S o m m a i r e

Édito

N°51 - Novembre 2009 • page 1

à l’@f f i c h e

www.cetiat.fr

Page 1 • edito

Page 2 • A l’Affiche• Vers une référence unique pour la mesure des faibles débits de liquide

Page 3 • Applications• Quelle incertitude de mesure pour de très gros débits d’eau ?• La simulation numérique au service de l’estimation d’incertitude de mesure

Page 4 • Informations• Journée Technique Débitmétrie• Journée Technique efficacité énergétique• Interclima 2010• Inauguration de Belenos

Page 5 • Formation

Page 6 • Entre Nousréservée aux ressortissants• Mesure de débit d’eau par débitmétrie Ultrasons• Mesure de débit d’air sur site

Le laboratoire de débitmétrie des Liquides est l’un des trois laboratoires de référence nationale en métrologie du CETIAT. Les compétences dans ce domaine reposent sur les installations d’étalonnages actuelles qui couvrent un domaine de 8 litres/heure à 36 m3/heure. A l’écoute des demandes industrielles, le CETIAT est fréquemment sollicité pour aller plus haut ou plus bas en débit. L’offre d’étalonnage accréditée pour des débits supérieurs à 36 m3/heure est déjà présente et disponible au niveau national. A l’inverse pour les débits les plus faibles, il n’existe rien en France et pas grand-chose en Europe. C’est pourquoi la décision d’investir dans ce domaine des faibles débits de liquide a été prise. Vous trouverez en page « A l’@ffiche » un état d’avancement de ce projet engagé depuis maintenant deux années. Au-delà de la mise en place d’un nouveau banc d’étalonnage jusqu’à 1 millilitre/heure, le CETIAT renforce son expertise en métrologie des débits pour être en mesure d’accompagner les industriels dans la miniaturisation des équipements et des procédés.

nous vous souhaitons une bonne lecture de ce 51ème numéro dont le fil rouge est la débitmétrie.

Pierre CLAUdELdirecteur division Métrologie

Ont participé à ce numéro : Isabelle Caré, Christopher david, Benoît Savanier

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à l’affiche

a l’@ffiche • N°51 - Novembre 2009 • page 2

Vers une référence unique pOur la mesure des faibles débits de liquideDans le numéro 39 de A l’@ffiche, le CETIAT vous annonçait le lancement sur 3 années d’un projet d’envergure : le développement et la construction d’un banc d’étalonnage pour les faibles débits de liquide compris entre 1 mil-lilitre/heure et 10 litres/heure, moyen de raccordement des instruments au Système International d’Unités, inexistant à ce jour en France et rare au niveau européen et international.Les principaux secteurs concernés par ce nouveau dispositif sont la chimie, la chimie fine, l’industrie pharmaceu-tique, l’instrumentation scientifique, la recherche scientifique et médicale, les dispositifs médicaux, la biologie, la microélectronique et l’automobile, pour des applications telles que la chromatographie en phase liquide (HPLC), les procédés de dosage, le développement de microréacteurs pour la synthèse de produits finis de haute qualité, la qualification de dis-positifs médicaux (seringue, pousse-seringue), le comptage de la consom-mation de fluides dans les véhicules. Cette liste n’est évidemment pas exhaustive, d’autant que la tendance actuelle de miniaturisation des pro-duits et procédés ouvre régulièrement de nouveaux champs d’application.Deux ans plus tard, quel avancement pour ce projet ?La méthode par pesée (dite méthode gravimétrique) a été retenue pour la détermination du débit de référence conduisant à un raccordement au Système International d’Unités via les mesures de masse et de temps. La température de l’eau lors de l’éta-lonnage peut être ajustée entre 10 et 50°C, la pression entre 1 et 10 bars. L’incertitude visée est de 0,1% sur le débit volumique de référence.deux technologies sont essentielle-ment rencontrées : les débitmètres massiques thermiques d’une exacti-tude de l’ordre de 1 à 2%, les débit-mètres massique à effet Coriolis d’une exactitude de l’ordre de 0,5%. Avec un ratio entre exactitude et incertitude de l’installation de 5 à 20 (niveau de capabilité), les performances du banc seront bien adaptées pour qualifier les débitmètres actuels.

Les points clés du projetEn descendant vers les faibles débits de liquide, le domaine de la physique des écoulements turbulents est progressivement quitté pour le domaine de la microfluidique et des écoulements laminaires. A titre d’illustration : un débit de 1 millilitre/heure dans une conduite de 1 mm de diamètre avance d’environ 13 centimètres par heure ! Si les équations de la physique restent les mêmes, le poids relatif des phénomènes évolue. Les points technologiques clés de ce projet sont :• la pesée de faibles masses d’eau de 0,5 g à 500 g en maîtrisant les phéno-mènes d’évaporation/condensation,• la génération d’un faible écoulement d’eau stable pendant toute la mesure d’une durée comprise entre 3 et 30 minutes,• l’absence de bulles d’air et la chasse aux volumes morts dans le circuit de mesure,• la sélection de vannes étanches, à faible volume interne, sans défor-mation du corps de vanne sous un différentiel de pression.En abordant ce champ technologique récent, l’équipe projet s’est confron-tée à des difficultés nouvelles et des solutions innovantes ont dû être re-cherchées.La génération d’un débit stableLe débit est généré à partir d’un ré-servoir à volume variable maintenu à pression constante. Il est régulé par des capillaires de 100 à 500 µm de diamètre. En régime d’écoulement laminaire, le choix du capillaire et de la pression dans le réservoir déterminent le débit généré à travers l’installation et l’appareil en étalonnage.La préparation d’une eau filtrée et dégazéeUne filtration à 2 µm a été implantée sur l’alimentation en eau du circuit de mesure. Un dispositif de dégazage sous vide de l’eau déminéralisée a été entièrement conçu pour le projet.La maîtrise des températuresA ces faibles débits, la maîtrise des conditions thermiques d’environne-ment devient essentielle pendant la période de mesure. Pour réduire

l’influence de la variation de la masse volumique, la température doit être stable à 0,1°C dans le circuit de me-sure. Pour réduire l’influence de la viscosité, la température doit être sta-ble à 0,01°C dans les capillaires ! Pour répondre à ces exigences, le circuit de mesure est noyé sur tout son parcours dans des échangeurs spéciaux.La limitation de l’évaporationL’évaporation est une source d’erreur prépondérante sur la masse pesée. Pour la maîtriser, un air à humidité contrôlée est maintenu au-dessus des réservoirs de pesée grâce à la présence d’un saturateur pour chaque balance.La réduction des volumes mortsdes connecteurs et des panoplies de raccordement spécifiques ont été conçus et réalisés en faisant appel à des techniques de soudure de pointe (soudure orbitale et soudure laser) pour leur réalisation.Le calendrier du projetLa mise en service de la première ligne couvrant les débits de 10 à 100 millilitres/heure est en cours. L’installation sera achevée en 2010 avec la construction des trois autres lignes couvrant les plages de 1 à 10 millilitres/heure, 100 à 1 000 millilitres/heure, 1 000 à 10 000 millilitres/heure. Ce banc, unique en Europe, sera entièrement opérationnel début 2011. Il viendra compléter la chaîne d’étalonnage française en débitmètrie liquide vers les faibles débits et renforcera le statut de référence nationale du CETIAT dans cette grandeur.Les partenaires et financeursLnE, Cetim, région rhône-Alpes, BrOnKHOrST HIGH-TECHLes partenaires techniquesSPrETEC, YLEC Consultants, ALES (Air Liquide Electronic System), LrA (Laser rhône-Alpes), Boccard, Eurilogic

applicatioNS

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Sur cette photographie se distinguent les che-mins de câbles associés aux émetteurs et récep-teurs ultrasons utilisés pour l’instrumentions de cette canalisation. Les doubles flèches re-

présentent les chemins acoustiques des différents plans de mesure.

quelle incertitude de mesure pOur de très grOs débits d’eau ?

la simulatiOn numérique au serVice de l’estimatiOn d’incertitude de mesure

Pour optimiser la gestion de ses retenues, notamment en terme de production d’électricité et de gestion de ressources, la Compagnie nationale du rhône (Cnr) équipe certaines de ses conduites d’amenées de moyens de mesure de débit. Ainsi, une canalisation de 6 m de diamètre pour des débits d’eau allant jusqu’à 120m3/s a été instrumentée par un système de mesure à ultrasons, composé de huit cordes comprenant chacune un émetteur et un récepteur. Le CETIAT a été sollicité pour évaluer les incertitudes d’un tel dispositif. Le problème principal est l’absence, compréhensible, de référence pour des débits aussi importants empêchant de se raccorder directement aux étalons nationaux. néanmoins, deux éléments ont permis d’estimer une incertitude probable sur la plage de débit mesuré. Le premier a été la possibilité de représenter le processus de mesurage sous la forme d’un modèle physique. Son existence permet l’application des méthodes d’estimation d’incertitude décrites par le GUM. Le deuxième élément a été l’existence de mesures de vitesse réalisées sur le site par des systèmes de mesure alternatifs et étalonnés.

Ces campagnes permettent ainsi une approche par les statistiques des incertitudes sur les mesure de débit.En combinant les deux approches, estimation suivant le GUM EnV 13005 et méthodes statistiques, l’incertitude du dispositif de mesure a pu être estimée. L’écart (ou biais) entre les deux méthodes est resté remarquablement faible. L’estimation finale conduit à une incertitude inférieure à 3% sur la mesure du débit pour une plage de débit compris entre 25 m3/s et 120 m3/s. La connaissance de cette incertitude sur la valeur du débit est un élément nécessaire

à l’optimisation du fonctionnement d e l ’ o u v r a g e hydraulique.

Soumise à une nouvelle obligation réglementaire, la Centrale nucléaire de Civaux (EdF) est contrainte de mesurer le débit d’air circulant dans une conduite de ven-

tilation. Elle a sollicité le CETIAT afin d’évaluer ce débit ainsi que l’incertitude de mesure associée. La portion de circuit où se situe le capteur de mesure présente deux coudes (un en amont et l’autre en aval) ainsi qu’une arrivée d’air supplémentaire comme le montre le schéma ci-contre. Le débit a été estimé à l’aide de mesures de vitesses en différents

points sur un diamètre de la conduite. La répartition des points sur le diamètre a été choisie selon la méthode «log-Tchebycheff» (norme ISO 3966). Le débit est cal-culé à partir de la vitesse moyenne et de la section de la conduite. L’incertitude sur la mesure de débit est estimée en prenant en compte l’incertitude sur la mesure de vitesse et l’incertitude sur le profil de vitesse. Cette dernière com-posante inclut le fait que les conditions de mesure sont loin des conditions d’utilisation nominale de la méthode de la norme ISO 3966. Cette composante d’incertitude, non accessible par des mesures sur le site, a été estimée à l’aide de la simulation numérique des écoulements dans la section comprise entre les deux coudes. Cette

simulation a permis d’évaluer les champs de vitesse en tout point de la conduite et en particulier dans la section du plan de mesure de vitesse. La figure ci-dessous pré-sente par exemple l’hétérogénéité du profil de vitesse dans le plan de la section de mesures de vitesse par une représentation des iso valeurs du rapport vitesse/vitesse moyenne débitante.à l’aide des informations fournies par la simulation numérique, l’écart entre la vitesse moyenne débitante calculée en prenant en compte le profil de vitesse sur

l’ensemble de la section et celle calculée en prenant en compte uniquement les mesures sur le diamètre a pu être évalué. Il représente l’incertitude sur le profil de vitesse et a été

intégré directement dans le calcul de l’incertitude sur la mesure du débit.Outre des informations sur le débit et son incertitude, cette étude a permis également de donner quelques recommandations quant au positionnement et à l’utilisation du débitmètre utilisé pour réaliser la surveillance, installé en fixe dans la conduite.

Axe du plan du circuit

Position du diamètre des mesures de vitesse

Axe du plan des coudes

iNformatioNS

Directeur de la publication : Bernard BRANDON • Comité de rédaction : Pierre CLAUDEL - Christophe DEBARD - François DURIER - Alain GEVAUDAN • Rédacteur en chef : Sandrine LEGER • www.cetiat.fr ou commercial@cetiat.fr +33 (0)4 72 44 49 00 BP 52042 69603 Villeurbanne Cedex

a l’@ffiche • N°51 - Novembre 2009 • page 4

agenda

JOurnée tecHnique sur l’efficacité énergétique dans l’industrie

21 janvier 2010

le cetiat et le lne Ont inauguré leur centre de recHercHe et d’essais des systèmes sOlaires tHermiques, belenOs, à nîmes, le 30 OctObre

Le CETIAT et le LnE ont inauguré Belenos, le centre de recherche et d’essais des sys-tèmes solaires thermiques, en présence de

représentants des collectivités, des industriels et de la presse. Belenos constitue une plate-forme de recherche, d’essais et d’expérimentation à la disposition de la filière solaire thermique, souhaitant caractériser les matériaux constitutifs des systèmes solaires et évaluer les perfor-mances énergétiques des systèmes solaires. Il a débuté son activité par la réalisation d’essais sur des chauffe-eau solaires et l’étendra à terme à d’autres matériels dont les systèmes solaires combinés ainsi qu’à la cer-tification dans le cadre des marques NF CESI et Solar Keymark délivrées par CErTITA*. Laboratoire de 1000m2, Belenos comprend une toiture terrasse sur laquelle peuvent être disposés 60 m2 de

JOurnee tecHnique debitmetrie 19 novembre 2009

Les effluents industriels contiennent souvent de la chaleur non valorisée, ce qui diminue l’efficacité énergétique des procédés.Soucieux des enjeux énergétiques actuels, le CETIAT et ses partenaires organisent une Journée Technique sur l’efficacité énergétique

des procédés industriels.Ce forum apportera des éléments d’information et de sensibilisation sur les techniques permettant la récupé-ration d’énergie dans l’industrie.Cette journée aura lieu le 21 janvier 2010 à Paris (Maison de la Mécanique - La défense). Information sur http://www.cetiat.fr/fr/actualite/agenda.cfm.

L’exera organise en partenariat avec le CETIAT, une Journée Technique sur les débitmètres et anémomètres (évaluations et retours d’expérien-ces des utilisateurs). Les mesures de débit ont un

impact important dans les performances des processus de fabrication et doivent toujours s’améliorer pour répondre aux exigences technico-économiques des utilisateurs. Aussi, le choix de la méthode de mesure, fonction du type de fluide et de ses caractéristiques physico-chimiques et la mise en œuvre représentent toujours des points délicats pour assurer une bonne qualité de la mesure. Au cours de cette journée d’information et d’échange seront abordés les points suivants : présentation commentée des résultats obtenus lors des essais d’éva-luation, enseignements des campagnes d’évaluation pour utiliser au mieux les débitmètres proposés par les construc-teurs, paramétrage et ergonomie de chacun des types de débitmètre, respect de la gamme d’utilisation, procédures de réglage de zéro, présentation d’un calcul d’incertitude appliqué à une mesure de débit ...Le CETIAT interviendra lors de cette manifestation et pré-sentera trois campagnes d’évaluations conduites sur des débitmètres à effet Coriolis (Christopher david), sur les débitmètres à turbine (Victor Teixeira) et sur les anémo-mètres (Isabelle Caré).Toutes les informations pratiques sur le site www.exera.com ou sur http://www.cetiat.fr/fr/actualite/agenda.cfm.

interclima : du 9 au 12 féVrier 2010Le CETIAT sera présent lors du salon Interclima 2010. Il disposera d’un stand commun, qu’il partagera avec ses trois

partenaires, l’ATITA, le CSTB et le LnE, sous l’égide de la nouvelle entité CErTITA SAS. Il présentera notam-ment ses actions dans les domaines du chauffage, du conditionnement d’air et de la ventilation : les études et les essais de composants, d’équipements et de systè-mes et son offre de formation.Plus d’information sur le site www.cetiat.fr.

panneaux solaires raccordables aux matériels à es-sayer, une zone d’essais et d’expérimentation pilotable à distance et largement automatisée.L’acquisition d’un simulateur solaire permettra en outre à cette structure d’offrir les prestations d’évaluation dans les conditions d’ensoleillement naturel exigées par les normes. Belenos a nécessité un investisse-ment de 2,2 M€, co-financé par les 2 partenaires, avec l’appui de l’Ademe, du Fonds Européen de dévelop-pement régional, et du Conseil régional Languedoc roussillon, pour l’équipement de la façade du bâtiment en panneaux photovoltaïques.A l’issue de la séance inaugurale, les participants ont procédé à la visite de Belenos.*CErTITA SAS, une société fondée par l’ATITA, le CETIAT, le LnE et le CSTB, se consacre à la certification des équipements et systèmes de génie climatique. Elle gère douze marques nF et deux keymarks.

formatioN

a l’@ffiche • N°51 - Novembre 2009 • page 5

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Ti T r e pr o c h a i n e s daT e s d e sTa g e s

Métrologie, maîtrise des mesures, filtration, acoustique, chauffage, climatisationHumidité dans l’air du 16 au 20 novembre

Conception aéraulique des réseaux de ventilation du 24 au 26 novembre

Le référentiel NF EN ISO/CEI 17025 - Prescriptions générales du 30 novembre au 2 décembre

Réfrigération et pompe à chaleur au C02 le 3 décembre

Mesures de pression du 3 au 4 décembre

Bruit des ventilateurs : techniques de réduction du 8 au 10 décembre

Maîtrise de l’acoustique des réseaux de ventilation du 8 au 10 décembre

Métrologie des grandeurs aérauliques et thermiques du 7 au 12 décembre

Ti T r e prochaines daTes de sTages

Installation et maintenanceLes systèmes solaires combinés (SSC) - Chauffage, eau chaude sanitaire du 16 au 18 novembre

Régulation des systèmes de climatisation - Mise en service - Maintenance du 16 au 20 novembre

Chaudière et ECS au bois - Qualibois chargement automatique du 19 au 20 novembre

Circuits aérauliques - réglages et mise au point du 1 au 4 décembre

Initiation et pratique de la régulation en chauffage du 8 au 11 décembre

Système solaire photovoltaïque - QualiPV module Elec du 15 au 17 décembre

Système solaire photovoltaïque - QualiPV module Bat le 18 décembre

Choix et dimensionnement des circuits de chaufferie du 8 au 10 décembre