Brevet FR2769714A1 — publié le 19990416

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détection de la pollution de l'eau. D'une manière générale, on sait que pour détecter des seuils de pollution, on a proposé de placer des poissons, habituellement des truites, dans un bac à l'intérieur duquel circule l'eau à contrôler. La détection du seuil s'obtient alors au moyen d'un dispositif de détection par ultrasons à effet "Doppler" comprenant un générateur d'ondes ultrasonores émettant dans l'eau du bac, un récepteur placé de manière à recevoir les ondes ultrasonores qui se propagent dans l'eau, un circuit mélangeur des signaux électriques représentatifs des ondes émises et des ondes reçues, et un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est inférieure à la fréquence des ondes ultrasonores. Ce filtre reçoit le signal issu du mélangeur et est associé à un détecteur qui délivre un signal représentatif des mouvements des poissons. Ce dispositif comprend en outre un comparateur qui émet un signal d'alarme représentatif du dépassement d'un seuil de pollution lorsque ce signal s'abaisse en dessous d'un signal de référence. Ce procédé qui est couramment utilisé à l'heure actuelle, présente néanmoins un certain nombre d'inconvénients: Comme c'est souvent le cas dans les systèmes à ultrasons, ce système est sujet à de multiples interférences électriques ou électromagnétiques avec les appareils électriques ou électromécaniques avoisinants tels que pompes, néon, téléphones cellulaires, etc... Le signal de détection est de type tout ou rien et ne permet donc pas une analyse exhaustive du comportement des poissons, permettant d'effectuer des préalarmes ou même de définir la nature de la pollution en fonction de ce comportement. Pour des raisons similaires, I'émission du signal d'alarme ne tient aucun compte de la saison (température et qualité de l'eau), de l'heure, du jour ou même du type de poisson utilisé. Dans le but de supprimer ces inconvénients, on a également proposé un procédé consistant à effectuer la détection de l'amplitude et/ou de la fréquence des variations de pression engendrées dans le liquide par les mouvements des poissons, et à analyser ladite amplitude et/ou ladite fréquence de manière à détecter un comportement anormal des poissons significatif d'un type de pollution. Un tel procédé se base sur le fait que les mouvements des poissons et, en particulier, ceux des nageoires, engendrent des pressions multidirectionnelles transmises par l'eau (non compressible) en tout point du volume du bac. Sa mise en oeuvre s'obtient donc en plaçant dans le bac des capteurs piézométriques immergés qui captent l'amplitude et la fréquence des variations de pression transmises dans le liquide par le mouvement des poissons. Les signaux électriques détectés par les capteurs piézométriques sont amplifiés, filtrés et analysés de manière à obtenir des informations relatives notamment à la puissance et à la rapidité des mouvements des poissons. Cette analyse peut permettre une étude complète du spectre du mouvement des poissons de manière à pouvoir délivrer des signaux d'alarme indiquant un changement anormal du comportement des poissons tel qu'accélération, fibrillation ou ralentissement des mouvements, étant entendu que le changement de comportement des poissons varie selon le type de polluant présent dans l'eau ainsi que selon les conditions locales d'utilisation (température et qualité de l'eau - heure du jour saison - type de poissons utilisés). Il s'avère cependant que les résultats obtenus par ce procédé sont fréquemment faussés par de nombreuses causes extérieures engendrant des variations de pression parasites. L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. Elle propose à cet effet un procédé consistant: à engendrer dans l'eau du bac une succession de trains d'ondes ultrasonores espacés les uns des autres par des périodes de silence, à détecter pendant les périodes de silence les échos engendrés par chacun desdits trains, à effectuer l'analyse temporelle desdits échos et à mémoriser les résultats de ces analyses, à comparer les résultats de l'analyse temporelle des échos résultant de chaque train d'onde avec des valeurs de référence et/ou avec les résultats de l'analyse temporelle des échos résultant du train d'onde précédent, à déterminer le degré de pollution de l'eau en fonction des résultats de la susdite comparaison. On constate en effet que la forme et la disposition des échos (variation dans le temps de l'analyse du signal) dépendent de la position des différents obstacles et qu'en conséquence, en comparant la forme de différents échos détectés au cours de deux périodes de silence successives, il est possible de déterminer une modification de mouvement des poissons. En cas d'absence de mouvement, les échos seront toujours identiques et la différence entre deux échos successifs sera nulle. Au contraire, en présence de poissons en mouvement, la différence entre deux échos est proportionnelle à la quantité de mouvement. En dessous ou au-dessus d'un seuil réglable de différence entre deux échos une alarme pourra être déclenchée. L'analyse temporelle des échos pourra être effectuée sous forme numérique à l'aide d'un microcalculateur. Dans ce cas, des techniques d'analyse numériques telles que la Transformée de Fourrier pourront être utilisées pour l'étude de la fréquence d'agitation et son amplitude, paramètres indicatifs de l'état de santé ou du stress du poisson. Avantageusement, le procédé selon l'invention pourra en outre comprendre la détection de l'amplitude et/ou de la fréquence des variations de pression engendrées dans le liquide par les mouvements des poissons et à analyser ladite amplitude et/ou ladite fréquence de manière à obtenir une information permettant de valider les résultats obtenus par l'analyse échographique. Un mode d'exécution d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence au dessin annexé dans lequel: La figure unique est une représentation schématique de l'installation ainsi que du circuit électronique qui lui est associé. Dans cet exemple, l'installation se compose d'un bac 1 partiellement rempli d'eau, monté sur un châssis 2, par exemple en acier inoxydable et divisé en trois chambres 3, 4, 5 par deux cloisons verticales 6, 7, à savoir: une chambre d'admission d'eau et de refroidissement éventuel 3 une chambre principale 4 dans laquelle sont placés les poissons; une chambre d'évacuation 5 munie d'un circuit de trop plein 6'. L'alimentation en eau du bac 1 s'effectue par un circuit d'admission d'eau 7' débouchant dans la chambre d'admission 3 et comprenant successivement un manomètre 8, une vanne de réglage 9 et un venturi 10 destiné à assurer une oxygénation de l'eau. La chambre d'admission 3 peut renfermer un échangeur thermique 1 1 (serpentin) connecté à un dispositif de climatisation 12 réglé de manière à ce que l'eau pénétrant dans la chambre principale 4 par des orifices ou des chicanes situés de préférence dans la partie inférieure de la cloison 6 soit à une température constante (par exemple inférieure à 15"C) correspondant à la température à laquelle les poissons sont habitués à vivre. Ce dispositif de climatisation 12 peut comprendre un circuit d'asservissement comprenant un capteur de température placé en sortie de la chambre d'admission. La chambre d'évacuation 5 communique avec la chambre principale 4 par l'intermédiaire d'orifices prévus dans la cloison 7, le circuit de trop plein 6' dont l'orifice de sortie est muni d'une crépine 13, déterminant le niveau de l'eau contenue dans le bac 1. Ce circuit de trop plein 6' est connecté à un circuit de vidange 14 qui débouche dans le fond de la chambre principale 4 par l'intermédiaire d'une vanne de vidange 17. Les orifices de passage d'eau réalisés dans les cloisons 6 et 7 sont conçus de manière à interdire tout passage de poissons et à assurer un écoulement exempt de turbulences ou de tout phénomène hydrodynamique susceptible d'engendrer des ondes de pression perceptibles dans la chambre principale 4 et de nature à perturber celles produites par les poissons. Conformément à l'invention, la chambre principale 4 est munie d'un ensemble émetteur/récepteur ER d'ondes ultrasonores dont la partie émettrice E est connectée à un générateur de signaux ultrasonores piloté par un processeur 22 dont on a représenté schématiquement le clavier 23 et l'écran 24. Sous la commande du processeur 22, ce générateur émet dans l'eau une succession de trains d'ondes ultrasonores séparés les uns des autres par des périodes de silence. L'ensemble émetteur/récepteur contient aussi un capteur de température T permettant d'informer après traitement par le circuit 21 le processeur 23 de la température de l'eau. La partie réceptrice R de l'ensemble ER est, quant à elle, connectée à un circuit récepteur RC, également piloté par le processeur 22, de manière à recevoir le signal d'échos reçu par la partie réceptrice pendant les périodes de silence. Après traitement par le circuit récepteur RC, le signal d'échos est transmis à un circuit d'analyse 21 couplé au processeur 22. Grâce à ces dispositions, toutes les secondes (valeurs réglables), pendant une période de une milliseconde (valeur réglable), un train d'onde ultrasonique, par exemple à 40 kilohertz (valeur réglable), pourra être émis par la partie émettrice E dans l'eau du bac contenant les truites. Ces ondes sont réfléchies par tous les obstacles qu'elles rencontrent, principalement par les poissons et les parois de verre de l'aquarium. Les ondes ainsi réfléchies (échos) sont détectées pendant la période de silence par la partie réceptrice qui délivre un signal d'échos dont la forme (variation dans le temps de l'amplitude du signal) dépend de la position (notamment de la distance obstacle/partie réceptrice). Ce signal, une fois numérisé par le circuit d'analyse, est mémorisé et traité par le processeur. Ce traitement pourra comprendre une comparaison du signal d'échos obtenu à la suite de l'émission d'un train d'ondes avec le signal d'échos engendré par un train d'ondes émis antérieurement, en vue de déterminer l'état physiologique des poissons, étant entendu que: - dans le cas d'une absence de mouvement des poissons, les échos seront toujours identiques et la différence entre deux signaux d'échos sera nulle, - en présence de poissons en mouvement, la différence de forme de deux signaux d'échos consécutifs est représentative de la quantité de mouvement. En dessous ou au-dessus d'un seuil réglable de différence entre deux échos, le processeur pourra déclencher une alarme. Le mouvement des poissons étant dépendant de la température de l'eau, la mesure de la quantité de mouvement sera pondérée par la mesure de la température. Comme précédemment mentionné, le processeur pourra être programmé de manière à effectuer une analyse numérique telle que la Transformée de Fourrier des signaux d'échos, pour effectuer l'étude de la fréquence d'agitation des poissons et de son amplitude, paramètres indicatifs de l'état ou du stress des poissons. Dans cet exemple, la chambre centrale 4 est en outre équipée d'au moins un capteur piézométrique 18 relié au circuit d'analyse 21 par l'intermédiaire d'un amplificateur 19 et d'un filtre 20. Après numérisation par le circuit 21, les signaux délivrés par le capteur 18 qui sont représentatifs à la fois de la puissance et de la rapidité des mouvements et donc de la vivacité des poissons, sont analysés par le processeur 22 en vue de détecter un changement anormal du comportement des poissons (accélération, fibrillation, ralentissement, absence prolongée des mouvements). Ces informations pourront servir à valider ou à compléter les informations déduites des signaux d'échos en provenance de la partie réceptrice R. Bien entendu, le processeur 22 peut être programmé de manière à identifier Les changements de comportement des poissons et à les comparer à un classement typologique de changements préalablement mémorisé de manière à déterminer la nature de la pollution qui a causé ces changements et/ou orienter des recherches chimiques vers les polluants ainsi déterminés. Avantageusement, le processeur 22 pourra transmettre un signal d'alarme S par l'intermédiaire d'une interface 25 et/ou élaborer en continu un signal audio qui, appliqué à un haut-parleur 26 ou analogue, engendre un signal sonore dont la fréquence est proportionnelle à l'agitation générale du banc de poissons présent dans la chambre 4. Grâce à une telle disposition, les opérateurs travaillant à proximité de l'installation seront immédiatement informés de toute perturbation du comportement des poissons. Ils pourront donc plus facilement y attribuer une cause, étant entendu que la connaissance du comportement habituel des poissons est indispensable si l'on désire détecter des pollutions à des doses non létales. Revendications 1. Procédé pour la détection de la pollution de l'eau selon lequel on place des poissons dans un bac (1) dans lequel circule l'eau à contrôler et on détecte les déplacements des poissons de manière à en déduire un état de pollution de l'eau, caractérisé en ce qu'il consiste à engendrer dans l'eau du bac une succession de trains d'ondes ultrasonores espacés les uns des autres par des périodes de silence, à détecter pendant les périodes de silence les échos engendrés par chacun desdits trains, à effectuer l'analyse temporelle desdits échos et à mémoriser les résultats de ces analyses, à comparer les résultats de l'analyse temporelle des échos résultant de chaque train d'onde avec des valeurs de référence et/ou avec les résultats de l'analyse temporelle des échos résultant du train d'onde précédent, à déterminer le degré de pollution de l'eau en fonction des résultats de la susdite comparaison. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite analyse temporelle est pondérée par la température. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la détection de l'absence de mouvement des poissons en comparant la forme des échos détectés au cours de deux périodes de silence successives. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la susdite absence est détectée lorsque la différence entre les échos détectés au cours des deux périodes de silence successives est nulle. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'une alarme est déclenchée lorsque la différence entre les échos détectés au cours de deux périodes de silence successives s'abaisse audessous ou dépasse un seuil réglable. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend l'étude de la fréquence des mouvements des poissons et de son amplitude par des techniques d'analyse numériques telles que la Transformée de Fourrier. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la détection de l'amplitude et/ou de la fréquence des variations de pression engendrées dans l'eau par le mouvement des poissons et l'utilisation des informations résultant de cette détection pour compléter et/ou valider les informations résultant de la détection des susdits échos. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un bac (1) au moins partiellement rempli d'eau, dans lequel sont disposés les poissons et un ensemble émetteur/récepteur d'ondes ultrasonores dont la partie émettrice (E) est connectée à un générateur d'ondes ultrasonores (G) de manière à émettre dans l'eau une succession de trains d'ondes ultrasonores séparés les uns des autres par des périodes de silence et dont la partie réceptrice (R) est connectée à un circuit récepteur (RC) apte à recevoir le signal d'échos reçu par la partie réceptrice (R) pendant les périodes de silence, et à transmettre ce signal à un circuit d'analyse (21). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un capteur de température (T) de l'eau du bac dont les informations sont transmises au circuit d'analyse (21). 10. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le susdit circuit d'analyse (21) est couplé à un processeur (22). 1 1. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le susdit processeur (22) est programmé de manière à effectuer la Transformée de Fourrier des signaux d'échos. 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un capteur piézométrique (18) relié au circuit d'analyse (21) en même temps que le capteur (T) de température de l'eau.