Déversoirs d’orage : il est temps d’instrumenter !

En cas de fortes précipitations, les déversoirs d’orage installés sur les réseaux unitaires dévient les excès d’eau vers le milieu extérieur, ou vers des bassins d’orage, afin de ne pas noyer la station d’épuration. Or, la pollution déversée dans le milieu naturel doit être maîtrisée et connue, ce qui implique d’instrumenter ces ouvrages. Le 21 juillet 2015, un nouvel arrêté est venu préciser les modes d’application de la loi (voir encadré). Cette piqûre de rappel a réveillé le marché. Alain Cridel, directeur commercial chez Paratronic comme Christophe Lichtle, gérant d’Isma, confirment tous deux une nette augmentation des commandes. « Nous recevons surtout plus de demandes d’information et d’appels d’offres. Cela devrait se concrétiser plutôt en 2018, sachant qu’une bonne moitié des agglomérations au moins ne sont pas encore équipées », précise de son côté Mathieu Zug, directeur scientifique et de l’innovation chez Ijinus. Certaines agences, à l’instar de l’agence Rhin-Meuse ou Loire-Bretagne ont d’ailleurs récemment publié des guides techniques d’autosurveillance.

Détecteurs de surverse : gare à l’«effet lingette»

Les exploitants de “petits” déversoirs d’orage doivent en premier lieu mesurer les temps de déversement. Pour cela, de simples détecteurs de surverse suffisent. Les plus classiques, dits résistifs, reposent sur deux électrodes. Lorsque l’eau les noie, le courant passe. C’est une réponse de type “tout ou rien”. Aqualabo (Ponsel), Cometec (DTS01) ou Hydreka, entre autres, en proposent. Problème : il suffit qu’une lingette vienne se poser dessus, ou que l’humidité ambiante soit trop importante, pour qu’ils se déclenchent en l’absence de tout phénomène de surverse.

D’où l’arrivée d’une nouvelle génération de détecteurs, souvent capacitifs, dotés d’un seuil de déclenchement programmable. Ijinus a ainsi développé ses Overflow CSC et LSC, des détecteurs autonomes avec (CSC) ou sans (LSC) câble. « Nous utilisons une double mesure capacitive, d’une part entre l’intérieur du boîtier et le milieu extérieur, d’autre part à l’intérieur du boîtier, dans un air non vicié, qui nous donne une référence. Cette technique brevetée permet de toujours vérifier que le capteur est sain », explique Mathieu Zug.

Hydreka, avec son OverFlo, utilise une technologie ultrasonique, elle aussi brevetée.

Une réglementation de plus en plus précise

Reste donc à estimer les débits. Or, comme le soulignent la plupart des exploitants, “estimer” ne signifie pas grand-chose. Pour les ouvrages dont la géométrie est relativement simple, une hauteur d’eau suffit, moyennant une loi hauteur/débit déduite du diamètre de la canalisation, de la pente, etc. Les capteurs de hauteur utilisent en général les ultrasons, à l’instar du SonicSens d’Hydreka, doté de son propre enregistreur. Selon la pile choisie, son autonomie va de 5 à 10 ans. Pour ceci, Ijinus développe une gamme de capteurs autonomes LNU (Logger Niveau Ultrason), avec enregistreur inclus, communicant au choix en 4-20 mA, GSM/GPRS, haute fréquence ou Modbus. « Dans un même appareil, nous pouvons programmer plusieurs seuils de niveau, déclenchant différentes fréquences de mesure et même une fonction d’alarme et d’envoi immédiat des données », précise Mathieu Zug.

Le Radius de Paratronic, développé spécifiquement pour les déversoirs d’orage, est un capteur de hauteur autonome, capable de calculer un débit si on lui fournit une loi, stockant les données mais sans fonction de transmission : il faut le consulter sur place avec un PC. « Il est destiné aux petites collectivités n’étant pas équipées d’un système de télégestion, et gérant deux ou trois déversoirs d’orage à visiter tous les mois », explique Alain Cridel. Les villes de Figanières ou Longwy (Veolia) ont par exemple choisi des Radius.

Nivus, qui développe une gamme complète de capteurs, convertisseurs et enregistreurs, peut proposer des solutions pour tous les cas de figure. En mesure de niveau, elle dispose de capteurs ultrasonores autonomes de la série i, munis de leur convertisseur pour calculer le débit.

De son côté, Isma a développé les DLK 103 et 301, munis de boîtiers étanches sans afficheur ni clavier. Le deuxième, fonctionnant sur pile avec une autonomie de 14 mois, est plus adapté aux déversoirs d’orage. À noter qu’ils peuvent être munis de capteurs ultrasonores, piezzo ou bulle à bulle. Eux aussi peuvent calculer le débit en fonction d’une loi implantée.

D’autres constructeurs optent pour le radar, à l’instar de Vega avec son VegaPuls WL61 ou Endress+Hauser avec ses Micropilot FMR 10/20 (Voir à ce sujet notre dossier mesure de niveau page 43).

Paratronic a développé la gamme des Cruzoe. Le CR 420/6, d’une portée de 6 mètres et envoyant les données en 4-20 mA vers un système d’acquisition, est le plus adapté aux déversoirs d’orage. « Notre radar chauffe en 4 ou 5 secondes, ce qui nous différencie de tous nos concurrents. L’autonomie du système y gagne », souligne Alain Cridel. Montpellier (Veolia) et la Communauté d’Agglomération de Haguenau - Territoire de Bischwiller ont récemment opté pour cet appareil.

Gros ouvrages : le domaine de la mesure

Dans les déversoirs d’orage recevant plus de 600 kg/j de pollution organique, il faut effectuer une mesure précise des débits. De nombreux fabricants proposent des débitmètres immergés mesurant la hauteur et la vitesse (souvent par effet doppler) d’un flux : Hydreka avec le DVP et le MainFlo, Cometec avec le Beluga, CT Platon avec le FloPro ou Flow-Lab avec le FLT, Ijinus avec les débitmètres Isco à effet doppler, ou encore Nivus qui mesure la vitesse soit par effet doppler, soit par double corrélation ultrasonore. Problème : étant donné la nature des effluents et l’intermittence du flux en déversoir d’orage, des dépôts se forment sur la sonde puis sèchent, compromettant la mesure lors de l’épisode pluvieux suivant.

Dans ce cas, mieux vaut implanter un capteur de hauteur… à condition de déterminer de manière précise la relation entre hauteur et débit. Or, les déversoirs d’orage se caractérisent par leur extrême diversité de géométrie, de dimensions, et de matériau, rendant le fonctionnement hydraulique de chaque ouvrage unique. C’est là qu’interviennent des sociétés comme 3D Eau, une start-up spécialisée dans la modélisation de ces ouvrages, ou autres instituts spécialisés, capables de comprendre le fonctionnement d’un ouvrage et d’en tirer une loi hauteur/débit fiable et acceptée comme moyen de mesure par les agences de l’eau. Le Grand Belfort, les villes de Cholet ou Choisy-le-Roi ont ainsi récemment fait appel à 3D Eau pour mieux comprendre leurs déversoirs d’orage avant de les instrumenter. Isma encourage également ce type de démarche pour implémenter une loi fiable dans ses DLK 103 et 301. « La forme de la loi hauteur/débit peut même varier selon la hauteur, il faut donc implémenter plusieurs formules, avec des seuils. Nous développons notre logiciel pour cela : c’est du sur-mesure à chaque déversoir d’orage », insiste Christophe Lichtle.

Hydreka propose une démarche différente en louant, en général pendant trois mois, une chaîne complète de mesure immergée (un doppler DVP et une unité MainFlo munie d’un capteur de hauteur), le temps d’établir une loi hauteur/débit basée sur une expérimentation réelle. « Cette courbe sera ensuite transférée dans un capteur de hauteur type SonicSens installé à demeure » explique Korentin Jolivet, Chef produits chez Hydreka.

Nivus utilise depuis de nombreuses années la modélisation 3D pour élaborer ses algorithmes de calcul intégrés à sa gamme produit (Nivuflow, NivusSmart Q,...). « Aujourd’hui, dans le cas d’ouvrages complexes, nous pouvons également réaliser et utiliser la modélisation 3D, sous forme d’étude spécifique, comme un outil complémentaire aux mesures physiques, explique-t-on chez Nivus. Cette méthodologie garantit le meilleur compromis afin d’obtenir une bonne qualité de mesure, l’optimisation des coûts d’investissement et d’exploitation, et enfin une procédure de contrôle adaptée ».

Calculer le débit à l’abri des flux 

Les débitmètres hauteur - vitesse aériens calculent directement le débit, à l’abri du flux.

Cometec, spécialisée dans la mesure des vitesses, propose son désormais classique radar de vitesse Raven Eye. « Il peut soit envoyer la vitesse, en 4-20 mA, à un enregistreur, soit aller chercher la hauteur et calculer lui-même le débit s’il est branché sur un automate », explique Stéphane Saccani, gérant de Cometec. Un des plus gros déversoirs de la ville de Lyon a récemment été équipé d’un Raven Eye.

Le SurfaceFlo d’Hydreka combine de son côté la mesure de vitesse par radar et de hauteur par ultrasons, alors que le Laserflow d’Isco, commercialisé par Ijinus, utilise le laser pour la vitesse.

Nivus propose le système NivuFlow, un ensemble modulaire hybride combinant une mesure de vitesse radar avec une mesure de vitesse par corrélation et une mesure de niveau.

Enfin, il est parfois possible d’installer des seuils normalisés proposés par Isma, ou des canaux de mesure, à l’instar des systèmes Palmer-Bowlus de Cometec. Ijinus a de son côté récemment présenté son nouveau dispositif nommé Osrai Flow, mis au point avec le laboratoire ICube de l’ENGEES.

Une mesure de hauteur suffit alors à déterminer précisément le débit, sans calcul.

Economiser l’énergie avec des détecteurs de surverse

Les déversoirs d’orage n’étant pas toujours alimenté en énergie, leur appareillage pouvoir doit pouvoir fonctionner sur batterie. Il s’agit le plus souvent de celle de l’enregistreur, qu’il soit intégré aux capteurs comme chez Ijinus ou fourni par un spécialiste comme Lacroix Sofrel, dont les LT 42 et LT-US (muni de son propre capteur de hauteur) sont particulièrement adaptés. Or la plupart de temps, un déversoir d’orage ne fonctionne pas. D’où l’intérêt d’installer un “simple” détecteur de surverse en amont des systèmes de mesure, de manière à ne les déclencher - ou augmenter leur fréquence de mesure - que lorsqu’il y a effectivement surverse, ce qui prolonge notablement la durée des batteries. Les agences de l’eau préconisent ce type d’installation. Benoît Quinquenel, chez Lacroix Sofrel, le recommande également : « Un LT-US avec une mesure toutes les 5 mn dispose de 6 ans d’autonomie. Le pas de temps peut être automatiquement resserré, jusqu’à 1 mn, grâce à la configuration d’un seuil de pré-surverse. Dans le même esprit, les data loggers Sofrel peuvent également appeler plus fréquemment la supervision sur seuil de hauteur ou débit, permettant ainsi le suivi quasi-temps réel d’un épisode de crise ».

Certains fabricants, comme Isma ou Hydreka, ont cependant un point de vue différent. « Si le détecteur de surverse ne fonctionne pas, l’appareil ne se met pas en route. Nous préférons garantir un fonctionnement constant de l’appareil pendant 14 mois » explique ainsi Christophe Lichtle chez Isma. Nivus propose également ses propres enregistreurs dont l’un, le NivuLog Easy Sun, résout le problème de l’autonomie en utilisant l’énergie solaire.

En tout état de cause, les solutions techniques existent. Et il est grand temps de s’en saisir car, comme le rappelle Nicolas Odinot, ingénieur projet chez 3D Eau, « les agences de l’eau ont commencé à contrôler, elles-mêmes ou via des organismes mandatés. Les premières mises en demeure pour non instrumentation de déversoirs d’orage, ou instrumentation non conforme, sont tombées… ».