Brevet FR2492529A1 — publié le 19820423

L'invention concerne d'une manière générale des dispositifs sensibles utilisant des moyens de flottai- son pour maintenir un élément sensible à proximité de la surface d'un liquide, et elle a trait plus particulièrement à des dispositifs tels que ceux utilisés pour la détection de substances hydrocarbonées sur la surface des eaux souterraines. L'utilisation largement répandue des combustible: fossiles dans le monde d'aujourd'hui a soulevé de nombreux problèmes résultant de la pollution des sources d'eaux souterraines et d'eaux potables-par suite de fuites de ces combustibles et de diverses substances contenant des hydrocarbures dans les eaux souterraines. Pour que ces problèmes puissent être plus facilement décelés, on a mis au point des capteurs destinés à détecter la présence de telles substances sur la surface des eaux souterraines. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 4 221 125 décrit un tel dispositif sensible qui utilise une diode à semi- conducteur, placée à proximité de la surface d'une masse d'eau au moyen d'un flotteur, pour détecter la présence de substances hydrocarbonées. Un dispositif correspondant est décrit dans le brevet des Etats-Unisd'Amérique N0 4 223 552. Il est cependant apparu souhaitable d'obtenir d'autres informations telles que la quantité d'hydrocarbure présents sur la surface des eaux souterraines et le taux d'augmentation ou de diminution des substances hydrocarbon présentes. Cependant, la fiabilité à long terme des dis- positifs sensibles soulève des problèmes dus à la corrosion des moyens de flottaison, cette corrosion étant provoquée par diverses substances chimiques présentes dans les eaux souterraines et cette corrosion entraînant un déplacement de l'élément sensible que ces moyens de flottaison suppor- tent, par rapport à la surface de l'eau. On a donc développé un dispositif sensible per- fectionné qui assure la fiabilité des moyens de flottaison en présence de diverses substances corrosives et qui per- met en outre d'obtenir une information concernant la quantité de substances hydrocarbonées présentes à la surface d'un liquide. L'invention concerne d'une manière générale un dispositif sensible destiné à la détection d'une substance contenant des hydrocarbures sur la surface de l'eau, ce dispositif comprenant un moyen de flottaison destiné à flotter sur l'eau et à supporter au moins un élément sensible devant détecter la substance, le moyen de flottaison étant constitué pratiquement de nitrile. L'invention concerne en outre un dispositif sensible destiné à la détection d'une substance sur la surface d'un liquide et présentant une surface de montage destinée à être tournée vers le bas, en direction de la surface du liquide, plu- sieurs éléments sensibles montés à des distances prédéter- minées et différentes, au-dessous de la surface de montage, et un moyen de flottaison fixé à la surface de montage afin de la maintenir à la surface du liquide de manière que les éléments sensibles puissent être maintenus à diffé- rentes profondeurs connues, au-dessous de la surface du liquide. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels e - la figure 1 est une vue de dessous d'une forme de réalisation du dispositif sensible selon l'invention; - la figure 2 est une vue de dessus du disposi- tif représenté sur la Figure 1; - la figure 3 est une élévation du dispositif des figures 1 et 2, montrant également plusieurs éléments sensibles; - la figure 4 est une vue en perspective du dis- positif de la figure 2 auquel des conducteurs électriques sont connectés; - la figure 5 est une vue en perspective du dis- positif de la figure 4, montré dans sa forme finale, prêt à être utilisé comme élément sensible; - la figure 6 est une coupe partielle suivant la ligne 6- de la figure 2, montrant le dispositif sen- sible tel que représenté sur la figure 3; et - la figure 7 est une coupe partielle, analogue à celle de la figure 6, mais montrant une variante du mon- tage des éléments sensibles. Les figures 1, 2 et 3 représentent un organe 10 d'un dispositif sensible montré respectivement par le dessous, le dessus et le côté. Cet organe 10 présente d'une manière générale une surface 12 de montage, un moyen 14 de flottaison et une surface supérieure 16. La surface 12 de montage, tournée vers le bas, présente plusieurs trous 18 dans lesquels des éléments sensibles peuvent être montés. Les trous 18 sont disposés par paires afin de permettre l'utilisation d'éléments sensibles à deux fils de connexion. Les éléments sensibles 20, 22, 24 et 26 sont représentés sur la figure 3 comme sortant des trous 18 à diverses distances de la surface inférieure 12. Ces éléments sensi- bles 20, 22, 24 et 26 sont des composants ou diodes à jonction à semiconducteur à deux fils de connexion. Les extrémités supérieures des trous 18 sont représentées comme aboutissant à la surface supérieure 16 sur la figure 2. Le moyen ou organe 14 de flottaison fait saillie vers le bas de la surface 12 de montage et est conçu pour présenter une flottabilité positive dans tout milieu dans lequel on choisit de faire fonctionner le détecteur. La dimension de l'organe 14 de flottaison est déterminée de manière que la surface 12 de montage se place au niveau de la surface du liquide dans lequel le dispositif est utilisé. Ainsi, les éléments sensibles, qui sont placés à des distances prédéterminées de la surface 12 de montage, sont maintenus à des distances connues au-dessous de la surface du liquide. Ceci permet d'effectuer des mesures précises de la profondeur des substances présentes sur le dessus du milieu liquide. L'ensemble du dispositif sensible 10, comprenant l'organe 14 de flottaison et une partie supérieure 27 présentant la surface 12 de montage et la surface supérieure 16, est réalisé en caoutchouc au néoprène à structure cellulaire fermée, connu sous le nom générique de nitrile et commercialisé sous la dénomination commerciale "NITROPHYL' par la firme Rogers Corporation, Willimantic, Connecticut., E.U.A. Le nitrile convient aux applications du dispositif selon l'invention, car il résiste à la décomposition chimique lorsqu'il est exposé à diverses substances contenant des hydrocarbures. Ainsi, lorsqu'il est utilisé pour la détection de la présence d'hydrocar- bures sur la surface d'eaux souterraines, le nitrile ne se décompose pas au contact de minéraux souterrains ou de substances hydrocarbonées. La surface supérieure 16 est utilisée pour la connexion des éléments sensibles-20, 22, -24 et 26 à un câble électrique devant être finalement relié à un instru- ment de détection ou de mesure (non représenté). La vue de dessus du dispositif sensible 10 montre plusieurs con- ducteurs 28 formant un circuit imprimé sur la surface supérieure 16, ces conducteurs 28 ayant chacun une extré- mité proche d'un trou 18. Ces extrémités sont disposées de manière que les éléments sensibles puissent être con- nectés à elles, par exemple par soudage. Les conducteurs 28 présentent chacun une autre extrémité 30. Toutes les extrémités 30 sont placées les unes à proximité des autres afin de pouvoir être connectées à un câble à conducteurs multiples. Les conducteurs 28 sont déposés directement sur la surface du nitrile afin d'éviter l'utilisation d'une plaquette séparée à circuit imprimé, s'ajoutant à la structure du dispositif 10. Le procédé mis en oeuvre pour former les conducteurs du circuit imprimé sur la surface du nitrile est l'un des procédés décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N' 3 956 041, N0 4 160 050 et No 4 144 118. L'application des conducteurs 28 du circuit imprimé' sur le nitrile a été réalisée, dans le cas de la forme de réalisation décrite, par la firme PCK Technology, Glen Cove, New York, E.U.A. Comme représenté sur les figures 1 et 2, le dis- positif 10 est traversé par un trou central 32 qui permet le montage coulissant de ce dispositif 10 sur un élément vertical afin que ledit dispositif 10 puisse suivre aisé- ment le niveau du liquide ou de l'eau à surveiller. La figure 4 montre le dispositif sensible 10 portant un conducteur électrique sous la forme d'un câble plat 33 relié aux conducteurs 28. Le câble 33 utilisé dans la forme de réalisation décrite est produit par la firme Amp Incorporated sous la référence "5107-1202-2". Ce câble comprend huit conducteurs séparés 34 disposés le long de ses bords, en deux groupes de quatre conducteurs. Une borne 35 est connectée à l'extrémité de chaque conducteur 34 et est soudée à l'extrémité 30 d'un conductel distinct 28. On modifie le câble 33 en y formant plusieurs trous 36 réalisés à peu près centralement, entre les plis du câble. Dans la forme de réalisation-décrite, un câble de guidage (non représenté) passe dans les trous 36. Pen- dant la réalisation, le câble est maintenu initialement sur la surface supérieure du dispositif 10 au moyen d'une barrette 37 de soulagement des contraintes, fixée par deux vis 38 sur la surface supérieure 16 du dispositif 10. La figure 4 montre en outre un tube 39 de guidage qui est fixé dans le trou 32 représenté sur la figure 2. Lors de l'utilisation, le câble de guidage est disposé de manière à passer dans les trous 36 et dans le tube 39 de guidage afin de stabiliser le dispositif sensible en le maintenant latéralement tout en lui permettant de se déplacer verticalement pour suivre les variations du niveau de l'eau. La figure 5 montre le dispositif sensible 10 assemblé comme représenté sur la figure 4, et sur la sur- face supérieure 16 duquel est appliqué un mastic 40 d'étanchéité en résine époxy. Lors de la réalisation du dispositif 10, une nervure périphérique 41, située autour de la surface 16, tend à retenir le mélange liquide, à base de résine époxy, avant sa prise. Tout mélange conve- nable, à base de résine époxy, peut être utilisé pour former le revêtement 40 d'étanchéité. Un tel mélange est décrit ci-dessous en regard de la figure 7. Les figures 6 et 7 représentent, en coupe par- tielle, le dispositif sensible 10 sur lequel plusieurs éléments sensibles 22, 24 et 26 sont montés. Les coupes, qui suivent la ligne 6-6 de la figure 2, montrent le montage de l'élément sensible 26 dans deux modes différents pouvant être utilisés indifféremment pour les autres éléments 20, 22 et 24. Sur la figure 6, les trous 18 sont représentés comme étant métallisés de la surface su- périeure 16 jusqu'à la surface inférieure 12 de montage. Ainsi, l'élément sensible 26 est monté sur le dispositif et connecté électriquement par les soudures 43 de ss fils 42 de connexion, ces soudures étant formées aux extrémités inférieures des trous métallisés 18. La métalli- sation de la'surface intérieure des trous 18 est réalisée de manière à faire partie des conducteurs 28 formés sur la surface supérieure 16 et aucune connexion supplémentaire n'est donc nécessaire. Sur la figure 7, les trous 18 ne sont pas métallisés sur toute leur longueur et, par consé- quent, les fils 42 de connexion doivent être introduits sur toute la longueur de ces trous pour &tre reliés aux conducteurs 28. Une telle connexion peut être réalisée par tout moyen convenable, par exemple par soudage. Dans le cas d'élémenïts sensibles tels que celui représenté en 26, qui descendent à une certaine distance au-dessous de la surface 12 de montage, les fils 42 de connexion doivent être prolongés. Dans ce cas, le prolongement est constitué de deux conducteurs électriques 44 qui sont soudés en bout, par leurs extrémités, sur les extrémités des fils 42 de connexion. Les fils 44 sont réalisés en nickel qui est choisi pour sa faible conductibilité ther- mique. Les éléments sensibles 22, 24 et 26 sont repré- sentés comme étant enrobés d'un isolant électrique 46. L'isolant représenté est connu sous la forme d'un tube rétractable commercialisé par la firme Amp Incorporated sous la référence 603342-1l. Le tube utilisé est de couleur claire et présente une épaisseur réduite afin d'atténuer les effets tendant à désensibiliser les éléments sensibles. Dans la forme de réalisation représentée, un tube d'une épaisseur de 0,38 mm ou moins est utilisé. Les extrémités du tube pénètrent dans deux évidements 48 réalisés dans la surface inférieure 12 de montage et elles sont scellées dans ces évidements au moyen d'une pâte d'étanchéité à base de résine époxy, logée dans les évide- ments 48. Toute résine époxy convenable peut suffire et la matière utilisée dans la forme de réalisation décrite est du type "Isochem 401 NV" clair, avec une amine alipha- tique utilisée comme agent de maturation, une matière du type "Isochem 9/22" utilisée comme durcisseur et un colorant noir du type "Thermoset 50Z", dans les propor- tions de 75 %, 22 % et 3 %, respectivement. Ces matières proviennent de la firme Isochem Resins, Inc., Lincoln, R.I. Ainsi monté,l'élément sensible ou la diode est très bien isolé de l'environnement dans lequel il est placé. Etant donné que le dispositif sensible utilise la mesure du cou- rant passant dans les divers éléments ou diodes, il est important d'empêcher tout courant de fuite entre les fils 42 et 44 de connexion. Un tel courant de fuite résulte généralement de substances se trouvant dans le liquide à contrôler, par exemple des substances minérales présentes dans les eaux souterraines, etc. L'assocation du tube rétractable entourant la diode et du scellement de ses extrémités sur le flotteur ou élément 10 assure l'isola- tion électrique de la diode par rapport au liquide à contrôler et s'oppose donc à de tels courants de fuite. L'invention permet donc d'accroître la quantité et la fiabilité des informations provenant du dispositif sensible. La surface de montage placée à la surface du liquide ou de l'eau permet la réalisation aisée d'un dis- positif sensible portant des éléments sensibles placés à diverses profondeurs au-dessous de la surface du liquide et pouvant donc mesurer à la fois l'épaisseur des substances hydrocarbonées présentes et leur taux d'augmentation ou de diminution. Le nitrile utilisé pour la réalisation de l'organe de flottaison du dispositif sensible consti- tue une substance stable qui n'est pas corrodée par les diverses substances présentes dans les sources d'eaux souterraines qui renferment des substances contenant des hydrocarbures. Ceci permet de faire fonctionner le dispositif sensible pendant de longues périodes de temps au cours desquelles il est possible de surveiller de façon constante les substances hydrocarbonées présentes. La résistance du nitrile aux diverses substances corrosives assure le positionnement des éléments sensibles à la profondeur convenable dans le liquide, pendant de longues périodes de temps. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif sensible destiné à un appareil de détection d'une substance sur la surface d'un liquide, caractérisé en ce qu'il présente une surface (12) de montage destinée à être orientée vers, le bas, en direction de la surface du liquide, plusieurs éléments sensibles (20, 22, 24, 26) montés au-dessous de la surface de montag à des distances prédéterminées et différentes de cette surface, et un organe (14) de flottaison fixé à la surface de montage afin de la maintenir à la surface du liquide pour que les éléments sensibles soient maintenus à des profondeurs connues mais différentes, au-dessous de la sur face du liquide. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte des conducteurs électriques reliés aux éléments sensibles et dont des tronçons (42, 44 sont maintenus par l'organe de flottaison. 3. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la surface de montage est réalisée dans une matière flottante dont la masse flottante est sensiblemen supérieure à celle de l'organe de flottaison. 4. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la surface de montage se présente sous la forme d'un rebord circonférentiel formé sur une masse (27) de matière flottante et entourant une partie centrale qui forme le premier organe cité de flottaison. 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que le périmètre du rebord est sensiblement circulaire. 6. Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce que la masse de matière flottante présente une seconde surface (16) située sur le côté du rebord opposé à celui présentant la surface de montage et tournée dans la direction opposée à celle de ladite surface de montage. 7. Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce qu'il comporte des conducteurs électriques (28) reliés aux éléments sensibles et situés sur ladite seconde surface. 8. Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce qu'il comporte une nervure circonférentielle (41) disposée sur la seconde surface afin de retenir sur cette dernière une matière (40) d'étanchéité avant que cette matière durcisse. 9. Dispositif selon la revendication 8, caracté- risé en ce que la matière d'étanchéité comprend une résine époxy destinée à protéger la liaison entre les conducteurs électriques et les éléments sensibles pour enréduire la détérioration. 10. Dispositif sensible pourla détection de substances contenant des hydrocarbures sur la surface de l'eau, caractérisé ence qu'il comporte un organe (14) de flottaison destiné à flotter sur la surface de l'eau et à supporter au moins un élément sensible (20, 22, 24 ou 26) destiné à détecter lesdites substances, cet organe de flottaison étant constitué principalement de nitrile.