Brevet FR2552230A1 — publié le 19850322

i La présente invention concerne un procédé et un appareil de détection de paramètres physiques d'une canalisation et notamment destinés à l'indication de la présence de tronçons non supportés. Des canalisations enterrées dans le sol sont conçues pour être supportées uniformément par celui-ci. Lorsqu'une canalisation est enterrée dans une tranchée formée dans le sol, la tranchée est ensuite remplie d'une matière qui se dépose autour de la canalisation et assure 10 son support Tant que le support physique d'une canalisation est uniforme, la possibilité de formation de zones présentant des contraintes excessives est réduite D'autre part, lorsque le support d'une canalisation varie si bien que des tronçons ne sont pas convenablement supportés, 15 des zones de contraintes élevées peuvent apparaître et peuvent finalement provoquer des déformations, des fissurations, ou des ruptures de la canalisation. Le problème de la réalisation d'un support uniforme d'une canalisation enterrée est particulièrement 20 préoccupant dans les régions dans lesquelles la canalisation passe sous des cours d'eau, des rivières ou analogues ou dans des régions ayant un sol de mauvaise stabilité ou sous l'action de forces terrestres provoquant un déplacement, à la suite de tremblements de terre, d'une sédimen25 tation, d'un soulèvement par le gel ou d'une entrée d'eau. Lorsqu'une canalisation recoupe un cours d'eau, elle peut être initialement supportée d'une manière convenable lorsqu'elle est mise en place mais, lorsque les diagrammes d'écoulement varient si bien que le cours d'eau entraîne 30 une partie importante de la matière de support de la canalisation, il peut apparaître des régions dans lesquelles une partie de canalisation n'est pas supportée et le poids de la canalisation et de son contenu peut être concentré en des points, avec des valeurs qui dépassent 35 les limites de la résistance du matériau de la canalisation. La présente invention concerne un procédé et un appareil de détection des zones de support qui ne conviennent pas ou qui présentent une concentration excessive de contraintes dans une canalisation enterrée dans le sol ou immergée sous une masse d'ea U, c'est-à-dire dans des régions dans lesquelles elle ne peut pas être inspec5 tée visuellement Le procédé selon l'invention comprend le déplacement à l'intérieur d'une canalisation d'un piston racleur muni d'instruments Ce piston comporte un dispositif destiné à l'introduction d'une séquence de signaux acoustiques dans la canalisation Un procédé 10 préféré pour l'introduction de signaux acoustiques est la frappe physique de l'intérieur de la canalisation d'une manière périodique et répétitive Lors d'une frappe à sa face interne, la canalisation établit des vibrations ou des signaux acoustiques Ces signaux acoustiques sont 15 reçus par un appareillage porté par le piston, ils sont amplifiés et ils sont enregistrés L'enregistrement peut alors être analysé afin qu'il indique les zones de surcharge ou de support non convenables de la canalisation. On a observé que des signaux acoustiques intro20 duits dans une canalisation qui subit un contact, une retenue et un support important par-dessus, par-dessous et sur tous les côtés, par coopération avec le sol, sont rapidement amortis Cependant, lorsque la canalisation n'est pas supportée, c'est-à-dire lorsqu'elle n'est pas 25 en contact ferme avec le sol, l'amortissement des vibrations introduites dans la canalisation diminue si bien qu'une vibration détectable persiste pendant plus longtemps Au contraire, lorsque la charge est concentrée et lorsque la masse d'une longueur importante de canalisation 30 est supportée par appui sur une roche en saillie, l'effet d'amortissement augmente à cet emplacement Il peut être facilement identifié par une détérioration rapide du niveau acoustique par rapport à l 1 vitesse de décroissance d'un tronçon normalement supporté et en particulier à la 35 suite d'une comparaison avec la vitesse de décroissance d'un tronçon adjacent allongé non supporté En plus de ce changement précité de la vitesse de décroissance, 255223 O la fréquence ou la hauteur de la vibration est modifiée par les variations des contraintes de traction exercées sur la canalisation d'une manière analogue au changement de la hauteur du son produit par une corde de violon lors5 que la tension de la corde varie Ainsi, un moyen supplémentaire d'identification est obtenu par analyse du changement de hauteur ou de fréquence ainsi que du changement de durée du son au-delà d'un niveau particulier d'amplitude ou d'un volume particulier L'invention met en oeuvre 10 l'un au moins de ces phénomènes comme moyen d'indication du défaut de support ou d'une surcharge de la canalisation. Lors de la mise en oeuvre du procédé de l'invention, on utilise un appareil sous forme d'un piston racleur contenant des instruments et comprenant un dispositif 15 assurant le déplacement du piston racleur dans la canalisation, par exemple à l'aide de coupelles qui empêchent la circulation du fluide le long du piston racleur et provoquent ainsi sa propulsion dans la canalisation. Un dispositif destiné à frapper l'intérieur de la canalisa20 tion, par exemple une roue repoussée élastiquement afin qu'elle soit au contact de la canalisation et ayant un gradin afin que, à chaque tour, une partie du périmètre de la roue vienne au contact de la canalisation et frappe celleci en introduisant des signaux acoustiques, dépasse 25 du piston racleur Les signaux acoustiques sont reçus par un microphone, le son reçu étant amplifié ou analysé et enregistré Les caractéristiques du bruit formé peuvent être analysées dans le piston racleur après le retrait de celuici de la canalisation afin qu'elles indiquent 30 les zones dans lesquelles les caractéristiques acoustiques produites à la suite de la frappe de la canalisation indiquent un défaut de support ou une concentration excessive des charges La corrélation de ces indications avec un mécanisme de mesure de distance, de détection d'empla35 cement ou de minutage porté par le piston racleur permet l'identification de l'emplacement d'un défaut de support ou d'une concentration de contraintes dans la canalisation si bien que les opérateurs de la canalisation peuvent étudier la canalisation et prendre les mesures correctrices nécessaires. D'autres caractéristiques et avantages de l'in5 vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une coupe en élévation d'une canalisation disposée dans le sol, la figure représentant des exemples de zones dans lesquelles un défaut de support 10 peut se manifester; la figure 2 est une coupe d'un tronçon de canalisation contenant un piston racleur muni d'instruments selon l'invention, destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention; et la figure 3 est une perspective schématique représentant un dispositif d'enregistrement qui peut être utilisé pour la conservation de l'effet des signaux acoustiques introduits dans la paroi d'une canalisation et reçus à partir de cette paroi, cette figure montrant 20 comment les caractéristiques des signaux reçus peuvent être utilisées pour l'indication de zones ayant un support qui ne convient pas ou présentant une concentration excessive de contraintes. On se réfère d'abord à la figure 1 qui indique 25 de façon générale les conditions dans lesquelles le procédé et l'appareil selon l'invention peuvent être mis en oeuvre. Une canalisation 10 est représentée sous forme enterrée dans le sol 12 Dans la région indiquée par la référence A, la canalisation est bien 'supportée par un contact 30 important avec le sol, de tous les côtés, et en conséquence elle risque peu de présenter des points de concentration de contraintes auxquels une rupture peut apparaitre La zone repérée par la référence C représente une région 14 dont la terre a été entraînée par écoulement, 35 par un dégel ou par une sédimentation, au-dessous de la canalisation La zone C représente le passage de la canalisation sous un cours d'eau 16, le courant ayant entraîné la matière du fond du cours d'eau comme indiqué par la référence 18 si bien que la canalisation n'est plus supportée par le fond du cours d'eau. Les situations représentées sur la figure 1 5 sont de simples exemples Le défaut de support de la canalisation peut aussi être dû à un déplacement du sol qui apparaît dans les régions des failles ou lors de la mise en oeuvre de procédés de construction qui ne conviennent pas De toute manière et quelles qu'en soient les 10 raisons, les opérateurs des canalisations souhaitent savoir s'il existe, dans ces canalisations, des zones qui ont des emplacements dans lesquels la canalisation n'est pas convenablement supportée et risque donc de poser des problèmes L'invention concerne des procédés 15 et des appareils destinés à assister les opérateurs afin qu'ils puissent identifier des zones dans lesquelles le support de la canalisation est insuffisant ou qui présente des points de concentration des contraintes pouvant être dus à un déplacement du sol ou de la canalisa20 tion ou à une disparition du support précité. A cet effet, un piston racleur muni d'instruments et portant la référence générale 20 sur la figure 2 est utiisé Ce piston comporte un corps 22 ayant des coupelles 24 et 26 qui peuvent avoir le double rôle de supporter 25 le corps à l'intérieur de la canalisation 10 et de provoquer le déplacement du piston dans la canalisation L'opération est due au fait que les coupelles 24 et 26 empêchent le passage du fluide le long du piston si bien que celui-ci se déplace avec le courant de fluide dans la canalisation. 30 Des coupelles, des disques ou d'autres dispositifs d'étanchéité 24 et 26 peuvent avoir diverses configurations, de manière bien connue dans la technique de fabrication des pistons racleurs des canalisations. Un dispositif destiné à introduire un signal 35 acoustique de manière périodique dans la canalisation dépasse du corps 22 Dans un mode de réalisation avantageux, le signal acoustique est formé par frappe de l'inté- rieur de a canalisation L'opération peut être réalisée à l'aide d'un marteau porté par le piston et commandé afin qu'il frappe la canalisation (non représentée) par une barre de frappe commandée par un électro-aimant et portée 5 par le corps 22 (non représenté), par un dispositif de frappe (non représenté) commandé par la pression ou le fluide de la canalisation, ou par une roue 28 ayant un gradin ou par un autre dispositif mécanique, lors du déplacement du piston par rapport à la canalisation. 10 La roue 28 est montée sur un bras 30 qui est repoussé vers l'extérieur du corps 22, c'est-à-dire vers l'intérieur de la paroi 10 de la canalisation La périphérie de la roue 28 a un gradin 32 Lorsque la roue 28 roule au niveau du gradin 32, la partie de plus petit rayon de la roue 15 tombe brusquement et vient au contact de l'intérieur de la paroi si bien qu'elle introduit des vibrations dans la canalisation Ces vibrations créent un signal acoustique dans la canalisation, et ce signal est reçu par un microphone 34, et il est alors transmis à des 20 instruments électroniques 36 dans lesquels le signal est amplifié, modifié électroniquement ou analysé le cas échéant, et le signal de sortie du dispositif générateur est enregistré Une batterie 38 d'accumulateur, transportée à l'intérieur du corps 22 du piston, fournit 25 l'énergie électrique assurant le fonctionnement des instruments 36. Divers types de systèmes d'enregistrement acoustiques peuvent être utilisés dans les instruments 36 Par exemple, le son reçu par le microphone 34 peut être sim30 plement enregistré, par exemple sur une bande magnétique. Lorsque le piston racleur s'est déplacé dans une canalisation, la bande magnétique est retirée et le son enregistré peut alors être examiné au laboratoire et traité de diverses manières afin que des caractéristiques particulières 35 soient notées Un dispositif simple de mise en oeuvre de l'invention est représenté sur la figure 3 sur laquelle les instruments 36 comportent un papier enregistreur 40 qui se déplace d'un rouleau débiteur 42 à un rouleau -2552230 44 d'enroulement Le papier se déplace à la suite de la rotation d'un arbre 46 dépassant d'un mécanisme 48 à moteur qui, bien qu'il soit représenté comme étant un type de moteur, peut être un dispositif entra né par 5 un cliquet Le moteur 48 peut fonctionner de l'une de deux manières, c'est-à-dire qu'il peut tourner à vitesse constante ou, de préférence, il peut avancer proportionnellement au déplacement du piston dans la canalisation. Lors de l'utilisation de ce dernier procédé, un dispositif 10 doit permettre la détection du déplacement du piston dans la canalisation Comme l'indique la figure 2, une roue odométrique 50 dépasse aussi d'un bras 52 à l'extérieur du corps du piston, le bras étant repoussé élastiquement vers l'extérieur de manière que la roue odométrique 15 50 soit en contact intime avec la paroi interne de la canalisation Un petit aimant 54 qui déclenche un commutateur magnétique 56 à chaque tour de la roue, est aussi fixé à celle-ci Un signal est alors transmis par un conducteur 58 au boîtier 36 contenant les instruments. 20 Le signal transmis par le conducteur 58 peut être utilisé pour la commande de la vitesse de déplacement du mécanisme 48 à moteur ou pour l'application d'un repère séparé sur le papier 40 (non représenté) afin que la position du piston dans la canalisation, lorsqu'un événement indiqué 25 sur le papier se présente, puisse être déterminée, par l'un ou l'autre procédé. Dans une variante, les instruments -du piston peuvent compter les impulsions de bruit, de déplacement ou de rotation provenant de là roue 28 à gradin afin 30 que le déplacement du piston et/ou le repérage ou l'avance du papier ou l'enregistrement soient contrôlés en proportion. On se réfère à nouveau à la figure 3 qui représente un dispositif 60 de déplacement d'un bras 62 portant 35 un style 64 à son extrémité externe et destiné à former une marque 66 sur le papier 40. La marque 66 n'est qu'un exemple de moyen per- mettant la mise en oeuvre de l'invention A chaque introduction d'un signal acoustique dans la canalisation, par exemple par frappe lors de la rotation de la roue 28, un signal acoustique est reçu comme indiqué par la 5 référence D Lorsque la canalisation est frappée, un son apparaît immédiatement avec une certaine intensité lorsque la canalisation vibre Si la canalisation est bien supportée, les vibrations s'affaiblissent rapidement et donnent une forme d'onde telle que représentée par 10 la référence D, avec une face avant nette et une face arrière qui diminue rapidement. Lorsqu'une zone dans laquelle la canalisation n'est pas supportée est présente (comme indiqué par la lettre B sur la figure 1), le son introduit à la suite 15 des vibrations dans la canalisation lorsque la roue 28 la frappe peut avoir une intensité apparente plus grande et une plus grande durée En d'autres termes, comme la canalisation n'est pas supportée par la zone 14 qui s'est affaissée, elle a tendance à vibrer plus facilement et 20 plus longtemps Un son détecté de plus grande intensité apparente et de plus longue durée est indiqué sur le papier comme l'indique la référence E. Lorsque la canalisation pénètre dans une zone telle qu'indiquée par la référence C sur la figure 1, 25 dans laquelle elle n'est pas supportée sur une distance relativement grande, en particulier lorsqu'aucun support n'est au contact de la canalisation, un son ayant une intensité apparente et une durée supérieure existe dans la canalisation comme l'indiqué la référence F sur le 30 papier. On peut noter qu'on peut utiliser des dispositifs très divers pour l'analyse du signal acoustique reçu par le microphone 34 Par exemple, lorsque le signal acoustique est traité de la manière indiquée par la figure 35 3 sur laquelle une feuille 40 de papier est utilisée pour l'indication de l'amplitude du signal acoustique, l'apparition d'un son détecté avec une amplitude supérieure à un niveau choisi, comme indiqué par le trait interrompu 68, peut être utilisée pour l'indication de zones pouvant poser un problème du fait d'un manque de support Les instruments peuvent être réalisés de manière que seules 5 les zones dans lesquelles les signaux acoustiques ont une amplitude ou une durée suffisante, par exemple dépassant le trait interrompu 68, donnent lieu à un enregistrement ou traitement, aucun enregistrement, mémorisation, indication ou traitement n'étant réalisé pour les signaux 10 acoustiques qui sont créés et reçus dans des zones convenablement supportées Seuls les points dépassant des paramètres préréglés choisis sont alors enregistrés ou utilisés sous leur forme reçue pour la commande d'un enregistrement de leur emplacement, d'un enregistrement 15 de leurs intensités, fréquences ou autres caractéristiques importantes ou pour la formation d'un signal secondaire qui peut être transformé plus facilement pour la détermination de l'emplacement et/ou de la structure. L'ensemble de l'enregistrement peut alors être sous forme 20 d'une courte série de nombres représentant des longueurs de canalisation, repérant les emplacements relativement peu nombreux qui doivent être étudiés sur place. Le relevé de la figure 3 reflète les volumes acoustiques et des durées de signaux acoustiques essen25 tiellement On peut utiliser d'autres types d'analyse des signaux acoustiques, par exemple l'étude de la fréquence des vibrations ou de la variation de fréquence avec la durée, ou une combinaison des différents paramètres tels que l'intensité, la durée-et la fréquence On peut 30 noter que, après un certain temps d'expérimentation, le procédé d'enregistrement et d'analyse des signaux acoustiques reçus dans la canalisation peut être amélioré sous une forme très élaborée Cependant de tels perfectionnements entrent dans le cadre de l'invention tel que 35 défini précédemment De façon générale, la durée d'un signal acoustique suivant un coût, comme indiqué par les lettres E et F, peut être utilisée comme indication de zone risquant de poser des problèmes dus à un support de canalisation qui n'est pas suffisant. REVENDICATIONS 1 Procédé de détection de paramètres physiques choisis dans une canalisation, caractérisé en ce qu'il comprend: le déplacement d'un appareil ( 20) comportant des instruments à l'intérieur de la canalisation ( 10), l'introduction d'une séquence de signaux acoustiques dans la canalisation, la réception des signaux acoustiques de l'inté10 rieur de la canalisation ( 10) à la suite de la vibration de la canalisation ( 10) provoquée par les signaux acoustiques introduits, et la détermination de paramètres physiques de la canalisation ( 10) par analyse des caractéristiques des 15 signaux reçus. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'introduction d'une séquence de signaux acoustiques dans la canalisation comprend la frappe séquentielle de l'intérieur de la canalisation ( 10). 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réception de signaux acoustiques comprend l'enregistrement de caractéristiques préalablement choisies des signaux acoustiques reçus dépassant un niveau d'intensité prédéterminé. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination de caractéristiques choisies préalablement des signaux acoustiques reçus comprend la détermination de la durée de résonance acoustique dépassant un volume choisi préalablement. 5 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination de caractéristiques prédéterminées des signaux acoustiques reçus comprend la détermination du niveau des signaux acoustiques créés par introduction de vibrations acoustiques ou de signaux induits 35 par des chocs dans la canalisation ( 10). 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la détermination du niveau des signaux acoustiques formés à la suite de l'introduction de signaux acoustiques dans la canalisation ( 10) comprend la détermination du niveau des signaux acoustiques introduits par chocs internes à l'intérieur de la canalisation ( 10). 7 Procédé selon la revendication 4, destiné à la détermination de l'emplacement de zones dans lesquelles la canalisation ( 10) n'est ps supportée, caractérisé en ce que la durée de résonance acoustique au-delà d'un volume choisi préalablement est comparée à la durée moyenne 10 de résonance acoustique au-delà dudit niveau choisi préalablement pour une longueur importante de la canalisation ( 10). 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: la mesure du parcours de l'appareil ( 10) comprenant les instruments dans une canalisation ( 10), et la corrélation des caractéristiques choisies préalablement et déterminées des signaux acoustiques reçus au déplacement mesuré afin qu'une indication des 20 emplacements du paramètre physique de la canalisation ( 10) donnant les signaux acoustiques reçus soit donnée. 9., Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux choisis pour être pris en considération sont compris dans une plage prédéterminée de réponse 25 prévue pour représenter des conditions particulièrement intéressantes de la canalisation ( 10). Procédé de détection de tronçons non supportés d'une canalisation, caractérisé en ce qu'il comprend: le déplacement d'un appareil ( 10) muni d'instru30 ments à l'intérieur de la canalisation ( 10), l'introduction d'une séquence de signaux dans la canalisation ( 10) par frappe de la paroi interne de la canalisation à l'aide d'un dispositif porté par l'appareil ( 20) muni d'instruments, la réception de signaux acoustiques de l'intérieur de la canalisation ( 10) à la suite de la frappe de la paroi interne, le dispositif de réception des signaux acoustiques étant porté par les instruments, et la détection de caractéristiques prédéterminées de signaux acoustiques reçus, ces caractéristiques étant représentatives de tronçons non supportés de la canalisa5 tion ( 10). 11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la détection de caractéristiques choisies préalablement du signal acoustique reçu, qui sont représentatives d'un défaut de support de la canalisation 10 ( 10), comprend la détection du degré de résonance représenté par le signal acoustique détecté. 12 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la détection de caractéristiques choisies préalablement du signal acoustique reçu qui sont représen15 tatives du défaut de support de la canalisation comprend la détection du degré de persistance de la résonance représentée par le signal acoustique détecté. 13 Procédé selon la revendiction 11, caractérisé en ce que la détection du degré de résonance représenté 20 par le signal acoustique détecté comprend la détection de la durée du signal acoustique pendant laquelle celui-ci est supérieur à un niveau prédéterminé, après le déclenchement d'une onde acoustique dans la paroi de la canalisation. 14 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend: la mesure du déplacement du boîtier ( 10) contenant les instruments dans la canalisation ( 10), et la corrélation des 'caractéristiques choisies 30 préalablement et détectées du signal acoustique reçu aux résultats de la mesure du parcours, constituant un moyen indiquant les emplacements des tronçons non supportés et détectés. Procédé selon la revendication 10, caractérisé 35 en ce que la détection de caractéristiques choisies préalablement du signal acoustique reçu, qui sont représentatives du défaut de support de la canalisation, comprend la détection de l'amplitude du signal acoustique détecté. 16 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la détection de caractéristiques choisies préalablement du signal acoustique reçu qui sont représen5 tatives du défaut de support de la canalisation soumise à des contraintes élevées comprend la détection de la fréquence du signal acoustique détecté. 17 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la détection de caractéristiques prédéterminées 10 du signal acoustique reçu qui sont représentatives du défaut de support de la canalisation comprend la détection de l'amplitude et de la durée du signal acoustique détecté. 18 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend l'enregistrement des signaux 15 acoustiques reçus sur un support ( 40). 19 Appareil destiné à indiquer l'existence de paramètres physiques choisis dans une canalisation, caractérisé en ce qu'il comprend: un piston racleur ( 20) ayant des dimensions 20 telles qu'il peut se déplacer à l'intérieur d'une canalisation ( 10), un dispositif ( 24, 26) destiné à assurer la propulsion du piston racleur dans une canalisation, un dispositif ( 28) porté par le piston racleur 25 et destiné à introduire dans une canalisation une séquence de signaux acoustiques, et un dispositif ( 34) destiné à recevoir des signaux acoustiques de l'intérieur de la canalisation, à la suite des signaux acoustiques introduits, les signaux acoustiques 30 reçus pouvant être utilisés comme indication des paramètres physiques de la canalisation. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que le dispositif destiné à assurer la propulsion du piston racleur dans une canalisation comporte un dispo35 sitif ( 24, 26) formant un piston par rapport à la canalisation ( 10) et qui assure le déplacement du piston sous l'action du courant de fluide. 21 Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que le dispositif destiné à introduire une séquence de signaux acoustiques comporte un dispositif ( 28) de frappe séquentielle de l'intérieur de la canalisa-5 tion ( 10). 22 Appareil selon la revendication 21, caractérisé en ce que le dispositif destiné à frapper l'intérieur d'une canalisation comporte une roue ( 28) supportée par le piston racieur ( 20) et repoussée élastiquement afin qu'elle soit au contact de l'intérieur de la canalisation ( 10) et qu'elle roule à l'intérieur, la roue ( 28) ayant une surface circonférentielle de contact avec la canalisation, une partie de la périphérie de la roue frappant la canalisation à chaque tour de roue.