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Figure 1. Un ruisseau de montagne qui coule.

Le débit est le volume total d'un fluide qui s'écoule au-delà d'un point fixe dans une rivière ou un ruisseau au fil du temps. Il est comparable à la vitesse à laquelle un volume de fluide se déplace comme le montre la figure 1. Les débits volumétriques peuvent être mesurés dans diverses unités de volume/temps telles que :modifier

• Litres par seconde (L/s)
• Pieds cubes par seconde (ft³/s)
• Gallons par minute (gal/min)
• Mètres cubes par seconde (m³/s)

Des outils ménagers ou des compteurs spécialisés peuvent être utilisés pour trouver les débits des tuyaux, des systèmes d'égouts et des appareils électroménagers. Les gens utilisent les données de débit pour les microsystèmes hydroélectriques , les systèmes de traitement des eaux usées , le captage des eaux de pluie , l'audit de l'eau , les taux de sédimentation, les statistiques sur la nappe phréatique et d'autres informations liées à l'eau . Pour trouver le débit de grandes masses d'eau telles que les grands fleuves ou derrière les barrages, des compteurs sont utilisés. ^[1]modifier

Cette page décrit des méthodes simples pour déterminer le débit de petits ruisseaux et rivières, ainsi que d'autres outils pouvant être utilisés à cette fin.modifier

Méthode 1 : méthode du seau

Figure 2. Recherche du débit à l'aide d'un seau.

La méthode Bucket est un moyen simple de mesurer le débit à l'aide d'articles ménagers. Il nécessite un chronomètre, un grand seau et de préférence deux à trois personnes. Pour mesurer le débit à l'aide de la méthode du seau :modifier

1. Mesurez le volume du seau ou du récipient. Gardez à l'esprit qu'un seau typique de 5 gallons contient souvent moins de 5 gallons.
2. Trouvez un endroit le long du ruisseau qui a une chute d'eau. Si aucune ne peut être trouvée, une chute d'eau peut être construite à l'aide d'un déversoir (voir la figure 4).
3. Avec un chronomètre, chronométrez le temps qu'il faut à la cascade pour remplir le seau d'eau. Démarrez le chronomètre en même temps que le début du remplissage du seau et arrêtez le chronomètre lorsque le seau se remplit. Le seau ne doit pas être rempli en le tenant sous la surface du cours d'eau car ce n'est pas le vrai débit.
4. Notez le temps qu'il faut pour remplir le seau.
5. Répétez les étapes deux et trois environ six ou sept fois et prenez la moyenne. C'est une bonne idée de faire quelques essais avant d'enregistrer des données afin que l'on puisse avoir une idée du moment et des mesures nécessaires.
6. N'éliminez les données que si des problèmes majeurs surviennent, tels que des débris du flux interférant avec le flux.
7. Le débit est le volume du seau divisé par le temps moyen qu'il a fallu pour remplir le seau. ^[2]

Voici un exemple utilisant des données trouvées pour le débit du ruisseau Jolly Giant sur les terrains de Cal Poly Humboldt : En utilisant ces données, le débit volumétrique (Q) est égal au volume du seau (V) divisé par le temps moyen ( t).modifier

Méthode 2 : méthode flottante

Figure 3. Recherche du débit à l'aide d'un flotteur et d'un mètre.

La méthode du flotteur (également connue sous le nom de méthode de la section transversale) est utilisée pour mesurer le débit des grands ruisseaux et rivières. On le trouve en multipliant une section transversale du courant par la vitesse de l'eau. Pour mesurer le débit à l'aide de la méthode du flotteur :modifier

1. Localisez un endroit dans le flux qui servira de section transversale du flux.
2. À l'aide d'un mètre ou d'un autre moyen de mesure, mesurez la profondeur du cours d'eau à intervalles égaux le long de la largeur du cours d'eau (voir la figure 3). Cette méthode est similaire au calcul manuel d'une somme de Riemann pour la largeur de la rivière.
3. Une fois ces données recueillies, multipliez chaque profondeur par l'intervalle dans lequel elle a été prise et additionnez toutes les quantités. Ce calcul est la surface d'une section transversale du flux.
4. Décidez d'une longueur de cours d'eau, généralement plus longue que la largeur de la rivière, pour envoyer un objet flottant vers le bas (les oranges fonctionnent très bien). ^[3]
5. À l'aide d'un chronomètre, mesurez le temps qu'il faut au flotteur pour descendre le long du cours d'eau à partir de l'étape 4.
6. Répétez l'étape cinq 5 à 10 fois et déterminez le temps moyen mis par le flotteur pour parcourir le cours d'eau. Jetez le flotteur dans l'eau à différentes distances du rivage afin d'obtenir une moyenne plus précise.
7. Divisez la longueur du flux trouvée à l'étape 4 par le temps moyen à l'étape 6 pour déterminer la vitesse moyenne du flux.
8. La vitesse trouvée à l'étape 7 doit être multipliée par un facteur de correction de friction. Étant donné que le haut d'un cours d'eau s'écoule plus rapidement que le fond en raison du frottement contre le lit du cours d'eau, le facteur de correction du frottement égalise le débit. Pour les fonds rugueux ou rocheux, multipliez la vitesse par 0,85. Pour des conditions de substrat rocheux lisse, boueux, sablonneux ou lisse, multipliez la vitesse par un facteur de correction de 0,9.
9. La vitesse corrigée multipliée par la section transversale donne le débit en volume/temps. (Assurez-vous de conserver des unités de longueur/distance cohérentes lors de la mesure de la section transversale et de la vitesse, par exemple mètres, pieds)

Méthode 3 : déversoirs

Les déversoirs sont de petits barrages qui peuvent être utilisés pour mesurer le débit de petits et moyens cours d'eau (quelques mètres ou plus). Ils permettent au débordement du cours d'eau de se déverser au-dessus du déversoir, créant une chute d'eau, comme le montre la figure 4. Les déversoirs augmentent le changement d'élévation, rendant le débit plus constant, ce qui rend les mesures de débit plus précises. Cependant, il est très important que toute l'eau du cours d'eau soit dirigée vers le déversoir pour qu'il représente avec précision le débit du cours d'eau. Il est également important d'empêcher les sédiments de s'accumuler derrière le déversoir. Les déversoirs à crête pointue fonctionnent mieux. Il existe de nombreux types de déversoirs, notamment les déversoirs à crête large, les déversoirs à crête pointue, les déversoirs combinés, les déversoirs à encoche en V et les déversoirs à perte d'énergie minimale.modifier

Figure 4 : Un exemple de déversoir à encoche en V.

Méthode 4 : Mètres

Les compteurs sont des appareils qui mesurent le débit d'un cours d'eau en mesurant directement le courant. Il existe de nombreux types de compteurs différents, mais les plus courants sont le compteur Pygmy, le compteur vortex, la sonde de débit et le courantomètre, décrits ci-dessous :modifier

Lectures complémentaires

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• Wikipédia : Débit volumétrique
• Mesure du débit volumétrique

Les références