Brevet FR2651042A1 — publié le 19910222

L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la détection de canalisations particulièrement adaptés à la détection des canalisations enterrées de petits diamètres. Pour détecter les canalisations enterrées, plusieurs procédés sont couramment utilises. Les uns font appel aux méthodes magnetométriques, les autres aux méthodes sismiques. La méthode magnetométrique consiste à mesurer en differents points de la surface le champ magnétique et à repérer des anomalies de ce champ caractéristiques de la présence de masse ferromagnétique de forme donnée. Cette méthode ne donne de bons résultats que si la masse ferromagnétique est suffisamment élevée. La méthode sismique consiste, à partir de l'émission d'ondes acoustiques en surface, à provoquer une forte diffraction des ondes au niveau de la canalisation ou du pipe qui agissent comme des points singuliers et à repérercelle- ci sur des enregistrements d'ondes réfléchies effectués en surface et associés à des points particuliers de la surface. Aucune de ces deux methodes n'est applicable à la détection d'ombilicaux hydrauliques ou de canalisations de petit diamètre ne comportant pas d'élément ferromagnétique. En effet, il est évident que dans ce dernier cas, les méthodes magnétometriques échouent. La sismique quant à elle devient inoperable pour des diamètres de un ou deux pouces à cause entre autres du pouvoir de résolution limité des ondes acoustiques, compte tenu des fréquences utilises, et de la présence de la multitude d'hyperboles de diffraction parasites crées par les pierres situées aux voisinage de la canalisation et les pourtours de la tranchée d'ensouillage elle-même, qui occultent complètement l'hyperbole recherchée. On connaît par ailleurs des procédés consistant à émettre à partir d'une source radioactive circulant à l'intérieur d'un pipe ou d'un tube un flux de neutron ou un rayonnement Y . Ces procédes sont destinés soit à étudier l'environnement d'un pipe enterré (Brevet europeen 0144191), soit à faire l'examen radiographique d'un tube de petit diamètre (GB 2030430 A) la réception des rayonnements s'effectuant dans ou sur le tube. Dans ces deux procédés, la source est placée dans un dispositif mécanique que l'on déplace à l'intérieur du tube. Ces dispositifs ne répondent pas au problème posé et sont chers.d'utilisation.Le fait est que jusqu'à present aucun dispositif de détection n'a été mis au point pour les ombilicaux hydrauliques ou les canalisations de petit diamètre. Or la cartographie de canalisations est nécessaire pour des raisons de sécurité pour les chalutiers ou les sociétés opérant des fondations en mer. L'invention propose un procédé et un dispositif de détection de canalisations même enterrées qui. permet de remédier aux insuffisances des procédés de détection decrits ci-dessus. Le procédé selon l'invention pour la détection'de canalisations de petit diamètre enfouies sous une certaine épaisseur d'eau et/ou de terre est caractérisé en ce qu'il consiste d'une part à mêler au fluide circulant dans la canalisation un radioélément à rayonnement Y préalablement dilué ou vaporisé dans le. liquide ou gaz, par exemple du sodium 24, qui jouera le rôle de traceur radioactif énergisant la canalisation de façon qu'elle soit repérable de façon précise par un détecteur de rayons ç , d'autre part à détecter et mesurer en surface le rayonnement en différents points de coordonnées connues suffisamment rapprochés, à enregistrer ces mesures de rayonnement en fonction des coordonnées de surface, à relever enfin les coordonnées pour lesquelles le rayonnement présente des maxima locaux d'amplitude supérieure à un seuil prédéterminé, lesquels maxima coincident avec l'aplomb de la canalisation. Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et permettant la détection de canalisations diffusant des rayonnements r est un assemblage d'appareils formant un tout. Il comporte un appareil de détection de rayonnement y , par exemple un ou plusieurs scintillateurs avec photomultiplicateurs et, accompagnant l'appareil de détection, des moyens de-repérage pour donner la position du détecteur. Le détecteur et les moyens de repérage sont reliés à un coupleur, lui-même relié par un ombilical à une unité centrale de commande comportant entre autres des moyens pour amplifier, enregistrer et traiter les mesures de rayonnements et de positionnement transmises par l'ombilical.Avantageusement, pour la mise en oeuvre du procédé en marine, le détecteur et les moyens de repérage, par exemple une balise acoustique, sont montés sur un "Remote Operated Vehicle" (R.O*V.) sorte de petit sousmarin, télécommandé à partir d'un bateau remorqueur sur lequel se trouve l'unité de commande, Pour la mise en oeuvre du procédé en terrestre, les détecteurs et moyens de repérage sont avantageusement disposés sur une chenillette télécommandée à partir de l'unité de commande. Le radioêlément mêlé au fluide sera préférentiellement du sodium 24 ou tout autre radioélément avec une période radioactive assez courte pour ne pas rester dangereux un certain temps après l'opération et dont le spectre gamma soit aussi simple que possible tout en correspondant à une émission intense. D'autres avantages et caractéristiques du procédé selon l'invention pour la détection des canalisations, et plus particulièrement des petites canalisations enterrées ne comportant que peu ou pas d'élément ferromagnétique, apparaitront à la lecture de la description suivante d'une forme de réalisation d'un dispositif mettant en oeuvre ledit procédé.Cette forme de réalisation, adaptée à la détection de canalisations sous-marines est donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux figures annexées où - la figure 1 schématise un dispositif selon l'invention appliquée à la marine - la figure 2 donne l'activité lineique du sodium 24 en fonction de la distance du détecteur à l'axe vertical La constitution du dispositif pour la détection des canalisations selon l'nventîon peut varier suivant le milieu de détection -marine ou terrestre- et le problème à traiter. En marine, par exemple, on peut soit souhaiter connaître les seules coordonnées x y dans un plan de la canalisation afin de cartographier son parcours, soit souhaiter connaître également sa position verticale en z pour en déduire son enfouissement. Dans ce dernier cas, on décidera plutôt d'appliquer une méthode gradiometrique. Il est préférable alors d'utiliser un R.O.V. se déplaçant le plus près possible du fond marin de façon à pouvoir suivre la canalisation. En se référant à la figure 1, un dispositif selon l'invention comporte un R.O.V. (Remote Operated Vehicle) muni de trois appareils : un scintillateur avec photomultiplicateur (2) pour mesurer le rayonnement reçu, un pinger (3) qui permet le repérage du R.O.V. en mer et un pipe tracker (7). Un pinger (3), sorte de balise acoustique permettant de reperer la position du R.O.V. à tout moment est relié au bateau manoeuvreur (5) via un coupleur (6) situé sur le R.O.V., lequel est lui-même relié au bateau. par un ombilical (4).Par cet ombilical sont transmises à l'unité de commande et de traitement (8) situe sur- le bateau les coordonnées x, y, z du R.O.V. et les mesures de rayonnement en fonction du temps. L'appareil de détection du rayonnement sera de préférence un scintillateur à cristal, par exemple Nai ou CSi, ou à liquide, par exemple du toluène, ou encore à plastique, muni d'un photomultiplicateur du type 58-AOP de Radiotechnique à 1000 - 2000 volts et d'une grande efficacité, supérieure à 0,4. La réponse d'un tel détecteur au passage de l'aplomb de la canalisation est un maximum d'impulsions. Le scintillateur est relié à un discriminateur (10) de hauteurs d'impulsions qui laisse passer les impulsions d'amplitudes supérieures à un seuil prédéterminé, 1 à 100 volts par exemple, et qui rejette toutes les impulsions de hauteurs inférieures à ce seuil. Ce discriminateur élimine les impulsions parasites dues au bruit de ' fond provenant du photomultiplicateur par exemple, ainsi que les impulsions venant de particules n'intervenant pas dans le phénomène à mesurer. Ce discriminateur peut être soit situé sur le bateau auquel le scintillateur est relié par un ombilical (4), soit situé sur le R.O.V. même. Il doit avoir un temps de résolution aussi court que possible. Afin d'améliorer la précision, on peut envisager l'installation de deux scintillateurs parallèles reliés à un comparateur calculant en permanence la différence ss de flux arrivant sur les scintillateurs constituant une sorte de gradiomètre. La réponse d'un tel système selon une perpendiculaire à la canalisation est une courbe Q (d), d étant la distance entre le détecteur et la verticale de la canaiisation, présentant deux pics symétriques de part et d'autre de l'aplomb de la canalisation pour lequel d=0, et est nulle à l'aplomb de la canalisation. Dans ce cas, le discriminateur d'impulsions n'est plus utile. Un enregistreur (8), situé sur le bateau, est relié au R.O.V. par l'ombilical (4) et au scintillateur. On pourra sur cet enregistreur sélectionner soit manuellement, soit automatiquement le maximum d'impulsions correspondant géographiquement à l'aplomb de la canalisation. La route à suivre peut ainsi être déterminée de façon à être toujours à peu près à l'aplomb de la canalisation. Si la méthode gradiométrique est utilisée, on pourra ainsi non seulement cartographier au mètre près le tracé des canalisations, mais également, en étudiant le gradient des courbes d'impulsions obtenues, déduire leur profondeur d'enfouissement par comparaison ente la distance du détecteur à la canalisation et la distance entre le détecteur et la surface du sol. Le pipe-tracker (7), sorte d'échosondeur suffisamment BF pour qutil y ait pénétration des ondes acoustiques sur les premiers mètres du sol, n'est pas indispensable, mais peut permettre de détecter et de guider plus facilement le R.O.V; vers la tranchée où se trouve la canalisation à suivre. Le pipe-tracker, de même que le scintillateur et le pinger est relié à l'enregistreur du bateau via le coupleur (6) par l'intermédiaire de l'ombilical (4). La réponse acoustique d'un tel appareil est une série d'hyperboles de diffraction se mélangeant les unes les autres.Dans le cas où le problème posé est la sélection d'un canalisation parmi un faisceau de canalisations placées dans la même tranchée ou très voisines les unes des autres, le dispositif selon l'invention complète parfaitement le système du pipe-tracker utilisé classiquement pour suivre les pipe-lines de gros diamètre dans la mesure où il permet de sélectionner de façon précise l'hyperbole correspondant à la canalisation à sélectionner. A titre de vérification supplémentaire, on peut envisager de placer en plus sur le R.O.V. au moins un hydrophone haute sensibilité, permettant de vérifier que le R.O.V. est bien à proximité de la canalisation. Ce système acoustique annexe devra être réglé afin de repérer les basses fréquences correspondant à l'écoulement du fluide ou du gaz dans la canalisation. L'originalité fondamentale du système est d'utiliser un traceur radioactif "énergisant" la canalisation de façon à ce qu'elle soit repérable de façon précise par un scintillateur placé sur le R.O.V.. Le problème est alors de choisir un radioélément avec une période radioactive aSsez courte pour ne pas rester dangereux longtemps après l'opération et dont le spectre gamma soit aussi simple que possible tout en correspondant à une émission intense. En effet, la détection de rayonnement q ou ss ayant été de suite éliminée, le choix d'un traceur radioactif de haute énergie à rayonnement est sélectionné afin qu'une quantité suffisante de matière (plastique, sédiment et eau...) puisse être traversée. Le sodium 24 à 15 heures de période peut convenir. Il crée 4 raies gamma dont la plus intense de 2,75 MeV correspond à 100% du nombre de désintégrations. En diluant ou vaporisant 1 à 2.10-3 microcurie de 24Na par ml de produit huile, glycol ou gaz, on peut detecter une canalisation enfouie jusqu'à un mètre de profondeur (le coefficient d'absorption massique moyen de la matière au-dessus de la canalisation ayant été considéré égal à P = 0,03 cm2/g. En négligeant le rayonnement diffusé et pour une profondeur d'enfouissement de 50 cm sous un sédiment- de densité = 1,5 g/cm3, on a dans l'eau à 10 cm au-dessus du fond les flux ç et les comptages R suivants, pour un flux dû à 1 milliCurie par mètres linéaire X(m) I f (photon.s l.cm 2) | R (c.s I cristal Nal-4"x4") | J 29 1 2 350 I J tl J 0,48 1 40 Flux dû à 1 mCi.m lde sodium 24 X étant ici la distance entre le détecteur et le plan vertical contenant la canalisation. Pour une conduite de 1 km de long, l'activité nécessaire serait de 12,5 Ci de sodium 24. On aurait alors 29500 CS 1 lorsque le détecteur se trouverait directement audessus-du pipeline. La figure 2 donne l'activité lineique de sodium 24 en fonction de la distance du détecteur à l'axe vertical, avec un détecteur å cristal Nai 4"x4" et taux de comptage égal à 500 CS1. On lit sur cette figure que pour un détecteur restant constamment au-dessus de la canalisation (x=0), o,2 mCi m-l suffisent, soit 60 fois moins que dans le cas précédent L'utilisation de plusieurs détecteurs pour mieux cerner l'axe vertical de la canalisation permet de limiter l'activité du traceur, donc de limiter la quantité de sodium à diluer dans le produit de transfert. Différentes mises en pratique du procédé selon l'invention pour la détection des canalisations particulièrement des canalisations de petit. diamètre ne comportant que peu ou pas dJéléments ferromagnétiques, et enterrés sous quelques dizaines de centimètres de terrain, peuvent être schématisées comme suit. Le système est fondamentalement un système actif, c'est-à-dire, qu'il nécessite l'arrêt de la production correspondant à la canalisation, le temps d'effectuer la mesure et que le radioélément perde suffisamment de son activité. On arrête donc la production et à l'entrée de -la canalisation, on dilue continuellement durant la durée des mesures l'élément radioactif au fluide toujours en circulation dans la canalisation. En marine, on pourra adopter soit la technique de mesure de rayonnement, à l'aide d'un R.O.V. télécommandé d'un bateau et suivant au mieux la canalisation, soit adopter une technique de remorquage en surface, un bateau remorquant une remorque flottante (ou "poisson") sur laquelle il trouve le dispositif de détection selon l'invention, relié à l'unité centrale du bateau comme pour le R.O.V. Dans le premier cas, la mesure du rayonnement s'effectue de façon quasi 'continue et permet d'établir la cartographie immédiate de la canalisation au fur et à mesure de l'avancement du R.O.V.. On préfèrera, dans ce cas, utiliser un système de détection gradiométrique à plusieurs scintillateurs permettant de disposer également, simultanément à la prise de mesure, après un traitement rapide sur le bateau, des données d'enfouissement de la canalisation. Dans le deuxieme cas, on effectuera avec le bateau plusieurs profils successifs recoupant chaque fois la tranchée, de façon à effectuer une sorte de maillage d'un couloir large de plusieurs centaines de mètres dans lequel. la canalisation se trouve. Dans les zones où la canalisation est rectiligne, un recoupage tous les 100 mètres est suffisant, dans les courbes on devra resserrer les profils. Les mesures s'effectuent en quasi continu le long des profils, lardonnée des positions dans un plan de coordonnées x, y du dispositif de détection simultanée à la mesure du rayonnement permettent la sortie simultanée sur le bateau d'enregistrement du nombre d'impulsions A (x,y) en fonction des coordonnées des points de mesure successifs le long du profil.Le relevé des coordonnées x, y pour lesquelles ces enregistrements présentent des maxima (dans le cas d'un seui scintillateur) permet de définir l'aplomb de la canalisation. La cartographie de la canalisation pourra être faite manuellement par jonction de ces points associés à des maxima après qu'il ait été reporté sur un plan d'axe x, y, ou automatiquement. En terrestre, on pourra envisager soit de procéder par profils de recoupement, comme en marine, en utilisant en guise de remorque, flottante une chenillette télécommandée, soit d'effectuer les mesures en des points fixes de coordonnées (xi, yi) connues situés aux noeuds d'une grille. Dans ce dernier cas, une interpolation entre les différents points de mesure sera peut-être nécessaire pour déterminer les lieux situés à l'aplomb de la canalisation. Bien que l'invention ait été décrite en se référant à des appareils et des modes de mise en oeuvre particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la détection de canalisations de petits diamètres enfouies sous une certaine épaisseur d'eau et/ou de terre caractérisé en ce qu'il consiste d'une part à - mêler au fluide circulant dans la canalisation un radioélément à rayonnement y préalablement dilué ou vaporisé dans le liquide ou le gaz de transport de la canalisation, d'autre part, - à détecter et mesurer au voisinage de la canalisation le rayonnementgen différents points I de coordonnées xi, yi, zi connues suffisamment rapprochés, - enregistrer ces mesures de rayonnement Ai (xi, yi, zi) en fonction des coordonnées -des points de mesure successifs, - relever les coordonnées X, Y, Z pour lesquelles la fonction A (x, y, z) continue présente un maximum local d'amplitude supérieure à un seuil prédéterminé, lequel est caractéristique d'un passage à l'aplomb de la canalisation. 2 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de détection de canalisation diffusant des rayonnements y selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un détecteur de rayons b ainsi que des moyens de repérage, accompagnant chaque détecteur, pour donner la position du détecteur, lesquels détecteur et moyens de repérage sont reliés via un coupleur à une unité centrale de commande par un ombilical, ladite unité comportant des moyens pour amplifier, enregistrer et traiter les mesures de rayonnement et de positionnement transmises par l'ombilical. 3 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le détecteur est constitué d'au moins un scintillateur avec photomultiplicateur. 4 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les moyens de repérage sont des balises acoustiques. 5 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le radioelément mêlé au fluide est du sodium 24. 6 - Dispositif selon la revendication 2 pour la mise en oeuvre en marine caractérisé en ce que le détecteur et les moyens de repérage sont montés sur un Remote Operated Vehicle (R.0.V.) télécommandé à partir d'un bateau remorqueur du R.O.V. sur lequel se trouve l'unité de commande. 7 - Dispositif selon la revendication 2 pour la mise en oeuvre en terrestre caractérisé en ce que le détecteur et les moyens de repérage sont montés sur une chenillette télécommandée à partir de llunité de commande. 8 - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la détection s'effectue en des points fixes prédéterminés définissant les noeuds d'une grille de mesure.