Brevet FR2497359A1 — publié le 19820702

La présente invention concerne un procédé de détection de tuyaux non métalliques disposés en dessous de la surface du sol ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Un domaine d'application de la présente inven- tion est la localisation de tuyaux non métalliques disposés en dessous de la surface du sol et intervenant dans des réseaux urbains d'alimentation en eau et d'évacuation d'eaux usées, dans la réalisation de tuyauteries et dans des domaines connexes. Pour l'alimentation en eau et pour d'autres applications, on utilise de plus en plus des tuyaux en matièresplastiques. Malgré les prescriptions de toutes les administrations, il arrive souvent qu'on ne connaisse plus, au moins après quelques années, o des tuyaux sont placés avec précision dans le sol. Dans le cas de tuyaux métalli- ques et de câbles, il existe toute une série de procédés pour les détecter avec des moyens électriques. A cet effet, on applique une haute fréquence de façon unipolaire seule- ment à une extrémité du câble ou du tuyau et on mesure le champ capacitif de dispersion du câble. Lorsqu'on introduit par l'intermédiaire d'un raccord, dans un tube en matière plastique placé dans le sol, un fil ou une spirale, appelé également "snake" (serpent) aux USA, il est possible d'utiliser également ce procédé de mesure. Il est cependant affecté par deux inconvénients: en premier lieu, on doit ouvrir le tube et en second lieu on doit utiliser dans le cas d'eau potable, ce qui correspond à l'application essentielle, une spirale hygiéniquement correcte, ce qui introduit de nombreuses difficultés à cause de la désinfec- tion et du nettoyage nécessaires. L'invention a pour but de perfectionner un procédé de détection du type défini ci-dessus de manière qu'il soit possible d'effectuer une localisation précise de tuyaux non métalliques disposés en dessous de la surface du sol, sans avoir à ouvrir lesdits tuyaux. Pour résoudre le problème posé, l'invention propose que des ondes électromagnétiques soient engendrées dans le tuyau et que la position de ce tuyau puisse être détectée au-dessus de la surface du sol en fonction de la réception du rayonnement de dispersion produit par lesdites ondes. Selon l'invention, on considère ainsi le tuyau en matière plastique rempli d'eau comme un conducteur diélectrique dans le volume intérieur duquel on engendre des ondes électromagnétiques de haute fréquence dont le rayonnement de dispersion est dirigé radialement vers l'extérieur et peut par conséquent être localisé sur le sol à l'aide de dispositifs récepteurs associés. On sait déjà depuis longtemps qu'on peut assurer à l'aide de matériaux diélectriques non seulement une propagation d'ondes électriques mais également d'un rayonnement ( se référer à: Meinke/Gundlach:"Taschenbuch der Hochfrequenz- technik", 2ème édition, Springer-Verlag, Berlin, 1962, Page 603). Conformément à l'invention, un tuyau non métallique placé dans le sol est sollicité de préférence par une fréquence telle que ce tuyau agisse-comme un radiateur périphérique diélectrique. Un tel tuyau non métallique doit être appelé, d'après la norme allemande DIN 47 301 un guide d'ondes, c'est-à-dire une structure constituée de substances ou conducteurs diélectriques, ayant une section droite partout uniforme dans la direction axiale et qui est en mesure de guider une onde électromagnétique en propaga- tion dans cette direction axiale. D'un point de vue limité, on peut utiliser des formules de calcul concernant des conducteurs creux, bien qu'un conducteur creux soit un guide d'onde, qui est limité extérieurement complètement par un tube à parois directri- ces et bien qu'il n'existe à l'intérieur du tube aucun autre conducteur, ce qui ne concerne pas le cas considéré car les parois du tuyau ne sont pas conductrices. Pour les fréquences d'émission élevées qui sont utilisées conformé- ment à l'invention, l'eau constitue sans aucun doute un diélectrique ayant une rigidité diélectrique relative d'environ 80 et une tangente delta d'environ 2 % pour une fréquence d'environ 300 MHz. On peut alors envisager d'utiliser des dispositifs de couplage qui soient tels que le tuyau non métallique agisse comme un radiateur périphé- rique diélectrique produisant un rayonnement de dispersion essentiellement dans une direction radiale à l'extérieur de la périphérie extérieure du tuyau de façon que ce rayonne- ment de dispersion puisse être localisé au-dessus de la surface du sol à l'aide de dispositifs récepteurs appropriés. Un dispositif récepteur de ce genre est par exemple consti- tué par une antenne réceptrice sur laquelle est disposé un récepteur qui indique la puissance de champ de réception ( amplitude) sur un instrument de mesure. Lors du déplace- ment du dispositif récepteur le long de la surface du sol, il est possible de détecter la valeur maximale de la puissance de champ. A l'endroit o la puissance de champ est maximale, le tuyau est directement placé en dessous. On doit par conséquent mettre au point des dispo- sitifs de couplage appropriés, par exemple des coupleurs directionnels ou bien des antennes adaptées qui agissent principalement sur le bon diélectrique (eau) du tuyau. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, il est proposé d'utiliser une antenne spirale; il est également possible d'utiliser des antennes en ferrite dans le domaine de 100 MHz. A l'aide de plusieurs modes de réalisation, on a montré qu'il était possible de produire dans le tuyau non métallique, à l'aide de différents dispositifs de couplage, des ondes axiales telles qu'on obtienne un rayonnement de dispersion important dans une zone extérieure radiale du tuyau. D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la fig. 1 représente de façon schématique un premier dispo- sitif pour la mise en oeuvre du procédé de détection conforme à l'invention, la fig. 2 représente de façon schématique un second iscositif zour le cduplaze te la haute fréêuence au tu au, la fig. 3 est une coupe du dispositif de couplage de la fig. 2, la fig. 4 représente de façon schématique une vue en plan du côté frontal du tuyau pourvu d'un troisième dispositif de couplage, la fig. 5 représente de façon schnmatique une vue latérale d'un tuyau muni d'un quatrième dispositif de couplage, la fig. 6 représente de façon schématique unevue latérale du tuyau muni d'un cinquième dispositif de couplage, et la fig. 7 représente de façon scnématique une vue latérale du tuyau muni d'un sixière dispositif de coupiage. La fig. 1 montre l'agencement le plus simple à l'aide duquel le procédé peut être mis en oeuvre et dans lequel le dipôle d'excitation ( Antenne 1 ou Antenne Yagi est engagé dans la zone de raccordement 2 du tuyau 3. L'émetteur proprement dit n'a pas été représenté et est d'un type connu. La fréquence d'émission est cnoisie bien plus élevée que lors de l'utilisation d'une spirale et, pour des tuyaux classiques, elle est comprise entre 100 et 1000 MHz. Il se produit un élargissement à peu près dans la position 4 avec réflexion sur les parois du tuyau. Un éêetteur 5-' injecte la haute fréquence dans le câble 5, cet émetteur 5' pouvant être placé au-dessus de la surface du sol 6. La propagation de la haute fréquence à partir de l'antenne 1 est effectuée de telle sorte qu'il se produise pratiquement une réflexion totale sur les parois du tuyau 3. Du fait que, à la différence des conducteurs creux métalliques interve- nant dans la technique des microondes, il n'existe dans ce cas aucune couche métallique, une petite partie de l'énergie est dérivée core indiqué dans la position 7, elle sort du tuyau de guidage d'ondes 3 et elle peut être captée à l'aide d'une antenne 8 dans un récepteur 9 au- dessus de la surface du sol 6. On effectue la détection en opérant avec i'ampli- tude maximale de réception et éventueilement la phase minimale. Pour des mesures de la relation de phase entre la fréquence d'émission et la fréquence de réception, il peut être avantageux de relier le générateur HF ( Emetteur 5') avec le récepteur 9 par l'intermédiaire d'un câble. A cet égard, on peut placer éventuellement des anneaux en ferrite sur la gaine du câble pour amortir les ondes dans ladite gaine. Il est particulièrement avantageux d'utiliser une paire d'antennes en combinaison avec deux dispositifs récepteurs (8, 9) qui permettent un équilibrage de phases et d'amplitudes. Il peut être avantageux de placer un quatrième ensemble aux sommets d'un carré sur la surface du sol 6. Suivant un autre mode de réalisation, il est possible de doubler le nombre des antennes et de com- parer ainsi les polarisations dans deux directions spatiales. Lors de l'excitation du tuyau avec des ondes électromagnétiques, il est avantageux d'adopter des processus qui ne produisent une excitation que dans une direction, de préférence la direction axiale. Ainsi par exemple on peut agencer le dispositif de couplage sous la forme appelée " coupleur directionnel ". On peut utiliser pour le couplage des radiateurs directionnels, par exemple des antennes Yagi. On peut aussi utiliser des conducteurs creux comportant des parois incurvées adaptées en corres- pondance et des fentes de couplage, qui sont appliqués contre le tuyau 3 de façon à n'engendrer les ondes que dans une direction. L'introduction de l'antenne 1 dans l'eau de propagation, comme indiqué sur la fig. 1, suppose naturelle- ment l'existence d'une ouverture et cela n'est pas particu- lièrement souhaitable. Il est préférable de dégager une. partie du tuyau à l'aide d'une fosse 10 et de placer l'antenne 1 (antenne d'injection), par exemple du type Yagi, extérieurement sur le tuyau 3, auquel cas les barres d'antenne sont cintrées en correspondance à la forme du tuyau ( fig. 2) et s'appliquent partiellement sur sa péri- phérie extérieure. La fig. 3 représente une coupe. Il peut être avantageux d'utiliser un carter formant résonateur et écran 11 et éventuellement rempli d'un diélectrique d'adaptation 12 en vue d'un meilleur effet d'adaptation et d'isolement par rapport à la haute fréquence. Il peut également être avantageux, comme indiqué sur la fig. 4, de placer deux antennes Yagi ( Antennes 1" et i"') des deux côtés du tuyau 3. Lorsqu'on combine entre eux les agencements d'antennes des figures 3 et 4, il est possible, par exemple dans le cas d'un phasage approprié d'excitation, de produire des ondes polarisées circulairement dans le tuyau 3. La fig. 5 représente un autre système d'excita- tion utilisant des coupleurs directionnels. A l'aide du câble 5 relié à un émetteur, une antenne 22 est excitée dans un conducteur creux 13 dimensionné en adaptation à la fréquence. Le côté inférieur du conducteur creux 13 est pourvu de fentes de couplage 14 et il est adapté à la courbure du tuyau 3. Ces fentes de couplage 14 peuvent être des fentes larges qui sont disposées de manière à produire dans le tuyau adjacent 3 un rayonnement orienté dans une direction axiale. Une résistance d'arrêt 15 empêche des réflexions ( comme pour les coupleurs directionnels). La fig. 6 représente un système d'excitation utilisant des antennes en spirale. Une spirale 16 est reliée au câble 5 ( conducteur intérieur), le conducteur extérieur est placé sur une surface de rétro-radiation 17, qui est disposée par exemple en forme de fourche autour du tuyau 3. Elle engendre des ondes polarisées circulairement dans le tuyau 3. En dehors des systèmes de couplage précités, il est naturellement possible d'utiliser tous les autres types de couplage connus dans le domaine des conducteurs creux et des guides d'ondes diélectriques. On a cherché à opérer avec une fréquence aussi basse que possible car l'amortisse- ment correspond, dans la plage comprise entre environ 100 et 500 MHz, à une valeur de tangente delta qui est de l'ordre de grandeur de 0,02 et qui augmente fortement au- dessus. Il faut noter en particulier qu'il est possible de produire des ondes se propageant dans des conducteurs de Lecher à une ou plusieurs phases, c'est-à-dire dans deux ou plusieurs conducteurs qui sont disposés dans la direction longitudinale du tuyau 3. Sur la fig. 7, on a représenté à titre d'exemple connu d'un tel agencement d'antenne sur un tuyau une antenne en forme de losange ( antenne 18), qui est alimentée par l'intermédiaire des bornes du câble ' et qui est pourvue d'une résistance d'arrêt 19 dans la direction de radiation. Jusqu'à maintenant, on a utilisé des agencements agissant de préférence de façon capacitive et permettant de séparer les effets inductifs aux fréquences élevées. On pourrait cependant également utiliser, à la place des antennes 1" et 11" agencées comme indique sur la fig. 4, un circuit magnétique en forme de fer à cheval ( ferrite dont on assurerait l'excitation en haute fréquence à l'aide de bobines. On peut également utiliser pour l'exci- tation une bobine en forme de barre munie de noyaux en ferrite et disposée perpendiculairement à l'axe du tuyau ou en oblique par rapport à celui-ci. Ces dispositifs d'excitation peuvent être répétés à intervalles appropriés de façon à engendrer des ondes se propageant dans une direction. Cette description a été faite en considérant d'une façon générale que les ondes se propagent de la gauche vers la droite. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de tuyaux non métalliques disposés en dessous de la surface du sol, caractérisé en ce que des ondes électromagnétiques sont engendrées dans le tuyau (3) et en ce que la position du tuyau est détectée en fonction de la réception du rayonnement dispersé desdites ondes au-dessus de la surface du sol (6). 2. Procédé de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que, par comparaison des valeurs de mesure de deux ou plusieurs dispositifs récepteurs (8, 9), il est possible de détecter, en fonction de i'amplitude etiou de la phase, la position du tuyau (3) en dessous de la surface du sol. 3. Procédé de détection selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que des ondes électromagnétiques ne sont engendrées dans le tuyau (3) que dans une direction axiale. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par une combi- naison des parties suivantes: un émetteur HF (5'), un dispositif de couplage (1, 1', 1", 1"') placé dans le tuyau (3) et un ou plusieurs dispositifs récepteurs (9) associés à une antenne (8) et placés au-dessus de la surface du sol (6). 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de couplage (Antenne 1') est appliqué extérieure- mentcontre le tuyau (3) et se compose de préférence d'une ou plusieurs antennes Yagi. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de couplage ( Antenne 1') est appliqué de l'extérieur contre le tuyau (3) et se compose de préférence d'un conducteur creux (13) muni de fentes de couplage (14). 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif de couplage est constitué par une spirale (16) s'appliquant autour de la périphérie extérieure du tuyau (3). 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des écrans sont disposés autour du dispositif de couplage, par exemple un carter d'écran (11). 9. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les écrans sont remplis d'une matière (diélectrique 12) ayant une grande constante diélectrique et sont accordés sur la fréquence d'émission. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une onde progressant dans une direction axiale est produite entre deux ou plusieurs conducteurs ( par exemple des antennes en losange), qui sont en contact avec le tuyau (3). 11. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que des matières magnétiques ( ferrite) en forme de barreau ou de fer à cheval sont excitées à l'aide de bobines à haute fréquence et produisent des ondes se propageant avantageusement dans le tuyau (3).