Brevet FR2752295A1 — publié le 19980213

L'invention a pour objet un procédé pour déterminer les formes générales des parois d'une cavité disposée dans le sol. I1 est en effet bien souvent utile d'étudier le sous-sol avant d'entreprendre la réalisation d'un ouvrage, ceci afin de prévenir des effondrements de terrain ou tout du moins des affaissements du terrain du fait de la présence de cavités en sous-sol, telles notamment que des marnières. Une technique typique généralement utilisée jusqu'à lors consiste à introduire dans la cavité une personne destinée à en relever les caractéristiques dimensionnelles. Cette solution présente des problèmes aisément compréhensibles liés au fait d'une part que la cavité peut représenter un milieu, si ce n'est hostile, tout du moins peu adapté à la présence humaine, et d'autre part que l'introduction de cette personne dans la cavité peut être délicate. Pour résoudre ces problèmes, l'invention propose de réaliser les étapes suivantes: a) réaliser une voie d'accès à la cavité, b) introduire dans la cavité, par cette voie d'accès, des moyens de mesure à distance, c) balayer une zone de mesure tout en effectuant une série de relevés de la distance séparant les moyens de mesure des parois de la cavité, en différents endroits de cette zone, d) sortir les moyens de mesure de la cavité. Cette solution permet une mise oeuvre simple (notamment une voie d'accès de relativement faible taille), elle est très précise et sûre (l'absence de visite humaine réduit en particulier le risque d'incident corporel). Selon une caractéristique intéressante, l'invention propose, pour définir la zone de mesure de: - relever la distance séparant les moyens de mesure des parois de la cavité suivant une direction de visée, - lier les moyens de mesure à un arbre présentant un axe de rotation, tout en permettant la rotation des moyens de mesure autour de cet axe, - orienter la direction de visée sensiblement perpendiculairement à l'axe de rotation, et - balayer la zone de mesure en définissant une surface, par rotation desdits moyens de mesure autour de l'axe de rotation, suivant un angle de mesure variant de 360". Cette solution simple permet de déterminer aisément, rapidement et avec une bonne précision, une zone de mesure définissant surface de mesure sensiblement plane (ou légèrement conique si la direction de visée n'est pas perpendiculaire à l'axe de rotation). Cette détermination est réalisée à partir de données dites polaires (distance et angle). Afin d'améliorer la détermination de la cavité, l'invention propose: - préalablement à l'étape c), de réaliser une étape e) où l'on positionne les moyens de mesure à une profondeur de mesure déterminée suivant un axe principal, comprise entre une extrémité distale et une extrémité proximale correspondant aux intersections de l'axe principal avec la cavité, l'extrémité distale étant située la plus loin de la voie d'accès, l'extrémité proximale étant située la plus près de la voie d'accès, et - de réaliser plusieurs fois consécutivement les étapes e) et c) en balayant à chaque fois une surface de mesure et en faisant varier la profondeur de mesure, de manière qu'à l'étape d) on balaye plusieurs surfaces de mesure. Ainsi, on obtient une superposition de surfaces de mesure donnant une détermination volumique de la cavité. Afin d'améliorer encore la détermination des formes générales de la cavité, en particulier lorsque celles-ci sont complexes, l'invention propose de réaliser plusieurs fois consécutivement les étapes a) à d) en réalisant à chaque fois une voie d'accès supplémentaire, afin d'obtenir des mesures en différents endroits de la cavité. I1 sera alors possible de supprimer les zones d'ombres (partie de la cavité non visible à partir de l'emplacement des moyens de mesure du fait de la présente d'une paroi entre les moyens de mesure et ladite zone d'ombre) en positionnant les moyens de mesure dans un autre endroit de la cavité. Une solution avantageuse pour résoudre le plus efficacement le problème des zones d'ombres consiste selon l'invention à interpréter les mesures de distance relevées à partir d'une voie d'accès précédente pour déterminer l'endroit où l'on réalise une voie d'accès suivante. En particulier, faire déboucher une "nouvelle" voie d'accès à la cavité, à proximité d'une zone où l'on a relevé une forte variation de la distance rapportée à la variation de l'angle de mesure lors du (des) relevé(s) fait(s) "à travers" une voie d'accès précédente, est une solution conseillée. On pourra également faire déboucher une "nouvelle" voie d'accès à la cavité, à proximité d'une zone où l'on a relevé une forte variation de la distance rapportée à la variation de profondeur suivant l'axe principal lors du (des) relevé(s) fait(s) "à travers" une voie d'accès précédente. En effet, une forte variation de la distance rapportée soit à la variation de profondeur, soit à la variation de l'angle de mesure, est en général caractéristique d'une zone d'ombre à proximité (entre) les deux mesures. En pratique les mesures de distance sont généralement discontinues et espacées d'une valeur donnée de l'angle de mesure ou de la profondeur. Une forte variation de la distance rapportée soit à la variation de profondeur soit à la variation de l'angle de mesure sera donc effectivement bien souvent caractéristique d'une zone d'ombre entre les deux mesures. Toutefois, dans le cas l'on fait varier continûment l'angle de mesure ou la profondeur de mesure pour le relevé de distance, il s'agira en fait plus précisément d'une discontinuité dans la mesure de distance. En complément, et pour faciliter la localisation des zones d'ombres, l'invention propose d'utiliser une caméra vidéo liée aux moyens de mesure. Un opérateur pourra alors visualiser plus aisément les formes de la cavité en procurant une meilleure perception des formes en trois dimensions. L'invention a également pour objet un dispositif, lequel comprend une tige allongée suivant un axe, des moyens pour lier la tige au sol et des moyens de mesure à distance adaptés pour pivoter autour de l'axe. L'invention va apparaître encore plus clairement dans la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 montre, selon une coupe verticale, une cavité présente dans le sol, - la figure 2 montre les formes de la cavité vue de dessus et une première zone dans laquelle des mesures ont été effectuées, - la figure 3 montre les formes de la cavité vue de dessus et deux zones dans lesquelles des mesures ont été effectuées, - la figure 4 montre schématiquement en perspective plusieurs zones de mesure disposées à des profondeurs différentes. A la figure 1, on voit illustrée dans un sol 4 terreux, une cavité 1 dont on cherche à déterminer la forme des parois 2. Pour ce faire, un puits d'accès 6 est percé entre deux extrémités 6a, 6b situées dans la cavité et au niveau du sol, respectivement. Ce puits présente un axe principal 10 sensiblement vertical intersectant la paroi 2 de la cavité en deux endroits : l'un de ces endroits, 10b, est appelé "extrémité proximale" et est situé au niveau de l'extrémité 6a du puits d'accès, l'autre, 10a, est appelé "extrémité distale" et est situé dans le fond de la cavité. Par le puits d'accès, on introduit un télémètre 14 à faisceau laser formant moyens de mesure de distance, à distance, une caméra vidéo 16 et un puissant projecteur lumineux 18. Le télémètre 14, la caméra 16 et le projecteur 18 sont fixés ensemble à une tige allongée formant arbre 8 mobile en rotation autour d'un axe de rotation que l'on considérera ici comme confondu avec l'axe 10 du puits d'accès. La rotation de l'arbre 8 autour de l'axe 10 est illustré par une flèche 12. Le télémètre 14 mesure, selon une direction de visée 20, la distance le séparant d'un obstacle, ici la paroi 2 de la cavité. Il est situé suivant l'axe principal 10 à une distance h de l'extrémité proximale 10b, correspondant à sa profondeur dans la cavité. Les informations relevées par le télémètre 14 et la caméra vidéo 16 sont transmises à un ordinateur 26 et un moniteur 28, via un câble 24. L'ordinateur est notamment utilisé pour piloter le télémètre 14. Il commande en particulier au télémètre 14 l'opération de mesure de distance et reçoit le résultat de la mesure en vue de son traitement. A la figure 2, on voit illustrée une surface de mesure 30 que l'on a déterminée informatiquement en introduisant le télémètre 14 dans la cavité 1 à partir du puits d'accès 6. Voyons maintenant plus précisément comment cette surface de mesure 30 est obtenue, à l'aide de la figure 4 venant en complément des figures 1 et 2 : l'arbre 8 est d'abord lié au sol 4 en position sensiblement verticale à l'aide de moyens 22 tels que des pieds de positionnement. Le télémètre 14 est ensuite disposé dans la cavité à une profondeur de mesure donnée h"'. Une première mesure de distance entre le télémètre 14 et la paroi 2 de la cavité 1 est alors effectuée dans la direction de visée horizontale 20a. Elle permet de déterminer la position d'un point 2a situé sur la paroi 2. On tourne alors le télémètre 14 d'un angle a autour de l'axe 10. La direction de visée est alors 20b. On relève à nouveau la distance séparant le télémètre de la paroi 2. Ce qui permet de déterminer un nouveau point 2b. En faisant varier l'angle a, on obtient ainsi successivement les points 2c, 2d, 2e, 2f correspondant aux directions de visée 20c, 20d, 20e. Lorsque l'angle a aura décrit une gamme de valeur s'étendant sur 360 , on aura terminé la détermination de la surface de mesure 30"'. Une fois la détermination de cette surface terminée, on peut calculer son aire ou sa superficie à partir des méthodes habituelles, notamment en découpant cette surface en carrés de surface élémentaire. D'autres surfaces de mesure telles que celles repérées 30" et 30' disposées aux hauteurs respectives h", h' peuvent alors être déterminée. Afin que les surfaces 30', 30" et 30"' soient planes, on a choisi un angle o valant 90" entre l'axe de visée 20 et l'axe de rotation 10. Lorsque l'on a déterminé l'ensemble des surfaces de mesure souhaitées en faisant varier la profondeur de mesure entre les extrémités 10a et 10b, on peut alors déterminer le volume en regard de ces surfaces 30', 30" et 30"'. Ceci peut toujours être réalisé à l'aide de méthodes connues, telle notamment que celle consistant à multiplier la moyenne de deux aires consécutives par la distance entre ces surfaces consécutives. Toutefois, dans ce cas précis étant donné la complexité de la cavité 1, il est conseillé de réaliser d'autres puits d'accès pour connaître la superficie et le volume de cette cavité. Pour déterminer les positions judicieuses où il convient de réaliser ces nouveaux puits, on utilise les images fournies par la caméra vidéo 16 au moniteur 28. Une forte variation de la distance mesurée pour une faible variation de l'angle a est également un signe caractéristique. En particulier, entre les points 2b et 2c, la distance avec le télémètre 14 varie beaucoup tandis que l'angle a est presque constant. Il y a une discontinuité de l'évolution de la distance mesurée en fonction de l'angle a et on peut vérifier sur la figure 2 qu'il y a entre les points 2b et 2c un endroit de la cavité 1 non encore balayé par le faisceau du télémètre. Elle représente encore une zone d'ombre, où aucune mesure de distance n'a encore pu être effectuée. Un même raisonnement s'applique à une forte variation de distance mesurée rapportée à la variation de profondeur. A la figure 3, en réalisant un nouveau puits d'accès 32, on a déterminé la surface de mesure 34. On voit ainsi qu'en agissant de proche en proche, il sera possible de déterminer toute la surface de la cavité et donc le volume de celle-ci, en faisant varier la profondeur. L'ensemble des formes de la cavité peut ainsi être déterminé. Sur la figure 3, on a repéré 36 à 62 l'ensemble des puits de forages permettant cette détermination complète de la cavité 1. Il sera alors possible par traitement informatique de calculer la superficie de la cavité et son volume. fi s'agira en particulier de ne pas compter deux fois les surfaces déterminées à partir de puits différents. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée à la réalisation illustrée. Ainsi, on pourrait gérer le déplacement des moyens de mesure en rotation et en profondeur à partir de l'ordinateur 28 et d'actionneurs (tels que des moteurs électriques) commandés par l'ordinateur 28. On pourrait traiter informatiquement l'image fournie par la caméra vidéo afin de déterminer les formes de la cavité. Cette solution risquerait toutefois d'être fort onéreuse. On pourrait utiliser des moyens de mesure à plusieurs faisceaux lasers. Il serait également envisageable de ne réaliser qu'un puits d'accès et de déplacer les moyens de mesure dans la cavité dans différentes directions, en fonction des formes rencontrées. L'axe du puits d'accès, l'axe de rotation des moyens de mesure et la direction dans laquelle est mesurée la hauteur pourraient ne pas. être parallèles ou ne pas être verticaux. Revendications 1. Procédé pour déterminer les formes générales des parois (2) d'une cavité (1) disposée dans le sol (4), comprenant les étapes suivantes: a) réaliser une voie d'accès (6) à la cavité (1), b) introduire dans la cavité (1), par cette voie d'accès (6), des moyens de mesure à distance (14), c) balayer une zone de mesure (30, 30', 30", 30"') tout en effectuant une série de relevés de la distance séparant les moyens de mesure (14) des parois (2) de la cavité (1), en différents endroits de cette zone, d) sortir les moyens de mesure de la cavité. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape c): - on relève la distance séparant les moyens de mesure (14) des parois (2) de la cavité (1) suivant une direction de visée (20), - on lie les moyens de mesure (14) à un arbre (8) présentant un axe (10), tout en permettant la rotation des moyens de mesure (14) autour de cet axe (10), - on oriente la direction de visée (20) sensiblement perpendiculairement à l'axe de rotation (10), et - on balaye la zone de mesure (30, 30', 30", 30"') en définissant une surface, par rotation desdits moyens de mesure (14) autour de l'axe de rotation (10), suivant un angle de mesure (a) variant de 360 . 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que: - préalablement à l'étape c), on réalise une étape e) où l'on positionne les moyens de mesure (14) à une profondeur (h) de mesure déterminée suivant un axe principal (10), comprise entre une extrémité distale (10a) et une extrémité proximale (lOb) correspondant aux intersections de l'axe principal (10) avec la cavité (1), l'extrémité distale (lova) étant située la plus loin de la voie d'accès (6), l'extrémité proximale (lOb) étant située la plus près de la voie d'accès (6), - on réalise plusieurs fois consécutivement les étapes e) et c) en balayant à chaque fois une surface de mesure (30', 30", 30"') et en faisant varier la profondeur (h) de mesure, de manière qu'à l'étape d) on balaye plusieurs surfaces de mesure (30', 30", 30"'). 4. Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que: - on détermine la superficie de la cavité (1) pour chaque profondeur (h', h", h"') de mesure à partir des mesures relevées pour la surface de mesure correspondante (30', 30", 30"'), et - on en déduit le volume de la cavité à partir de la superficie de la cavité pour chaque profondeur de mesure et de la distance entre les profondeurs de mesure. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise plusieurs fois consécutivement les étapes a) à d) en réalisant à chaque fois une nouvelle voie d'accès (6,32,36,38,... 60, 62) afin d'obtenir des mesures en différents endroits de la cavité. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on interprète les mesures de distance relevées à partir d'une voie d'accès précédente pour déterminer l'endroit où l'on réalise une voie d'accès suivante. 7. Procédé selon les revendications 2 et 6, caractérisé en ce que l'on fait déboucher une nouvelle voie d'accès dans la cavité, à proximité d'une zone où l'on a relevé une forte variation de la distance rapportée à la variation de l'angle de mesure lors du (des) relevé(s) fait(s) à travers une voie d'accès précédente. 8. Procédé selon la revendication 3 et les revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'on fait déboucher une nouvelle voie d'accès dans la cavité, à proximité d'une zone où l'on a relevé une forte variation de la distance rapportée à la variation de profondeur suivant l'axe principal lors du (des) relevé(s) fait(s) à travers une voie d'accès précédente. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise en complément une caméra vidéo (16) que l'on lie aux moyens de mesure (14). 10. Dispositif en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une tige allongée (8) suivant un axe (10), des moyens (22) pour lier la tige (8) au sol (4) et des moyens de mesure à distance (14) adaptés pour pivoter autour de l'axe (10).