MANOMÈTRE DIFFÉRENTIEL A AIR SOUS PRESSION

Le même appareil a subi, pour servir tout particulièrement aux essais d’Aix-les-Bains, un perfectionne-

ment consistant en l’adjonction d’une arrivée d’air comprimé entre le manomètre et les tubes de Pitot ; l’air sous pression est réglé pour sortir bulle à bulle aux extrémités des ajutages statique et dynamique ; il équilibre ainsi les pressions hydrauliques et les transmet au manomètre.

L'envoi de l’air assure les avantages suivants :

l° Les réceptions de pressions sont meilleures, grâce à la compressibilité des bulles d’air que par les molécules liquides du dispositif ordinaire;

2° Il supprime l’influence des gaz dégagés de l’eau minérale qui influencent les colonnes liquides et, par

suite, les mesures;

3° Il évite la présence des algues pouvant se fixer

aux extrémités des ajutages.

Cet appareil, qui permet la mesure très exacte et très rapide du débit, est en fonctions à Aix depuis 1928; l’importance des renseignements qu’il a fournis à la mission de l’Institut d’Hydrologie nous oblige d’en donner une description détaillée, encore qu’aussi

succincte que possible.

Description du manomètre différentiel à air sous pression

L'ensemble des appareils du manomètre différen-

tiel à air sous pression comprend :

Se RU

1° un système d’ajutages, dont l’extrémité a un diamètre intérieur de 5 mm., statique et dynamique de type Pitot, dont les deux tubes sont contenus dans un cylindre de cuivre C qu’un joint à presse-étoupe maintient dans la tubulure de la plaque AB; cette plaque est elle-même fixée sur un manchon cylindrique de cuivre qu’on introduit dans le tuyau d’écoulement de l’eau à étudier.

La forme cylindrique de manchon permet de donner à la conduite une section momentanément régulière; le joint à presse-étoupe permet d’orienter et d’enfoncer comme on le désire les ajutages dans l’eau de la conduite, et de faire des mesures à différentes profondeurs, de façon à déterminer le point où on

renconire les filets animés d’une vitesse moyenne;

2° une bouteille d’air comprimé munie d’un déten-

deur de pression;

3° Le tableau manométrique, représentée par une plaque de bois fixée bien verticalement à un mur, et

où l’on trouve :

a) les tubes manométriques — où on introduit, selon les cas, de l’eau, du mercure, et où, pour les faibles pressions (2 à 3 centimètres d’eau), on superpose dans les branches rétrécies de l’eau et du pétrole, ou

de l’essence de térébenthine et de l’alcool;

Dit

b) les tubes-témoins à boules, placés à droite et à gauche des tubes manométriques et qui contiennent de l’eau ou un liquide quelconque (à tension de va-

peur négligeable) ;

c) un robinet à trois voies R comme celui du manomètre différentiel à deux liquides, situés à la partie supérieure de l’appareil, et surmonté de deux ampoules destinées à recevoir les liquides manométri-

ques;

d) à droite et à gauche des tubes manométriques, des pinces à vis V et V, qui règlent l’arrivée de l'air

comprimé dans les iubes à boules;

e) une pince à vis V à la partie inférieure des tubes manométriques et qui règle le niveau du liquide dans ces tubes;

f) trois réglettes; les deux réglettes extérieures donnent les pressions en centimètres et millimètres ; la réglette centrale (qui n’est utilisée que pour l’usage du manomètre à deux liquides) donne directement des indications en pressions d’eau; cette réglette centrale peut se déplacer dans le sens de sa longueur, pour fixer le zéro des niveaux, et doit être remplacée (à moins de corrections de lecture lorsqu'on change la nature des liquides manométriques.

Utilisation du manomètre à air sous pression

On peut emplover avec ce manomètre, soit un seul, soit deux liquides; mais de toutes façons, toute lecture doit être précédée de la vérification de l’état de marche de l’appareil.

Une opération préliminaire consiste dans la vérification du zéro : lorsqu'on met le manomètre en liaison avec les ajutages plongés dans un récipient d’eau parfaitement immobile, et en admettant l’air comprimé, les niveaux du liquide manométrique doivent se maintenir constamment sur un plan horizontal, quelle que soit la profondeur atteinte dans l’eau par les ajutages plongés bien verticalement. Au cas contraire, il faut rectifier la distance verticale comprise entre les extrémités inférieures des ajutages.

Une seconde précaution est de vérifier les divisions des échelles graduées à l’aide d’ajutages étalonnés (1).

Manomètre à air sous pression et un seul liquide

Dans ce premier cas, on verse le liquide par une seule des ampoules supérieures, que le robinet à trois voies introduit dans les tubes manométriques, de facon que les niveaux s’établissent vers le milieu des échelles. On obtient leur horizontalité en manœuvrant la pince à vis V” (et en n’oubliant pas de laisser le

robinet R ouvert, en communication avec l’air exté-

rieur).

Manomètre à air compr'mé et deux liquides

On utilise alors les deux ampoules supérieures où on verse les deux liquides manométriques de densités très différentes (eau et pétrole); on procède, pour

remplir le premier des deux tubes manométriques, comme il a été indiqué plus haut; ensuite, en laissant ouverts la pince V' et le robinet R, celui-ci communiquant avec la seconde ampoule supérieure et avec les tubes manométriques, on aspire le premier liquide déjà introduit et on établit son niveau dans le bas de l’ampoule, un peu au-dessous du robinet R; on le ferme alors, et on verse dans la seconde ampoule supérieure le second liquide plus léger et préalablement coloré. Puis, pour remplir les tubes manométriques, on ouvre très légèrement le robinet R jusqu’à obtenir au milieu de l’échelle graduée la limite de séparation des deux liquides.

(1) On prend un ajutage du type Pitot absolument semblable à celui de l’appareil, mais où les deux tubes, statique et dynamique, indépendants l’un de l’autre, peuvent glisser verticalement l’un contre l’autre; le tube dynamique B porte à sa partie supérieure une échelle graduée munie d’un vernier, et le tube statique A un index amovible venant s'appuyer sur cette échelle. On place verticalement cet appareil dans un récipient d’eau immobile, et on fait le zéro manométrique. En plaçant Pindex sur le zéro de l'échelle, on peut faire varier la distance verticale entre les extrémités des tubes et créer ainsi des pressions différentes auxquelles doivent correspondre les divisions de l’échelle du manomètre qu'on va utiliser; au cas contraire, il faut établir une courbe de concordance.

Rp Utilisation de l'air comprimé

Cette manœuvre est la même, qu’il s’agisse de l’emploi de deux ou d’un seul liquide; on ferme le robinet R, la pince V' et les pinces à vis supérieures; on ouvre les pinces à vis V et V' et on envoie par le tube C Pair comprimé dont le passage est réglé dans les tubes à boules, de façon qu’il ne sorte que bulle à bulle aux extrémités des tubes de PIror, ce qui permet d’équilibrer d’un côté la pression statique, de l’autre la pression totale.

Enfin, on ouvre les pinces à vis du manomètre, et la différence de pression À qu'il enregistre correspond à larelañion : h—V°:25g; d’où on peut calculer la vitesse moyenne lorsqu'on a placé correctement l’extrémité des tubes de PITOT en

direction et en profondeur.

Résultats donnés par le manomètre à air comprimé

Le débit est connu immédiatement par cet appareil très sensible, sans calculs, si l’on emploie les tables de PRONY, qui donnent la valeur de la relation QNSS.

On a avantage d’employer le manomètre à deux liquides pour de très faibles vitesses, où il donne alors des indications extrêmement sensibles. Employé par l’Institut d'Hydrologie depuis 1928 à Aix-les-

Bains, ses avantages ont été exposés plus haut.

Me, Lie

Manomètre enregistreur

Comme pour l’exploration de la thermalité, il était du plus grand intérêt d’avoir constamment à la source l'indication de la valeur du débit de l’eau en train de s’écouler : ainsi est-on averti du début d’une variation dès qu’elle survient, ou d’une subite et très

courte variation de débit.

Il existe déjà un certain nombre de ces appareils, spécialisés pour les forts débits (1), mais peu adéquats à mesurer de faibles pressions différentielles; en effet, ces manomètres à membranes métalliques perdent de leur sensibilité lorsqu'elles reçoivent simultanément des pressions internes et externes, et il faut

mieux employer des membranes indépendantes.

À Aix-les-Bains, l’enregistrement a été réalisé très simplement par un manomètre enregistreur double qui peut mesurer des pressions de quelques millimètres : sa sensibilité tient à l’emploi d’un récepteur formé de coquilles métalliques très minces et d’une grande flexibilité; celles-ci sont enfermées dans les

boîtes métalliques étanches À et B placées sous le

(A) Tels sont l’enregistreur de débit de PieTrEe, basé sur la mesure de la dépression produite par le passage du fluide à travers un tube intercalé sur la conduite, dépression mesurée par un manomètre différentiel très robuste, et l’enregistreur «Lea Recorder Arba», basé sur le principe des diversions hydrostatiques.

; ie à socle de l’appareil manométrique communiquant avec 9 2 A .

l'enceinte dont on veut connaître la pression (1).

Schématiquement, cet appareil ainsi réalisé se compose de :

1° le manomètre double comprenant les boîtes A et B de réception de pressions qui sont mises respectivement en communication avec les tubes T et T', connexes aux ajutages de Pitot;

2° ceux-ci portent chacun une tubulure latérale munie d’un robinet permettant de faire arriver par # de l’air comprimé que l’on règle convenablement pour vaincre la pression exercée aux extrémités des tubes T et T plongés dans l’eau à étudier. Le réglage doit être fait de telle sorte que l’air doit sortir bulle à bulle et doucement. L'équilibre des pressions s’établit donc entre les boîtes réceptrices À et B, et les pressions exercées par l’eau aux extrémités des tubes T et T : ces pressions s'inscrivent séparément et simultanément sur la feuille unique placée sur le tambour de l’appareil, dont la rotation est complète en 26 heures, ce qui permet un enregistrement plein pendant 24 heures et laisse deux heures de battement pour le changement de feuille. Si a représente la pression totale exercée à l’extrémité du tube T', la différence a — b représentera la valeur de À en hauteur d’eau,

(1) On a préféré, pour amortir les aiguilles d’inscription du manomètre, relier les boîtes A et B au reste de l’appareil

avec un caoutchouc demi-vide qu’on pince à volonté suivant le cas, plutôt que d’employer des amortisseurs à huile.

rN60E

d’où on déduira la vitesse moyenne du liquide, d’après la formule de TORRICELLI .

Installation du manomètre enregistreur

Afin de se mettre dans les meilleures conditions d'observation, on a réalisé à Aix-les-Bains une instal-

lation très commode comprenant :

1° une petite cuvette B placée à un niveau inférieur à la source S et où celle-ci déverse son eau;

2° un tuyau de 250 mm. de diamètre que remplit le fonctionnement d’une vanne V; ainsi, l'écoulement se fait toujours à section pleine et sans provoquer de surcharge de l’eau du bassin d’alimentation;

3° une seconde cuvette B', qui reçoit l’eau du tuyau de conduite et se trouve placée en contre-bas, pour éviter les refoulements de la conduite;

4° en amont et en aval de l’ajutage manométrique M, deux ventouses v et v pour l'évacuation des gaz dégagés par l’eau; le manomètre enregistreur est placé entre deux portions de conduite rectiligne dont la partie amont est au moins dix fois le diamètre de la con-

duite et la partie aval au moins cinq fois ce diamètre.

Ce système d'installation a permis d’obtenir un régime permanent et de donner les mêmes résultats que l’emmagasinage, dans un réservoir de dimensions connues, de la totalité du débit écoulé en un temps T.

Variations du niveau hydrostatique

À côté des variations du débit de la source, il était intéressant de connaître l’amplitude des oscillations de la nappe hydrostatique et la suivre d’après le niveau des puits et des émergences situés sur un certain périmètre tout autour des sources. On s’est servi de deux sortes d'appareils: les limnigraphes, qui sont des appareils enregistreurs actionnés par un flotteur, et

les hydromètres.

Ceux-ci sont basés sur les variations de pression subies par une masse d’air déterminé suivant la hauteur du liquide qui la surmonte, et mesurées par un manomètre (dont les indications varient avec la densité du liquide, de Pair, d’où corrections si l’on a affaire à des eaux de minéralisations différentes). Comme on mesurait les variations de la nappe hydrostatique d’origine glaciaire et faiblement minérale, il n’y a d’ailleurs pas eu lieu d’effectuer ces corrections. Cet appareil peut être muni d’un avertisseur électrique, mais la connaissance des oscillations de la nappe n'avait tout de même pas l'intérêt de celle des altéra-

tions des eaux, et on n’a pas eu à l’utiliser.

Les observations les meilleures ont été faites avec l’hydromètre de RicHARD, dont la solidité permet une

grande régularité d’enregistrement. Cet indicateur de

niveau est simplement composé d’une caisse en fonte percée de trous, contenant à l’intérieur une poire de caoutchouc à demi remplie d’air et reliée par un tube de cuivre avec un manomètre enregistreur. La caisse en fonte est descendue à la profondeur voulue (jusqu'à 15 mètres d’eau) dans l’eau qui exerce une pression sur l’air contenu dans la poche; la pression atmosphérique et la température sont sans action et

l’observation peut se faire à cent mètres de distance.

Ce manomètre a été fréquemment employé pen-

dant la campagne de l’Institut d’hydrologie.