Pesage de silo ou mesure de niveau : masse ou volume ?

La quantité de matière dans un silo peut s’exprimer dans deux unités, et le choix détermine la source d’erreur à gérer. Les capteurs ou modules de pesage donnent directement la masse, mais subissent toutes les liaisons mécaniques du silo. Un radar mesure la distance à la surface ; cette lecture ne devient une masse qu’après adoption d’une masse volumique apparente. Cet article compare les deux méthodes sur la même base d’erreur de masse et propose une règle de sélection.

Deux façons de connaître le contenu d’un silo

Les capteurs sous les appuis mesurent la force verticale totale, liée à la masse par la pesanteur locale, indépendamment de la forme du matériau. Le radar en toiture mesure la distance vide à la surface, la convertit en hauteur de remplissage, puis en volume par la géométrie du silo. Les deux résultats concordent seulement si la masse volumique apparente utilisée correspond à celle du matériau stocké. Leurs défauts diffèrent : tuyauteries, escaliers et contraintes thermiques perturbent le pesage ; poussières, dépôts et surface irrégulière perturbent le radar. Aucune méthode n’est universellement juste : comparez-les dans l’unité effectivement utilisée pour les échanges ou la conduite, à savoir la masse.

Un même stock exprimé en masse et en volume

Le tableau compare les principes selon les grandeurs importantes pour le suivi de stock. Il ne sélectionne pas un produit ; les chiffres sont des références d’ingénierie typiques, à confirmer d’après la fiche technique pour le silo réel.

La colonne de droite montre que le stock radar est en réalité très dépendant de la masse volumique apparente attribuée au matériau présent dans le silo à cet instant.

Exemple sur un silo, avec deux sources d’erreur

Considérons un silo de diamètre intérieur 6.0 m et de hauteur 18 m contenant 200 t d’un matériau de masse volumique apparente réelle 864 kg/m³ : soit 231.5 m³ et une hauteur de 8.2 m dans ce silo de 6 m × 18 m. Le transmetteur utilise la valeur catalogue de 800 kg/m³. C’est un calcul illustratif avec des valeurs de site supposées, pas une mesure METRAVON. Le radar lit correctement le niveau et donne 231.5 m³ ; avec 800 kg/m³, il indique 185.2 t, soit −7.4 %. Supposons maintenant un système de pesage dimensionné indépendamment pour la charge brute totale et les réactions aux appuis. Un convoyeur raccordé ajoute une charge verticale équivalente à 3.2 t : le total indique 203.2 t, soit +1.6 %. Entrées (variation de masse volumique, charge de tuyauterie équivalente verticale) → conversion (volume×masse volumique, somme des forces) → résultats (−7.4 % de masse radar, +1.6 % de masse pesée). Limites : l’erreur radar augmente avec la variation de masse volumique ; l’erreur de pesage, avec les liaisons mécaniques à la structure.

Où le niveau radar perd en précision

Le stock radar se dégrade si la masse volumique apparente varie ou si la surface n’est pas plane. Ciment, cendres volantes et céréales se tassent ou s’aèrent, modifiant cette masse volumique de plusieurs pour cent entre remplissage lâche et état tassé, ce que la géométrie ne détecte pas. Un tas conique ajoute un biais de volume lié à l’angle de repos, quantifié dans notre note dédiée ; ici, c’est un second terme indépendant de la masse volumique. Poussières sur l’antenne et dépôts sur la paroi atténuent aussi le retour ou créent de faux échos. Pour maintenir la masse vers ±2 % avec de fortes variations de masse volumique, le radar seul ne suffit pas : il faut une entrée de masse volumique ou un pesage de secours.

L’hypothèse de masse volumique doit avoir un responsable : rien dans le relevé de niveau n’indique qu’elle est devenue obsolète. Prélevez 1 L en trois points du remplissage, pesez à ±1 %, notez l’état tassé ou aéré et rapprochez le stock mensuel du bilan massique entrées–sorties. Un écart persistant de 2–3 % signifie généralement que la masse volumique saisie a dérivé, plutôt qu’une panne radar.

Où le pesage perd en précision

Le pesage se dégrade lorsque des forces autres que le poids du silo atteignent les capteurs. Une tuyauterie d’entrée ou de sortie rigide, un escalier ou une plateforme suspendus au silo, ou la dilatation solaire d’un pied ajoutent ou retranchent une masse apparente. Les raccords souples et compensateurs visent précisément à exclure ces réactions du chemin de charge, mais des modifications ultérieures de tuyauterie annulent souvent cet isolement. Une fondation instable ou non horizontale peut aussi fausser la somme des capteurs. Pour un transfert soumis à la métrologie légale, l’installation doit être examinée comme un problème de structure, pas seulement d’instrumentation ; les raccords souples doivent être vérifiés lors de l’essai de charge de réception.

Règle de choix et liste de contrôle

La règle tient en une question : quelle source d’erreur est la plus faible pour ce silo ? Le radar n’est plus précis que si la variation de masse volumique reste sous le rapport effort parasite/masse. Ici, ce rapport vaut 1.6 % : utilisez ±2 % comme seuil générique de présélection et calculez le point d’équilibre réel par silo. Avec une masse volumique stable et une surface assez plane, le radar fournit le stock volumique à faible coût installé, sans travaux de structure ; si la masse volumique varie ou si la masse sert aux transactions, le pesage l’emporte, sous réserve d’un isolement mécanique correct.

Les deux sources se comparent directement. L’erreur de masse radar est approximativement l’erreur de masse volumique, augmentée des erreurs de niveau et de géométrie ; celle des capteurs est la somme des forces parasites rapportée à la masse réelle. L’équilibre est atteint lorsque la variation de masse volumique, en pourcentage, égale le rapport effort/masse. Sur 200 t, 3.2 t représentent 1.6 %, contre une variation observée de 8 % : le choix favorise le pesage. Entrées (effort de 3.2 t, masse de 200 t, variation de 8 %) → conversion (F/m contre Δρ/ρ) → résultat (1.6 % contre 8 %). Limite : la comparaison dépend de l’estimation des efforts ; inspectez chaque liaison avant de commander les capteurs.

La liste suivante transforme cette règle en décision de site.

Si les deux fonctions comptent, une solution hybride, radar pour l’alarme de niveau et pesage pour le stock, est justifiable ; il faut rapprocher les deux sur une base massique commune à la mise en service.

Questions fréquentes

Q1. Pourquoi le stock radar dépend-il surtout de la masse volumique ?

Le radar mesure la distance à la surface ; la masse n’est obtenue qu’en multipliant le volume par la masse volumique apparente. Si la valeur réelle diffère de l’hypothèse, la masse est fausse même avec un niveau juste. Dans l’exemple, +8 % de masse volumique donne −7.4 % d’erreur de masse : sa stabilité détermine l’adéquation du radar.

Q2. Les capteurs de pesage sont-ils toujours plus précis ?

Non. Ils évitent le problème de masse volumique, mais captent les forces transmises par tuyauteries, plateformes ou déformations thermiques. L’exemple donne +1.6 % avec un effort de 3.2 t sur 200 t. La précision dépend des raccords souples corrects, pas seulement des capteurs.

Q3. Peut-on utiliser le radar pour le transfert transactionnel de solides ?

Seulement avec une masse volumique stable et documentée et une forme de surface maîtrisée, car le radar donne un volume à convertir. Pour une masse justifiable en métrologie légale, on choisit habituellement le pesage ou une bascule sur la bande d’alimentation, en gardant le radar pour les alarmes de niveau.

Q4. Quelle surface pénalise le plus le radar ?

Un tas conique pentu sous une antenne centrale surestime ou sous-estime le volume moyen selon le demi-angle de repos et la hauteur de remplissage. Une position latérale ou plusieurs faisceaux réduisent le biais, mais un angle très variable compromet toujours une lecture ponctuelle et exige un rapprochement de masse volumique.

Q5. Comment empêcher les tuyauteries de fausser le pesage ?

Prévoyez raccords souples et compensateurs sur chaque tuyauterie, et séparez structurellement escaliers et plateformes. Pendant l’essai de réception, vérifiez que retirer ou fléchir un raccord modifie la lecture de moins que la tolérance ; les modifications ultérieures annulent souvent l’isolement initial.

Q6. Un système hybride radar et pesage est-il utile ?

Oui, si alarme de niveau et stock massique ont des besoins de précision différents. Le radar fournit à faible coût une alarme très haute et un niveau continu ; le pesage donne une masse justifiable. Rapprochez les deux sur une masse commune à la mise en service pour éviter des contradictions en exploitation.

SYNTHÈSE

Le suivi du silo impose de choisir une source d’erreur : dans l’exemple, +8 % de masse volumique apparente donne −7.4 % d’erreur radar en masse, tandis qu’un effort de tuyauterie de 3.2 t donne +1.6 % au pesage. Envoyez-nous le diamètre, la plage de masse volumique et les liaisons rigides éventuelles : nos ingénieurs préciseront quelle méthode respecte votre tolérance de stock.