Brevet FR2680870A1 — publié le 19930305

Dispositif permettant de déterminer une horizontale La présente invention concerne les dispositifs permettant de déterminer une horizontale dans un lieu soumis à un champ de gravitation, d'une façon générale les dispositifs que les techniciens connaissent sous la dénomination de "niveaux". Pour déterminer une horizontale, il existe de nombreux dispositifs dont la précision est très variable. On peut tout d'abord citer le niveau à bulle qui ne permet de déterminer une horizontale que sur une faible distance, et le dispositif utilisant les vases catrtaicants et permettant en théorie'de déterminer une horizontale sur une plus grande distance. On peut ensuite citer différents dispositifs du type électronique qui combinent les phénomènes de la gravitation et de la propagation rectiligne de la lumière donnée, par exemple, par un générateur de faisceaux lumineux cohérents tel qu'un générateur laser. Ce dernier type de dispositif permet d'atteindre de bonnes précisions sur des distances relativement importantes. Il présente cependant deux inconvénients majeurs : son prix de revient et le fait de ne pouvoir vraiment être utilisé que pour déterminer des horizontales en lignes droites entre des points situés dans un espace ne présentant aucun obstacle à la propagation des ondes lumineuses. Par contre, le dispositif utilisant les vases communicants est très pratique pour déterminer des points situés dans un meme plan horizontal, meme si ces points ne sont pas en vision directe les uns par rapport aux autres. Tel est le cas de la détermination d'une ligne courbe dans un plan horizontal, par exemple une ligne horizontale sur la paroi d'un tunnel présentant une courbure importante. Cependant, les mesures effectuées à l'aide de ce dispositif manquent de précision, ce qui, dans certains cas, peut être un grave inconvénient. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif permettant de déterminer une horizontale dans un lieu soumis à un champ de gravitation, dont le fonctionnement utilise le principe des vases communicants et donne des résultats dlune précision très supérieure à celle des dispositifs de l'art antérieur sans pour autant perdre leurs avantages, par exemple la détermination d' une longue courbe horizontale passant par des points qui ne sont pas en vision directe les uns par rapport aux autres. Plus précisément/ la présente invention a pour objet un dispositif permettant de déterminer une horizontale en un lieu soumis à un champ de gravitation, comportant deux vases, un premier conduit reliant sensiblement le fond des deux vases, un liquide apte à remplir ledit premier conduit et, partiellement, les deux dits vases, caractérisé par le fait qu' il comporte en outre deux capteurs optoélectroniques de distance solidaires respectivement du sommet des deux dits vases, lesdits capteurs étant aptes à délivrer à leur sortie, respectivement un premier et un deuxième signal fonction de la distance comprise entre leur surface d'émission et le dioptre de séparation entre le liquide et le milieu ambiant dudit lieu, et un organe de traitement électronique dont les entrées sont respectivement reliées aux sorties des deux dits capteurs, ledit organe de traitement étant apte à délivrer à sa sortie un troisième signal fonction du résultat de la comparaison des deux dits premier et deuxième signaux. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels La Figure 1 représente, sous forme schématique, un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, et La Figure 2 représente, sous forme schématique partielle, un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Les figures 1 et 2 représentent deux modes de réalisation du dispositif différents. Cependant, dans un souci de simplification, des moyens identiques portent les mêmes références sur les deux figures. La figure 1 représente un dispositif l permettant de déterminer au moins une horizontale 2 en un lieu soumis à un champ de gravitation cortire, par exemple, celui qui règne à la surface du globe terrestre. Ce dispositif comporte deux vases 3 et 4, un premier conduit 5 reliant sensiblement le fond 6, 7 des deux vases, et un liquide 8 apte à remplir le premier conduit 5 et, partiellement, les deux vases. Le conduit 5 est par exemple en un caoutchouc relativement souple mais rigide pour ne pas s'écraser ou se pincer. Le dispositif comporte en outre deux capteurs optoélectroniques de distance 9, 10 solidaires respectivement du sommet 11, 12 des deux vases. Ces deux capteurs sont aptes à délivrer à leur sortie 13, 14, respectivement un premier et un deuxième signal fonction de la distance comprise entre leur surface d'émission 15, 16 et le diopptre de séparation 17, 18 entre le liquide 8 et le milieu ambiant 19 du lieu dans lequel se trouve ce dispositif. La structure de ces capteurs optoélectroniques de distance 9, 10 dépend bien sûr de la méthode de mesure choisie : p par triangulation, rétroréflexion, interférométrie, etc. Toutes ces structures sont bien connues en elles-memes et ne seront donc pas décrites ici. Cependant, lorsque les détecteurs utilisent la réflexion d'un faisceau lumineux sur les dioptres 17, 18, pour accroître cette réflexion, il pourra être avantageusement prévu un petit flotteur ayant une surface réfléchissante canone un miroir, un coin-cube, un prisme ou analogue. Pour pouvoir éventuellement observer les dioptres 17, 18, par exemple visuellement, par rapport à des points de référence, la paroi des deux vases comporte au moins une fenêtre de transparence, ou bien la paroi est elle-même en un matériau transparent carme du verre. Cependant, de façon préférentielle, le dispositif comporte deux index de référence 41, 42 associés chacun à un vase 3, 4 en y étant fixé de façon déterminée. Ces index peuvent être de tout type, mais avantageusement constitués par des lunettes de visée solidaires des vases 3 et 4. Le dipositif comporte en outre un organe de traitement électronique 20 dont les entrées 21, 22 sont respectivement reliées aux sorties 13, 14 des deux capteurs 9, 10. I1 est apte à délivrer à sa sortie 23 un troisième signal fonction du résultat de la can93araison des deux premier et deuxième signaux. Avantageusement, la sortie 23 est reliée à l'entrée 24 d'un afficheur 25. Dans une réalisation avantageuse le liquide 8 est un liquide de forte densité, par exemple du mercure. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte une enveloppe 26 entourant le premier conduit 5 et au moins partiellement le bas 27, 28 des deux vases 3, 4, et un circuit d'alimentation 29 en un fluide 30, dont les extrémités 31, 32 sont respectivement connectées à l'enveloppe 26 en au moins deux points différents, pour former un circuit continu de circulation du fluide 30. Cette enveloppe est constituée par une gaine souple mais rigide, par exemple avec une armature métallique de forme hélicoldale disposée autour du premier conduit 5 et maintenue à distance tout autour, par exemple par des entretoises 33. Dans un mode de réalisation avantageux, une première extremité 31 du circuit d'alimentation 29 est connectée à l'enveloppe 26 en deux premier 34 et deuxième 35 points situés sensiblement au niveau des parties 36, 37 de l'enveloppe entourant respectivement les deux vases 3, 4, la seconde extrémité 31 du circuit d'alimentation étant connectée à l'enveloppe en un troisième point 38 situé sensiblement à égale distance des deux premier 34 et deuxième 35 points. Le circuit d'alimentation 29 comporte avantageusement une réserve tampon 39 et une pompe de circulation 40 du fluide 30 dans l'enveloppe 26. Ce fluide est par exemple à base d'eau qui est le fluide le plus courant et le moins onéreux. Le dispositif décrit ci-dessus s'utilise et fonctionne de la façon suivante Tout d'abord, on place les deux vases l'un à côté de l'autre de façon que les index de référence 41, 42 respectivement associés à chaque vase soient en co mcidence sur le point de référence par lequel doit passer la courbe horizontale à déterminer, et on procède à la mise en circulation du fluide 30 de façon à homogénéiser la température des deux vases et du premier conduit, et en connséquence du liquide 8. Par le principe bien connu des vases ccmmunicants, les deux dioptres de séparation 17, 18 dans les deux vases se placent dans un meme plan horizontal. Les premier et deuxième signaux émis par les deux capteurs sont comparés dans l'organe de traitement, par exemple et avantageusement par différence de leurs valeurs. Cette différence constitue le troisième signal dont la valeur peut être lue sur l'afficheur 25, par exemple du type digital, et, commis explicite ci-après, va servir de référence pour les mesures suivantes. En effet, si les vases sont éloignés l'un de l'autre tout en maintenant l'un d'eux de façon que son index coïncide toujours avec le point de référence, et si le second vase est positionné de façon que la valeur du troisième signal émis par l'organe de traitement soit égale à la valeur de référence obtenue lorsque les deux index étaient en colncidence, on en déduit que les deux index se trouvent bien sur une horizontale passant par le point de référence puisque, par principe, les dioptres 17, 18 sont toujours dans un meme plan horizontal, En conséquence, il suffit donc de déplacer l'un des deux vases dans l'espace dans lequel doit être déterminée la courbe horizontale passant par le point de référence sur lequel est maintenu en place l'index de référence du premier vase, et de repérer, à chaque fois, la position de 1' index du second vase correspondant à celle pour laquelle le signal délivré par 1' organe de traitement a la même valeur que le troisième signal de référence défini ci-dessus, ce qui peut être constaté sur l'afficheur. L'ensemble des positions de 1' index du second vase ainsi déterminées définit la courbe horizontale cherchée. La description du fonctionnement du dispositif selon l'invention met en évidence les avantages d'un tel dispositif. Les opérations effectuées après la détermination du signal de référence peuvent être répétées de ombreuses fois, même en des points qui ne sont pas en vision directe avec le point de référence et qui sont distants de ce point de plusieurs dizaines de mètres, voire même des centaines, comme par exemple dans des tunnels courbes. Si la température ambiante varie dans le temps ou si elle n'est pas la même pour les deux vases qui peuvent être situés en des endroits relativement éloignés l'un de l'autre, et même si la température du second fluide varie, la circulation de ce second fluide permet de maintenir le premier fluide à une température homogène dans les deux vases et le premier conduit.De cette façon, même si, par suite d'un changement de température, les dioptres s'éloignent ou se rapprochent des capteurs, ils sont toujours rigoureusement dans un même plan horizontal et, si les deux index sont maintenus au niveau défini par celui du point de référence, le troisième signal garde la même valeur, ctest-à-dire la valeur de référence, car il est obtenu par différence des deux premier et deuxième signaux qui varient linéairement dans le cas d'une variation de température comme explicité ci-dessus. Le dispositif tel que décrit ci-dessus fonctionne, bien entendu, si les pressions au-dessus des dioptres 17 et 18 ont la même valeur. Ceci peut être obtenu en ouvrant les sommets des deux vases 3 et 4 pour que les deux dioptres soient soumis à la pression atmosphérique qui est la même en tout point d'une meme horizontale pour la distance maximale dont peuvent être séparés ces deux vases. Cependant, comme mentionné ci-dessus, le liquide 8 utilisé pour remplir le premier conduit 5 est généralement du mercure qui s'oxyde très facilement lorsqu'il est au contact de l'atmosphère ambiante. Pour pallier cet inconvénient, on peut réaliser un dispositif comme celui illustré partiellement sur la figure 2. Dans ce mode de réalisation, le dispositif comprend un conduit 53 sans perte de charge, ctest-à-dire d'un diamètre intérieur suffisant, qui relie la sortie 57 d'une réserve de gaz neutre 54, par exemple de l'azote, à deux entrées 51 et 52 situées respectivement aux sommets 11 et 12 des deux vases fermés 3 et 4. Bien entendu, ces deux vases comporteront alors avantageusement des moyens de purge, non représentés pour la simplification des dessins, pour éliminer tout gaz parasite susceptible d'oxyder le mercure de façon que, au-dessus des dioptres 17 et 18, ne règne qu'une atmosphère inerte donnée par le gaz neutre à la pression de sortie de la réserve 54, De plus et avantageusement, le conduit 5 comporte deux vannes 55, 56 respectivement disposées à proximité des fonds 6 et 7 des deux vases 3 et 4 pour pouvoir, si nécessaire, emprisonner la colonne de liquide comprise dans ce conduit 5. Cette caractéristique est avantageuse lorsqu'il est nécessaire de déplacer un vase par rapport à l'autre, car elle évite un éventuel débordement d'un vase si celui-ci se trouve à un niveau inférieur à l'autre, ainsi que la mise en oscillations de la colonne de liquide dont l'amortissement est long à obtenir, surtout si ce liquide est du mercure. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de déterminer une horizontale (2) en un lieu soumis à un champ de gravitation, comportant deux vases (3,4), un premier conduit (5) reliant sensiblement le fond (6,7) des deux vases, un liquide (8) apte à remplir ledit premier conduit et, partiellement, les deux dits vases, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre deux capteurs optoélectroniques de distance (9,10) solidaires respectivement du sommet (11,12) des deux dits vases, lesdits capteurs étant aptes à délivrer à leur sortie (13,14), respectivement un premier et un deuxième signal fonction de la distance canprise entre leur surface d'émission (16,17) et le dioptre de séparation (17,18) entre le liquide et le milieu ambiant 19 dudit lieu, et un organe de traitement électronique (20) dont les entrées (21,22) sont respectivement reliées aux sorties (13,14) des deux dits capteurs, ledit organe étant apte à délivrer à sa sortie (23) un troisième signal fonction du résultat de la comparaison des deux dits premier et deuxième signaux. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une enveloppe (26) entourant ledit premier conduit (5) et au moins partiellement le bas (27,28) des deux dits vases, et un circuit d'alimentation (29) en un fluide (30) dont les extrémités (31,32) sont respectivement connectées, en au moins deux points différents, à ladite enveloppe. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une première extrémité (31) dudit circuit d'alimentation est connectée à ladite enveloppe, respectivement en deux premier (34) et deuxième (35) points situés sensiblement au niveau des parties de ladite enveloppe entourant les deux dits vases, la seconde extrémité (32) dudit circuit d'alimentation étant connectée à ladite enveloppe en un troisième point (38) situé sensiblement à égale distance des deux dits premier et deuxième points. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit liquide (8) est un liquide de forte densité. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit liquide présentant une forte densité est du mercure. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caracterisé par le fait que ledit fluide est un liquide. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit liquide est à base d'eau. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que lesdits capteurs optoélectroniques (9,10) sont choisis parmi ceux dont le fonctionnement utilise les méthodes de mesures suivantes : triangulation, rétroréflexion, interfératétrie. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte deux index (41,42) respectivement solidaires de chacun des deux dits vases (3,4). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un conduit (53) reliant la sortie (57) d'une réserve de gaz neutre (54) à deux entrées (51, 52) situées respectivement sensiblement aux sommets (11, 12) des deux dits vases (3, 4). 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il comporte deux vannes (55, 56) disposées sur ledit conduit (5) respectivement à proximité des fonds (6, 7) des deux dits vases (3, 4).