Brevet FR2652160A1 — publié le 19910322

DESCRIPTION Dispositif permettant de faire pénétrer une sonde à l'intérieur d'un volume de matière pouvant être confinée dans une enceinte fermée, éventuellement sous pression ou stockée à l'air libre, d'y effectuer des mesures et de prélever des échantillons. Ce dispositif est particulièrement adapté au suivi du process de fermentation dans les digesteurs de production de méthane d'usines de traitement d'ordures ménagères. I1 peut cependant être étendu à toute application nécessitant de faire pénétrer une sonde à l'intérieur d'un volume de matière important pour effectuer des mesures en des points non accessibles directement. I1 est clair dans l'application ci-avant que les mesures effectuées en périphérie de la zone de confinement (de la cuve dans ce cas précis) sont peu représentatives du milieu "actif". I1 convient donc de prendre les mesures à une certaine distance de la paroi et en des points multiples à l'intérieur du volume de confinement permettant éventuellement de mettre en évidence des hétérogénéités dans l'état de la matière en place. Les principaux objectifs auxquels doit répondre un tel moyen d'instrumentation sont les suivants -possibilité de déplacement, avec pénétration de la matière, sur de gran des distances (plusieurs mètres), - possibilité d'isolation vis-à-vis du milieu à mesurer, - possibilité de mesurer différents paramètres, - possibilité de nettoyage des capteurs sans démontage, - possibilité d'échantillonnage, - encombrement le plus réduit possible, - contrôle du positionnement du point de mesure et choix du point d' instru mentation, - possibilité de modifier l'orientation de l'axe de déplacement. Parmi les brevets déposés à ce jour dans ce domaine, aucun ne répond complètement à l'ensemble de ces contraintes. La plupart des inventions objets des brevets concernés ne permettent pas de déplacement important : c'est le cas des brevets GB. A. 217 4677/ WO.A. 850 3773/DE. A. 315 1396. Le brevet US. A. 429 4124 comporte un système de déplacement par vis sans fin donc induisant un encombrement important (diamètre important en raison de la présence de la vis sans fin et longueur de l'appareillage au minimum égale à celle du déplacement). Ce système ne permet que des échantillonnages sans possibilité de mesures. Le brevet US. A. 447 9393 est à peu près similaire au précédent ; il ne comporte pas de possibilité d'isolation vis-à-vis du milieu à instrumenter. Le dispositif selon l'invention satisfait aux diverses contraintes précédentes. Celui-ci comprend - un module (1) contenant la chambre de mesure et de prélèvement, avec cap teur (26), - connecté mécaniquement à un tube semi-rigide (2) dans lequel ont été préalablement introduits divers tubes devant servir aux fonctions suivan tes . ouverture et fermeture de la chambre de mesure pour le tube (3), nettoyage (27) des capteurs et prélèvement respectivement pour les tubes (4) et (5), . passage des connections électriques des capteurs pour le tube (6), - un module de déplacement longitudinal (7) du tube (2) monté sur un ensem ble (8) permettant de faire varier l'orientation de l'axe de déplacement dans la mesure des possibilités géométriques autorisées par l'ensemble "piquage" (14) sur la cuve (15), et équipé de moyens de contrôle (9) de la profondeur de déplacement, - un touret (10) sur lequel vient s'enrouler le tube (2) permettant ainsi un encombrement réduit, - une sortie type en Y (11) dans l'axe du touret permettant le passage de l'ensemble des fluides d'un système rotatif à un système statique par l'intermédiaire d'un collecteur hydraulique et électrique, - une centrale hydraulique (12) servant à l'alimentation, soit du tube (3) pour ouverture de la chambre, soit de l'intérieur du tube (2), - des moyens d'isolation (13), par vannes par exemple, montés sur un piqua ge (14) réalisé sur la cuve (15) à instrumenter, - des moyens (16) permettant une étanchéité dynamique sur le tube (2) en déplacement. Le dimensionnement de chacun de ces moyens dépend pour l'essentiel de la taille des capteurs utilisés et de l'ampleur du déplacement souhaité, conditionnant ainsi la rigidité nécessaire à l'ensemble du système en mouvement. Afin de réduire le dimensionnement dudit système, il peut être recouru à l'une ou l'autre ou l'une et l'autre des solutions suivantes - mettre en place un tube guide (17) permettant de guider le tube (2) dans la direction du déplacement prévu entre le système d'entraînement (7) et le piquage (14). - mettre l'intérieur du tube (2) sous une pression suffisamment élevée, compatible avec ses caractéristiques mécaniques et celles des tubes inté rieurs (3), (4), (5) et (6) pour compenser le manque de rigidité naturel le du système. Cette dernière solution permet, dans certaines configurations, d'avoir recours à des tubes renforcés non métalliques et de diminuer ainsi le diamètre d'enroulement minimum du tube (2) sur le touret et, par conséquent, l'encombrement global du système. La description de chacun des sous-ensembles intervenant dans l'invention ne constitue que l'une des solutions possibles et n'est en aucune fa çon limitative. Le module de mesure et de prélèvement (1) est conçu de façon à pouvoir être facilement retiré du tube (2), soit pour effectuer de la maintenance préventive ou curative, soit pour être échangé avec un autre module permettant de réaliser d'autres mesures ou opérations. Les éléments fonctionnels constitutifs du module de mesure et de prélèvement (1) peuvent utiliser des solutions standard existantes - capteurs (26) (pH, oxygène dissous, conductivité, etc.), - cartouche filtrante (28) entre le milieu à mesurer et la chambre de mesure, - moyens hydrauliques (29) (piston, ...) permettant de faire commu niquer ou d'obturer le circuit en aval de la cartouche filtrante entre le milieu à mesurer et la chambre de mesure. La mise en place des tubes (3), (4), (5) et (6) dans le tube (2), l'en- roulement sur touret (10) et le collecteur (11) sont des extensions de systèmes développés sous le nom de "coiled tubing" pour l'industrie pétrolière. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le système d'avancement est constitué de deux bandes de roulement opposées (25) pinçant le tube (2), entraînées par 2 roues menantes (18) et tendues par 2 roues folles (19). L'information sur l'avancement du tube (2) est fournie par un encodeur (9) connecté au système d'entraînement et transmettant un nombre d'impulsions fonction de la profondeur de la sonde dans la cuve. Cet encodeur permet, si nécessaire, de réaliser un enregistrement continu -une diagraphiede paramètres à mesurer en fonction de la position du module de mesure (1). La variation de l'orientation de l'axe de déplacement est réalisée par l'ensemble (8) - soit à l'aide d'une interface mécanique (20) entre la vanne d'isolation (13) et le système d'étanchéité (16) dont les plans de joint avec les ensembles (13) et (16) ne sont pas parallèles mais font un angle dépen dant de la direction souhaitée ; la rotation de cette interface (20) sur la vanne (13), dont l'amplitude dépend de l'espacement des boulons de fi xation (6 boulons équidistants correspondant à un pas de rotation de 60 degrés), permet de choisir la direction de déplacement selon l'axe d'un cône dont le sommet est au centre de la fixation de (20) avec le système d'étanchéité (16) ; selon le nombre d'orientations souhaitées, on peut prévoir 1, 2 ou plus de modules d'interfaces ; - soit un système à rotule (21) permettant de choisir à volonté cette orientation, dans la limite d'un angle maximum entre les 2 plans de joint à ne pas dépasser - soit tout autre système incluant une possibilité de rotation autour de l'axe de la vanne (13) associée à un basculement dans un plan passant par cet axe et perpendiculaire au plan de joint de cette vanne (13). Si nécessaire, le module de mesure (1) peut inclure un module de forage mû par une turbine (22) alimentée par l'un des tubes intérieurs. Pour éviter que la matière ne s'accumule derrière la vanne d'isolation (13) et, après séchage, n'obstrue le passage, il est prévu, si nécessaire, en amont de cette vanne un système de nettoyage pour lessivage périodique. Dans le cas de mesures sur de la matière non confinée mais stockée à l'air libre, le système module (1), tubes (2), (3), (4), (5) et (6)/ entraînement (7)/orientation (8)/touret (10), peut être opéré après fixation sur une assise (23) elle-même bloquée pour supporter la réaction de l'ef- fort de pénétration du module (1) dans la matière. Par ailleurs, le tube (6) contenant les câbles électriques peut être supprimé si ceux-ci sont choisis pour pouvoir travailler sous pression et sils sont équipés aux deux extrémités du tube (2), au niveau du collecteur (11) et du module (1), de systèmes de connections étanches. Enfin, le nombre de tubes intérieurs peut être adapté à la configuration requise par les prestations prévues au niveau du module que ce soit en diminution ou en augmentation. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour introduire une sonde (1) à l'intérieur d'un fermenteur (15) de matière organique, échantillonner et mesurer des paramètres physico-chimiques de la matière en place, caractérisé en ce qu'il comporte le module de mesure et d'échantillonnage (1) connecté à un tube porteur (2) contenant lui-même à l'intérieur un tube hydraulique (3) d'ouverture et de fermeture de la chambre de mesure, des tubes (4) et (5) pouvant être utilisés pour le prélèvement du fluide à mesurer et le nettoyage des capteurs (26) après utilisation, un tube (6) protégeant le passage des connections électriques entre les capteurs et le module (24) de traitement des mesures, un module de déplacement longitudinal (7) transmettant l'effort de poussée nécessaire à la pénétration de la sonde dans le milieu, un touret d'enroulement (10) du tube (2) interfacé avec une centrale hydraulique (12) pour le tube (3) et l'intérieur du tube (2) et avec le module de traitement des mesures (24) via un collecteur (11). 2) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que l'axe de déplacement de la sonde peut être orienté selon un certain angle par rapport à l'axe du piquage (14) afin de prendre des mesures en des points situés en dehors du rayon de la cuve (15) passant par l'axe du piquage (14). 3) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que la rigidité du tube (2) peut être augmentée, permettant d'utiliser à cette fin du tube autorisant un rayon d'enroulement plus petit, en mettant l'intérieur du tube (2) sous une pression suffisante par l'intermédiaire de la centrale hydraulique (12). 4) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que la profondeur de déplacement de la sonde est connue en permanence grâce à un encodeur (9) connecté au système d'entraînement du tube (2), permettant si nécessaire un enregistrement continu du paramètre mesuré en fonction de la profondeur du module de mesure (1). 5) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que l'ouverture de la chambre de mesure est obtenue par application de pression dans le tube (3) sur un piston (29). 6) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que les capteurs (26) peuvent être nettoyés si nécessaire par l'intermédiaire du tube (4) alimentant le système (27), sans démontage du module de mesure (1), l'éva- cuation étant faite par le tube (5). 7) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que des échantillons de fluide peuvent être prélevés par l'intermédiaire de l'un des tubes (4) ou (5). 8) Dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que le module de mesure (1) peut inclure un élément forage dont l'énergie nécessaire est fournie par l'intermédiaire d'une turbine (22) alimentée par l'un des tubes intérieurs. 9) Dispositif selon revendications 1 et 8 caractérisé en ce que le dispositif peut être utilisé avec des matières de caractéristiques mécaniques similaires à celles de la matière organique des cuves de méthanisation. 10) Dispositif selon revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce que le dispositif peut être utilisé avec des matières non confinées mais stockées à l'air libre, le système module (1)/tubes (2), (3), (4), (5) et (6)/entraînement (7) et système d'orientation (8), devant simplement être fixé sur une assise (23) pouvant supporter la réaction de l'effort de pénétration du module (1) dans la matière. 11) Dispositif selon revendications 1 et 8 caractérisé en ce que le dispositif comporte un système d'étanchéité dynamique (16). 12) Dispositif selon revendications 1 et 8 caractérisé en ce que l'entrée de la vanne d'isolation (13), en partie amont, peut comporter un système de nettoyage. 13) Dispositif selon revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce que le module (1) peut être facilement échangé en fonction des prestations à effectuer. 14) Dispositif selon revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce que le système peut être adapté aux prestations demandées et ne comprendre que le minimum de tubes intérieurs requis par l'application prévue. 15) Dispositif selon revendications 1, 8 et 9 caractérisé en ce que le tube (6) contenant les câbles électriques des capteurs peut éventuellement être supprimé dans la mesure où ceux-ci sont équipés aux deux extrémités du tube (2) de systèmes de connections étanches.