'eau avant de construire votre déversoir, vous devez marquer votre point en amont dans l'eau.

Enfoncez un piquet près de la rive, au point en amont que vous avez choisi.

Le piquet doit être assez haut pour rester au-dessus de la surface de l'eau quand elle atteindra son niveau maximal.

Placez dans l'échancrure une latte graduée dont le zéro coïncide avec le niveau de la crête du déversoir. Votre latte doit être un peu plus longue que la profondeur de l'échancrure. Avec un niveau de maçon et une planche bien plane, transférez le niveau du sommet de la latte graduée sur le piquet et marquez ce point.

Enlevez votre latte de l'échancrure et attachez-la au piquet en alignant son sommet avec cette marque.

Vérifiez que le déversoir a été bien construit et que toutes les normes ont été respectées, (déversoir triangulaire ou déversoir rectangulaire )

Vous obtiendrez la charge du déversoir en lisant sur la latte graduée le chiffre coïncidant avec la surface de l'eau.

Vous avez vu précédemmente que les déversoirs triangulaires sont utilisés en général pour mesurer les faibles débits, tandis que les déversoirs rectangulaires servent pour les débits plus importants. Pour cette raison, mesurez la charge d'un déversoir triangulaire avec une latte graduée en demi-centimètres et celle d'un déversoir rectangulaire avec une latte graduée en centimètres.

Note: lorsque vous mesurez la charge au point en amont, faites attention à ne pas perturber la surface de l'eau (par exemple en vous tenant debout dans le courant), car vous risqueriez de fausser la lecture de la charge.

Entretien des déversoirs

L'estimation précise du débit au moyen d'un déversoir exige que celui-ci soit régulièrement entretenu:

• nettoyez le et enlevez les débris qui se seraient pris dans l'échancrure;
• enlevez la vase qui s'accumule sur la face amont du déversoir;
• prévenez l'érosion du lit, qui s'affouille sur la face aval du déversoir;
• vérifiez l'alignement du déversoir: vertical (par rapport à la surface de l'eau) et perpendiculaire à la direction du courant;
• vérifiez la bonne étanchéité du déversoir;
• vérifiez que le niveau zéro de la latte graduée placée en amont coïncide bien avec le niveau de la crête du déversoir.

Calcul du débit au moyen d'un déversoir

Déversoir triangulaire

Exemples

Le niveau constant de l'eau au point de mesure en amont est proche de 23,5 cm: c'est la valeur de la charge de votre déversoir. Le tableau 4 vous indique que, pour une charge de 23,5 cm, le débit est de 36,68 l/s.

Le niveau d'eau constant au point de mesure en amont est de 34 cm, ce qui représente la valeur de la charge sur le déversoir. Le tableau 4 vous indique qu'à cette valeur correspond un débit de 92,35 l/s.

Déversoir rectangulaire

Exemple

Votre déversoir rectangulaire a une crête de 30 cm de large et vous avez mesuré une charge de 10 cm. Repérez cette valeur sur l'échelle de gauche du tableau. Suivez la ligne horizontale y correspondant jusqu'à la colonne pour la largeur de crête de 30 cm (notez que dans le cas présent cette valeur est encore dans la partie supérieure du tableau, là où les valeurs des débits sont les plus précises); vous trouverez pour le débit une valeur de 16,29 l/s.

Exemple

La crête du déversoir a 60 cm de large et vous avez mesuré pour votre charge une valeur intermédiaire proche de C = 15 cm. Pour estimer le débit d'un tel cours d'eau, vous devez calculer la moyenne entre les valeurs de débit D trouvées dans le tableau 5 pour C = 14 cm et C = 16 cm, pour une crête de 60 cm.

• pour C = 16 cm, D = 66,89 l/s
• pour C = 14 cm, D = 55,13 l/s.

Faites la somme de ces deux valeurs et en la divisez-la par 2: 66,89 + 55,13 = 122,02 ÷ 2 = 61,01 l/s.
Disons que la valeur correcte du débit de votre cours d'eau avec une charge de 15 cm est de 61 l/s.

Si la largeur de crête de votre déversoir a plus de 30 cm et ne figure pas dans le tableau 5 (par exemple 40, 50, 70 ou 80 cm), vous pouvez néanmoins calculer le débit en vous servant de l'avant-dernière colonne de droite intitulée par 10 cm et en suivant les étapes de l'exemple ci-dessous.

• repérez votre valeur de charge dans la dernière colonne à droite et notez la valeur correspondante de débit (en l/s) par 10 cm de largeur de crête;
• notez également la valeur du débit figurant dans la colonne où la largeur de crête est inférieure à celle du déversoir que vous utilisez;
• calculez le nombre de dizaines de centimètres supplémentaires que compte la largeur de votre crête par rapport à la largeur de crête inférieure que vous avez trouvée dans le tableau;
• multipliez maintenant la valeur de débit trouvée dans la colonne «par 10 cm» par ce nombre et ajoutez le résultat au débit que vous avez trouvé pour une crête plus étroite;
• le résultat vous donne la valeur du débit pour la largeur de crête de votre déversoir.

Exemple

La largeur réelle de la crête de votre déversoir est de 110 cm et vous avez mesuré une charge proche de 34 cm.
La colonne où figure une largeur de crête juste inférieure à 110 cm est celle des 90 cm, avec un débit de 303,50l /s.
Pour une charge semblable, le débit par 10 cm de largeur de crête est de 34,40 l/s.
La différence entre la largeur réelle de la crête et celle qui figure au tableau est de 110 cm - 90 cm = 20 cm.
Le nombre de dizaines de centimètres supplémentaires est 20 cm ÷ 10 cm = 2.
Par conséquent, le débit à ajouter est de: 34,40 l/s x 2 = 68,80 l/s.
La valeur correcte du débit de ce cours d'eau pour une largeur réelle de crête de 110 cm est donc de:303,50 l/s + 68,80 l/s = 372,30 l/s.

Exemple

La crête a une largeur de 50 cm et la charge est de 15 cm. Repérez cette charge sur l'échelle de gauche du tableau.
Tirez une ligne horizontale jusqu' au point de rencontre avec la courbe des 50 cm (largeur de crête). Abaissez une verticale jusqu'au bas de l'échelle. Vous trouverez pour votre débit une valeur de 51 l/s environ.

TABLEAU 5
Estimation du débit d'un cours d'eau (en l/s) au moyen d'un déversoir rectangulaire^{1 2}

Note: La précision des valeurs du débit diminue lorsque la charge est supérieure d'un tiers à la largeur de la crête. Les valeurs des débits dans le tableau sont divisées en trois sections. Les valeurs de la section blanche sont les plus précises. Dans les autres sections, la précision diminue au fur et à mesure que la charge augmente jusqu'à une valeur égale à la largeur de crête.

¹ Avec contractions latérales complètes et parois minces.
² Débit approximatif correspondant à chaque 10 cm supplémentaires de crête (pour des largeurs de crête de 30 cm ou plus et pour les valeurs indiquees seulement dans la partie supérieure du tableau).

TABLEAU 6
Estimation du débit d'un cours d'eau (en l/s) au moyen d'un déversoir rectangulaire¹

¹ à contractions latérales et à parois minces

3.7 Débit d'eau à travers un tuyau droit

Si l'eau qui s'écoule d'un niveau supérieur sort du tuyau au-dessus du niveau d'eau inférieur, vous pouvez déterminer la charge en mesurant la distance verticale entre la surface de l'eau au-dessus et le centre du tuyau au-dessous.

Pour calculer la charge, marquez d'abord un point constant à partir duquel vous pourrez prendre vos mesures. Pour cela, servez-vous d'un niveau de maçon et d'une planche plane, ou d'une corde tendue à l'horizontale entre deux piquets.

Placez la planche sur le sommet de la berge, en vous assurant de son horizontalité au moyen d'un niveau de maçon. Si la planche n'est pas horizontale, redressez-la avec des pierres jusqu'à ce qu'elle le soit. Calculez la charge en mesurant la hauteur requise de chaque côté de la digue et en faisant la différence entre ces deux hauteurs.

Exemple

Pour un tuyau au-dessus de la ligne d'eau, mesurez la distance (AB) depuis l'horizontale jusqu'à la surface de l'eau sur le niveau supérieur; puis mesurez la distance (CD) depuis l'horizontale jusqu'au centre du tuyau sur le niveau inférieur. La charge est CD - AB.

Un autre moyen consiste à planter un piquet de chaque côté de la digue. Plantez les piquets dans l'eau un peu à l'écart du bord de la berge. A l'aide d'un niveau, tendez une corde horizontalement entre les deux piquets. Déterminez la charge en mesurant la hauteur requise de chaque côté de la digue et en faisant la différence entre ces deux hauteurs.

Exemple

Pour un tuyau débouchant sous la ligne d'eau, mesurez la distance depuis l'horizontale jusqu'à la surface de l'eau (AB), sur le niveau supérieur; mesurez la distance depuis l'horizontale jusqu'à la surface de l'eau (CD), sur le niveau inférieur. La charge est CD - AB.

Après avoir déterminé la valeur de la charge, calculez le débit en vous servant du tableau 7 pour les tuyaux de diamètre intérieur inférieur à 9 cm, ou du tableau 8 pour les tuyaux de diamètre intérieur supérieur à 9 cm. Repérez la valeur de la charge (en cm) sur l'échelle verticale du tableau et tracez de cette valeur une ligne horizontale jusqu'au point de rencontre de la courbe correspondant au diamètre du tuyau que vous utilisez. Abaissez la verticale jusqu'au bas de l'échelle, où vous lirez le débit d'eau (en l/s).

Exemples

Le diamètre intérieur de votre tuyau est d'environ 7,6 cm; vous avez déterminé une charge de 18 cm. Repérez ce chiffre sur l'échelle de gauche du tableau 7 (diamètre inférieur à 9 cm); suivez la ligne horizontale correspondante jusqu'à la courbe des diamètres de 7,6 cm. La verticale abaissée à partir de ce point vous donne sur l'échelle du bas le débit d'eau, soit environ 6,5 l/s.

Votre tuyau a un diamètre intérieur d'environ 25,4 cm et la charge est de 19,5 cm; à partir de ce chiffre figurant sur l'échelle de gauche du tableau 8 (diamètre supérieur à 9 cm), suivez une ligne horizontale jusqu'à la courbe des diamètres de 25,4 cm. Abaissez la verticale jusqu'au bas de l'échelle: vous trouverez que le débit d'eau de votre tuyau est d'environ 76 I/s.

TABLEAU 8
Estimation du débit d'eau passant dans un tuyau droit de diamètre intérieur supérieur à 9 cm

Comment fabriquer un siphon

Un siphon peut se faire avec un tube de caoutchouc ou de plastique, suffisamment long et souple pour aller du niveau supérieur au niveau inférieur en passant par-dessus la digue de l'étang.

Comment fonctionne un siphon

Un siphon ne fonctionne que s'il y a différence de niveau entre les deux surfaces d'eau et si l'extrémité du tube placée au niveau inférieur est au- dessous de l'extrémité du tube immergée au niveau supérieur.

TABLEAU 10
Estimation du débit d'eau passant à travers un siphon de diamètre intérieur supérieur à 9 cm