Brevet FR2729468A1 — publié le 19960719

La présente invention concerne un procédé de détection de fuites existant dans des conduites, ou des cavités, souterraines, utilisable sur des canalisations d'un réseau de distribution de fluide, et notamment d'un réseau de distribution d'eau. La présente invention concerne également un procédé destiné à la détection et à la localisation de cavités souterraines. On sait qu'un moyen utilisé habituellement pour détecter les fuites des canalisations d'un réseau de distribution d'eau, consiste à monter celui-ci en pression, de façon a augmenter 1'importance des fuites et faciliter ainsi leur détection. Une telle méthode de test n'est pas sans présenter de réels inconvénients du point de vue de la sécurité du réseau. En effet, un réseau présentant des fuites est généralement un réseau dont la résistance mécanique est amoindrie, si bien que le fait de le monter en pression présente le risque d'aggraver, de façon irréversible, sa solidité et donc les problèmes d'étanchéité que l'on souhaite mettre en évidence. Par ailleurs, le test de montée en pression ne peut être réalisé que sur un réseau qui est hors fonction, si bien que, pendant toute la durée du test, les usagers desservis par le réseau sont privés de toute alimentation en eau. On sait également que, lors de travaux de génie civil importants, il est nécessaire de connaître l'existence et la distribution des cavités formées dans le sous-sol, telles que des galeries, qui amoindrissent la résistance de celui-ci. Lorsque les cavités ont été réalisées par creusement du sol, il est souvent possible de connaître leur importance et leur géométrie. Par contre, lorsqu'il s'agit de cavités naturelles, telles que des galeries ou des cavités artificielles particulières anciennes, il est parfois quasiment impossible de déterminer les contours de celies-ci. La présente invention a pour but de proposer un procédé permettant aussi bien de tester l'étanchéité de conduites souterraines, notamment d'un réseau de distribution de fluide tel qu'un réseau de distribution d'eau, que de déterminer la géométrie d'un réseau de cavités et de galeries souterraines, ce procédé ne nécessitant pas de soumettre le réseau testé, ou la cavité dont on souhaite déterminer la géométrie, à une surpression importante, ce procédé étant en outre en mesure d'être mis en oeuvre sur un réseau, au cours du service normal de celui-ci. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de détection de fuites, et notamment de fuites existant dans des conduites, ou des cavités, souterraines, dans lesquelles circule un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à - mélanger au fluide contenu dans ces conduites, ou ces cavités, un gaz miscible dans ledit fluide, faiblement présent dans l'atmosphère du lieu où l'on réalise la détection, et apte à se libérer aisément du fluide lorsqu'il se trouve, par l'intermédiaire de fuites, en communication avec l'atmosphère dudit lieu, - faire circuler le fluide contenant ledit gaz dans les conduites ou les cavités, - détecter ledit gaz s'échappant à l'extérieur des conduites ou cavités par lesdites fuites. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, les conduites sont constituées des canalisations d'un réseau de distribution de liquide, tel qu'un réseau d'alimentation en eau potable, et le gaz utilisé est préférentiellement de l'hélium. La présente invention a également pour objet un procedé de détection et de localisation de cavités souterraines contenant un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à mélanger au fluide contenu dans ces cavités, un gaz miscible dans ledit fluide, faiblement présent dans l'atmosphère du lieu où l'on réalise la détection, et apte à se libérer de celui-ci et à diffuser à l'intérieur du sol vers la surface lorsqu il se trouve en présence d'interstices en communication avec l'atmosphère, et à détecter le gaz s 'échappant à l'extérieur des cavités, par lesdits interstices. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel - la figure I est un schéma de principe montrant une opération de dissolution d'un gaz miscible dans l'eau des canalisations d'un réseau de distribution d'eau. - la figure 2 est une vue schématique d'un mode de mise en oeuvre de moyens de détection utilisés dans le procédé suivant l'invention. Le mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention décrit ci-après est appliqué au contrôle de la qualité des canalisations enterrées d'un réseau de distribution d'eau potable. Pour ce type d'application, les essais et les tests réalisés par la demanderesse ont établi que l'hélium était un gaz particulièrement approprié en raison de sa bonne solubilité dans l'eau, de sa grande neutralité, de son manque de saveur et de toxicité (à tel point qu'il est un additif alimentaire autorisé), de son excellente capacité de diffusion, ainsi que de sa faible densité par rapport à l'air. Par ailleurs, en raison de la faible présence, dans l'air atmosphérique, de ce gaz, autrement dit sur le lieu de la mesure, il est possible de détecter de faibles quantités de celui-ci, par exemple de l'ordre de 1 ppm, à l'aide de moyens de détection tels que la chromatographie ou la spectrométrie de masse, ce qui confère au procédé suivant l'invention une excellente précision. De plus, en raison des faibles dimensions de sa molécule, l'hélium peut, dans les zones rurales, traverser facilement des terrains naturels et, dans les zones urbaines, il peut traverser des sols recouverts par des revêtements de surface tels que le bitume le ciment etc.... Suivant l'invention, après avoir délimité les zones du réseau de distribution d'eau qui seront soumises au contrôle de fuite, on injecte de l'hélium dans les canalisations alimentant celui-ci. Pour ce faire on peut faire appel à tout dispositif permettant de mélanger de l'hélium, de façon régulière et homogène, à l'eau contenue dans les différentes canalisations à contrôler. On peut notamment, à titre d'exemple, utiliser un dispositif de mélange du type de celui décrit sur la figure 1. Ce dispositif de mélange est constitué d'une cuve l dont la partie supérieure comporte une conduite d'admission 3, en communication avec une canalisation d'admission d'eau 4 reliée au réseau avec interposition d'un premier clapet 5, et dont la partie inférieure comporte une conduite de sortie 14 en communication avec une canalisation 8 en liaison avec la partie du réseau située en aval de la cuve 1. La partie inférieure de la cuve 1 est pourvue également d'un tube diffuseur 6 percé d'une multitude de trous, qui est en communication avec des moyens d'alimentation en hélium, par l'intermédiaire d'une vanne de commande 7. Le volume interne de la cuve 1 est séparé par des cloisons internes verticales formant chicane, à savoir une première cloison 9 s'étendant du haut vers le bas à partir de la paroi supérieure de la cuve 1 et une seconde cloison 11 s'étendant vers le haut à partir du fond de la cuve 1. Dans ces conditions on admet l'eau du réseau à partir de la canalisation 4, et celle-ci traverse le premier clapet 5 et circule dans la cuve 1 pour ressortir de celle-ci par la conduite 14 et être renvoyée dans les canalisations 8 du réseau situées en aval de la cuve I par l'intermédiaire d'un second clapet 10. En ouvrant la vanne de commande 7 on injecte, à partir du tube diffuseur 6, de l'hélium dans l'eau circulant dans la cuve 1. On règle le débit d'hélium de façon que, préférentiellement, l'eau sortant de la cuve 1 soit saturée en hélium. La disposition en chicane des cloisons 9 et li permet un "barbotage" efficace de l'hélium dans l'eau favorisant sa dissolution dans celle-ci. L'eau contenant de l'hélium circule ainsi (figure 2) dans les canalisations 8 du réseau de distribution d'eau où l'on souhaite détecter des fuites et, lorsqu'elle rencontre une fuite 12 formée dans la canalisation, elle emprunte cette fuite 12 pour s'écouler hors de celle-ci. La pression à laquelle est soumise l'eau contenant de l'hélium, qui se trouve alors hors de la canalisation diminue, si bien que l'équilibre hélium-eau est déplacé, de sorte que l'hélium dissous dans l'eau est libéré avec un débit fonction de l'importance de la fuite 12. L'hélium libéré étant moins dense que l'air a tendance à remonter en surface et à traverser les différentes couches de terrain, ce qu'il peut faire facilement en raison des faibles dimensions de sa molécule, en formant un cône de diffusion 18. L'hélium ainsi libéré est ensuite détecté en surface à l'aide de tous moyens appropriés ainsi que décrit ci-après. Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention, des moyens sont prévus pour créer, à partir de la cuve 1, ainsi que dans tout le réseau à contrôler, une légère surpression de l'ordre de 10 à 25% de la pression d'alimentation, de façon à "solubiliser" dans l'eau du réseau une quantité d'hélium plus importante. En raison de sa faible importance, une telle surpression ne risque pas, comme les dispositifs de détection de l'état antérieur de la technique, de provoquer une détérioration des canalisations contrôlées. La détection de l'hélium peut se faire par tout moyen connu et notamment au moyen de cannes de captage 13 que l'on enfonce dans le sol (figure 2) et qui, par des conduites souples 15, amènent l'hélium prélevé jusqu'à des moyens de détection et d'analyse 17. La détection peut se faire également en surface du sol, au moyen de cloches de captage 19, qui sont également munies de conduites souples 15' qui les relient aux moyens de détection et d'analyse 17'. Ces derniers peuvent, par exemple, être constitués de tout système d'analyse et de dosage permettant de distinguer l'hélium des autres gaz contenus dans l'air, et notamment d'un spectromètre de masse spécifique. Le procédé de détection suivant l'invention peut être utilisé également pour réaliser la détection de cavités et de galeries souterraines dont on souhaite établir la géométrie, et auxquelles on a accès par au moins une zone. Le processus à mettre en oeuvre dépend de l'étant de la cavité considérée. Ainsi, dans le cas d'une galerie inondée, on utilisera une méthode du même type que celle décrite précédemment, et l'on injectera, à partir des zones connues accessibles de cette galerie, un gaz tel que l'hélium. L'eau contenant l'hélium dissous s infiltre dans les porosités, ou interstices, de la galerie et l'hélium se libère pour traverser le sol et se dégager en surface. On détectera ensuite, soit en surface soit en profondeur dans le sol, toute apparition d'hélium, de façon à dresser une carte dont le contour caractérisera la forme de ladite galerie. Dans le cas où la galerie, ou la cavité dont on souhaite déterminer la forme et l'étendue, n'est pas inondée, le gaz sera mélangé à celui remplissant lesdites galeries. Bien que l'hélium se révèle être un gaz particulièrement approprié, aussi bien au contrôle des fuites d'un réseau non accessible de canalisations d'alimentation en fluide, et notamment d'un réseau enterré, que pour la détection de galeries ou de cavités souterraines, en raison de ses qualités intrinsèques et notamment : bonne dissolution dans l'eau, non toxicité, bonne neutralité, faible densité, et faibles dimensions de sa molécule, on pourrait également, suivant l'invention, faire appel à d'autres gaz tels que notamment l'argon, dont les caractéristiques particulières les rendraient particulièrement aptes à une application spécifique envisagée. La présente invention permet également de quantifier la valeur des fuites des canalisations d'un réseau de transport de fluide. Pour ce faire on isole les canalisations à contrôler des autres canalisations du réseau, en fermant un certain nombre de vannes appropriées, puis , après avoir mélangé audit fluide un gaz du type tel que précédemment défini, on mesure, après un temps de circulation déterminé du fluide, la quantité de gaz restant dans celui-ci. Une simple comparaison de cette quantité avec la quantité totale de gaz injectée dans les canalisations du réseau est indicatrice de l'importance des fuites. REVENDICATIONS 1. Procédé de détection de fuites, et notamment de fuites (12) existant dans des conduites (8), ou des cavités, souterraines, dans lesquelles circule un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à - mélanger au fluide contenu dans ces conduites (8), ou ces cavités, un gaz miscible dans ledit fluide, faiblement présent dans l'atmosphère du lieu où l'on réalise la détection, et apte à se libérer aisément du fluide lorsqu'il se trouve, par l'intermédiaire de fuites (12), en communication avec l'atmosphère dudit lieu, - faire circuler le fluide contenant ledit gaz dans les conduites (8) ou les cavités, - détecter ledit gaz s'échappant à l'extérieur des conduites (8) ou cavités, par lesdites fuites (12). 2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit gaz est constitué d'un gaz plus léger que l'air. 3. Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que ledit gaz est un gaz dont la molécule est de faibles dimensions et ainsi apte à traverser facilement des terrains naturels. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit gaz est de l'hélium. 5. Procédé de détection de fuites de canalisations d'un réseau de distribution de liquide suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pression du liquide contenant ledit gaz en circulation dans le réseau à tester est supérieure d'environ 10% à 25% à la pression d'alimentation en liquide dudit réseau. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la détection du gaz s'échappant des conduites (8) ou des cavités est effectuée au moyen d'un spectromètre de masse (17). 7. Procédé de quantification des fuites de conduites souterraines de transport d'un fluide caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistantt à - isoler au moins partiellement les conduites à contrôler des autres conduites d'un réseau, - mélanger au fluide contenu dans ces conduites (8), un gaz miscible dans ledit fluide, faiblement présent dans l'atmosphère du lieu où l'on réalise la détection, et apte à se libérer aisément du fluide lorsqu'il se trouve, par l'intermédiaire desdites fuites (12), en communication avec l'atmosphère dudit lieu, - faire circuler le fluide contenant ledit gaz dans les conduites (8) ou les cavités, - mesurer, après un temps de circulation déterminé du fluide additionné dudit gaz dans les conduites à contrôler, la quantité de gaz restant dans le fluide, - comparer la quantité dudit gaz mesuré avec la quantité totale dudit gaz injectée dans les conduites, de façon à en déduire la quantité dudit gaz échappé par les fuites. 8. Procédé de détection et de localisation de cavités souterraines contenant un fluide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à mélanger au fluide contenu dans ces cavités, un gaz miscible dans ledit fluide, faiblement présent dans l'atmosphère du lieu où l'on réalise la détection, et apte à se libérer de celui-ci et à diffuser à l'intérieur du sol vers la surface lorsqu'il se trouve en présence d'interstices en communication avec l'atmosphère, et à détecter le gaz s'échappant à l'extérieur des cavités, par lesdits interstices.