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UN BANC DE RÉFÉRENCE POUR L'ANÉMOMÉTRIE

Youssef Belgnaoui

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CETTE INSTALLATION DU CETIAT, reconnue comme référence nationale française par le Bureau national de métrologie, est une aubaine pour les industriels.

L'anémométrie ne fait pas beaucoup parler d'elle. Très peu de laboratoires de métrologie se préoccupent de la mesure de la vitesse de l'écoulement d'un fluide gazeux. « Il s'agit un peu d'une grandeur physique orpheline », observe Luc Erard, directeur du Bureau national de métrologie (BNM). Pour preuve, il n'existait pas en France de référence nationale en anémométrie. Regrettable. Cette lacune est désormais comblée. Le BNM a reconnu officiellement, le 22 janvier, le laboratoire d'anémométrie du Cetiat situé à Villeurbanne (Rhône) en tant que référence nationale française. Il devient du même coup laboratoire associé au même titre que pour l'hygrométrie et la débitmétrie liquide.

Pour mériter ce statut, le Centre technique des industries aérauliques et thermiques (Cetiat) s'est offert une soufflerie pour l'étalonnage d'anémomètres dans le domaine des basses vitesses d'air entre 0,05 m/s et 2 m/s. La conception de cette installation a été confiée à Ylec Consultants, l'ingénierie, la réalisation et la mise en service à LDSystems. Un investissement de 185 000 euros financé à hauteur de 39 % par le Cetiat, 25 % par la Région Rhône-Alpes, 15 % par le BNM, 13 % par l'Atita (Association technique des industries thermiques et aérauliques) et 8 % par quatre fournisseurs d'anémomètres (Airflow, E+E Elektronik, Testo et Swema).

Chacun y trouve bien sûr son compte. Le Cetiat complète ses moyens d'essais en anémométrie. Il va désormais pouvoir élargir sa palette d'études et d'essais dans le domaine des basses vitesses et ainsi proposer de nouveaux services aux constructeurs de chaudières, climatiseurs, ventilateurs, diffuseurs d'air, bouches de ventilation, séchoirs et autres filtres. Selon Luc Erard du BNM, cette installation va accélérer le processus d'amélioration des capteurs et contribuer à ce que la mesure de la vitesse de l'air soit aussi respectable que d'autres grandeurs.

Maîtrise de la qualité

Testo possède déjà son propre banc d'étalonnage. « Mais celui-ci démarre à 1 m/s et ne permet pas de faire varier la température de l'air. Ces nouvelles capacités vont nous inciter à travailler sur l'amélioration de nos instruments sur les faibles vitesses », indique Charles G. Leniger de Testo. L'installation que possède E+E Elektronik permet quant à elle de travailler à différentes températures, mais pas de modifier l'hygrométrie. « Le banc du Cetiat permettra l'étalonnage des capteurs au plus près de leurs conditions réelles d'utilisation », observe Bertram Walter d'E+E Elektronik. Pour Franck Isabeth de Mindelec, représentant Swema, la participation financière de son entreprise à ce banc est le prolongement naturel de plusieurs années de collaboration avec le Cetiat en vue d'améliorer la qualité des capteurs et de les faire évoluer. On le voit, la perspective de pouvoir mesurer l'incidence de la température, de l'hygrométrie et de la direction du flux sur la mesure a vivement motivé les constructeurs d'anémomètres. « Nous avions intérêt à participer à ce projet, car faire varier ces paramètres sur un banc d'essai est difficile à mettre en place et s'avère très coûteux », souligne Philippe Briat de PB Mesures, représentant Airflow.

Jusqu'à présent, le Cetiat ne possédait qu'une soufflerie autorisant l'étalonnage des anémomètres sur une plage de mesure allant de 0,1 à 40 m/s. L'incertitude de mesure de la soufflerie existante n'était pas suffisante en deçà de 0,5 m/s. Pourtant, la mesure précise de faibles vitesses d'air inférieures à 1 m/s est essentielle dans de nombreux domaines. Elle est indispensable à la caractérisation du confort dans les locaux d'habitation, de ceux recevant du public, dans les habitacles (automobiles, camions, train, autobus...). Elle s'impose aussi pour la maîtrise de la qualité des produits dans les process de fabrication (salle blanche, séchage des produits) ou de conservation et la qualification des équipements visant à assurer la sécurité des personnes (hottes à flux laminaire, poste de sécurité microbiologique...).

Pour mesurer des vitesses d'air, les industriels disposent d'une large palette d'instruments. Les anémomètres à hélice, les dopplers acoustiques, les fils et films chauds, les anémomètres laser-doppler en font notamment partie. La plupart de ces appareils affichent des incertitudes inacceptables ou ne fonctionnent plus en dessous de 1 m/s. En dessous de 0,3 m/s, les capteurs thermiques sont le plus souvent utilisés pour les applications industrielles, et les anémomètres laser-doppler en laboratoire.

Un dispositif adaptable

L'étalonnage de ces appareils pose toutefois un problème. La vitesse mesurée dépend de paramètres tels que la température de l'air, la pression, l'hygrométrie, l'angle de l'écoulement par rapport au capteur ainsi que l'angle de l'écoulement par rapport à la verticale. Le sens de l'écoulement a aussi son importance. En dessous de 0,5 m/s, il a une forte influence sur la mesure. La plupart des capteurs susceptibles d'être étalonnés dans la soufflerie seront des capteurs thermiques de type fil ou film chaud. Ces capteurs induisent de la convection naturelle lorsqu'ils sont mis en fonctionnement et donc créent autour d'eux un écoulement dirigé vers le haut. Le sens de la composante verticale de l'écoulement influe donc sur l'étalonnage de tels capteurs. Dans un flux d'air vertical ascendant, la convection naturelle ou forcée de l'air généré par le capteur s'ajoute à la vitesse alors qu'elle se soustrait dans un flux descendant.

Un dispositif particulier a été imaginé pour pouvoir réaliser l'inclinaison de la vitesse d'écoulement. La veine de mesure est montée sur un châssis rigide qui peut pivoter autour d'un axe horizontal. Ce montage permet de faire varier la direction et le sens de l'écoulement par rapport à la verticale et de créer un écoulement vertical ascendant, horizontal ou vertical descendant. Les concepteurs du banc d'étalonnage ont dû également se prémunir de la convection naturelle sur les parois de la veine. Pour tenir les spécifications, il est donc impératif de faire en sorte que la température de l'air soit la même que celle des parois de la veine. La veine a été gainée extérieurement par un écoulement d'air dont la température est égale à celle des parois de la veine et de l'air qui la traverse. La mesure de la vitesse d'écoulement dans la veine se fait au moyen d'un anémomètre laser-doppler de référence. Cet instrument, le plus sophistiqué et le plus précis des anémomètres, est indépendant des conditions ambiantes.

l'impact

En tenant compte des principaux facteurs d'influence des anémomètres, ce banc d'essai va permettre d'étalonner les capteurs au plus près de leurs conditions d'utilisation réelles. La mesure précise de faibles vitesses d'air va contribuer à l'amélioration du confort de ventilation dans une pièce ou un habitacle, du suivi du séchage d'un produit ou encore du contrôle des équipements liés à la sécurité des personnes (hottes à flux laminaires, cabine de peinture, etc.).

LES PERFORMANCESLe banc d'étalonnage en chiffres

- Gamme de vitesses : de 0,05 à 2 m/s - Gamme de températures : de 10 à 50 °C - Gamme hygrométrique : de 10 à 90 % d'humidité relative - Incertitude de mesure : 0,02 m/s - Possibilité de faire varier la direction et le sens de l'écoulement

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