Brevet FR2726642A1 — publié le 19960510

La présente invention concerne la mesure par ultrasons de l'épaisseur de canalisations d'eau. Le réseau de distribution d'eau est pratiquement toujours enfoui dans le sol. Dans ces conditions, les canalisations d'eau potable, fréquemment réalisées en fonte, subissent une corrosion due à leur environnement. On a pu observer que cette corrosion prend essentiellement naissance à l'interface sol/canalisation, puis progresse vers l'intérieur de cette dernière. Différentes techniques de réfection des canalisations sont alors nécessairement mises en oeuvre de manière connue. Dans certains cas, on introduit, dans la canalisation, une seconde canalisation de diamètre nécessairement plus petit, en veillant toutefois a ce que le débit d'eau ne soit pas réduit de ce fait de manière inacceptable. Dans d'autres cas, on injecte des résines époxy à l'intérieur de la canalisation. Enfin, une corrosion trop importante peut nécessiter le remplacement pur et simple de la canalisation. En considération de ce que le demandeur gère un réseau mondial de plusieurs centaines de milliers de kilomètres de canalisations, dont il remplace annuellement environ 1800 km, du coût du renouvellement s'élevant environ à un million de francs français par kilomètre, et des désagréments subis par le public du fait des opérations de maintenance mentionnées ci-dessus, notamment en cas de remplacement d'une canalisation traversant une chaussée, on comprend aisément l'intérêt d'une connaissance certaine et précise des zones endommagées du réseau. A l'heure actuelle, la détérioration des canalisations est évaluée de manière plus ou moins empirique par les fontainiers qui, pour ce faire, ne disposent d'aucun mode opératoire totalement fiable et rigoureux. D'autre part, on connaît la détermination de l'épaisseur de canalisations au moyen d'ultrasons, par contact avec leurs parois extérieures. Cependant, un tel procédé ne peut pas être employé dans le cas de canalisations enterrées, dont le démontage est exclu. Selon la présente invention, il est maintenant possible de déterminer l'état de corrosion de canalisations enfouies dans le sol, en en contrôlant l' épaisseur. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de mesure de l'épaisseur d'une canalisation d'eau, dans lequel on émet des ultrasons, à partir de l'intérieur de la canalisation totalement remplie d'eau, et en direction de sa paroi interne. L'eau sert ici de milieu de contact, qui transmet l'onde ultrasonore. Une partie de l'onde incidente est réfléchie par la paroi interne de la canalisation, donnant lieu à un écho d'entrée E.; l'autre partie de l'onde incidente est transmise dans la matière constituant la canalisation, puis réfléchie par la paroi externe de celle-ci, donnant lieu à un écho de fond Et. On détermine alors l'épaisseur e de la canalisation, à partir de la vitesse v de propagation des ultrasons dans la matière constituant la canalisation et du temps t séparant la réception de l'écho E. et de l'écho Et, selon la formule e = vt/2. Selon d'autres caractéristiques: - l'onde ultrasonore émise est d'une fréquence comprise entre 0,5 et 20 Xhz, et décrit une spirale sur la paroi interne de la canalisation, dont la vitesse de progression se décompose en une vitesse de rotation comprise entre 100 et 1200 tr/mn et une vitesse de translation comprise entre 0,02 et 0,5 m/s, ces deux vitesses étant sélectionnées de sorte que la translation en un tour soit comprise entre 0,2 et 3 cm/tour; - la canalisation est en fonte, a un diamètre intérieur compris entre 75 et 300 mm, une mesure étant effectuée sur l'écho d'entrée E, et l'écho de fond Ef reçus, en 20 à 100 points discrets régulièrement espacés, à chaque tour de la spirale; - à chacune des deux extrémités de la partie de la canalisation dont on souhaite contrôler l'épaisseur, un tronçon de canalisation est coupé et remplacé par un té, un appareil de mesure par ultrasons de l'épaisseur de la canalisation est introduit par l'un des deux tés, tandis qu'un câble de traction, associé à un cabestan, est introduit par l'autre té, amené devant ledit appareil de mesure au moyen d'un tire-cables, puis fixé sur la partie avant dudit appareil de mesure. La présente invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé de mesure de l'épaisseur d'une canalisation d'eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lumière des dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique en coupe partielle d'un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une représentation schématique des moyens de transmission de l'onde ultrasonore, vus en coupe, selon un second mode de réalisation de l'invention. En référence a la figure 1, un dispositif de mesure de l'épaisseur d'une canalisation comporte un véhicule 1 que l'on introduit dans la canalisation totalement remplie d'eau. Le véhicule 1 comporte à son extrémité avant un anneau de traction 2 sur lequel on fixe un câble de traction non représenté relié à un cabestan. Le véhicule 1 est par ailleurs constitué d'un carter étanche 5 positionné entre deux ensembles 3 et 4 de trois roues angulairement espacées de 120', chaque roue étant montée sur un pantographe et pouvant être remplacée par un patin en résine fluorocarbonée, notamment en Téflone. La compression exercée par les six pantographes assure un centrage parfait de l'ensemble dans la canalisation. Un moteur 6, monté a l'intérieur du carter 5 entraîne en rotation un collecteur tournant 9 également positionné à l'intérieur du carter 5 et un porte-sonde 8 situé & l'extrémité arrière du véhicule 1, à l'extérieur du carter 5. Le porte-sonde 8 supporte une sonde à ultrasons 7. Le carter 5 est équipé d'un capteur de verticalité 12 constitué d'un codeur optique donnant la position d'un pendule de verticalité, permettant ainsi de connaître les écarts de position de l'ensemble du véhicule lors de son déplacement dans la canalisation. Le cas échéant, un capteur de position linéaire du véhicule 1, non représenté, peut également être prévu. D'autre part, un capteur 10 constitué d'un codeur optique incrémental monté sur l'arbre du moteur 6 permet de connaître la position de ce moteur, et donc également de la sonde 7. Cependant, lorsque l'accouplement moteur/ collecteur tournant 14 consiste en un motoréducteur, il est préférable de monter le capteur 10 solidairement au collecteur tournant 9, la fonction du capteur 10 étant de délivrer un signal à chaque tour effectué par la sonde 7. Avantageusement, le véhicule 1 présente une articulation centrale permettant le franchissement des coudes de canalisations. En ce qui concerne la mesure de l'épaisseur de la canalisation elle- même, le collecteur tournant 9 émetteur-récepteur est relié à un émetteur-récepteur de signaux électriques non représenté, situé à l'extérieur de la canalisation, par l'intermédiaire d'un câble coaxial; il émet et reçoit lui-même des signaux électriques, à la fois en direction dudit émetteur- récepteur de signaux électriques et en direction d'un transducteur constitué par la sonde à ultrasons 7 émettrice-réceptrice. Cette sonde 7 transforme les signaux électriques reçus du collecteur tournant 9 en une onde ultrasonore, qu'elle émet en direction de la paroi interne de la canalisaton, reçoit l'écho d'entrée E, résultant de la réflexion de l'onde ultrasonore incidente sur la paroi interne de la canalisation, et l'écho de fond E, résultant de la réflexion de la partie de cette onde incidente qui est transmise dans la matière de la canalisation sur la paroi externe de celle-ci, transforme les ondes ultrasonores réfléchies en signaux électriques, qui sont transmis en retour audit émetteur-récepteur de signaux électriques via le collecteur tournant 9. Il est essentiel que la fréquence de l'onde ultrasonore, comprise de préférence entre 0,5 et 20 Khz, soit considérablement supérieure à la fréquence de rotation de la sonde 7, de sorte que l'émission de l'onde ultrasonore incidente et la réception des ondes réfléchies puissent être considérées comme quasiment instantanées par rapport a la vitesse de rotation de la sonde 7. La figure 2 représente un second mode de réalisation de l'invention, dans lequel le collecteur tournant a été supprimé. Un porte-sonde 8 supporte une sonde A ultrasons 7 émettrice-réceptrice fixe. La sonde 7 est directement connectée à un émetteur-récepteur de signaux électriques non-représenté, positionné a l'extérieur de la canalisation, au moyen d'un câble coaxial 13. Un miroir tournant il est monté sur l'arbre d'un moyen d'entraînement non représenté, la surface du miroir 11 étant orientée à tout moment de manière à présenter un angle de 45', à la fois par rapport a l'axe de la sonde et par rapport à une normale à la surface de la canalisation. Dans ce cas, la sonde à ultrasons ? transforme les signaux électriques transmis par le câble coaxial 13 en une onde ultrasonore, qu'elle émet en direction du miroir i1, sous un angle de 45'. Le miroir 11 réfléchit, également sous un angle de 45', cette onde incidente, en direction de la surrface intérieure de la canalisation, sur laquelle cette onde est à son tour réfléchie en deux temps, de la manière décrite précédemment. L'écho d'entrée E. et l'écho de fond E. ainsi produits sont alors reçus par la sonde 7, par l'intermédiaire du miroir tournant 11, suivant les directions empruntées par l'onde incidente, décrites ci- dessus, mais dans le sens opposé. La sonde 7 transforme alors l'onde ultrasonore des échos E. et E. en signaux électriques, qu'elle transmet à l'émetteur-récepteur de signaux électriques non représenté par l'intermédiaire du cable coaxial 13. La rotation effectuée par le miroir 11 entre l'émission par la sonde 7 de l'onde incidente et la réception des échos E. et Ef est négligeable vis- à-vis de la fréquence de l'onde ultrasonore, qui est considérablement plus élevée que la fréquence de rotation du miroir tournant. Selon ce mode de réalisation, un capteur non représenté détecte chaque passage du miroir tournant 11 en coïncidence avec une position angulaire déterminée. Selon l'invention, les mesures d'épaisseurs d'une canalisation sont avantageusement visualisées en temps réel sur un écran par association d'une couleur à une plage d'épaisseurs. A titre d'exemple, on utilise dix couleurs différentes. L'image est défilante, les résultats des mesures en cours apparaissant sur une partie de l'écran. Les valeurs numériques sont stockées sur disquette en vue d'un traitement différé. Le procédé de la présente invention permet de contrôler plus de 100 m de canalisation en 1 h, et de déterminer ainsi avec certitude et précision l'état de corrosion de la canalisation, en vue de son éventuel traitement ultérieur. Il est ainsi possible de ne procéder a un tel traitement que lorsqu'on l'estime nécessaire, de sorte que la gêne du public ainsi occasionnée s'en trouve réduite. RBVENDICATIONS 1.- Procédé de mesure de l'épaisseur d'une canalisation d'eau, caractérisé en ce que l'on émet des ultrasons à partir de l'intérieur de la canalisation totalement remplie d'eau, en direction de la paroi interne de la canalisation, en ce que l'on reçoit l'écho d'entrée E. et l'écho de fond E., résultant respectivement de la réflexion de l'onde ultrasonore incidente sur la paroi interne de la canalisation, et de la réflexion de la partie de cette onde qui est transmise dans la matière constituant la canalisation, sur la paroi externe de celle-ci, et en ce que l'on détermine l'épaisseur e de la canalisation, à partir de la vitesse v de propagation des ultrasons dans la matière constituant la canalisation et du temps t séparant la réception de l'écho E. et de l'écho Ef, selon la formule e = vt/2. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'onde ultrasonore émise est d'une fréquence comprise entre 0,5 et 20 Khz, et décrit, sur la paroi interne de la canalisation, une spirale dont la vitesse de progression se décompose en une vitesse de rotation comprise entre 100 et 1200 tr/mn et une vitesse de translation comprise entre 0, 02 et 0,5 m/s, ces deux vitesses étant sélectionnées de sorte que la translation en un tour soit comprise entre 0,2 et 3 cm/tour. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la canalisation est en fonte, a un dlamètre intérieur compris entre 75 et 300 mm, et en ce que l'on effectue une mesure sur l'écho d'entrée E. et l'écho de fond Et reçus, en 20 à 100 points discrets régulièrement espacés, A chaque tour de la spirale. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications i a 3, caractérisé en ce que l'on coupe un tronçon de canalisation, à chacune des deux extrémités de la partie de la canalisation dont on souhaite contrôler l'épaisseur, en ce que l'on remplace chacun de ces deux tronçons par un té, un appareil de mesure par ultrasons de l'épaisseur de la canalisation étant introduit par l'un des deux tés, tandis qu'un câble de traction, associé & un cabestan, est introduit par l'autre té, amené devant ledit appareil de mesure au moyen d'un tire-câbles, puis fixé sur la partie avant dudit appareil de mesure. 5.- Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué d'un véhicule (1) comportant, à son extrémité avant, un moyen (2) de fixation d'un câble de traction relié à un cabestan, deux moyens de guidage (3,4) dans la canalisation, positionnés respectivement à l'avant et à l'arrière du véhicule (1), un carter étanche (5) positionné entre les moyens de guidage (3) et (4) et renfermant un moteur (6), et une sonde à ultrasons (7) située à l'extrémité arrière du véhicule (1) et reliée à un émetteur- récepteur de signaux électriques extérieur au véhicule (1). 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un porte-sonde (8), entraîné en rotation par le moteur (6), supporte ladite sonde (7), qui est reliée audit émetteur-récepteur de signaux électriques par l'intermédiaire d'un collecteur tournant (9) monté à l'intérieur du carter étanche (5), et en ce qu'un capteur (10) détecte chaque passage de la sonde coincidence avec une position angulaire déterminée. 7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite sonde (7) est fixe, directement reliée audit émetteur-récepteur de signaux électriques au moyen d'un câble coaxial déterminée. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque moyen de guidage (3) ou (4) est constitué de trois roues ou de trois patins en résines fluorocarbonées, angulairement espacés de 120', et dont le contact avec la canalisation, ainsi que le centrage du véhicule (1) dans la canalisation, sont assurés par des ressorts de compression. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend un capteur (12) de verticalité du véhicule (1) et un capteur de position linéaire du véhicule (1) dans la canalisation. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que le véhicule (1) présente une articulation centrale permettant le franchissement des coudes de canalisations.