Les niveaux (I)

niveau de maçon, niveau à eau, niveau à lunette

(Il serait bon d'avoir lu, avant d'aborder cette page, celles consacrées au "nivellement direct", à la "nivelle" et à la "lunette".)

I) Niveau de maçon

C'est l'association d'une nivelle et d'une règle. Il permet, comme en nivellement direct, de matérialiser l'horizontale.
(portée 3m )  ( La précision dépend beaucoup de celle de la règle: ±3mm à 3m )

Niveau de maçon et règle permettent le transfert à la chaussée de l'altitude connue de la tête de piquet

II) Niveau à eau

    Repose sur le principe des vases communicants. A savoir que la pression atmosphérique, étant égale, sur les deux surfaces délimitant le contact air-eau, alors les niveaux de ces deux surfaces seront identiques. La précision est de quelques mm à environ 10m

    Une alternative moderne de ce bon vieux niveau à eau existe sous forme "électronique": le Compulevel qui assure le ±3mm à 30m.

III) Niveau à lunette

    C'est le même principe que le niveau de maçon, mais au lieu d'associer la nivelle à une règle, on l'associe à une lunette. Ainsi la matérialisation de l'horizontale peut se faire sur des portées plus importantes.

3.1) Types de niveaux à lunette

3.1.1) la notion de "monobloc"

    La qualité d'un niveau dépendra évidemment de ses constituants: de la nivelle, de la lunette ainsi que de la liaison entre ces deux parties. Nous nous contenterons d'examiner les niveaux dits "monoblocs" (ceux que vous manipulez présentement).

Niveau monobloc à nivelle niveau monobloc à compensateur

 

C'est une génération de niveaux à lunette qui a pris le pas, voilà une quarantaine d'années, sur les niveaux "à nivelle réversible" et les niveaux "à nivelle indépendante de la lunette".

 

Quand on dit "monobloc", ce qui sous-entend aucun mouvement relatif entre la nivelle et la lunette, c'est un bien grand mot. En effet il en existe un, certes très petit, rendu possible par la présence d'une petite vis dite "de réglage". Nous verrons, dans le paragraphe consacré à la collimation verticale, qu'il était important de prévoir celle-ci.

Utilisation: si la nivelle est bien réglée, le calage de la nivelle assure l'horizontalité de la visée.

Voici une petite animation qui vous permettra de tester si vous avez compris la fonctionnalité des différentes parties d'un niveau classique

3.1.2) la notion d'automatisme.

    Les progrès de la mécanique et de l'optique aidant, depuis une vingtaine d'années, la nivelle, étroitement liée à la lunette, a pu être remplacée par un "compensateur" qui, tout comme la nivelle, assoit sa fonction sur la pesanteur. Il a, bien évidemment, la même fonction, à savoir, assurer l'horizontalité de la visée. Il a toutefois un gros avantage par rapport à la nivelle: l'opérateur n'a plus besoin de le caler. C'est la pesanteur qui s'en charge (et en plus c'est gratuit). Ainsi la visée prend sa position horizontale "automatiquement". Les niveaux sont donc dits "automatiques" (association d'un compensateur et d'une lunette).

Deux principes ont été suivis pour assurer l'horizontalité de la visée, via le compensateur:

    niveau auquel on a enlevé l'oculaire.

ni0110.gif (73878 octets)  Compensateur du Wild NA2, ramenant l'image sur le réticule. Le dilemme des constructeurs a toujours été de trouver une côte mal taillée entre une compensation fine et l'amortissement de l'équilibrage dans le temps. En effet il n'est pas question pour l'utilisateur d'attendre 10 minutes avant que le compensateur ne s'arrête de bouger. C'est pourquoi dans ce système apparaît un réglage au niveau de la raideur de l'amortissement. Les compensateurs modernes, tel celui présenté démonté, ci-dessus, sont magnétiques. Le balancement du compensateur induit un champ magnétique contrarié par celui d'un aimant.
    Évidemment, dans la plupart des situations topographiques, l'automatisme est préférable, en particulier dans les travaux de génie civil quand les engins de TP frôlent le niveau en station. 
    Par contre, gardez précieusement le vieux niveau d'ingénieur à nivelle torique car il est des situations où il peut rendre encore des services. C'est arrivé au cours du montage des voussoirs composants le tablier central du Pont de Normandie. Il fallait mettre de niveau une chèvre de levage sur le voussoir d'extrémité. Le montage était donc relatif. Mais quand on se rappelle que ce pont est à l'entrée de l'estuaire de la Seine, on doit bien se douter que cette région n'est pas dotée d'un climat toujours calme. Il y vente quelques fois. Le tablier monté en "avancée" ballotte donc sous l'action du vent malgré la présence de câbles de pré-contrainte. L'ensemble voussoir, chèvre et niveau se baladait donc parfois d'une cinquantaine de centimètres. Le compensateur était donc continuellement en mouvement et empêchait donc toute lecture. Par contre notre bon vieux niveau à nivelle, une fois calée, permet de s'affranchir de cette difficulté. Ce n'est pas parce que la bulle est décalée que la lecture est impossible. Il est vrai que ce n'est pas une situation rencontrée tous les jours!

    Revenons à l'utilisation du compensateur. Il faut s'assurer, avant la lecture, que celui-ci assure bien sa fonction. En effet si la lunette est fortement inclinée par rapport à l'horizontale, le compensateur reposera sur le carter de la lunette. Il ne pourra donc pas assurer son équilibre établie que sur la seule pesanteur et son axe de rotation. C'est pourquoi subsiste sur le niveau, une nivelle sphérique, qui , calée, assure une horizontalité de la lunette approximative mais suffisante pour que le compensateur puisse amortir librement son balancement. Un petit truc: avant d'effectuer la lecture, tapoter légèrement la lunette. Ces petits chocs vont occasionner un petit balancement du compensateur que vous allez percevoir en voyant le réticule se déplacer, lui aussi, très légèrement, de haut en bas, le temps de l'amortissement. Ce sera la preuve que le compensateur n'est pas entravé. Certains niveaux ont un bouton pressoir prévu à cet effet.

Généralement les compensateurs permettent un défaut de calage de ±15' sexagésimales avec une précision de ±0.5".

3.1.3) la notion de classe

na700.jpg (47677 octets)

NA720

NA724

NA728

NA730

Accuracy        

Per km Double Run

2.5 mm

2 mm

1.5 mm

1.2 mm

Ni® 30 Ni® 40 Ni® 50
Mean error on 1 km
of double levelling
+/-1,0 mm +/-2,0 mm +/-3,0 mm

DiNi® 12
DiNi® 12T
DiNi® 22
Accuracy, DIN 18723 (electr. measurement)
Standard deviation for
1 km two-way leveling
DiNi
– Precise leveling rod, coded scale
0.3 mm
0.3 mm
0.7 mm
– Engineer's folding staff, coded scale
1.0 mm
1.0 mm
1.3 mm

na2002_b.jpg (53272 octets)

   NA2002   

  NA3003

Accuracy GKNL4-1.5mm
GPCL2/3 - 0.9mm
GKNL4-1.2mm
GPCL2/3 - 0.4mm
Magnification 24x
Distance

GKNL4 - 1.8m to 100m
GPCL2/3  - 1.8m to 60m
(1cm -5cm) tape accuracy

Staff reading

1mm/0.1mm

0.1mm/0.01mm

Measuring time

4s

 

Elle repose sur celle de la précision. On distingue les niveaux de chantier des niveaux d'ingénieur.

Les niveaux de chantier ont une valeur absolue de l'écart-type de cheminement double sur 1 km > 2mm.

Parmi les niveaux d'ingénieur on distingue trois classes:

  1. La classe I:         l'emq de cheminement double sur 1km » ±1.5mm.
  2. La classe II:        l'emq de cheminement double sur 1km » ±1mm. Généralement les constructeurs indiquent l'appartenance de leur matériel à cette classe en intégrant, au matricule de celui-ci, le nombre 2.
  3. La classe III:      l'emq de cheminement double sur 1km » ±0.4mm à l'aide d'une mire invar. Un 3 apparaît généralement dans l'immatriculation.

Les nivellements de haute précision sont assurés, pour les niveaux optiques, par l'adjonction d'un système de lecture d'appoint sur mire (lame à faces parallèles). Ce système est décrit avec très haute précision à ce paragraphe.

Cette distinction, entre classes, est importante car apparaît parfois dans les cahiers des charges ( implantations et contrôles de stabilité d'ouvrages ).

Remarque importante: j'ai lu dans certains cours et littératures techniques une classification qui adoptait l'ordre inverse, c'est à dire classe I, la plus précise, à la classe III, la moins précise, ce qui est extrêmement gênant. Il y a évidemment problème. Personne n'a pu, jusqu'à présent, me justifier d'une origine officielle de cette classification. Quant à moi, je me suis toujours reposé sur l'association des matricules adoptés par les constructeurs (exemple: NA2, NA3 de chez Wild) et de leur écart-type. Si quelques lecteurs pouvaient lever le doute, ils seraient assez aimables pour le signaler par l'intermédiaire de ma boîte aux messages.

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