Brevet FR2814812A1 — publié le 20020405

L'analyse de la qualité des eaux potables est aujourd'hui devenue un des problèmes majeurs de nos sociétés. La pollution des eaux de consommation peut se présenter sous deux formes, la pollution chronique, et la pollution accidentelle. Sous sa forme chronique, elle est la résultante directe de l'expansion démographique, qui implique la nécessité de forcer les productivités agricoles par des épandages d'engrais importants, de pousser les élevages sur des espaces réduits, produisant des déchets difficiles à gérer, de passer les industries en sur-productivité avec génération de déchets toxiques, qui pénètrent au plus profond des couches phréatiques. Sous sa forme accidentelle, elle est caractérisée par son extrême diversité qui rend sa détection particulièrement difficile. Le sujet du brevet n'étant pas la pollution, mais sa détection, nous arrêteront là une énumération qui ne peut être exhaustive dans ce texte. L'utilisation en continu, de systèmes d'analyses chimiques spécifiques et automatiques est très difficile, très coûteuse, et de plus lourde en entretien, en personnel qualifié, et en produits. Cette méthode est toutefois utilisée en discontinu, au travers d'une réglementation européenne, qui impose des prélèvements et des analyses journalières dans les laboratoires. Ces dispositions relativement efficaces pour la surveillance de la distribution des eaux dans les grandes villes, deviennent difficiles, voir impossible, dans les campagnes ou les petites agglomérations. Dans tous les cas, ces analyses constatent la qualité de l'eau au moment du prélèvement, mais quelques instants plus tard l'irréparable peut se produire. Dans les grandes villes des bassins de plusieurs dizaines de milliers de mètres cubes servent de tampon à l'arrivée d'une pollution, mais l'alerte doit néanmoins être rapide sous peine de la contamination des stockages. Dans la plupart des communes et des petites villes, les délais de stockage sont extrêmement courts, et nécessitent une détection rapide. Devant l'impossibilité de résoudre ce problème de façon raisonnable, les recherches se sont orientées vers l'utilisation des bio-capteurs. Un bio-capteur est un organisme vivant, dont on se propose de surveiller le comportement, pour vérifier l'innocuité du milieu dans lequel il évolue ; l'eau dans notre préoccupation. Cet organisme doit naturellement être choisi pour sa grande sensibilité à la majorité des polluants, la facilité de sa surveillance permanente et sa représentativité statistique. Pour la surveillance de l'eau, quelques poissons présentent les qualités requises, et nous citerons de façon non limitative les petites truites ou truitelle, les crapets arlequins, et les vairons. Le vairon, moins sensible que les deux autres espèces, reconnues officiellement comme bio capteur, présente beaucoup d'intérêt car il est très facile à obtenir, et supporte sans problème des températures d'eau élevée. La truitelle impose pour sa conservation une température d'eau ne dépassant pas 13 degrés, c'est à dire dans la plupart des cas l'utilisation d'un groupe froid puissant. De plus, au-delà de 7 à 8 centimètres ce poisson devient beaucoup plus robuste. Cette surveillance comportementale est aujourd'hui réalisée par des systèmes à ultrason qui utilisent soit l'effet Doppler, soit l'écho sonar, pour indiquer l'activité des poissons, en conséquence la potabilité du milieu dans lequel ils vivent. Ces installations qui ont de nombreux points communs avec celle décrite dans le cadre de ce brevet, consiste en un aquarium dans lequel on fait circuler une eau prélevée directement sur l'eau d'adduction de l'usine avant traitement. L'importance du prélèvement est théoriquement fixée par les dimensions du bassin de stockage, mais en fait limitée par les ultrasons pour lesquels le rapport signal poissons sur bruit croît très vite avec la vitesse de circulation. En effet, les eaux d'adduction sont généralement très chargées en particules solides qui sont facilement détectées par les ultra sons générant, par effet Doppler, un signal continu d'autant plus important que la vitesse est grande. Ce signal perturbe beaucoup la détection des poissons. Cette limitation est loin d'être la seule des ultrasons qui imposent : - D'éviter les zones mortes dans l'aquarium, De travailler à des fréquences ultrasonores précises pour détecter les poissons sans détecter les particules des eaux brutes, - D'utiliser des amplificateurs à très grand gain pour transporter les très petits signaux des céramiques de réception, - De se protéger de façon rigoureuse des parasites secteur et industrielles, qui sont importants dans ce genre d'usine, - D'utiliser des installations avec mise à la masse très rigoureuse, alors que beaucoup d'usine travaille avec des neutres flottants, - De se protéger des radiofréquences par des dispositifs coûteux ; protection qui devient impérative avec la prolifération des téléphones mobiles, - De nettoyer régulièrement les parois des capteurs et de l'aquarium pour éviter l'absorption des ultrasons par le développement des algues, - Et beaucoup d'autres problèmes, qui pour être moins importants, comme l'impossibilité d'utiliser des tubes fluorescents, n'en sont pas moins gênant. Le but du brevet est de décrire un système de surveillance des biocapteurs que sont ces poissons, et qui évite la totalité de ces inconvénients. L'appareil utilise une petite caméra de télévision A munie d'un objectif grand angle fixé sur une des parois de l'aquarium B dans le sens de la longueur. (Figure 1) Sur la même paroi deux plaques opaques Pl et P2 viennent couper les angles du bac pour interdire aux poissons de se positionner dans les angles morts, C et D. On profite de ces deux angles pour faire aboutir l'entrée d'eau E dans l'un, et la sortie S dans l'autre, les passages d'eau se faisant entre les vitres de l'aquarium et les parois opaques. Les zones C et D permettent éventuellement de disposer un aérateur à bulles, si la circulation venait à s'interrompre, bulles qui seraient détectées si l'aérateur se trouvait dans le champ de la caméra. L'aquarium est totalement obscur, c'est à dire que toutes les parois ainsi que la surface sont, à titre d'exemple non limitatif, recouvertes de peinture noire. Il est également possible d'utiliser une cuve en matière plastique dont l'avantage est l'opacité et la robustesse. Suivant l'invention, dans le couvercle supérieur, à l'intérieur du bac ou même dans l'eau, on dispose deux rampes RI, et R2, constituée par une série de diodes lumineuses. La rampe RI est allumée en permanence, et R2 pendant la journée par l'intermédiaire d'une horloge. On peut ainsi obtenir, sur un moniteur noir et blanc, un maximum de contraste avec des poissons brillants qui se détachent sur fond noir, tout en respectant une alternance jour nuit. La détection de mouvements par analyse numérique d'une image vidéo est aujourd'hui classique, et ne présente pas de problème particulier, sauf sa lourdeur, et évidemment son coût très élevé. Par ailleurs, cette analyse met en oeuvre un processeur, un ou plusieurs logiciels, et une complexité qui, pour être reconnu comme fiable aujourd'hui, n'en est pas moins inquiétante compte tenu de l'importance de la surveillance. La présente invention élimine l'analyse numérique pour traiter le problème en analogique pure avec des circuits classiques. Le principe est une analyse en temps réel du signal vidéo issu de la caméra A et sa propre comparaison dans le temps, afin de déterminer les modifications qui indiquent la présence de mouvements. C'est la présence ou l'absence de cette modification qui engendrera le déclenchement d'un cycle d'alerte. Le traitement du signal vidéo est réalisé de la façon suivante. (Figure 1) Le signal est découpé en lignes et en trames. Pour cela on commence par éliminer, les tops de synchronisation du signal vidéo. Ensuite chaque ligne d'une même trame est intégrée pour réaliser un signal de trame intégré sur la totalité des signaux de lignes. Le signal utile issu de ce traitement est une courbe VL (Figure 2) parfaitement synchrone de la trame, qui va évoluer en fonction de l'image vidéo. Pour chaque ligne, l'amplitude est une fonction directe de la luminosité dans la zone d'image correspondante. En fait, une zone sombre se traduira par une amplitude voisine de zéro, alors qu'une zone claire produira une amplitude importante. Ce traitement est particulièrement simple, mais si l'on compare ce signal global à une image vidéo, on s'aperçoit qu'il ne permet d'obtenir des informations que sur le contenu des lignes, c'est à dire suivant l'axe vertical de l'image. Pour éliminer ce défaut, (Figure 2) et obtenir des informations lumineuses sur l'axe horizontal, c'est à dire sur les colonnes, on hache le signal global en plusieurs zones, et de façon synchrone à la trame. On obtient le signal HS. Ce signal mélangé à la courbe d'intégration des lignes VL, donne un signal SR (Figure 3) qui contient des informations aussi bien sur les lignes que sur les colonnes. L'analyse, est ensuite effectuée par comparaison. (Figure 3) Dans un premier temps, on intègre chaque portion de signal sur plusieurs trames avec une constante de temps variable, créant ainsi une tension variant lentement dans le temps, et dont la vitesse de variation dépend de la constante de temps de l'intégration. La comparaison est ensuite effectuée, entre cette portion, et l'intégrale de chaque trame. Si elle lui est supérieure, un mouvement s'est produit. Toutes les sorties des comparateurs sont mises en commun de telle sorte qu'un signal rectangulaire soit généré pour chaque mouvement. En l'absence de mouvement, la sortie commune des comparateurs est égale à zéro, tandis qu'elle génère des créneaux dans le cas contraire. (Figure 4) Le déclenchement des alarmes à partir de ces signaux ne présente pas de difficultés particulières, et plusieurs possibilités existent. A titre non limitatif, nous citons le montage suivant qui répond bien aux problèmes de la surveillance des différents profils d'usine. Un compteur dont la fréquence est, par exemple, réglable de 5 à 30 minutes par exemple, fonctionne en permanence. Sa remise à zéro est connectée sur les créneaux rectangulaires de sortie. (Figure 4) A chaque front montant représentant un mouvement, le compteur est ré-initialisé. En l'absence de front montant, le compteur démarre son cycle pour un temps défini par l'utilisateur, suivant l'importance de ses bassins de stockage, et compris, dans notre exemple, entre 5 et 30 minutes. Si un mouvement survient le compteur repart à zéro, si le compteur termine son cycle, sa sortie provoque le déclenchement d'une alarme qui peut être visuelle, sonore ou la fermeture d'un relais. En principe l'appareil utilise simultanément les trois possibilités. Par ailleurs, on peut utiliser une sortie intermédiaire, par exemple, à la moitié du temps sélectionné pour fournir une pré-alarme actionnant également un dispositif d'alerte. Cette pré-alarme est importante car elle peut indiquer la mort d'un certain nombre de poisson, et donc une activité réduite dans l'aquarium. Le bac abritant les poissons peut se trouver dans un endroit stratégique de l'arrivée des eaux brutes, et dans ce cas le signal vidéo peut se trouver déporter sur un moniteur du pupitre de contrôle. L'opérateur peut alors valider le déclenchement de l'alarme par une observation visuelle du comportement des animaux. Un tel système peut sans problème supporter des vitesses de circulation d'eau de plus de 2000 litres heure, et donc réduire considérablement les risques de contamination des bassins de stockage. REVENDICATIONS 1-Procédé de détection de la pollution d'une eau dans laquelle le comportement de poissons sensibles à cette pollution, notamment leur mouvement, est surveillé dans un bac obscur éclairé par des diodes lumineuses, muni d'une caméra vidéo d'observation, et caractérisé par le fait que le signal vidéo du déplacement des poissons, est soumis à une analyse dynamique des noirs et des blancs issu de la caméra d'observation. 2-Procédé selon la revendication 1 caractérisé par l'utilisation d'une électronique analogique 3 Procédé selon les revendication 1 et 2 caractérisé en ce que l'analyse vidéo est réalisée en temps réel, et utilise le découpage du signal en lignes et en trame, après élimination des tops de synchronisation. 4 Procédé selon la revendication 3 caractérisé par une intégration de la totalité des amplitudes lignes d'une même trame, pour créer une courbe VL synchrone de la trame, et évoluant en fonction de l'image vidéo. 5 Procédé selon les revendications 3 et 4 caractérisé par le fait que les informations lumineuses des plans horizontaux sont obtenues par hachage du signal global de lignes de façon synchrone à la trame, la résultante de ce traitement, et la courbe VL synchrone de la trame, donnant un signal global contenant les informations en lignes et en colonnes. 6-Procédé selon la revendication 5 caractérisé par la comparaison d'une portion de signal intégré de trames, et de l'intégrale de chaque trame, si la portion de signal intégré est supérieure à l'intégrale de chaque trame, un mouvement s'est produit. 7-Appareil de mise en oeuvre du procédé de détection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un bac obscur, muni d'une caméra vidéo, et éclairé par des diodes lumineuses, associé à une électronique analogique de traitement du signal vidéo issu de la caméra.