Comment Créer un système de surveillance des eaux pluviales

Voulez-vous connaître les précipitations, le niveau d’eau, le débit, le flux, le débit... ou tout cela à la fois ? Y a-t-il également des paramètres de qualité de l’eau ou des polluants spécifiques qui vous intéressent ? Il faut décider de cela pour faire des choix sur les capteurs les plus courants utilisés dans la surveillance des eaux pluviales, qui sont brièvement décrits ci-dessous.

• Capteurs météorologiques:

Les précipitations et le niveau d’eau sont incorporés dans presque tous les systèmes de surveillance des eaux pluviales. 
L’outil standard utilisé est un pluviomètre à auget basculant, mais ces dernières années, les “ stations météorologiques “ tout-en-un sont devenues abordables et 
très fiables, et relativement faciles à intégrer dans un système plus vaste. Une station météorologique peut mesurer la vitesse et la direction du vent, la température de l’air, l’humidité et les précipitations, ainsi que la pression barométrique dans un seul appareil. 
Une autre solution consiste à recueillir vos données météorologiques auprès d’une source librement accessible, comme les météorologues locaux ou le service météorologique 
national. 

• Niveau d'eau

Le niveau d’eau est le paramètre que tout système de gestion des eaux pluviales devrait mesurer, et dans certains cas, c’est le seul paramètre d’intérêt. Trois des capteurs de niveau d’eau les plus courants sont les suivants : 
- Capteurs de Pression
Compact et fiable, un capteur de pression (PT) submersible ventilé est peut-être le capteur de niveau d’eau le plus largement utilisé. 

- Bulleurs
Les bulleurs sont parfaits pour les sites qui risquent de s’assécher entre deux orages, surtout si les opérateurs ne reviennent pas souvent sur le site. Un autre avantage est que, avec une ligne d’orifice correctement fixée, les bulleurs fonctionnent bien dans les eaux turbulentes. Lorsqu’elles sont correctement installées et entretenues, les bulleurs peuvent durer des décennies sur le terrain..

- Radar

Le radar est le principal représentant des capteurs de niveau d’eau “sans contact”, qui comprennent également des capteurs à ultrasons, à caméra et à laser.  Comme les bulleurs, les radars gèrent bien les conditions de haut débit et de turbulence. L’un des grands avantages des radars est qu’il n’y a pas besoin de beaucoup de travaux de construction pour en installer un sur un ponceau ou un pont, et qu’il n’y a pas de problèmes liés à l’encrassement, aux sédiments ou aux blocages. Une fois en place, les radars, comme les bulleurs, fonctionnent pendant des années et sont très précis.

- Débit d’Eau
Il est souvent intéressant de ne pas se contenter de mesurer le niveau de l’eau, mais aussi de comprendre son écoulement. Les canaux d’eaux pluviales peuvent varier des canaux en béton aux ruisseaux naturels, et les bons capteurs de débit sont choisis en fonction des caractéristiques du site de déploiement. La mesure du débit peut être réalisée à l’aide de débitmètres à très faible coût, ou de méthodes traditionnelles qui utilisent un dispositif primaire tel qu’un déversoir ou un canal associé à un dispositif secondaire tel qu’un capteur de niveau. Les dispositifs jumelés peuvent fournir des informations pour le calcul du débit.
La meilleure technologie pour mesurer le débit sans intervention humaine, et qui permet également de mesurer le niveau, est un profileur acoustique Doppler. Il est recommandé de consulter un spécialiste produit expérimenté lors de la sélection et du déploiement des technologies Doppler afin de garantir les mesures de débit les plus précises. 

• Qualité de l’Eau

Enfin, si l’on veut comprendre le rejet d’un polluant tel que le nitrate ou un métal lourd, il est utile de déployer un capteur de qualité de l’eau en même temps qu’un capteur de débit. L’association de la qualité de l’eau et du débit permettra de calculer le flux de cet analyte et, en fin de compte, la charge, ou la quantité totale d’analyte délivrée au fil du temps. Cela s’avère très utile pour évaluer la charge en nutriments résultant du ruissellement des eaux de pluie, par exemple.
Dans certains cas, un capteur déployé peut ne pas fournir une mesure directe de l’analyte concerné. Par exemple, la conductivité est un bon substitut pour le ruissellement du sel de voirie ou les fluides de dégivrage utilisés sur les tarmacs des aéroports. Le potentiel Redox (ORP) est un bon substitut de la contamination par les métaux lourds. Cependant, il est préférable de mesurer les détergents ou les métaux en laboratoire. En fait, pour certains permis NPDES ou pour la surveillance des TMDL, une analyse en laboratoire est obligatoire, même s’il existe une technologie de capteur déployable qui fournit une mesure directe ou indirecte de l’analyte. Un tel scénario explique pourquoi l’étape suivante est si importante.

Dans certains cas, la règlementation peut exiger une analyse en laboratoire définie, ce qui nécessite une collecte d'échantillons. Un échantillonneur automatique est souvent utilisé.

Les échantillonneurs automatiques peuvent être programmés pour collecter des échantillons à des moments précis ou en réponse à des conditions spécifiques. Ils peuvent collecter plusieurs points temporels dans un seul flacon (échantillonnage composite), par exemple en collectant un échantillon toutes les heures après le début d’un événement. 
Les échantillonneurs automatiques peuvent également collecter des échantillons discrets. Par exemple, au lieu de collecter des échantillons horaires dans une bouteille composite, on peut collecter 24 échantillons horaires individuels dans 24 bouteilles. L’un ou l’autre mode d’échantillonnage (discret ou composite) peut être utilisé pour rechercher n’importe quoi, des coliformes aux nutriments en passant par le sel de voirie, ainsi que des contaminants émergents qui sont très difficiles à suivre avec les technologies de capteurs disponibles. 

Les alertes automatisées sont plus accessibles que jamais, en particulier lorsqu’on travaille avec un intégrateur expérimenté. Les alertes peuvent être reçues par n’importe qui, d’un simple technicien et électronique, par flux RSS, par SMS et même par des applications mobiles telles que WAZE. 
Les alertes peuvent concerner n’importe quel aspect d’intérêt, tel que :

-la montée des eaux qui rend le passage des navires sous un pont dangereux

- la position définie par GPS de la route inondée

- la détection d'un polluant au dela d'un seuil défini

L’idéal est de pouvoir surveiller les données 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à l’aide d’un téléphone portable, et de ne visiter le système de surveillance qu’à des fins de maintenance. L’approche la plus courante consiste, pour un système intégré, à disposer d’un enregistreur de données central qui recueille les données de plusieurs capteurs et les transmet, via des réseaux cellulaires, à une plateforme de données basée sur le cloud, lisible sur un appareil mobile 
ou un ordinateur. Cette même plateforme est généralement la source de critères d’alerte définis par l’utilisateur, qui peuvent également inclure des protocoles d’escalade exploitables.

Il est essentiel de prendre du recul et d’examiner la consommation d’énergie de tout cet équipement avant de l’acheter. 
Les coupures de courant pendant un orage sont fréquentes, et un système de surveillance des eaux pluviales ne doit pas dépendre de l’alimentation secteur, sauf s’il existe un générateur ou une batterie de secours. Dans les environnements extérieurs, cela n’est pas toujours possible. De plus, lorsqu’on commence à ajouter des capteurs, des échantillonneurs et des systèmes de télémétrie, la demande en énergie augmente. Il est important, lors du choix de ces fonctionnalités, de calculer le budget énergétique du système complet, et de choisir la ou les sources d’alimentation et les sauvegardes en conséquence. 
La plupart des systèmes sont suffisamment alimentés par une batterie de 12 V rechargée par le soleil. Il est important de nettoyer régulièrement les panneaux solaires et de surveiller la tension de la batterie, soit par des données télémétriques, soit par des visites de routine. Il est également important de s’assurer qu’une quantité suffisante de lumière solaire atteindra les panneaux dans des conditions non orageuses. Les systèmes à forte demande de puissance peuvent nécessiter des batteries supplémentaires. Il est également prudent d’utiliser des capteurs qui peuvent être alimentés par leurs propres batteries internes en cas de panne du système.Une fois la conception finale du système en tête, il convient de prendre en considération la protection de cet investissement.

Il y a plus d’une façon d’interpréter ce que signifie l’expression “sécuriser l’équipement”. La première concerne l’installation correcte, par exemple lorsqu’on place un radar sur un pont, ou un dispositif Doppler dans une canalisation d’eaux pluviales à écoulement libre. 
Le radar doit pouvoir résister aux éléments, non seulement pendant la tempête, mais aussi pendant les périodes de températures élevées ou basses, d’humidité élevée, ou tout autre risque météorologique pouvant survenir dans une région. Un dispositif Doppler doit être fixé 
de manière à ce qu’il ne soit pas emporté par un fort débit lors d’un orage. L’installation correcte non seulement des capteurs, mais aussi de tous les composants du système, est primordiale pour traverser une tempête avec un équipement et des données intacts. 
Cependant, “sécuriser l’équipement” fait également référence à la protection contre le vandalisme. Lors de la planification d’un système de surveillance des eaux pluviales, il est important de se demander si des choix simples peuvent être faits pour rendre l’équipement 
difficilement accessible aux vandales. Les capteurs, les enregistreurs de données et les systèmes d’alimentation doivent être placés dans des conteneurs verrouillés, et parfois même de faux avertissements sont apposés dessus pour dissuader les vandales.
Pour les deux interprétations de la sécurité, il est très utile de travailler avec des intégrateurs de systèmes expérimentés. On pense souvent que le travail des intégrateurs consiste à assembler les composants du système, mais l’un des plus grands avantages est certainement leur capacité à évaluer un site et les moyens les plus sûrs et les plus sécurisés d’y placer l’équipement.

• Choisir les Bons Partenaires

Les cinq étapes ci-dessus aideront presque tout le monde à commencer la conception d’un système de surveillance des eaux pluviales. Un programme complet est cependant une autre affaire. Il faut prendre en compte la manière dont les systèmes seront intégrés, installés et entretenus, ainsi que les exigences en matière d’analyse et de gestion des données. La charge de travail du personnel peut être importante et de nombreuses organisations choisissent 
de travailler avec un intégrateur de système et un fournisseur de services complets afin d’exécuter au mieux un programme de surveillance des eaux pluviales. Cela peut conduire à une aide à la décision avancée, telle que l’agrégation des informations afin que les dirigeants puissent prendre des décisions sur le moment où il faut alerter le public d’une situation d’inondation dangereuse, par exemple. Xylem, à travers sa marque YSI excelle dans la mise en place de programmes complets grâce à son équipe de systèmes et services intégrés.