Brevet FR2490346A1 — publié le 19820319

L'invention concerne un procédé pour contrôler le potentiel par rapport au sol d'une structure métallique située dans le sol et protégée cathodiquement au moyen d'une tension continue appliquée de l'extérieur, suivant lequel une électrode de mesure située dans le sol au voisinage de cette structure est alternativement électriquement connectée à cette structure et à un circuit de mesure utilisé pour mesurer la différence de potentiel entre l'électrode de mesure et une électrode de référence située sur ou dans le sol. Selon le type de sol dans lequel une structure en acier protégée cathodiquement, telle qu'un pipeline en acier, est située, le potentiel de la structure par rapport au sol doit être inférieur à une valeur de l'ordre de -850 mV à -950 mV pour empêcher la corrosion. Pour assurer un bon fonctionnement du système de protection cathodique, il faut contrôler ce potentiel régulièrement. Un procédé du type décrit ci-dessus est connu par exemple du fait de la demande de brevet hollandais mise à l'inspection publique n" 76.02.921. Suivant un tel procédé, la différence de tension entre la structure protégée et l'électrode de référence n'est pas mesurée directement, étant donné que, du fait de la chute de tension dans le sol provoquée par le passage soit du courant de protection appliqué, soit de courant vagabonds éventuels provenant d'installations électriques voisines, le potentiel correct de la structure par rapport au sol ne serait pas mesuré . Lorsque, comme indiqué, on utilise une électrode de mesure qui est alternativement connectée à la structure protégée et au circuit de mesure, chaque fois que l'électrode de mesure est connectée au circuit de mesure,l'influence du passage de courant est supprimée.Après un certain temps de stabilisation,nécessaire pour une polarisation complète, l'électrode de mesure prend le potentiel de la structure protégée et le conserve durant pratiquement la totalité des périodes de mesure tant que ces dernières sont brèves et courtes par rapport aux périodes pendant lesquelles l'électrode de mesure est connectée à la structure protégée. Dans le procédé de mesure décrit ci-dessus, on a employé jusqu'à présent des électrodes de mesure in situ enfouies dans le sol au voisinage de la structure protégée. Ceci présente un certain nombre d'inconvénients: a) Dans le sol perturbé par les opérations de creusement, le temps de stabilisation pour une polarisation complète est long (il est d'au moins 10 jours et peut atteindre 3 mois); b) les coûts du positionnement soigneux et habile des électrodes de mesure sont élevés; c) si la structure à protéger s'étend sur de grandes distances, comme ceci est le cas, par exemple, d'un pipeline de transport de gaz, le fait que les électrodes de mesure soient situées seulement à des emplacement particuliers est un inconvénient. Par exemple, les électrodes de mesure ont été disposées à des intervalles de 2 km. Ceci donne des informations suffisantes pour un contrôle général mais non pour dépister des irrégularités locales de la protection cathodique. La présente invention a pour but de proposer un procédé tel que décrit ci-dessus qui ne présente pas les inconvénients ci-dessus mentionnés. Le procédé selon l'invention est caractérisé par l'emploi en tant qu'électrode de mesure d'une sonde métallique conductrice en forme de tige recouverte d'une couche de matière isolante et munie d'une extrémité pointue dénudée qui est enfoncée dans le sol avec sa pointe adjacente à la structure protégée cathodiquement et au même niveau que cette dernière. On pousse la sonde en forme de tige dans le sol à la main ou on l'enfonce à l'aide d'un marteau. D'une manière surprenante, on a trouvé que le temps de polarisation d'une telle électrode de mesure sous réserve que l'extrémité dénudée soit légèrement décapée au préalable, n'est que de quelques minutes; la raison en est probablement que le sol n'est pratiquement pas pertubé par l'insertion de cette sonde en forme de tige.Les couts élevés de l'installation d'une électrode de mesure in situ sont totalement supprimés et l'emploi de l'électrode n'est pas limité à certains points de mesure fixes de sorte que le procédé selon l'invention convient pour dépister les irrégularités locales où la protection cathodique de la structure à protéger est insuffisante.Les pipelines d'acier posés dans le sol sont, en général, munis d'une couche protectrice qui est constituée par un revêtement électriquement isolant. La protection cathodique est une mesure supplémentaire nécessaire dans un tel cas du fait qu'en pratique le revetement comporte toujours des fissures et des trous.Pour empêcher la corrosion, de telles zones dénudées doivent avoir le potentiel cidessus mentionné de -850 mV, par exemple, par rapport au sol;le procédé de l'invention permet d'effectuer un contrôle local pour vérifier si cette condition est remplie. On utilise, de préférence, une sonde en forme de tige dont l'extré mité découverte est conique; la longueur de l'extrémité pointue découverte est comprise1 de préférence, entre 0,5 fois et 20 fois le diamètre de la sonde . Avec une telle forme bien définie de ltextrémité,on peut calculer à la fois la superficie dénudée de l'extrémité et la résistance de contact avec le sol. Il est désirable que la superficie dénudée de l'extrémité soit du même ordre de grandeur que celle de la plus grande des zones dénudées prévisibles; avec une épaisseur du revetement protecteur de 5 mm, on peut admettre que les zones dénudées peuvent avoir jusqu'à 20 cm2 environ de surface. Avec une sonde ayant un diamètre de 1 cm, ceci conduit a une longueur désirée de l'extrémité conique dénudée d'environ 13 cm.La résistance de contact par rapport au sol est plus grande au niveau de cette extrémité conique qu'au niveau de la zone dénudée plus ou moins plate étudiée;ceci signifie que toute chute de tension résiduelle due au passage de courant à travers l'électrode de mesure donnera un résultat de mesure légèrement "plus mauvais que celui correspondant au potentiel de la zone dénudée; on reste ainsi du côté de la plus grande sécurité. Selon l'application, on utilise une sonde métallique en forme de tige dont le diamètre est compris entre 5 mm et 20 mu et dont l'extrémité dénudée a une superficie comprise entre 1 cm2 et 60 cm2. Le procédé selon l'invention est, de préférence, exécuté d'une manière telle que la sonde métallique en forme de tige est alternativement connectée à la structure métallique protégée cathodiquement pendant une première période plus longue appelée ci-après la "période de repos" et au circuit de mesure pendant une seconde période plus courte appelée ci-après la "période de mesure". La période de repos a,de préférence, une durée maximale de 5 secondes et la période de mesure a, de préférence, une durée égale au maximum au centième de la période de repos, par exemple, une durée de 0,1 à 10 millisecondes. La période de mesure doit être suffisamment courte pour que le résultat de la mesure ne devienne pas incertain du fait que le potentiel de la sonde se disperse; comme mentionné ci-dessus, le type de sonde utilisé a un très court temps de polarisation mais ceci implique que le potentiel se disperse très rapidement, De ce fait, les périodes de mesure doivent être très courtes. Il est, par conséquent, important d'utiliser un circuit de mesure qui rend cela possible. Le procédé selon l'invention peut être exécuté d'une manière telle que la valeur du potentiel mesuré au cours de chaque période de mesure est conservée dans un circuit d'échantillonnnage et de maintien pendant la période de repos suivante ,jusqut la période de mesure suivante. On expliquera maintenant l'invention en se référant au dessin dans lequel: la Fig. 1 est une représentation schématique del'installation de mesure utilisée dans le procédé selon l'invention; et la Fig. 2 est un schéma électrique du circuit d'échantillonnage et de maintien utilisé dans cette installation. La Fig. 1 représente un pipeline souterrain 1 en acier recouvert d'un revêtement protecteur électriquement isolant qui n'a pas été représenté sur la Figure. Le pipeline 1 est, en outre, protégé cathodiquement à l'aide d'une installation 2 qui donne au pipeline une tension négative par rapport à l'anode 3 in situ enfouie dans le sol. Pour contrôler localement le fonctionnement de la protection cathodique, on utilise le procédé selon l'invention pour mesurer le potentiel de la canalisation par rapport au sol à l'emplacement désiré. A cette fin, on enfonce une sonde métallique conductrice 4 en forme de tige dans le sol par exemple à 50 cm de l'axe longitudinal central du pipeline 1. La sonde 4 en forme de tige est recouverte d'une couche de matière isolante et elle comporte une extrémité pointue 5 qui est dénudée.On enfonce la sonde 4 en forme de tige à une profondeur telle dans le sol que son extrémité 5 est au même niveau que le pipeline 1. Une plaque 6 est montée sur la sonde 4; on peut, par exemple, frapper sur cette plaque avec un marteau pour enfoncer la sonde dans le sol. On fiche dans le sol au voisinage de la sonde 4, à une distance de 10 cm par exemple,une électrode de référence 7 en Cu-CuSO4. Le pipeline 1, la sonde 4 et l'électrode de référence 7 sont électriquement connectés respectivement aux bornes de connexion 8, 9 et 10 d'un circuit de mesure et d'échantillonnage et de maintien 11 dont les bornes de sortie 12 et 13 sont connectées à un appareil enregistreur 14. La Fig. 2 est un schéma plus détaillé du circuit de mesure et d'échantillonnage et de maintien 11; les bornes d'entrée 8, 9 et 10 et les bornes de sortie 12 et 13 ont été à nouveau représentées sur cette figure. Le fonctionnement du circuit est réglé par un minuteur 21 qui produit une impulsion de 1 milliseconde toutes les secondes. Cette milliseconde est la période de mesure tandis que la période de 1 seconde située entre deux impulsions est la période de repos. Les impulsions fournies par le minuteur 21 actionnent trois relais 22, 23 et 24; compte-tenu du court temps de commutation nécessaire, on utilise ici des relais à anche. Le schéma représente la condition du circuit lorsque les relais ne sont pas excités, c'est-à-dire pendant la période de repos. Le pipeline 1 est alors connecté par l'intermédiaire de la borne 8, du relais 22 fermé et de la borne 9 à la sonde 4. Pendant la période de mesure suivante,le relais 22 est ouvert de sorte que la connexion entre la sonde 4 et le pipeline 1 est interrompue. La sonde est alors connectée,par l'intermédiaire du relais 24,à l'entrée de zéro d'un amplificateur opérationnel Al connecté en étage suiveur en tension. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel Al est connectée,par l'intermédiaire de la borne 10,à l'électrode de référence 7. Une résistance de fuite R1 de forte valeur est connectée entre l'entrée de zéro et l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel Al. La sortie de l'amplificateur Al est connectée,par l'intermédiaire du relais 23 qui est fermé pendant la période de mesure et par l'intermédiaire d'une résistance de protection R2,à l'entrée non inverseuse d'un amplificateur opérationnel A2 qui est également monté en étage suiveur en tension. Dans ces conditions, un condensateur C1 est chargé à la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel Al qui est égale à la différence de potentiel à mesurer. Pendant la période de repos qui suit la période de mesure, le condensateur Cl conserve sa charge et la tension entre les bornes 12 et 13 reste égale à la différence de potentiel mesurée pendant la dernière période de mesure. Le circuit est alimenté par une source de courant 25, telle qu'une batterie. Les amplificateurs opération nelsAl et A2 et le minuteur 21 sont des éléments disponibles dans le commerce. Dans le circuit d'échantillonnage et de maintien décrit, les relais 22, 23 et 24 sont, comme déjà indiqué, des relais à anche. On peut également utiliser des relais à semiconducteur,tels que des transistors à effet de champ avec jonction; ces derniers permettent la réalisation de temps de commutation nettement plus courts de sorte qu'on peut réaliser des périodes de mesure très courtes qui peuvent être abaissées jusqu'à moins de 100 microsecondes. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour contrôler le potentiel par rapport au sol d'une structure métallique (1) située dans le sol et protégée cathodiquement au moyen d'une tension continue appliquée de l'extérieur, suivant lequel une électrode de mesure (4) située dans le sol au voisinage de cette structure est alternativement électriquement connectée à cette structure et à un circuit de mesure (11) au moyen duquel la différence de potentiel entre l'électrode de mesure et une électrode de référence (7) située sur ou dans le sol est mesurée,caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser en tant qu'électrode de mesure une sonde métallique conductrice (4) en forme de tige recouverte d'une couche de matière isolante et munie d'une extrémité pointue dénudée (5),sonde en forme de tige qui est enfoncée dans le sol avec sa pointe adjacente à la structure protégée cathodiquement (1) et au mêmè niveau que cette dernière. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une sonde (4) en forme de tige dont l'extrémité pointue dénudée (5) est conique. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on utilise une sonde (4) en forme de tige dans laquelle l'extrémité pointue dénudée (5) a une longueur comprise entre 0,5 et 20 fois le diamètre de la sonde. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise une sonde (4) en forme de tige dont le diamètre est compris entre 5 mm et 20 mm. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise une sonde (4) en forme de tige dont l'extrémité pointue dénudée (5) a une superficie comprise entre 5 cm2 et 60 cm2. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la sonde métallique (4) en forme de tige est connectée alternativement pendant une première période de repos plus longue à la structure métallique (1) protégée cathodiquement et pendant une seconde période plus courte au circuit de mesure (11). 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la période de repos a une durée maximale de 5 secondes. 8 - Procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que la période de mesure a une durée au maximum égale au centième de la période de repos. 9 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la période de mesure a une durée comprise entre environ 0,1 et 10 millisecondes. 10 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la valeur du potentiel mesuré au cours de chaque période de mesure est conservée pendant la période de repos suivante dans un circuit d'échantillonnage et de maintien jusqu'à la période de mesure suivante. 11 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on utilise un circuit d'échantillonnage et de maintien qui comporte essentiellement les éléments suivants: - un minuteur (21) qui produit à la fin de chaque période de repos une impulsion dont la durée correspond à la période de mesure; - un premier relais (22) actionné par les impulsions du minuteur (2t) qui, lorsqu'il n'est pas actionné, est fermé et connecte alors la structure métallique protégée (1) à la sonde (4) en forme de tige et qui, lorsqu'il est actionné, interrompt cette connexion; - un second relais (24) actionné par les impulsions du minuteur (21) qui, lorsqu'il n'est pas actionné, est ouvert et qui, lorsqu'il est actionné, connecte la sonde de mesure (4) à l'entrée de zéro d'un premier amplificateur (Al) monté en étage suiveur en tension et à l'entrée non inverseuse duquel est connectée l'électrode de référence; - un troisième relais (23) actionné par les impulsions du minuteur (21) qui, lorsqu'il n'est pas actionné, est ouvert et qui, lorsqu'il est actionné, est fermé et connecte alors la sortie du premier amplificateur opérationnel (A1), par l'intermédiaire d'une résistance de protection (R2), à l'entrée non inverseuse d'un second amplificateur opérationnel (A2) monté en étage suiveur en tension; ;- un condensateur (C1),connecté entre l'entrée non inverseuse et l'entrée de zéro de ce second amplificateur opérationnel (A2) qui, pendant la période de mesure, est chargé à la tension de sortie du premier amplificateur opérationnel (A1) qui est égale à la différence de potentiel à mesurer et qui, pendant la période de repos qui suit la période de mesure, conserve sa charge de sorte que la tension à la sortie (12, 13) du second amplificateur opérationnel est toujours égale à la différence de potentiel mesurée au cours de la dernière période de mesure. 12 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que les premier, second et troisième relais précités du circuit d'échantillonnage et de maintien utilisé sont des relais à semiconducteur.