Brevet FR2778459A1 — publié le 19991112

l La présente invention est relative à un dispositif de détection d'une fuite dans un réseau de distribution d'un fluide et, plus particulièrement, à un tel dispositif conçu pour un réseau comprenant un appareil de mesure du débit du fluide distribué par ce réseau, cet appareil étant équipé d'un organe mobile d'affichage de son activité, mis en mouvement lorsque le réseau débite du fluide. Plus particulièrement encore, l'invention est relative à un tel dispositif conçu pour surveiller un réseau domestique de distribution d'eau courante. Ces derniers réseaux sont normalement équipés d'un appareil appelé couramment "compteur d'eau", placé en amont du réseau pour mesurer le volume d'eau admis dans le réseau, et donc débité par celui-ci, en vue d'une facturation de ce volume d'eau par l'entreprise de distribution d'eau alimentant ledit réseau. Ces réseaux domestiques sont couramment sujets à une surconsommation d'eau due à des fuites, notamment dans les réseaux desservis. Ces fuites sont souvent localisées au niveau de canalisations enterrées ou non apparentes et sont donc difficiles à localiser. Elles peuvent alors exister pendant de longues périodes de temps avant d'être détectées. Il en résulte des pertes qui peuvent être très importantes et coûteuses pour les abonnés de l'entreprise de distribution. Pour détecter rapidement de telles fuites, on a conçu des dispositifs de surveillance de l'activité de l'appareil de mesure, un débitmètre, et de détection d'une activité anormale de cet appareil, c'est-à-dire d'une activité qui se manifeste alors qu'aucun consommateur d'eau, évier, baignoire, piscine, dispositif d'arrosage, etc... n'est mis en service. La détection s'appuie sur le fait qu'un débit de fuite est généralement faible mais continu dans le temps alors que le débit d'un consommateur est élevé mais d'une durée qui ne dépasse généralement pas quelques heures. On déduit alors la présence ou l'absence de fuites d'eau dans le réseau, de l'absence ou de la présence respectivement, d'une inactivité du compteur d'eau pendant au moins quelques minutes, à l'intérieur d'un intervalle de temps de plusieurs heures, de 12 heures par exemple. Une absence totale d'inactivité du compteur pendant un tel intervalle de temps est en effet normalement révélatrice de la présence d'une composante continue dans le débit d'eau, due à une fuite du réseau. Lorsqu'une telle fuite est détectée, le dispositif de surveillance émet un signal d'alerte, ou commande la mise en sécurité du réseau par la fermeture de vannes, par exemple. Les dispositifs connus à cet effet présentent l'inconvénient de ne pouvoir fonctionner qu'avec des compteurs d'eau de type particuliers, incorporant un capteur magnétique par exemple, pour délivrer un signal représentatif d'une activité du compteur, c'est-à-dire d'un débit d'eau par celui-ci, à des moyens de traitement de cette information, propres à diagnostiquer la présence d'une fuite dans le réseau surveillé. Ces dispositifs ne sont donc pas adaptables à des réseaux équipés de compteurs d'eau classiques, non munis d'un tel capteur, ce qui est le cas de la très grande majorité des réseaux domestiques actuels, sauf à prévoir le remplacement du compteur d'eau, ce qui est coûteux. La présente invention a précisément pour but de réaliser un dispositif de détection d'une fuite dans un réseau de distribution d'un fluide, notamment d'eau à usage domestique, qui ne présente pas ces inconvénients et qui, en particulier, puisse être installé dans tout réseau équipé d'un compteur classique, dépourvu de capteur d'activité. La présente invention a aussi pour but de réaliser un tel dispositif qui soit de fabrication peu coûteuse et donc accessible au plus grand nombre. On atteint ces buts de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un dispositif de détection d'une fuite dans un réseau de distribution d'un fluide, comprenant un appareil de mesure du débit du fluide distribué par ledit réseau, ledit appareil étant équipé d'un organe mobile d'affichage de son activité, mis en mouvement lorsque le réseau débite du fluide, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il comprend des moyens optiques de détection du mouvement dudit organe monté en regard de celui-ci, à l'extérieur dudit appareil, pour émettre un signal représentatif des mouvements de l'organe, et des moyens d'analyse des évolutions temporelles dudit signal pour en déduire l'existence éventuelle de fuites dans le réseau. Comme on le verra plus loin en détail, l'utilisation de moyens optiques pour détecter les mouvements de l'organe mobile, et donc l'activité de l'appareil de mesure, permet de monter simplement ces moyens sur cet appareil, sans exiger aucune modification de celui-ci, qui peut être en outre de l'un quelconque de nombreux types actuellement connus. Le dispositif suivant l'invention est ainsi d'application universelle, de réalisation et d'installation peu coûteuse conformément aux buts poursuivis par la présente invention. Suivant une caractéristique de la présente invention, l'organe mobile comporte au moins une plage présentant un gradient de densité optique en réflexion et en ce que les moyens optiques sont sensibles aux mouvements de ladite plage à gradient de densité optique pour émettre ledit signal. Les moyens optiques comprennent un émetteur de rayonnement agencé pour éclairer ledit organe mobile et un récepteur sensible à la lumière réfléchie par ledit organe mobile éclairé, agencé pour délivré ledit signal, le niveau de celui-ci variant lorsque ladite plage à gradient de densité passe dans une position prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une représentation schématique du dispositif suivant l'invention, - la figure 2 représente le cadran d'un compteur d'eau classique et l'implantation d'une partie du dispositif suivant l'invention sur ce cadran, - la figure 3 est un diagramme fonctionnel du dispositif suivant l'invention, - la figure 4 représente des graphes de forme d'onde de signaux, utiles à l'explication du fonctionnement du dispositif suivant l'invention, et - la figure 5 représente l'organigramme d'un programme exécuté par le dispositif suivant l'invention pour diagnostiquer la présence ou l'absence de fuites dans le réseau surveillé. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé o l'on a représenté schématiquement le dispositif suivant l'invention, qui se présente extérieurement comme formé d'une petite plaquette 1 raccordée à un boîtier de commande 2 par un cable électrique 3. La plaquette 1 est équipée de moyens optiques de détection constitués par un émetteur de rayonnement 4 et un récepteur 5 d'une fraction de ce rayonnement, réfléchi par un objet mobile, comme on le verra plus loin, l'émetteur et le récepteur étant accolés l'un à l'autre comme représenté sur la figure 1. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, l'émetteur 4 peut être constitué par une diode du type LED émettant un rayonnement infrarouge et le récepteur par un phototransistor sensible au rayonnement de ladite diode. La plaquette 1 est dimensionnée pour pouvoir être fixée, par exemple au moyen d'un adhésif double face, en regard d'un organe mobile 6 visible à travers une vitre de protection du cadran d'affichage d'un compteur d'eau 7 classique, comme représenté en trait interrompu à la figure 2. Un tel cadran comporte couramment une pluralité de disques rotatifs 81,82,83,84 portant des chiffres qui permettent de lire le volume d'eau qui a traversé le compteur, par exemple en vue d'une facturation de ce volume, comme on l'a vu plus haut. Il comporte encore l'organe mobile 6, qui, dans le mode de réalisation représenté à titre illustratif et non limitatif seulement, prend la forme d'un disque rotatif revêtu d'un index 9 sensiblement radial, se détachant optiquement du fond du disque par un fort contraste, ou gradient de densité optique en réflexion. Dès que le réseau (non représenté) situé en aval du compteur 7 débite de l'eau, cet organe 6 est mis en rotation par un mécanisme qui le couple à une turbine (non représentée) traversée par l'eau circulante, cette turbine entraînant également les disques 8 par l'intermédiaire de mécanismes de transmission adaptés. Suivant la présente invention, on dispose la diode 4 par rapport au disque 6 de manière que l'index 9 vienne couper le pinceau de rayonnement infrarouge émis par la diode quand ce disque est mis en rotation par un débit d'eau dans le réseau. Le phototransitor 5 est lui- même disposé par rapport au disque de manière à être sensible à la fraction du rayonnement de la diode qui est réfléchi par celui-ci. La tension de sortie du phototransistor est alors une image de la réflectance de la plage du disque 6 qui est éclairée par la diode 4 et peut donc servir à détecter une variation de cette réflectance due au passage de l'index 9 dans le pinceau de rayonnement émis par la diode 4, et donc un état actif du compteur d'eau 7. On se réfère maintenant au diagramme fonctionnel de la figure 3 qui illustre en plus de détail les moyens électroniques incorporés au dispositif suivant l'invention. On retrouve sur cette figure le boîtier de commande 2, la diode 4 et le phototransistor 5 portés par la plaquette 1, le disque 6 et l'index 9. Le boîtier de commande comprend des moyens de commande de l'alimentation de la diode électroluminescente 4, des moyens de conformation 11 du signal de sortie du phototransistor 5, des moyens d'analyse de signaux constitués par un microcontrôleur 12 alimenté par le signal de sortie des moyens de conformation 11, et des moyens d'alimentation électrique 13 des moyens précités. A titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, les moyens 10 peuvent être constitués par une résistance d'adaptation ou un oscillateur, les moyens 11 par un amplificateur monté en comparateur de manière à délivrer un signal carré tel que ceux illustrés aux graphes de la figure 4, et les moyens 13 par une pile électrique 14 associée à un régulateur de tension 15. On a ainsi pu construire un dispositif suivant l'invention utilisant pour la diode 4, une diode électroluminescente infrarouge type SFH 421-P à montage en surface de la société SIEMENS AG, pour le phototransistor 5, un phototransistor du type 2440-002 à montage en surface de la société HONEYWELL, pour les moyens de conformation 11, un amplificateur du type LM 324, pour le régulateur de tension, le régulateur programmable ADM 666 de la société Analog Devices et pour le microcontrôleur, celui référencé SAB 80C515 chez SIEMENS AG. On trouve encore, sur le boîtier de commande 2, une diode électroluminescente 16 émettant un rayonnement dans le domaine visible et un interrupteur 17 à commande manuelle permettant de connecter cette diode aux bornes du phototransistor, pour un but que l'on décrira plus loin. On explique maintenant le fonctionnement du dispositif suivant l'invention, en liaison avec l'examen des graphes A,B,C, de la figure 4. Lorsque la diode 4 est alimentée et que le disque 6 tourne du fait que le compteur 7 est traversé par un courant d'eau, le passage de l'index 9, de couleur sombre, noire par exemple, dans le pinceau de rayonnement infrarouge émis par la diode 4, fait tomber la quantité de lumière réfléchie par le disque vers le phototransistor 5 à un niveau bas, alors que lorsque ce pinceau tombe sur le fond clair du disque la quantité de lumière réfléchie est plus élevée. Après conformation du signal de sortie du phototransistor éclairé par une quantité de lumière variable, le signal qui sort des moyens 11 prend la forme rectangulaire représentée à la figure 4, variant entre un niveau logique 0 et un niveau logique 1 correspondant à la réflectance du fond du disque 6 et de l'index 9 respectivement, ou inversement, suivant le type du phototransistor 5. La fréquence des impulsions rectangulaires ainsi envoyées au microcontrôleur 12 est fonction de la vitesse de rotation du disque 6. On a représenté à la figure 4, les trains d'impulsions formées pour trois valeurs de débit différentes, soit un débit moyen (graphe A), un débit faible (graphe B), un débit élevé (graphe C). Il est clair qu'un débit nul se caractérise alors par le maintien du signal à l'un de ses deux niveaux logiques et que, pendant tout l'intervalle de temps o le débit reste nul, on n'observe aucune commutation du niveau du signal entre ces deux niveaux, puisque le compteur d'eau 7 X est alors inactif et qu'en conséquence le disque 6 reste immobile. Le microcontrôleur 12 sert à surveiller les évolutions temporelles du signal délivré par les moyens de conformation de signal 11, de manière à en tirer un diagnostic quant à l'existence éventuelle d'une fuite dans le réseau de distribution d'eau situé en aval de l'appareil de mesure 7 du débit d'eau absorbé par ce réseau. Pour ce faire, on peut choisir un microcontrôleur incorporant un compteur 18 commandé par les fronts montants, par exemple, des impulsions du signal de sortie des moyens de conformation 11. En variante, le compteur pourrait être extérieur au microcontrôleur et connecté à ce dernier. Le microcontrôleur 12 est dûment programmé pour exécuter une stratégie de diagnostic telle que celle illustrée par l'organigramme de la figure 5, donné à titre d'exemple seulement. De manière générale, comme on l'a indiqué plus haut, cette stratégie consiste à détecter l'absence ou la présence d'une période d'inactivité du capteur 7, d'une durée prédéterminée, à l'intérieur d'un intervalle de temps prédéterminé, pour diagnostiquer la présence ou l'absence, respectivement, d'une fuite dans le réseau surveillé. Comme on l'a fait observer plus haut, dans un réseau domestique de distribution d'eau, les consommateurs d'eau, évier, baignoire, piscine, dispositif d'arrosage, etc... fonctionnent rarement plus que quelques heures d'affilée. Sur un horizon de temps de 24 heures, par exemple, il existe pratiquement toujours des moments o tous les consommateurs d'eau sont coupés. En l'absence de fuite dans le réseau, le compteur d'eau 7 reste alors complètement inactif pendant ces moments, et on n'observe aucun changement d'état du compteur 18 du microcontrôleur 12. Au contraire, la présence d'une fuite, généralement de faible débit, provoque une commutation lente et continue du compteur 18, y compris lorsque tous les consommateurs d'eau, à plus fort débit, sont inactifs. C'est la détection d'une telle commutation lente et continue (provoquant des changements d'état du compteur 18) qui est significative de la présence d'une fuite dans le réseau. Si donc lors d'un test de changement d'état du compteur 18 d'une durée relativement courte, de quelques minutes par exemple, on n'observe aucun changement d'état du compteur alors que la présence d'une fuite en aurait assurément provoqué au moins un, on peut diagnostiquer avec assurance que, lors de ce test, aucun consommateur d'eau n'était activé et qu'aucune fuite n'était présente dans le réseau domestique surveillé. Il est alors inutile de réitérer ce test rapidement car la probabilité pour qu'une telle fuite apparaisse immédiatement après le test est faible. On peut mettre alors le dispositif en état de veille afin de minimiser la consommation d'énergie, et donc de ménager la pile 14 qui l'alimente. Cette mise en état de veille du dispositif peut s'opérer par une commande appropriée du régulateur 15, par exemple, et pour un intervalle de temps prédéterminé, fixé par la décharge d'un condensateur dans un circuit RC par exemple, comme cela est bien connu. En variante, le dispositif suivant l'invention pourrait être équipé d'un circuit intégré 19 dit "calendrier électronique" tel que celui référencé PCF 8583 dans les catalogues de la société Philips. Un tel calendrier peut être programmé de manière à commander l'activation ou la mise en veille du dispositif, par une commande appropriée du régulateur de courant. L'utilisation d'un tel calendrier permet de commander une activation du dispositif à un moment de la journée o les consommateurs d'eau sont normalement inactifs, vers 2 heures du matin par exemple. En l'absence de fuite, le test est alors très bref et le dispositif est rapidement remis en état de veille, ce qui est favorable du point de vue économie d'énergie électrique. On peut ainsi accroître la durée de vie de la pile 14. On se réfère maintenant à l'organigramme de la figure 5 pour décrire la stratégie décrite ci-dessus, dans une mise en oeuvre donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement. Après une étape 20 d'initialisation, le microcontrôleur lit à l'étape 21 l'état du compteur 18, de manière à pouvoir détecter d'éventuels changements ultérieurs de cet état. A l'étape 22, le microcontrôleur exécute un test de changement d'état d'une durée courte prédéterminée, par exemple 5 minutes. Si aucun changement d'état n'est détecté pendant cette durée, c'est qu'aucun consommateur d'eau n'est actionné et que le réseau domestique n'est affecté d'aucune fuite. On passe alors à l'étape 29 o le dispositif est mis en état de veille pour économiser l'énergie de la pile, pendant une période de temps assez longue, par exemple de 12 heures. Si au moins un changement d'état est détecté à l'étape 22, ce changement peut être attribué soit à l'activation d'un consommateur d'eau branché sur le réseau surveillé, soit à une fuite. Pour lever cette indétermination, on répète le test de changement d'état, éventuellement pendant les quatre heures suivantes (étapes 23 à 26). Si alors une inactivité totale de l'appareil de mesure de débit 7 est relevée pendant 5 minutes au moins, on fait passer le dispositif en état de veille. Dans le cas contraire, et étant supposé qu'aucun consommateur d'eau n'est susceptible de fonctionner pendant quatre heures d'affilée (cette durée pouvant d'ailleurs être modifiée pour adapter le dispositif aux conditions locales d'utilisation de l'eau du réseau), il faut en conclure que l'absence totale d'inactivité du compteur d'eau 7 est due à une fuite du réseau (étape 27). Un signal 1! d'alarme est alors émis (étape 28) par le microcontrôleur. En variante, ce signal peut activer une électrovanne de fermeture de l'alimentation du réseau, pour limiter le volume d'eau perdu par la fuite. Le bon fonctionnement du dispositif suivant l'invention est conditionné par une mise en repérage précise de la plaquette 1 qui porte l'émetteur 4 et le récepteur 5, au-dessus de l'index 9 du disque 6. Pour obtenir cette mise en repérage précise, lors de la mise en place de la plaquette 1 sur la vitre du cadran du compteur d'eau 7, on branche la diode électroluminescente 16 (voir figure 3) aux bornes du récepteur 5 en appuyant sur l'interrupteur 17. On fait alors glisser la plaquette 1 sur la vitre du cadran du compteur, après avoir établi un débit d'eau à travers celui-ci, jusqu'à obtenir une émission lumineuse clignotante d'intensité maximale de la diode 16, significative de ce que le phototransistor est bien centré sur l'axe du pinceau de rayonnement réfléchi par le disque 6 et par l'index 9 qu'il porte. Avantageusement, le microcontrôleur est équipé de moyens pour tester l'état de la pile 14 et pour émettre un signal d'alerte quand la tension délivrée par celle-ci tombe en dessous d'un niveau bas prédéterminé. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que l'invention est applicable à la surveillance d'un réseau de distribution d'un fluide quelconque, liquide ou gazeux, et non pas seulement d'eau. De même, l'invention est applicable à des réseaux comportant des compteurs d'eau légèrement différents ce celui représenté, dans lesquels le disque rotatif 6 à index 9 est remplacé par un disque du type stroboscopique par exemple, ou encore par un organe non rotatif, mais mobile, oscillant par exemple, pour autant que la mobilité de cet organe puisse être détectée par des moyens optiques. Ces derniers peuvent eux-mêmes être constitués par tout dispositif photosensible réalisé en circuit intégré plutôt que composé d'éléments discrets par exemple, capable de détecter un mouvement de l'organe mobile surveillé. Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre les buts poursuivis, à savoir réaliser un dispositif de détection de fuites dans un réseau de distribution de fluide, adaptable aisément notamment aux réseaux domestiques de distribution d'eau, et pouvant être réalisé aux bas coûts actuels des fabrications de fort volume de matériels électroniques. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection d'une fuite dans un réseau de distribution d'un fluide, comprenant un appareil de mesure (7) du débit du fluide distribué par ledit réseau, ledit appareil étant équipé d'un organe mobile (6) d'affichage de son activité, mis en mouvement lorsque le réseau débite du fluide, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens optiques (4,5) de détection du mouvement dudit organe (6) montés en regard de celui-ci, à l'extérieur dudit appareil (7), pour émettre un signal représentatif des mouvements de l'organe (6), et des moyens d'analyse (12) des évolutions temporelles dudit signal pour en déduire l'existence éventuelle d'une fuite dans le réseau. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe mobile (6) comporte au moins une plage (9) présentant un gradient de densité optique en réflexion et en ce que lesdits moyens optiques (4,5) sont sensibles au mouvement de ladite plage (9) pour émettre ledit signal. 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens optiques (4,5) comprennent un émetteur (4) de rayonnement agencé pour éclairer ledit organe mobile (6) et un récepteur (5) sensible à la lumière réfléchie par l'organe mobile (6) éclairé, agencé pour délivrer ledit signal, le niveau de celui-ci variant lorsque ladite plage (9) à gradient de densité passe dans une position prédéterminée. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ledit émetteur (4) et ledit récepteur (5) sont montés sur une plaquette (1) comportant des moyens de fixation de celle-ci sur la paroi de l'appareil de mesure (7), en regard de l'organe mobile (6) d'affichage de l'activité de l'appareil. 5. Dispositif conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que ledit émetteur (4) et ledit récepteur (5) sont raccordés électriquement à un boîtier de commande (2) comportant lesdits moyens d'analyse (12) du signal délivré par le récepteur (5). 6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que ledit boîtier (2) comprend a) des moyens de commande (10) de l'émetteur, b) des moyens de conformation (11) du signal de sortie du récepteur (5), c) un microcontrôleur (12) alimenté par le signal conformé et constituant lesdits moyens d'analyse et d) des moyens d'alimentation électrique (13) de ces moyens (10,11,12). 7. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits moyens d'analyse (12) sont sensibles à l'absence ou à la présence d'une période d'inactivité dudit appareil de mesure (7), d'une durée prédéterminée, à l'intérieur d'un intervalle de temps prédéterminé, pour diagnostiquer la présence ou l'absence, respectivement, de fuites dans ledit réseau. 8. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (19) pour activer sélectivement lesdits moyens de détection (4,5) et lesdits moyens d'analyse (12) à un moment o le réseau ne débite normalement pas de fluide. 9. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mise en veille du dispositif pour une durée prédéterminée, lorsque les moyens d'analyse (12) diagnostiquent une absence de fuite dans le réseau surveillé. 10. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une diode électroluminescente (16) pour émettre un signal lumineux visible quand le récepteur (5) débite un courant électrique, et des moyens (17) pour connecter sélectivement et temporairement ladite diode (16) en parallèle sur ledit récepteur (5) lors du montage de la plaquette (1) sur l'appareil de mesure (7). 11. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens d'alimentation électrique (13) comprennent une pile (14) électrique et en ce que des moyens sont prévus pour tester l'état de la pile et émettre un signal d'alerte quand la tension de sortie de la pile (14) tombe en-dessous d'un niveau prédéterminé. 12. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens d'analyse (12) commandent, à la détection d'une fuite, l'activation de moyens d'alarme et/ou de mise en sécurité du réseau surveillé.