Brevet FR2296859A1 — publié le 19760730

La présente invention a pour objets, d'une part, un procédé pour répérer une discontinuité éventuelle dans le milieu entourant un trou de sonde, notam ment, mais non exclusivement, dans le béton entourant un trou de sonde mé nagé dans un pilier en béton coulé sur place, et, d'autre part, un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé. Une des façons classiques de procéder à un test non destructif d'un pilier est de prélever, après durcissement du béton, une carotte d'échantillonnage à l'aide d'une foreuse à couronne diamantée de type NX ou ayant un diamètre d'environ 75 mm. Cette façon de faire marche relativement bien sauf que des vides à l'écart du forage ne peuvent pas être repérés. En outre, les éprou vettes prélevées se prient souvent à des interprétations très diverses. En vue de réaliser une forme de test ou vérification autre que celle de la technique d'échantillonnage par carotte, il a déjà été proposé d'avoir recours à des procédés radio-isotopiques comme par exemple les techniques de rétro- diffusion de neutrons ou de rayons gamma. Pour cela il est commode de noyer dans le pilier des tubes en acier ou en matière plastique afin de ménager des trous pour des sondes évitant ainsi d'avoir à les forer après coup. La rétrodiffusion de neutrons permet de détecter la présence de terre dans une masse de béton grace à l'interaction qui se produit entre les neutrons et lthydrogène de liteau que renferme la terre. La rétrodiffusion de rayons gamma, elle, permet de détecter des différences de densité, comme c'est le cas lorsqu'une masse de moindre densité, par exemple de la terre, se trouve prise dans une masse de béton, de densité plus élevée.Dans les deux cas, la présence de corps étrangers formant des enfonçures dans une masse peut betre détectée en introduisant une sonde, comprenant une source de radio-isotope omnidirectionnelle et un détecteur, dans un trou de sonde et,pendant qu'on lui fait parcourir le trou sur toute sa longueur, en notant les signaux de sortie du détecteur en fonction de la position de la sonde au sein du trou. Cette façon de procéder permet de déterminer la position axiale d'une enfonçure mais ne per met pas de déterminer sa position azimutale (c'est-à-dire la position angulaire de la discontinuité relativement à l'axe du trou de sonde), ce qui ne facilite pas beaucoup les choses lorsqu'il s'agit d'effectuer sur place des réparations.En d'autres termes, la façon de faire usuelle ntindique que la profondeur à laquelle des réparations éventuelles doivent être faites mais ne précise pas l'endroit où il y aurait lieu de creuser le sol entourant le pilier, ou de forer dans le pilier lui-mtmeJ pour arriver à 1' enfonçure par la voie la plus directe afin qu'on puisse l'examiner visuellement et/ou la réparer de la façon la moins comateuse et la plus expéditive. L'invention a notamment pour but de trouver une solution qui permette de déterminer l'emplacement azimutal d'une enfonçure dans du béton ou un milieu analogue entourant un trou de sonde, une telle solution présentant un intérêt économique certain. Le procédé selon l'invention est caractérisé èn ce que l'on plonge dans le trou une sonde comportant une enveloppe cylindrique contenant une source de radiation omnidirectionnelle, un détecteur réagissant à de la radiation rétrodiffusée, et un tampon servant à absorber de la radiation en provenance de la source et disposé dans l'enveloppe de manière que la source se trouve au voisinage d'une extrémité axiale de la sonde et que le tampon soit disposé entre la source et le détecteur; l'on détermine le niveau de la discontinuité en notant les signaux de sortie du détecteur en fonction de la profondeur de la sonde dans le trou;; l'on retire la sonde du trou après avoir déterminé le niveau de la discontinuité et l'on monte sur la sonde un bouclier amovible comportant un manchon tubulaire métallique qui recouvre le détecteur et qui présente une fenêtre transparente à la radiation s'étendant axialement le long du manchon et circonférentiellement sur un arc pouvant atteindre 1800; l'on plonge l'ensemble sonde et bouclier amovible dans le trou jusqu'au dit niveau; et l'on soumet le bouclier au moins à un déplacement angulaire en notant les signaux de sortie du détecteur en fonction de la position angulaire du bouclier pour déterminer l'emplacement azimutal de la discontinuité. Quant à l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé, il est caractérisé en ce qu'il comprend une sonde comportant une enveloppe tubulaire axiale obturée à chaque extrémité envers 1 environnement; une source de radiation omnidirectionnelle associée à l'enveloppe; un détecteur de radiation et un tampon d'absorption de radiation associés à l'enveloppe et disposés de manière que le tampon se trouve entre la source et le détecteur; un câble électrique passant à travers l'une des extrémités de l'enveloppe pour assurer le fonctionnement du détecteur; un bouclier monté de façon amovible sur l'enveloppe dans une position axiale recouvrant le détecteur, ce bouclier comportant un manchon cylindrique métallique muni de moyens formant une fenêtre transparente à la radiation qui s'étend axialement le long du manchon et circonférentiellement sur un arc pouvant atteindre 1800; et des moyens pour tourner au moins le bouclier de manière à indiquer la position angulaire de la fenêtre transparente par rapport à un repère. La fenêtre du bouclier peut se présenter sous forme d'une fente longitudinale dans un milieu absorbant la radiation. Lorsqu'on a affaire à une source de rayons gamma, le milieu absorbant est de préférence constitué par une couche de plomb d'environ 2 mm d'épaisseur et lorsqu'on a affaire à une source de neutrons, le milieu absorbant est constitué par un tube de cadmium présentant une fente longitudinale. Dans les dessins annexés donnés à titre d'exemple: la figure 1 est une vue en plan d'un pilier en béton coulé sur place présentant plusieurs tubes en acier, ceux-ci formant des trous de sonde servant à vérifier l'intégralité du pilier; la figure 2 est une vue en coupe d'un pilier en béton coulé sur place, selon la ligne II-II de la figure 1, et montre une enfonçure typique dans le pilier; la figure 3 est un diagramme typique obtenu avec une sonde montrant une courbe obtenue en présence d'une enfonçure et une courbe obtenue en ltabsence d'une enfonçure; la figure 4 est une vue schématique en coupe d'une sonde utilisée dans le cadre de la présente invention; la figure 5 est une vue en perspective du manchon destiné à être utilisé avec la sonde représentée à la figure 4; et la figure 6 montre une autre forme de sonde destinée à une analyse par rétrodiffusion de neutrons. Le piller en béton 10 de la figure 1 est coulé sur place comme décrit plus haut dans un trou foré 15 et est armé par un squelette cylindrique 11 en acier. Le pilier 10 comporte en outre plusieurs tubes 12 en acier ou en matière plastique, ayant par exemple 5 cm de diamètre, placés au voisinage du squelette Il et formant un nombre correspondant de trous de sonde. Comme on peut le voir à la figure 2, le pilier, au voisinage du tube 12t, à la hauteur de la flèche 13, présente une discontinuité 14 sous forme d'une saillie de terre, saillie qui pourrait être due à une motte qui s'est accidentellement introduite dans le trou foré 15 lors du coulage. Cette discontinuité se trouvant au-dessous du niveau 16 du sol, elle ne peut pas être vue lors d'un examen visuel du pilier une fois terminé. Suivant l'importance de la saillie et son emplacement, l'intégralité du pilier et son aptitude à remplir le rôle qui lui est assigné peuvent être compromises sans qu'on s'en rende compte. On peut soumettre le pilier à un test non destructif faisant appel à la technique de rétrodiffusion à rayons gamma en employant une sonde 20 qulon décrira de façon plus détaillée plus loin. La sonde 20 est plongée dans chacun des trous de sonde que forment les tubes 12 à l'aide d'un cible 18 en vue d'obtenir un profil par rétro diffusion pour chacun de ces trous. La zone effective contribuant aux signaux fournis par la sonde est limitée. A la figure 1, la limite est représentée schématiquement par le cercle 17 en traitillé. Suivant l'espacement des tubes 12 au voisinage de la périphérie du pilier, la plus grande partie de celui-ci peut être examinée. C'est dans cette zone périphérique que les chances sont les meilleures pour que se produisent des enfonçures dues à des mouvements de terre lors du coulage. A ce stade, il y a lieu de préciser que la technique de rétro diffusion décrite ci-dessus permet d'effectuer une détermination qualitative pour établir si le béton au sein du cylindre d'influence entourant le trou de sonde comme représenté à la figure 1 est plein ou présente des vides révélant ainsi de graves fautes. Cette technique cependant fournit très peu d'informations sur la résistance du béton vu que l'effet de rétrodiffusion est essentiellement indépendant de la résistance sauf en ce qui concerne la densité. En d'autres termes, l'absence de vide autour d'un trou de sonde ne fournit pas d'indice quantitatif permettant d'établir si le béton existant satisfait à des critères spécifiques de résistance. En plongeant la sonde 20 successivement dans les divers tubes 12, on peut obtenir une série de profils fournissant des informations au sujet de la périphérie du pilier. A la figure 4, le profil 21 représente une courbe typique obtenue à partir du trou de sonde 12" où le béton a bien rempli le trou foré 15 au voisinage du trou de sonde et le profil 22 est une courbe obtenue à partir du trou de sonde 12' passant au voisinage de 'lenfonçure que forme la saillie 14. La présence d'une telle enfonçure se manSeste par une augmentation locale du débit de signaux fournis par le détecteur au niveau de l'enfonçure. En fait, le procédé de rétro diffusion donne un "coup d'oeil" intégré de la matière entourant le trou de sonde de sorte que la présence de I'enfonçure influence le détecteur de la sonde tant au-dessus qu au-dessous du niveau de 1 enfonçure, étalant ainsi la courbe comme indiqué à la figure 3. La sonde 20 représentée à la figure 4 comprend une enveloppe tubulaire 25, deux éléments de fermeture 26 et 27 aux extrémités opposées de l'enveloppe, et un dispositif électronique groupé 28. L'enveloppe 25 est de préférence constituée par un tube en acier inoxydable dont le diamètre est inférieur au diamètre interne des tubes normalisés en acier ou en matière plastique susceptibles d'être utilisés comme trous de sonde et d'être immobilisés au sein du pilier lors de son coulage. La longueur du tube 25 dépend du genre de dispositif électronique groupé utilisé. La structure de base de la sonde 20 est normalisée et à ce propos il y a lieu de se reporter à la Série de rapports techniques No 130 sur les appareils de mesure commerciaux portatifs de détermination radiométrique de la densité et de la teneur en humidité des matériaux de construction, publiée à Vienne par l'Agence Internationale de l'Energie Atomique en 1971. La sonde contient donc une source radio-active convenable, par exemple du césium 137, et le dispositif électronique groupé 28 comporte les moyens usuels de détection, de discrimination et d'amplification. L'élément de fermeture du haut 27 comporte une douille 29 qui est soudée à la false extérieure du tube 25 et qui présente deux alésages taraudés 30. Un câble 31 et deux broches porteuses 32 sont prévus pour supporter la sonde. Chaque broche 32 est filetée à l'une de ses extrémités pour être vissée dans l'un des alésages taraudés 30. L'autre extrémité des broches 32 présente un oeil à travers lequel le bout libre du câble 31 est enfilé pour former une boucle fermée par une bride de serrage 33. De cette façon, le câble 31 permet à la sonde d'être abaissée et d'être soulevée dans un trou de sonde sans communiquer aucune tension à un câble électrique auxiliaire (non représenté), lequel peut, le cas échéant, être armé. Quant au problème de l'obtention d'informations sur la position angulaire exacte d'une enfonçure détectée à une certaine profondeur à l'aide d'une sonde rétrodiffuseuse à rayons gamma, il y a lieu de se référer à la figure 5 qui montre un dispositif accessoire de blindage pouvant être utilisé avec la sonde. Ce dispositif 40 comporte un manchon 42, de préférence réalisé en acier inoxydable, et une feuille 43 de plomb, ayant avantageusement environ 3 mm d'épaisseur, qui vient partiellement entourer le manchon 42 pour ménager une fenêtre 44 transparente aux rayons gamma cette fenêtre s'étendant axialement le long du manchon et circonférentiellement sur un angle pouvant atteindre 1800. La feuille 43 peut être fixée par une colle époxyde soit à la face interne soit à la face externe du manchon 42. Le dispositif accessoire 40 présente un diamètre interne qui est juste supérieur au diamètre externe de l'enveloppe 25. Il est appelé à être enfilé sur l'enveloppe, son manchon 42 venant buter contre un épaulement 41 que ménage la douille 29. Un écrou (non représenté) est destiné à être vissé de façon amovible sur l'extrémité filetée 26a que présente l'élément de fermeture 26 pour retenir le dispositif accessoire 40 sur l'enve- loppe de la sonde. Une paire d'éléments complémentaires de positionnement (non représentés) ou autre expédient peuvent être prévus sur la douille 29 et le manchon 42 pour conférer une certaine orientation à la fenêtre 44, ceci afin de réaliser une sonde à sensibilité directionnelle. Cette sensibilité directionnelle provient du fait que le cristal détecteur ne réagira qu'à la radiation passant à travers la fenêtre. L'une des broches 32 peut alors être enlevée et une tige de rallonge (non représentée) peut être vissée dans le trou 30 pour établir une connection rigide entre l'extérieur et la sonde. En déplaçant angulairement la tige, qui émerge du trou de sonde, on fait tourner la sonde autour de son axe longitudinal ce qui permet à la sonde d'être utilisée pour l'4tablissement d'une carte azimutale de la densité de la matière entourant le trou de sonde à toute profondeur donnée.La tige de rallonge de préférence présente sur sa partie qui émerge du trou de sonde une marque indiquant la position de la fenêtre 44. De cette façon la position angulaire de la fenêtre est donnée à distance par rapport à un repère ménagé à l'orifice du trou de sonde. Lorsque la sonde a détecté une enfonçure à travers le trou de sonde et en a déterminé la profondeur, la sonde est retirée et c' est alors seulement qu'on met en place le dispositif accessoire 40 et la tige de rallonge. L'ensemble sonde et dispositif accessoire est ensuite plongé dans le trou de sonde jusqu'au niveau préalablement déterminé de l'enfonçure, puis il est tourné de 360 à ce niveau et les signaux de sortie du détecteur sont enregistrés. On arrive ainsi à fixer la position angulaire de l'enfonçure. On peut aussi avoir recours à une rétrodiffusion de neutrons pour le testage de piliers, de la même façon que ci-dessus, lorsque ceux-ci ont été coulés dans un sol argileux. Dans ce cas, la sonde telle que décrite ci-dessus peut aussi être utilisée, sauf que la source de rayons gamma est alors remplacée par une source de neutrons et qu'on utilise un détecteur capable de détecter une radiation lente ou thermique de neutrons. Comme source de neutrons on peut utiliser un mélange d'américium 241 et de béryllium. Une intensité convenable serait 100 millicuries. On peut utiliser d'autres sources et d'autres intensités, comme par exemple un tube de He3 ou une chambre de fission ou encore un cristal de scintillation réagissant aux neutrons. Au lieu de monter la source de neutrons de la façon décrite plus haut, on peut également incorporer la source dans une bague annulaire disposée autour du détecteur. Cet agencement est illustré à la figure 6 ob on voit une orx31ee50 comportant une enveloppe 51 analogue à l'enveloppe 25 de la sonde 20, et une source de neutrons 52 entourant un détecteur 53, le dispositif électronique groupé étant indiqué en 54. Lors du fonctionnement, il se produit une interaction entre les neutrons provenant de la source et lthydrogène des molécules d'eau qui sont présentes dans le pilier. Cette interaction des neutrons avec les molécules d'eau produit des neutrons de plus faible énergie. Le détecteur fait une discrimination envers les neutrals de plus grande énergie de la source et ne réagit qu'au neutrons plus lents résultant de la rétrodiffusion. Ainsi, la sonde 50 peut être utilisée pour l'établissement de profils le long d'un trou de sonde de la même manière que la sonde 20. La position angulaire d'une enfonçure est fIxée en utilisant avec la sonde 50 un dispositif accessoire analogue à celui représenté à la figure 6 sauf que le bouclier à neutrons est constitué par une feuille de cadmium ayant une épaisseur d'environ 0, 5 mm et ménageant une fenêtre à neutrons semi-circulaire. Une fois qu'on a repéré la présence d'une enfonçure, on établit sa position angulaire par rapport au trou de sonde en utilisant la sonde 50 équipée du manchon revêtu de cadmium en suivant la procédure décrite plus haut en rapport avec l'utilisation du dispositif accessoire 40. Bien que dans les formes d'exécution décrites ci-dessus, le bouclier recouvre le détecteur dans une position angulaire fixe et ltensemble détecteur et bouclier sont tournés solidairement, on peut bien entendu faire en sorte que le bouclier puisse être tourné de façon indépendante par rapport au détecteur. REVENDICATIONS 1. Procédé pour repérer une discontinuité éventuelle dans le milieu entourant un trou de sonde, caractérisé en ce que l'on plonge dans le trou une sonde comportant une enveloppe cylindrique contenant une source de radiation omnidirectionnelle, un détecteur réagissant à de la radiation rétrodiffusée, et un tampon servant à absorber de la radiation en provenance de la source et disposé dans l'enveloppe de manière que la source se trouve au voisinage d'une extrémité axiale de la sonde et que le tampon soit disposé entre la source et le détecteur; l'on détermine le niveau de la discontinuité en notant les signaux de sortie du détecteur en fonction de la profondeur de la sonde dans le trou; l'on retire la sonde du trou après avoir déterminé le niveau de la discontinuité et l'on monte sur la sonde un bouclier amovible comportant un manchon tubulaire métallique qui recouvre le détecteur et qui présente une fenêtre transparente à la radiation s'étendant axialement le long du manchon et circonférentiellement sur un arc pouvant atteindre 1800; lton plonge l'ensemble sonde et bouclier amovible dans le trou jusqu'au dit niveau; et l'on soumet le bouclier au moins à un déplacement angulaire en notant les signaux de sortie du détecteur en fonction de la position angulaire du bouclier pour déterminer l'emplacement azimutal de la discontinuité. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on monte le bouclier de façon à avoir une position angulaire fixe sur la sonde et qu'on tourne l'ensemble sonde et bouclier. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fenêtre du bouclier est formée par une fente longitudinale ménagée dans un milieu ab sorbant la radiation et qui étend circonférentiellement sur un arc inférieur à 1800. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le milieu absorbant la radiation est un revêtement de plomb d'environ 2 mm d'épaisseur et que le boucliér est espacé de Sa source dans le sens axial. 5. Procédé selon l'une des revendicatl ,lLs 1 à 3, caractérisé en ce qu'on réalise le manchon métallique en cadmium. 6. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comprend une sonde comportant une enveloppe tubulaire axiale obturée à chaque extrémité envers l'environnement; une source de radiation omnidirectionnelle associée à l'enveloppe; un détecteur de radia tion et un tampon d'absorption de radiation associés à l'enveloppe et disposés de manière que le tampon se trouve entre la source et le détecteur; un câble électrique passant à travers l'une des extrémités de l'enveloppe pour assurer le fonctionnement du détecteur; un bouclier monté de façon amovible sur l'en- veloppe dans une position axiale recouvrant le détecteur, ce bouclier comportant un manchon cylindrique métallique muni de moyens formant une fenêtre transparente à la radiation qui s'étend axialement le long du manchon et cir o conférentiellement sur un arc pouvant atteindre 180 ; et des moyens pour tour- ner au moins le bouclier de manière à indiquer la position angulaire de la fenôtre transparente par rapport à un repère. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bouclier occupe une position angulaire fixe relativement au détecteur et en ce que les moyens de rotation sont agencés pour faire tourner ltensemble bouclier et sonde. 8. Appareil selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la fente est formée par une fente longitudinale ménagée dans un milieu absorbant la radiation et qui s'étend circonférentiellement sur un arc inférieur à 1800. 9. Appareil selon rune des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le milieu absorbant la radiation est un revêtement de plomb des virion 2 mm d'é- paisseur. 10. Appareil selon ltune des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le manchon métallique constitue le milieu absorbant et est réalisé en cadmium. 11. Bouclier destiné à I'appareilselon la revendication 6 et agencé pour être fixé de façon amovible à 1' extérieur dtune sonde comportant une enveloppe cylindrique contenant une source de radiation omnidirectionnelle, un détecteur réagissant à de la radiation rétrodiffusée, et un tampon pour absorber de la radiation en provenance de la source, ces éléments étant disposés dans l'en- veloppe de manière que la source soit au voisinage de l'une des extrémités de la sonde et que le tampon se trouve entre la source et le détecteur, ledit bouclier étant caractérisé en ce qu'il comprend un manchon métallique cylindrique venant recouvrir le détecteur, ce manchon comportant des moyens formant une fenêtre transparente à la radiation qui su étend axialement le long du manchon et circonférentiellement sur un arc pouvant atteindre 1800. 12. Bouclier selon la revendication 11, caractérisé en ce que la fenêtre est formée par une fente longitudinale ménagée dans un milieu absorbant la radia tion et qui prétend circonférentiellement sur un arc inférieur à 1800. 13. Bouclier selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le manchon présente un revêtement de plomb d'environ 2 mm d'épaisseur pour absorber les rayons gamma. 14. Bouclier selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le manchon métallique constitue le milieu absorbant et est réalisé en cadmium.