Brevet FR2804530A1 — publié le 20010803

DISPOSITIF DE DETECTION, NOTAMMENT POUR LA PROTECTION PERIPHERIQUE D'UN LIEU A SURVEILLER La présente invention concerne un dispositif de détection, applicable notamment mais non exclusivement à la protection des enfants contre les risques de noyade dans les piscines privées. Les accidents dramatiques se produisant chaque année lorsque des enfants en bas âge sont laissés sans surveillance à proximité d'une piscine, nécessitent d'être éradiqués. A ce jour, la solution connue la plus efficace pour lutter contre ce fléau est de prévoir un moyen de protection périphérique comme une haie, un grillage, un mur ou une barrière, comportant un point d'accès à la piscine sécurisé ou surveillé. Ce point d'accès peut être sécurisé par une porte à fermeture automatique ou être surveillé par un dispositif électronique déclenchant une alarme au passage d'une personne, comme une barrière infrarouge. Le point d'accès peut également être surveillé par un dispositif électronique sélectif déclenchant une alarme lorsqu'un enfant traverse le point d'accès, par exemple un dispositif sans contact prévu pour détecter une étiquette électronique agencée dans un bracelet porté par l'enfant. Ce type de dispositif n'est toutefois pas infaillible, car l'enfant peut retirer ou perdre le bracelet. Malgré le bon niveau de sécurité qu'elle apporte, la solution consistant à prévoir un moyen de protection périphérique n'est malheureusement pas répandue en raison de son coût, qui s'avère souvent rédhibitoire pour les particuliers et s'ajoute à celui de la piscine elle-même. De plus, cette solution est souvent écartée pour des raisons esthétiques, notamment lorsque la piscine est bâtie sur un terrain découvert et contribue à l'esthétique du lieu. Dans d'autres cas, par exemple lorsque la piscine est bâtie à proximité de la terrasse d'une maison ou dans un jardin intérieur, la prévision d'un grillage, d'une haie ou d'un mur n'est même pas envisageable. C'est pourquoi, bien qu'il ait été envisagé de rendre obligatoire l'installation d'une telle protection périphérique pour pallier les risques de noyade des enfants en bas âge, une réglementation allant dans ce sens serait probablement perçue comme une ingérence inadmissible dans la vie privée des personnes. La présente invention vise à résoudre ce problème. De façon générale, un objectif de la présente invention est de prévoir un dispositif de détection permettant notamment de sécuriser l'accès à une piscine, offrant un haut degré de sécurité, qui soit simple à réaliser et puisse être commercialisé à un prix raisonnable pour séduire un grand nombre d'utilisateurs potentiels, et qui puisse s'intégrer dans tout type d'environnement tout en restant discret du point de vue esthétique. Pour atteindre cet objectif, la présente invention prévoit un dispositif de détection comprenant une tranchée remplie de gravier ou autre matériau concassé similaire, un moyen de détection, enfoui dans le gravier, des bruits ou vibrations causés par les mouvements du gravier, notamment lorsqu'une personne marche sur le gravier. Selon un mode de réalisation, la largeur de la tranchée est choisie de manière que le dispositif ne puisse être enjambé par une personne adulte. Selon un mode de réalisation, la largeur de la tranchée est choisie de manière que le dispositif puisse être enjambé par une personne adulte mais ne puisse pas être enjambé par un enfant. Selon un mode de réalisation, le dispositif est agencé à proximité d'une zone à surveiller et entoure entièrement la zone à surveiller. Selon un mode de réalisation, le dispositif est agencé à proximité d'une zone à surveiller en un point de passage obligé pour accéder à la zone à surveiller. Selon un mode de réalisation, le moyen de détection comprend un corps creux formant résonateur acoustique, enfoui dans le gravier, et au moins un transducteur électroacoustique agencé à l'intérieur du corps creux. Selon un mode de réalisation, le corps creux est un tube en matière plastique. Selon un mode de réalisation, le transducteur électroacoustique est un microphone. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un dispositif d'analyse du signal électrique délivré par le transducteur électroacoustique, agencé pour déterminer l'énergie du signal délivré par le transducteur dans une bande de fréquences déterminée correspondant aux fréquences de crissement et de vibration du gravier, et délivrer un signal d'avertissement quand l'énergie acoustique dans la bande de fréquences déterminée est supérieure à un seuil déterminé. Avantageusement, le seuil déterminé est un seuil dynamique calculé par le dispositif d'analyse, égal à une fraction de l'énergie du signal émis par le transducteur dans une bande de fréquences plus large que la bande de fréquences correspondant aux fréquences de crissement et de vibration du gravier. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de transducteurs électro acoustiques, agencés dans le corps creux à intervalles réguliers. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens pour additionner les signaux délivrés par les transducteurs, pour ne former qu'un seul signal de transducteur. Ces objets, caractéristique et avantages de la présente invention, ainsi que d'autres, seront exposés plus en détail dans la description suivante d'exemples de réalisation d'un dispositif de détection selon l'invention et d'une application de ce dispositif à la surveillance d'une piscine, en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de détection selon l'invention, - les figures 2 et 3 illustrent deux applications du dispositif de détection à la surveillance dune piscine, - la figure 4 illustre schématiquement un mode de réalisation du dispositif de détection selon l'invention, - la figure 5 est le schéma électrique sous forme de blocs d'un mode de réalisation d'un élément du dispositif de la figure 4, - la figure 6 est un schéma électrique d'un premier mode de réalisation d'un circuit de traitement de signal présent dans le dispositif de la figure 4, et - la figure 7 est un organigramme illustrant une variante de réalisation du circuit de traitement de signal. La figure 1 représente schématiquement un dispositif de détection 1 selon l'invention, permettant notamment de détecter la présence ou le passage d'une personne au voisinage d'une zone à surveiller. Essentiellement, le dispositif 1 comprend une tranchée 2 remplie de gravier 3, pratiquée dans la terre avec ou sans coffrage, de préférence d'une profondeur de l'ordre de 20 cm ou plus. A l'intérieur de la tranchée 2 est enfoui un moyen 10 de détection des bruits et vibrations du gravier 3, délivrant un signal électrique SM. Selon un aspect de l'invention, le moyen de détection 10 comprend un corps creux 11 à l'intérieur duquel est agencé un transducteur électroacoustique comme un microphone 12, qui délivre le signal SM. Le corps creux 11 est par exemple un tube en matière plastique à faible prix de revient, de préférence bouché à ses extrémités. Les bruits (crissements) et vibrations produits par les mouvements du gravier se propagent dans la tranchée et parviennent jusqu'au tube 11 qui forme une sorte de résonateur ou guide d'onde, et sert de caisse de résonance au microphone 12. Le signal SM est envoyé à un dispositif de traitement 20, agencé de préférence en surface, qui analyse ce signal et délivre un signal d'avertissement SA lorsque les informations qu'il contient sont significatives de bruits et vibrations dans le gravier. Le signal d'avertissement SA est envoyé à un dispositif d'alerte 30, comprenant par exemple une sirène 31. Ainsi, vu depuis la surface, le dispositif de détection selon l'invention a l'aspect d'une simple bande de gravier, qui est en fait une bande de gravier "sensible" déclenchant une alarme lorsqu'une personne marche dessus. De façon générale, la présente invention repose sur le fait que le bruit émis par le gravier possède une signature spatio-temporelle particulière que l'on ne retrouve pas à la sortie du microphone 12 en l'absence de mouvements de gravier. Cette signature est caractérisée par une énergie acoustique importante dans une bande de fréquences Fl-F2 déterminée, de l'ordre de 5 kHz (F1) à 10 kHz (F2) d'après les études conduites par la demanderesse. Ces valeurs ne sont toutefois données qu'à titre d'exemple et sont susceptibles de fluctuation selon les caractéristiques du corps creux et du gravier utilisé. Ainsi, schématiquement, le traitement du signal réalisé par le dispositif 20 consiste à détecter un dépassement de niveau acoustique (ou vibratoire) dans la bande significative F1-F2, relativement à un seuil déterminé. Par "niveau acoustique", on désigne de façon classique l'énergie moyenne du signal sur une période de temps TS déterminée, par exemple de l'ordre de quelques millisecondes. Pour éviter qu'un bruit parasite large bande présentant un niveau acoustique non négligeable dans la bande F1-F2 ne déclenche intempestivement une alarme, ce seuil de détection est de préférence calculé de façon dynamique en examinant l'énergie globale dans toute la bande de fréquences du signal SM émis par le microphone, et en comparant l'énergie dans la bande F1-F2 à cette énergie globale. Des exemples particuliers de réalisation du dispositif de traitement 20 seront décrits plus loin, à titre non limitatif. En pratique, les expériences conduites par la demanderesse montrent que le gravier constitue un filtre très efficace vis-à-vis des bruits aériens extérieurs parasites. Le tube étant de préférence bouché à ses extrémités, le microphone 12 ne reçoit pratiquement que les signaux présents dans le tube, dont la source principale est précisément la mise en mouvement du gravier 3. Le taux de fausses alarmes est extrêmement faible. On peut parler, crier, faire du bruit et même passer une tondeuse sans que le dispositif 1 ne déclenche d'alarme. Une application du dispositif 1 à la surveillance d'une piscine est illustrée en figure 2. Ici, une tranchée 4 selon l'invention est agencée au point d'accès à une piscine 50, la piscine étant entourée par un objet formant barrière 51 comme une haie, un grillage, un mur... La largeur de la tranchée 4 est telle que la bande de gravier en surface peut être enjambée par une personne adulte mais est infranchissable pour un enfant. Ainsi, tout enfant pénétrant dans l'enceinte protégée de la piscine marchera sur le gravier et déclenchera inévitablement une alarme. La figure 3 illustre un mode de réalisation encore plus avantageux, ne nécessitant pas l'installation d'un mur, d'une haie ou toute autre barrière périphérique dont on a vu les limitations au préambule. Ici, une tranchée 5 selon l'invention entoure entièrement la piscine 50 et assure une détection périphérique continue, sans possibilité d'accéder à la piscine autrement qu'en franchissant la bande de gravier sensible. Il est donc également impossible ici qu'un enfant s'approche de la piscine sans marcher sur le gravier et déclencher une alarme. En raison de la longueur de la tranchée 5, ce mode de réalisation nécessite la prévision de plusieurs microphones pour une détection uniforme des bruits et vibrations du gravier sur toute la longueur de la tranchée 5. Plusieurs microphones sont ainsi agencés à intervalles réguliers le long de la tranchée, par exemple tous les deux mètres. La figure 4 illustre un mode de réalisation du dispositif de détection 1 permettant de multiplier le nombre de microphones sans multiplier de façon rédhibitoire le nombre de fils électriques et de connexions au dispositif de traitement 20. Le dispositif 1 comprend une pluralité de microphones 121,...121,...12n reliés électriquement par trois fils 14, 15, 16 seulement, pour former une sorte de "guirlande" de microphones. Le fil 14 véhicule une tension d'alimentation vcc délivrée par le dispositif de traitement 20, par exemple une tension de 6 V. Le fil 15 est un fil de masse (GND) connecté à la masse du dispositif 20. Le fil 16 recueille les signaux émis par les microphones et les envoie au dispositif 20. Plus particulièrement, chaque microphone 12i est connecté au fil 16 par l'intermédiaire d'un circuit d'interface 131,...131,...13n comprenant des moyens pour additionner le signal SMi émis par le microphone aux signaux émis par les microphones précédents. Le signal S1 émis par le circuit d'interface 131 d'un microphone 12; est ainsi égal à la somme du signal S1_1 émis par le circuit d'interface précédent 13i_1 et du signal SM1 émis par le microphone 12i considéré. A l'extrémité de la chaîne, le signal Sn délivré par le dernier circuit d'interface 13n est égal à la somme de tous les signaux SMi émis par les microphones 121 à 12n et est appliqué à l'entrée du dispositif 20. La figure 5 représente le schéma électrique du circuit d'interface 13i, réalisable au moyen d'une plaquette de circuit imprimé de faible dimension et de composants discrets à faible prix de revient, l'ensemble étant noyé dans une résine de protection à l'exception du microphone 12i. Le fil d'alimentation 14 est connecté à une piste d'alimentation 14i du circuit 13i, et le fil de masse 15 est connecté à une piste de masse 15i. La tension Vcc est appliquée sur l'anode du microphone 12i, ici un microphone à électrets dont la cathode est à la masse, par l'intermédiaire d'une diode D1 et d'une résistance Ri. Le signal électrique SMi émis par l'anode du microphone 12i est appliqué à l'entrée d'un circuit de conditionnement 17 par l'intermédiaire d'une capacité C1 et d'une résistance R2, la capacité C1 assurant l'isolement de la tension continue Vcc. La sortie du circuit 17 délivre un signal SMi conditionné et est appliquée à l'entrée d'un circuit de contrôle de saturation 18. La sortie du circuit 18 est appliquée sur une entrée d'un circuit additionneur 19i, qui reçoit sur son autre entrée le signal Si-, émis par l'additionneur du microphone précédent. Comme indiqué plus haut, le circuit 19; délivre un signal Si égal à la somme des signaux SMi émis par tous les microphones de rang 1 à i. Le circuit de conditionnement 17 comprend par exemple un filtre passe-haut 17-1 d'une fréquence de coupure de 100 Hz, pour éliminer les basses fréquences, et un amplificateur 17-2 de gain G. Le circuit de contrôle de saturation 18 comprend par exemple un comparateur 18-1 recevant sur son entrée positive le signal SMi et sur son entrée négative la tension Vcc. La sortie du comparateur 18-1 passe à 0 lorsque le signal SMi est saturé par la tension d'alimentation Vcc suite à un dysfonctionnement du microphone 12i. Ainsi, en cas de dysfonctionnement d'un microphone, le signal saturé émis par le microphone n'est pas additionné aux signaux des autres microphones. La figure 6 représente schématiquement un mode de réalisation du circuit de traitement 20 sous forme de circuit analogique. Le circuit 20 reçoit en entrée le signal Sn émis par l'ensemble des microphones et délivre un signal d'avertissement SA égal à "1" en présence de bruits de gravier, et égal à "0" dans le cas contraire. Il comprend un filtre passe-bande de bande passante F1- F2, recevant en entrée le signal Sn. La sortie du circuit 20 est appliquée à un circuit redresseur/ intégrateur 22 qui délivre une tension VE2. La tension VE2 est appliquée à un amplificateur 23 de gain N, dont la sortie délivre un signal NVE2 appliqué sur l'entrée positive d'un comparateur 25. Le signal Sn est également appliqué à l'entrée d'un circuit intégrateur 24, identique au circuit 22, dont la sortie délivre une tension VE1 appliquée sur l'entrée négative du comparateur 25. La sortie du comparateur 25 délivre le signal d'avertissement SA. Dans le dispositif 20, le rapport VE1/VE2 des tensions VE1, VE2 est de façon approximative mais suffisante proportionnel au rapport E1/E2 entre l'énergie El du signal Sn dans la bande F1-F2 et l'énergie totale E2 du signal Sn non filtré (les fréquences basses en dessous des 100 Hz ayant toutefois été éliminées). Le signal VE2 étant amplifié par un facteur N avant d'être appliqué au comparateur 25, le signal d'avertissement SA est émis (passage à 1) lorsque NVE2 > VE1 Soit . VE2/VE1 > 1/N Ou encore E2/El > 1/N En d'autres termes, le signal d'avertissement SA est émis lorsque l'énergie E2 dans la bande de bruits du gravier F1-F2 représente une fraction non négligeable de l'énergie totale El du signal acoustique détecté par les microphones. En pratique, la sensibilité du dispositif 20 est ainsi déterminée par le paramètre N. Celui-ci peut par exemple être choisi entre 2 et 3, de sorte qu'une alarme est émise lorsque l'énergie E2 représente 33 à 50% de l'énergie totale El. Le dispositif de traitement 20 peut également être réalisé sous la forme d'un circuit numérique, au moyen d'un microprocesseur de type simple et peu coûteux ayant une puissance de calcul moyenne. La figure 7 représente un organigramme 27 de traitement du signal Sn pouvant être mis en #uvre au moyen d'un tel microprocesseur. Le signal Sn est tout d'abord appliqué à un convertisseur analogique/numérique 26, qui délivre un signal échantillonné Sns. Au cours d'une étape préliminaire T0, le microprocesseur met le signal SA à 0, puis entre dans une boucle de test comprenant des étapes Tl à T8. A l'étape Tl, le microprocesseur sélectionne un certain nombre d'échantillons Snl à SnK du signal Sns, couvrant une durée d'analyse TS. A l'étape T2, le microprocesseur détermine l'énergie El du signal Sn en calculant la racine carrée de la somme du carré des échantillons Snl à SnK, et stocke cette valeur en mémoire. En pratique, cette étape peut être simplifiée par approximation et ramenée à un simple calcul de la somme de la valeur absolue des échantillons Snl à SnK, qui ne nécessite pas une puissance de calcul importante. A l'étape T3, le microprocesseur reprend les échantillons Snl à SnK et détermine, au moyen d'un algorithme classique de filtrage numérique passe-bande, le signal Sns' présent dans la bande Fl-F2, constitué ici par une suite d'échantillons Snl' à SnK'. A l'étape T4, le microprocesseur détermine l'énergie E2 du signal filtré Sns' en calculant la racine carrée de la somme du carré des échantillons Snl' à SnK', cette étape pouvant être simplifiée comme indiqué plus haut. A l'étape T5, le microprocesseur calcule le rapport R = E2/El, et détermine, à l'étape T6, si le rapport R est supérieur ou non à la valeur 1/N, N étant par exemple égal à 2 ou à 3. Si le rapport R est supérieur à 1/N, le microprocesseur met à "1" le signal d'avertissement SA au cours d'une étape T7 puis retourne à l'étape T1 pour prélever de nouveaux échantillons Snl à SnK. Dans le cas contraire, le microprocesseur met à 0 le signal SA et retourne à l'étape T1. En pratique, le signal SA est envoyé au dispositif d'alerte 30 (figure 1) par tout moyen connu, c'est-à-dire par une liaison filaire ou une liaison sans fil (par exemple un signal radio). Le dispositif d'alerte 30 et le dispositif de traitement 20 peuvent également être intégrés dans un même boîtier, voire sur une même carte électronique, et être alimentés par le secteur ou par une batterie. Le signal SA, une fois mis à "1" par le comparateur 25 (figure 6) ou le microprocesseur (figure 7), est mémorisé par une bascule (non représentée) de sorte que la cessation de l'alarme elle-même nécessite l'intervention d'une personne ou l'expiration d'une temporisation (minuterie). Le procédé de détection des bruits de gravier selon l'invention est bien entendu susceptible de diverses variantes et perfectionnements, en appliquant des techniques de traitement du signal qui sont en soi connues de l'homme de l'art. Il convient de noter que le traitement du signal Sn effectué par le dispositif 20 est indépendant du nombre de microphones, l'ensemble des microphones étant assimilable à un seul microphone. Le nombre de microphones peut ainsi être déterminé au moment de l'installation en fonction de la longueur de la tranchée devant être réalisée, et peut être égal à 1. Le dispositif de détection 1 est lui-même susceptible de diverses variantes et perfectionnements. Notamment, le transducteur électroacoustique permettant de détecter les bruits et mouvements de gravier peut prendre la forme de tout capteur de bruits ou de vibrations connu, électromécanique ou piézoélectrique. Toutefois, un microphone, et plus particulièrement un microphone à électrets, constitue un choix intéressant en termes de sensibilité au bruits, de prix de revient et de fiabilité. Le gravier peut, bien entendu, être remplacé par tout autre matériau concassé similaire, de préférence à gros grains, générateur de bruits et de vibrations lorsque l'on marche dessus. A titre de contre-exemple, un matériau à grains fins comme le sable ne semble pas, à première vue, approprié. D'autre part, le gravier peut être recouvert d'un matériau décoratif, comme un tapis de pelouse artificielle, sans que cela n'altère le fonctionnement du dispositif de détection. Le corps creux peut être de forme et de section quelconques. Il peut par exemple prendre la forme d'une boîte ou d'une sphère quand la tranchée ne présente qu'une faible longueur. Enfin, le terme "tranchée" désigne de façon générale une cavité de forme quelconque pratiquée dans le sol. Le dispositif selon l'invention est également susceptible de diverses autres applications, comme la protection des habitations contre le vol. Dans ce cas, la tranchée est de préférence d'une largeur infranchissable par une personne adulte. Outre la surveillance périphérique d'une zone à protéger, le dispositif de détection peut également servir de "piège" pour détecter des intrus en étant agencé à l'intérieur d'une habitation, dans une cour intérieure ou tout autre emplacement possible. Le dispositif peut alors prendre la forme d'une surface de gravier de plusieurs mètres de côté, ayant l'aspect d'une couche de gravier ordinaire. Dans de telles applications, le dispositif d'alerte 30 représenté schématiquement en figure 1 peut comprendre un système d'appel téléphonique prévu pour se connecter à une société de gardiennage. Encore une autre application de la présente invention concerne le comptage des animaux sauvages, et consiste à agencer le dispositif de détection dans un lieu de passage des animaux. Dans ce cas, le signal d'avertissement est utilisé en tant que signal de comptage. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection (1), caractérisé en ce qu'il comprend une tranchée (2, 4, 5) remplie de gravier (3) ou autre matériau concassé similaire, et un moyen de détection (10, 11, 12), enfoui dans le gravier, des bruits ou vibrations causés par les mouvements du gravier. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détection (10) comprend un corps creux (11) formant résonateur acoustique, enfoui dans le gravier, et au moins un transducteur électroacoustique (12, 12i) agencé à l'intérieur du corps creux. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le corps creux (11) est un tube en matière plastique. 4. Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le transducteur électroacoustique (12, 12i) est un microphone. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (20) d'analyse du signal électrique (SM, Sn) délivré par le transducteur électroacoustique (12), agencé pour déterminer l'énergie (E2) du signal délivré par le transducteur dans une bande de fréquences (F1-F2) déterminée correspondant aux fréquences de crissement et de vibration du gravier, et délivrer un signal d'avertissement (SA) quand l'énergie acoustique dans la bande de fréquences déterminée est supérieure à un seuil déterminé (E1/N). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le seuil déterminé est un seuil dynamique calculé par le dispositif d'analyse, égal à une fraction (E1/N) de l'énergie (E1) du signal (SM, Sn) émis par le transducteur (12, 12i) dans une bande de fréquences plus large que la bande de fréquences correspondant aux fréquences de crissement et de vibration du gravier. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de transducteurs électroacoustiques (12i) agencés dans le corps creux à intervalles réguliers. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (13i, 19i) pour additionner les signaux (SMi) délivrés par les transducteurs (12i), pour ne former qu'un seul signal de transducteur (Sn). 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la largeur de la tranchée (4, 5) est choisie de manière que le dispositif puisse être enjambé par une personne adulte mais ne puisse pas être enjambé par un enfant. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la largeur de la tranchée est choisie de manière que le dispositif ne puisse être enjambé par une personne adulte. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la tranchée est agencée à proximité d'une zone à surveiller et entoure entièrement la zone à surveiller. 12. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la tranchée est agencée à proximité d'une zone à surveiller en un point de passage obligé pour accéder à la zone à surveiller. 13. Dispositif selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que la zone à surveiller comprend une piscine.