Brevet FR2868531A1 — publié le 20051007

PROCEDE DE MESURE DE LA POSITION D'AU MOINS UNE INTERFACE ENTRE AU MOINS DEUX MILIEUX ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte à un procédé de mesure de la position d'au moins une interface entre au moins deux milieux, plus particulièrement adapté à la mesure de bathymétrie locale ainsi qu'à un dispositif pour sa mise en oeuvre. La bathymétrie consiste à mesurer le niveau des fonds d'une étendue d'eau telle qu'un lac, un cours d'eau ou un océan par exemple. Une première méthode que l'on peut qualifier de "spatiale" utilise la mesure par ultrasons à partir d'une embarcation dont le positionnement est connu, notamment grâce à une mesure de positionnement par satellite. Cette première méthode permet de mesurer le niveau des fonds sur une zone à un instant donné. Etant mise en oeuvre à partir d'une embarcation, cette méthode peut difficilement s'appliquer à la bande côtière dans le cas des côtes exposées à des houles fortes. La présente invention se rapporte plus précisément à un autre objectif de mesure dite "temporelle" permettant de mesurer l'évolution du niveau du fond en 15 un point au cours du temps. Une première solution pour réaliser cette mesure consiste à utiliser les ultrasons. Cette solution n'est pas satisfaisante en milieu côtier car le milieu au travers duquel se propage les ultrasons n'est pas homogène, en raison par exemple de bulles d'air, d'algues, de déchets ou du sédiment en suspension, ce qui peut se traduire par des mesures erronées. Une seconde solution de mesure de la bathymétrie est illustrée sur la figure 1. Elle consiste à mesurer une caractéristique électrique, notamment la résistivité, entre d'une part une source 1 et d'autre part des électrodes 2 et 3 rapportées sur une canne 4, l'une desdites électrodes étant disposée dans l'eau et l'autre dans le sédiment. Connaissant la distance entre les électrodes, il est possible de déterminer le ratio eau/sédiment entre lesdites électrodes et par conséquent la position de l'interface entre l'eau et le sédiment. En variante, l'une des deux électrodes 2 ou 3 peut être utilisée en tant que source. Cependant, là encore, cette solution n'est pas toujours satisfaisante car les résultats de la mesure sont sensibles à certains facteurs, notamment au caractère homogène des milieux et à leur stabilité. Or, les milieux sont en réalité rarement homogènes et n'ont pas une résistivité constante, le sédiment étant souvent constitué de couches de caractéristiques différentes et l'eau ayant une salinité variable. Par ailleurs, la présence de corps étrangers tels que des algues par exemple, entre la source et la ou les électrode(s) peuvent perturber les mesures. Aussi, la présente invention vise à pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé et un dispositif de la mesure de la position d'une interface, notamment entre l'eau et du sédiment, susceptibles d'assurer une mesure fiable. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de mesure de la position d'au moins une interface entre au moins deux milieux, adapté à la mesure de bathymétrie, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer une pluralité de capteurs de part et d'autre de l'interface ou des interfaces, selon une direction sensiblement rectiligne, à mesurer une caractéristique locale du milieu au niveau de chaque capteur afin de déterminer dans quel milieu est situé chaque capteur et de déduire la position de l'interface, l'interface étant positionnée entre deux capteurs adjacents identifiant des milieux différents. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est un schéma illustrant un dispositif de l'art antérieur, - la figure 2 est un schéma illustrant un dispositif de mesure selon l'invention, - la figure 3A est un schéma illustrant un mode de réalisation d'un capteur, - la figure 3B est un schéma illustrant un autre mode de réalisation d'un capteur, - la figure 4 est un schéma illustrant l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour mesurer la liquéfaction de sédiments, et - la figure 5 montre des courbes illustrant la variation de la résistivité de différents capteurs d'un dispositif de mesure selon l'invention. Sur la figure 2, on a représenté en 10 un dispositif susceptible de mesurer la bathymétrie, en déterminant la position d'une interface 12 entre deux milieux, notamment entre de l'eau 14 et du sédiment 16. Pour simplifier la description, le dispositif décrit permet de déterminer la position d'une interface séparant deux milieux. Toutefois, il pourrait être utilisé pour déterminer la position de plusieurs interfaces séparant différents milieux comme il sera décrit ultérieurement. Selon l'invention, le dispositif 10 comprend un support 18, disposé de part et d'autre de l'interface 12, sur lequel sont rapportés une pluralité de capteurs 20, selon une direction sensiblement rectiligne et perpendiculaire à l'interface (verticale dans la plupart des cas), de préférence répartis de manière uniforme, chaque capteur 20 étant susceptible de mesurer une caractéristique locale du milieu au niveau duquel il est disposé afin de déterminer dans quel milieu ledit capteur est situé, l'interface étant positionnée entre deux capteurs adjacents identifiant des milieux différents. Par caractéristique locale, on entend une caractéristique d'une zone limitée du milieu avoisinant le capteur. Selon l'invention, dans le cas de la mesure d'un fond marin, les capteurs sont susceptibles de déterminer s'ils sont dans l'eau ou dans le sédiment, le fond étant positionné entre deux capteurs adjacents situés dans des milieux différents, l'un dans l'eau et l'autre dans le sédiment. Le nombre de capteurs peut être variable en fonction de la résolution requise. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque capteur 20 comprend une source de courant électrique et des moyens de mesure du potentiel produit dans le milieu par ladite source. La mesure du potentiel produit par une source de courant au niveau de chaque capteur 20 permet de déterminer la résistivité électrique locale du milieu au niveau de chaque capteur et ainsi la position de l'interface, l'eau et le sédiment ayant des résistivités électriques différentes. Selon un mode de réalisation, la source de courant électrique comprend deux électrodes 22, appelées électrodes de courant, entre lesquelles un courant est émis et les moyens de mesure comprennent deux électrodes 24, appelées électrodes de potentiel, susceptibles de mesurer le potentiel produit dans le milieu par la source dudit capteur. Le fait de placer dans un même capteur une source de courant et des moyens de mesure du potentiel produit dans le milieu par ladite source, séparés par une faible distance, permet d'obtenir une mesure fiable, car le milieu est sensiblement homogène de manière locale et les risques de présence de corps étrangers ou d'air au niveau de la zone localisée de mesure sont réduits. Selon une première variante illustrée par la figure 3A, les électrodes de la source de potentiel et des moyens de mesure sont communes. Selon une autre variante non représentée, la source de potentiel et les moyens de mesure ont une électrode commune. Selon une dernière variante illustrée par la figure 3B, la source de potentiel et les moyens de mesure ont des électrodes distinctes, les électrodes de potentiel 24 étant disposées entre les électrodes sources 22. Avantageusement, les électrodes sont réalisées en un matériau conducteur, tel 5 que l'inox ou l'aluminium, qui sera choisi en fonction de la résistance à la corrosion et de sa conductivité. L'exemple précédent utilise une source de courant et une mesure de potentiel. En variante, on pourrait utiliser une source d'une autre grandeur physique et des moyens de mesure de ladite grandeur physique émise dans le milieu, par exemple une onde de type acoustique par exemple. Selon les cas, les capteurs peuvent être rapportés sur un support tel qu'une perche ou être fixés sur tout autre support, structure ou appareil fixe ou mobile. A titre d'exemple, les capteurs peuvent être rapportés sur une pile d'un pont. be préférence, le dispositif comprend des moyens de contrôle 26 susceptibles d'assurer la gestion des sources de courant ainsi que le traitement, l'affichage, le stockage et/ou la transmission de s mesure s. Selon les cas, ces moyens de contrôle pourront être intégrés au support comme illustré sur la figure 4 ou déportés comme illustré sur la figure 2. Selon un mode de réalisation, les moyens de contrôle 26 comprennent un microprocesseur ou un microcontrôleur susceptible de piloter les mesures et de sélectionner les capteurs selon la fréquence désirée des mesures. Ils peuvent aussi stocker les mesures dans des moyens de stockage de toutes natures. Ces moyens de contrôle sont susceptibles également de transmettre les mesures en temps réel par l'intermédiaire de moyens de communication filaire, optique, radio, ou autre. Selon une autre caractéristique, le dispositif de l'invention peut être connecté à un ordinateur comprenant un logiciel permettant de le contrôler, de récupérer les mesures et de les interpréter. Ainsi, les mesures peuvent être visualisées en temps réel sur l'écran de l'ordinateur et/ou être téléchargées depuis les moyens de contrôle 26 pour être enregistrées dans la mémoire de l'ordinateur. Le logiciel peut également être utilisé pour paramétrer le dispositif, notamment les moyens de contrôle 26. Enfin, ce logiciel peut être utilisé pour traiter les données afin d'afficher certains paramètres tels que la salinité de l'eau ou la porosité du sédiment. Selon un premier mode de fonctionnement, le dispositif mesure la résistivité électrique au niveau de chaque capteur. Selon un autre mode de fonctionnement, le dispositif peut mesurer la résistivité électrique locale entre deux capteurs. Ces deux modes de fonctionnement peuvent être utilisés simultanément pour obtenir une mesure fiable avec un nombre limité de capteurs, la mesure de la résistivité électrique entre deux capteurs permettant d'affiner la mesure de la bathymétrie. Le dispositif de l'invention peut être aussi bien utilisé pour des mesures de bathymétrie, pour les mesures de salinité de l'eau, pour les mesures de l'écoulement dans le sédiment que pour les mesures de liquéfaction du sédiment. bans le cas de mesures de salinité, le dispositif comprend au moins un capteur de température dans l'eau afin de déterminer la salinité de l'eau à partir de la température et de la résistivité électrique de l'eau. En variante, le dispositif peut comprendre plusieurs capteurs de température de façon à connaître la température de chaque milieu. Le dispositif de l'invention permet aussi de mesurer certaines caractéristiques du sédiment nécessitant une connaissance de la résistivité de l'eau tel que la porosité. Le calcul de la porosité peut être obtenu à partir de la résistivité dans le sédiment connaissant la résistivité de l'eau à l'instant de la mesure. Le dispositif est plus particulièrement adapté à ce type de mesure car il est disposé à l'interface, au moins un de ses capteurs étant disposé dans l'eau et un autre dans le sédiment. Les variations de porosité dans le volume de mesure seront ensuite interprétées en fonction du contexte de la mesure. En fonction du contexte, l'étude la porosité peut permettre d'analyser, soit l'effet dynamique des vagues sur l'écartement des grains, soit la liquéfaction du sédiment, soit le passage d'une nappe d'eau dans l'écoulement de jet de rive, soit le changement de granulométrie ou tassement du sédiment à plus long terme. Sur la figure 4, on a représenté un dispositif de l'invention permettant de mesurer la liquéfaction et/ou la porosité du sédiment au pied d'une structure 28 sous l'effet de la pression d'une vague, les courbes de mesure des différents capteurs étant représentées sur les figures 5. bans ce cas, le dispositif s'étend dans quatre milieux, l'air 30, l'eau 32, du sédiment 34 mouillé , du sédiment sensiblement tassé 36, séparés par trois interfaces, la première 38 entre l'air et l'eau, la deuxième 40 entre l'eau et le sédiment mouillé 34, la troisième 42 entre le sédiment mouillé 34 et le sédiment tassé. Par sédiment mouillé, on entend du sédiment ayant une porosité plus importante que du sédiment tassé notamment en raison de la pression de l'eau engendrée par 20 les vagues. Lorsqu'un courant est émis, chaque milieu a une résistivité déterminée ou dans une certaine plage, les résistivités électriques ou les plages de résistivité électrique des milieux étant différentes d'un milieu à l'autre. Ainsi, en fonction de la résistivité électrique mesurée au niveau d'un capteur, on peut déterminer dans quel milieu est disposé ledit capteur et ainsi en déduire la position des interfaces. Sur la figure 5, on a représenté les courbes 44.1 à 44.9 des mesures des capteurs du dispositif, la courbe 44.1 correspondant au capteur disposé le plus haut et la courbe 44.9 au capteur le plus bas. Les courbes 44.1 à 44. 3 correspondent aux mesures de capteurs disposés au dessus de l'interface 40 et montrent l'effet des vagues sous forme de décrochements 46. Les courbes 44.4 à 44.8 correspondent aux mesures de capteurs disposés au dessous de l'interface 40 susceptibles d'être disposés dans la zone du sédiment mouillé 34 et montrent des décrochements 48 traduisant une augmentation de la porosité du sédiment saturé en eau de mer sous l'effet de la pression des vagues. Enfin, la courbe 44.9 correspond aux mesures d'un capteur disposé continuellement dans du sédiment tassé, ne subissant pas l'effet des vagues. Bien entendu, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment en ce qui concerne les dimensions et matériaux du support ainsi que le nombre et la nature des capteurs. Enfin, dans certains cas, le dispositif pourrait être disposé de manière sensiblement verticale à cheval sur au moins deux milieux. 2868531 9 REVENDICATIONS, 1. Procédé de mesure de la position d'au moins une interface entre au moins deux milieux, adapté à la mesure de bathymétrie, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer une pluralité de capteurs (20) de part et d'autre de l'interface ou des interfaces (12), selon une direction sensiblement rectiligne, à mesurer une caractéristique locale du milieu au niveau de chaque capteur afin de déterminer dans quel milieu est situé chaque capteur et de déduire la position de l'interface (12), l'interface étant positionnée entre deux capteurs adjacents identifiant des milieux différents. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, au niveau de chaque capteur, à émettre une grandeur physique, notamment un courant électrique, et à mesurer l'effet produit par ladite grandeur physique, notamment le potentiel, dans la zone localisée de l'émission. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à ajuster le nombre de capteurs en fonction de la résolution souhaitée. 4. Dispositif de mesure de la position d'au moins une interface entre au moins deux milieux, adapté à la mesure de bathymétrie, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de capteurs (20) de part et d'autre de l'interface ou des interfaces (12), selon une direction sensiblement rectiligne, chaque capteur comprenant des moyens de mesure d'une caractéristique locale du milieu au niveau duquel il est disposé afin de déterminer dans quel milieu ledit capteur est situé et de déduire la position de l'interface (12). 5. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les capteurs comprennent chacun une source susceptible d'émettre une grandeur physique, notamment un courant électrique, et des moyens de mesure susceptibles de mesurer l'effet produit par ladite grandeur physique dans le milieu, ladite source et lesdits moyens de mesure étant séparés d'une faible distance. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la source comprend deux électrodes (22) dites de courant entre lesquelles est émis un 5 courant électrique. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de mesure comprennent deux électrodes (24) dites de potentiel permettant de mesurer le potentiel produit par la source dans le milieu. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en 10 ce qu'il comprend un support tel qu'une perche, sur lequel sont rapportés les capteurs. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de contrôle (26) susceptibles d'assurer la gestion des sources de courant ainsi que le traitement, l'affichage, le stockage et/ou la transmission des mesures. 10. Utilisation d'un dispositif de mesure de la position d'au moins une interface entre au moins deux milieux selon l'une quelconque des revendications 4 à 9 pour mesurer la porosité d'un sédiment, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer un capteur dans l'eau afin de déterminer la résistivité de l'eau et au moins un capteur dans le sédiment, le calcul de la porosité du sédiment étant obtenu à partir de la résistivité dans le sédiment connaissant la résistivité de l'eau à l'instant de la mesure.