Bienvenue dans le domaine de l'eau de KELLER H2O


Solutions durables et économiques pour applications dans le domaine de l'eau, intégrant le savoir-faire de nos clients et les compétences de KELLER.

Système de surveillance d’eau souterraine

Essais de pénétration au cône

Contrôle de la consommation d’eau

Mine à ciel ouvert

Production de saumure de lithium

Exploitation minière dans des gisements de diamants

Assèchement d’une mine de diamant

Mesure de niveau dans des puits d’eau

Mesure statique du niveau de l’eau souterraine

Système de surveillance d’eau souterraine

Depuis 2007, l’Institut géologique polonais a utilisé près de 200 enregistreurs de données KELLER DCX-22. Étant donné que le processus de surveillance doit être automatisé, l’unité de transmission de données à distance et d’enregistrement de données GSM-2 semblait être la solution parfaite. Les enregistreurs de données sont généralement placés dans des trous de forage sur mesure dans lesquels on insère des piézomètres. Grâce à sa construction mécanique robuste (boîtier étanche en acier inoxydable) et à son système électronique à très faible consommation électrique, il s’agissait de la solution idéale pour répondre aux besoins du client.

Le module GSM-2 permet un transfert de données via GSM i /GPRS i par SMS, FTP i ou e-mail. Les données recueillies sont en outre sauvegardées dans une mémoire tampon d’une capacité de 57 000 échantillons, ce qui renforce la sécurité des données collectées. Le baromètre installé à l’intérieur permet d’utiliser un capteur de pression absolue extrêmement stable et sans capillaire pour la mesure de niveau d’eau.

La sonde de mesure de niveau utilisée dans cette application est une sonde PAA-36 X W avec une bande d’erreur totale de 0,05 % (0…40 °C), tandis que la mesure de température de l’eau est réalisée par un capteur Pt1000 en option d’une précision maximale de 0,1 °C. Le système électronique basse tension (BT) nécessite une alimentation de seulement 3,2 V afin de garantir la longévité de la batterie. L’absence de capillaire augmente énormément la fiabilité du système en éliminant les problèmes d’humidité.

Un module GSM-2 installé dans le tube en plastique d’un piézomètre (trou de forage)

Il existe actuellement 350 systèmes de surveillance d’eau souterraine basés sur des modules GSM-2 installés dans le pays entier. Ils envoient les informations sur le niveau et la température de l’eau, directement au poste de commande central et à la base de données situés à Varsovie.

Essais de pénétration au cône

Les essais de pénétration au cône sont une invention néerlandaise de la fin des années 1950, utilisée pendant de nombreuses années comme méthode économique pour sonder le sol. Ces essais donnent un bon aperçu de la structure du sol et de la capacité portante de ses différentes strates. Ils sont utilisés dans le monde entier pour sonder tous les sols fragiles dont la capacité portante présente de fortes variations en raison des forages, constructions, etc.

Pour ce type d’essais, un cône (embout conique d’un diamètre de 36 mm) est enfoncé dans le sol à une vitesse constante de 2 cm/s. Une importante force de réaction est requise pour surmonter la résistance du sol et permettre ainsi à la sonde de s’enfoncer dans le sol.

 

coneCamion de sondage                                                             Cône enfoncé dans le sol

Les résultats des essais de pénétration au cône sont représentés sur un graphique avec la résistance du cône sur l’axe des abscisses et la profondeur du cône sur l’axe des ordonnées. Lors d’un essai de pénétration au cône, les capteurs mesurent la résistance du sol, l’inclinaison du cône, le coefficient de frottement, la température du sol, la conductivité et la tension superficielle. Notre modèle PA-21 Y est utilisé pour ce dernier paramètre.

La tension superficielle: un paramètre très important

Lors de la construction de maisons ou d’une autoroute, par exemple sur d’anciens marais ou sur des berges/deltas, le sol doit d’abord être comprimé afin d’éviter tout affaissement. Le sol est une accumulation de granulats et d’eau. Il doit être comprimé avant de pouvoir commencer toute construction et de solliciter sa capacité portante, par ex. par la pose de charges.

earthquake Rapport d’essais de pénétration au cône et un cône d’essais

Liquéfaction du sol causant des dommages structurels

Si le sol est trop comprimé, les eaux souterraines ne parviennent pas à s’échapper assez rapidement et leur pression hydrostatique augmente trop, provoquant des glissements/flottaisons indésirables du sol: des digues ou bâtiments entiers peuvent ainsi partir à la dérive! On appelle ce phénomène «liquéfaction du sol», ce qui signifie que le sol se comporte comme un liquide. Il peut également se produire lors de tremblements de terre. Vous le connaissez peut-être déjà d’une autre façon: les sables mouvants sont en effet une forme de liquéfaction du sol.

Les conséquences de la liquéfaction du sol dans des zones construites peuvent être extrêmement dommageables. Les bâtiments dont les fondations reposent directement sur du sable qui se liquéfie peuvent subir une perte d’appui soudaine. Cela provoque alors un tassement anormal et extrême du bâtiment, induisant des dommages structurels, y compris une fissuration des fondations et un endommagement de la structure même du bâtiment, ou rendant celle-ci inutilisable par la suite, même sans dommages structurels.

testing report Liquéfaction sismique

Une défaillance des fondations par poinçonnement peut survenir lorsqu’une mince croûte de sol liquéfié se trouve entre les fondations du bâtiment et le sol liquéfié. Le tassement anormal du sol peut également rompre les canalisations souterraines. La pression ascendante appliquée par le sol liquéfié à travers la croûte peut fissurer des dalles de fondation fragiles, pénétrer dans les bâtiments à travers des canalisations et permettre à l’eau d’endommager les murs du bâtiment ainsi que ses installations électriques. Les ponts et grands bâtiments construits sur des fondations sur pieux risquent de perdre l’appui du sol adjacent et de se dérober ou de s’arrêter à un angle d’inclinaison après une secousse.

Les dangers d’un étalement latéral

Les terrains en pente et les terrains adjacents aux rivières ou aux lacs peuvent glisser sur une couche de sol liquéfié (phénomène appelé «étalement latéral»), formant ainsi de grandes crevasses ou fissures dans le sol. Cela peut provoquer d’importants dommages aux bâtiments, ponts, routes et équipements, tels que les réseaux d’alimentation (eau, gaz naturel, électricité, télécommunications) et les réseaux d’évacuation des eaux. Les réservoirs et trous d’homme enterrés risquent alors de flotter dans le sol liquéfié. Les remblayages, tels que les digues de protection contre les inondations et les barrages en terre, peuvent également perdre leur stabilité et s’effondrer si leur contenu ou leurs fondations se liquéfient.

En résumé, nous pouvons en conclure que la mesure de la tension superficielle offre des données précises sur la capacité portante maximale du sol afin de pouvoir construire en évitant toute liquéfaction.

Surveillance et contrôle de la consommation d’eau dans des gares ferroviaires en Russie

La loi russe sur les sous-sols prescrit la réalisation de mesures de niveau d’eau pour obtenir une licence d’extraction d’eau souterraine sur le territoire russe. L’une des entreprises de génie civil les plus importantes de Russie a utilisé des produits KELLER pour contrôler la consommation d’eau dans de grandes gares ferroviaires.

Transmetteurs KELLER dans des puits de gares ferroviaires russes

La loi russe sur les sous-sols (section II, article 11, 12 7, section III, Article 27 PP) impose aux entreprises de génie civil de mesurer le niveau d’eau afin d’obtenir une licence leur permettant de puiser de l’eau souterraine (une licence par puits) sur le territoire russe.

KELLER a fourni des transmetteurs de niveau 26 Y qui ont été installés dans toute la Fédération de Russie. Ces capteurs ont été utilisés pour surveiller et contrôler la consommation d’eau dans de grandes gares ferroviaires. Notre client était l’une des plus importantes entreprises de génie civil en Russie, qui a choisi nos capteurs de niveau en raison de leurs prix très compétitifs et de nos délais de livraison avantageux.

 

Indicateur numérique Evco EVК-512

Digital indicator Evco EVК-512



1 - Indicateur numérique Evco EVК-512
2 - Tuyau de sortie
3 - Tube piézométrique
4 - Transmetteur de niveau KELLER 26 Y, 4…20 mA
5 - Pompe submersible

Location of wells, in which Keller sensors are installed Emplacement des puits dans lesquels des transmetteurs KELLER ont été installés

Systèmes de surveillance de niveau d’eau KELLER appliqués dans la mine à ciel ouvert du gisement de Chernogorsk

L’équipe d’exploration «Novageo» réalise des essais technologiques, des forages de puits géomécaniques et hydrogéologiques et une surveillance du niveau et de la température des eaux souterraines dans la mine à ciel ouvert du gisement de Chernogorsk de métaux non ferreux et précieux (or, platine), dans la région de Norilsk, en Russie.

Équipe d’exploration «Novageo»

La température moyenne au gisement de Chernogorsk en hiver descend jusqu’à -31 °С (parfois même -45 °С). À l’avant-garde des travaux de filtration expérimentaux et de la recherche hydrologique, notre client a équipé 14 puits d’eau de sondes KELLER de mesures de température et de pression hydrostatique, qui sont reliées à unenregistreur de données autonome de type DCX-22 SG. Ces sondes surveillent le niveau et la température de l’eau souterraine, située sous le sol constamment gelé, à une profondeur de 400 à 500 mètres.

Elles sont installées à l’extrémité inférieure d’une colonne métallique ayant un diamètre intérieur de 33 à 40 mm, les câbles des sondes passant à travers cette colonne. La partie supérieure du puits et l’extrémité supérieure de la colonne sont situées dans le permafrost et donc gelées.

Après l’installation des colonnes d’acier (qui contiennent des systèmes de surveillance de niveau d’eau), les têtes de puits ont été équipées de boîtiers de protection métalliques et d’un raccord électrique relié à un enregistreur de données afin de sauvegarder les données recueillies via un convertisseur d’interface de type K-114B (avec option 7).

L’alimentation en eau de l’aquifère, situé sous le permafrost, sera paramétrée selon les résultats de la surveillance du niveau et de la température de l’eau souterraine. Ces résultats permettront également de préciser les paramètres de filtration et de capacité de la terrasse diastrophique.

Gisement de Chernogorsk

Mine à ciel ouvert dans le gisement de Chernogorsk

Site de production de saumure de lithium au salar d’Atacama

La société Rockwood Litio, qui exploite une mine à Atacama dans le nord du Chili, a installé un réseau d’enregistreurs de données de type KELLER DCX-22 AA CTD dans ses puits, les valeurs des mesures de niveau étant extrêmement importantes en raison des restrictions environnementales.

Salar de AtacamaSite de production au salar d’Atacama

Déterminer le niveau et la salinité de l’eau souterraine

L’objectif de cette opération est de déterminer le niveau et la salinité de l’eau souterraine. Ces données sont directement liées aux opérations d’extraction de saumure de la mine dans un premier temps, puis du lithium à partir de la saumure dans un deuxième temps.

Production site in Salar de AtacamaMine du salar d’Atacama



Les valeurs des mesures de niveau sont extrêmement importantes en raison des restrictions environnementales imposées aux sociétés minières par les autorités chiliennes.

Les valeurs obtenues sont les suivantes:
a) variations du niveau d’eau souterraine

par rapport à b) eau extraite des puits
b) réinjection d’eau potable dans les aquifères après les extractions.

Le salar d’Atacama est une attraction touristique extrêmement populaire au Chili et les sociétés minières doivent donc faire preuve d’une très grande prudence car une extraction d’eau excessive peut provoquer des dommages écologiques irréparables.

La conductivité est également mesurée car elle est directement liée à la salinité de l’eau qui dépend des minéraux que contient l’eau (par ex. le lithium).

Production site in Salar de AtacamaMine du salar d’Atacama

Des capteurs spéciaux en titane ont été commandés pour ce projet en raison de la corrosivité de l’eau du salar. L’option AA a été choisie pour prendre en compte les écarts de températures extrêmes des environnements désertiques. Des températures élevées le jour et glaciales la nuit peuvent provoquer de la condensation à l’intérieur du câble au cas où il serait ventilé.

Mine à ciel ouvert dans des gisements de diamants

La mine de Grib, située dans la région russe de Mezensky, dans l’oblast d’Arkhangelsk, est l’un des plus grands gisements de diamants au monde. Pendant l’hiver, les températures peuvent descendre jusqu’à -25 °C (parfois même -37 °C). L’équipe d’exploration «Arhangelskgeolrazvedka» réalise des forages de puits et une surveillance des niveaux et des températures de l’eau souterraine. Les puits sont équipés de systèmes de surveillance de niveau d’eau de KELLER, qui permettent au client de réaliser des économies sur l’utilisation de véhicules spéciaux et l’emploi de personnes pour effectuer des relevés à des endroits difficilement accessibles.

Des économies réalisées sur les véhicules spéciaux et le personnel

L’entreprise réalise une surveillance du niveau et de la température de l’eau dans un rayon de 5 km autour de la surface du gisement. Entre 2011 et 2014, un total de 81 puits (d’une profondeur respective de 20 à 270 mètres) ont été forés afin de surveiller les niveaux d’eau. Les puits sont équipés de 81 systèmes de surveillance de niveau d’eau KELLER, composés de sondes de température et de pression hydrostatique PAA-36 X W ainsi que de 59 modules GSM-2\GSM-2 BOX pour l’enregistrement et le transfert automatiques des données via GSM.

L’utilisation de systèmes automatiques pour la surveillance du niveau d’eau permet de réaliser des économies sur les véhicules spéciaux et l’emploi de personnes pour effectuer des relevés à des endroits difficilement accessibles.

Installation de capillaires à des emplacements difficilement accessibles

Unité GSM-2 BOX installée

Lorsque le réseau de surveillance couvre une zone de puits, il est possible d’utiliser un seul module GSM-2 BOX pour enregistrer et transférer des données à partir de deux à trois puits placés à une distance de 5 à 10 mètres dans la même zone. Cela a permis au client de réduire de 81 à 59 le nombre de modules GSM-2 requis pour la surveillance de 81 puits. Le client a ainsi pu acheter 22 modules GSM-2 de moins que prévu, ce qui représente environ 15 % du prix de l’ensemble de l’équipement de surveillance pour ce projet.

La mine de Grib

La batterie d’un module GSM-2\GSM-2 BOX est capable d’alimenter plusieurs sondes de mesure de niveau. Le module peut quant à lui enregistrer et transférer des données une fois par jour dans un environnement à faible température (-25…-35 °С) et avec un signal GSM faible ou instable pendant plusieurs années. Le client n’a pas eu besoin de changer les batteries de son équipement pendant toute la période d’exploration (2011-2015).

Assèchement d’une mine de diamant

L’entreprise d’extraction «Severalmaz» réalise des forages de puits et une surveillance des niveaux et températures de l’eau souterraine dans la mine de diamant à ciel ouvert de Lomonosov, dans la région d’Arkhangelsk. La température moyenne en hiver peut descendre jusqu’à -25 °C (parfois même -37 °C).

Surveillance du niveau et de la température d’eau souterraine à 200 mètres de profondeur

Le client puise l’eau souterraine dans une mine à ciel ouvert par l’intermédiaire de plusieurs puits d’assèchement forés dans le périmètre. Au cours des années 2013 à 2015, les 45 puits d’assèchement ont été équipés de sondes de mesures de niveau et de température KELLER DCX-16 VG avec enregistreurs de données i .

Enregistreurs de données de faible diamètre

Le client a choisi cette solution car le produit peut être installé dans un conduit humide de 20 mm de diamètre 20 mm (DN 17 mm), à 200-300 mètres de profondeur et avec une faible bande d’erreur.

Grâce à leur diamètre de seulement 16 mm, les sondes de mesure de niveau DCX-16 peuvent être utilisées dans des endroits où le moindre millimètre compte.

Mesure de niveau dans des puits d’eau

Les sondes de mesure de niveau KELLER sont utilisées pour effectuer des mesures statiques et dynamiques des niveaux d’eau de façon fiable et précise.

Pourquoi mesurer l’eau d’un puits?

La mesure du niveau est d’une importance capitale car elle fournit des informations sur le puits et l’équipement de pompage. Une mesure et une analyse des données adaptées permettent une identification proactive du moment auquel le puits nécessitera des travaux de maintenance préventive dus à une détérioration avancée de son tubage rainuré. Plus l’incrustation est importante, moins l’eau peut pénétrer dans le puits, causant ainsi une chute des niveaux d’eau. Cela conduit à une efficacité de pompage électromécanique inférieure, causant à son tour des frais d’électricité plus élevés lors du pompage d’eau à partir du puits.

La mesure du niveau selon le débit fournit également des informations sur l’état de l’équipement de pompage et sur son efficacité. Il est impératif de diagnostiquer l’usure de l’équipement de pompage avant qu’il ne tombe complètement en panne. Cela doit permettre d’éviter d’importants frais de réparation.

Cavitation

L’équipement de pompage de cavitation n’est que très rarement conçu pour une immersion, ce qui signifie qu’il ne fournit pas d’informations en temps réel. Avec une sonde de mesure de niveau numérique ou analogique, il devient possible de programmer un convertisseur de fréquence via un PLC afin de protéger l’équipement de pompage des variations de niveau.

Protection du capteur

Il est important d’installer un tuyau multiple ou un flexible dans lequel un capteur peut être inséré afin de garantir un fonctionnement et une durée de vie du câble appropriés. Un tube de dessiccation doit également être intégré aux dispositifs de levage qui mesurent la pression relative afin d’éviter la pénétration d’humidité à l’intérieur des capteurs.

Mesure avec enregistreur de données et class="glossary">GSM

KELLER offre une large gamme de capteurs de niveau avec enregistreurs de données inclus. Cela permet de stocker toutes les informations historiques contenues sur le capteur et d’analyser le comportement du puits au fil du temps, ce qui aide à diagnostiquer les éventuels problèmes sous-jacents.

Mesure de niveau avec indicateur numérique EV06

Puits avec rainurage intégré

Des informations et alertes peuvent être transmises directement au responsable et/ou à l’opérateur à l’aide de l’unité GSM-2 afin d’éviter des erreurs en temps réel. L’unité GSM-2 vous permet d’envoyer des données à un téléphone portable par SMS, e-mail ou site Web lorsque l’information est requise.

Mesure statique du niveau de l’eau souterraine

Dans les temps anciens de la mesure du niveau d’eau souterraine, on utilisait un commutateur de conductivité fixé à un câble plat en acier ou en plastique suspendu dans un puits de forage, qui émettait un signal acoustique au contact de l’eau. C’était la méthode utilisée pour mesurer le niveau de l’eau souterraine.

Mesure du niveau de l’eau souterraine avec des enregistreurs autonomes de données hydrostatiques

De nos jours, ces mesures peuvent être réalisées automatiquement avec les sondes de niveau DCX-22 et DCX-22 AA de KELLER. La série DCX-22 (AA) est constituée d’enregistreurs autonomes de données hydrostatiques qui sont équipés d’une sonde de mesure de niveau, d’une mémoire avec microprocesseur et d’une batterie.

Ils sont programmés pour réaliser une mesure (par exemple toutes les 6 heures), l’enregistrer dans la mémoire et revenir en mode «veille». Le mode «veille» permet à la batterie d’avoir une durée de vie pouvant aller jusqu’à 10 ans. La programmation et la lecture des données s’effectuent depuis un ordinateur portable ou de bureau relié via un câble USB K-114 A et équipé du logiciel logger 5.2 de KELLER, implémenté sous Windows.

Observez le premier graphique.

Les enregistreurs de données hydrostatiques DCX-22 (AA) peuvent uniquement mesurer la colonne d’eau (E) au-dessus du diaphragme du capteur. La plupart des hydrogéologues s’intéressent cependant à la distance entre la partie supérieure du puits de forage et le niveau de l’eau. Le second graphique présente clairement cette méthode de mesure. Déduire la «profondeur jusqu’à l’eau» à partir de la mesure de la colonne d’eau est relativement simple.

La profondeur totale de l’installation (B) est programmée sous forme de paramètre passif dans l’enregistreur de données. Il suffit de soustraire la colonne d’eau mesurée à la profondeur de l’installation pour obtenir la valeur (F) de la «profondeur jusqu’à l’eau». Il faut donc poser la soustraction comme suit: B-E = F.



Autre élément essentiel: la compensation barométrique. Lorsqu’une sonde de mesure de niveau est placée dans un fluide, elle mesure la colonne de fluide + la colonne d’air qui la sépare de l’ouverture du puits (niveau de référence). En l’absence de correction des variations de pression atmosphérique, la valeur mesurée n’est pas corrigée à 1 mbar = 1 cm d’eau. La pression barométrique doit donc être soustraite à la pression hydrostatique.

Il y a plusieurs manières de procéder. La méthode la plus fréquemment mise en œuvre avec des sondes de mesure de niveau conventionnels consiste à utiliser un capillaire, c’est-à-dire un tube placé à l’intérieur du câble de la sonde de sorte que la pression atmosphérique est renvoyée contre la face arrière du diaphragme. Cette correction mécanique des variations de la pression atmosphérique peut cependant entraîner la formation de condensation dans le tube, ce qui endommagerait la sonde.

Un autre moyen consiste à utiliser un second capteur de pression pour mesurer uniquement la pression atmosphérique. Lorsqu’on soustrait les valeurs de mesure de la sonde à celles de la pression atmosphérique (principe du «capteur barométrique»), on obtient la hauteur de la colonne d’eau pure.

Le DCX-22 AA diffère du DCX-22 en ce qu’il corrige les variations de pression atmosphérique grâce à un second capteur de pression (capteur barométrique), situé dans le boîtier de la batterie qui se trouve au niveau de la tête du puits de forage. Le DCX-22 AA peut enregistrer des données hydrostatiques, barométriques et compensées de la pression atmosphérique.

A l’inverse, le DCX-22 fonctionne toujours avec un enregistreur de données barométriques séparé.



L’utilisation du DCX-22 AA de KELLER est soumise à une condition: le capteur de pression barométrique ne doit pas être immergé. Sinon, il n’est pas possible d’effectuer des mesures barométriques.

Le logiciel modulaire de KELLER permet d’utiliser à la fois le DCX-22 et le DCX-22 AA au sein d’un réseau d’instruments de mesure, la pression barométrique du DCX-22 AA pouvant également être utilisée pour effectuer une compensation barométrique de la pression hydrostatique du DCX-22 ou d’un DCX-22 AA immergé.

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