Brevet FR2887032A1 — publié le 20061215

CAPTEUR DE CHAMP ELECTRIQUE La présente invention concerne un capteur de champ électrique. Plus particulièrement, l'invention a pour objet un capteur de champ électrique permettant de mesurer la distance entre ledit capteur et une ligne à haute tension émettrice du champ électrique détecté. Le capteur selon l'invention trouvera une application privilégiée dans les dispositifs de détection et de mesure de champ électrique installés sur les appareils de levage, tels que les grues et autres nacelles de travail, utilisés dans les métiers du bâtiment, de la maintenance électrique ou encore par les pompiers. On connaît, dans l'art antérieur, plusieurs types de dispositif de détection de champ électrique de ce type. Le document US 3 878 459 décrit un détecteur de sécurité personnel portable comportant un capteur formé par une plaque de métal reliée à un circuit électronique mesurant en permanence le champ électrique environnant une personne équipée dudit détecteur pour prévenir celle-ci lorsqu'elle se trouve dans un champ électrique susceptible d'affecter sa sécurité physique. Ce détecteur, s'il s'avère pratique par son caractère portable est en revanche peu précis. En effet, si le capteur se trouve perpendiculaire au champ électrique, la détection est pratiquement nulle. D'autre part, si le potentiel pris pour référence se met à varier, le système ne sera plus étalonné Le document US 3 786 468 décrit un détecteur de champ électrique destiné à être installé sur des grues ou des nacelles afin de permettre à un opérateur installé sur ces grues ou nacelles, de détecter la présence de câbles d'alimentation électrique et de d'en maintenir la nacelle ou la grue à distance. Le détecteur comporte une antenne de détection constituée d'une bande métallique adhésive collée, par exemple, sur la nacelle et reliée en entrée à un circuit électrique de détection et de mesure comportant un contrôle de sensibilité permettant à un opérateur de régler le niveau de détection auquel le détecteur doit réagir et un comparateur pour évaluer si le champ électrique capté par l'antenne dépasse une valeur de seuil préréglée, auquel cas une alarme sonore est émise pour indiquer à l'opérateur qu'il est trop proche d'une ligne d'alimentation électrique. Ce détecteur présente les mêmes inconvénients que celui décrit dans US 3 878 459. En outre, le fait que la sensibilité soit réglée par l'opérateur induit des risques d'erreurs de réglage et donc de détection. Le document EP 0 221 234 Al décrit un dispositif de détection de câbles électriques destiné à être installé sur des grues et autres engins de construction, ce dispositif comportant une pluralité de capteurs constitués de bobines magnétiques disposées au niveau des flèches de l'engin, et une bobine de référence disposée à la base de celui-ci, lesdites bobines étant reliées à un circuit électrique de comparaison des signaux reçus des bobines placées sur les flèches de l'engin par rapport au signal produit par la bobine de référence. Ainsi, lorsqu'une des bobines situées sur une flèche de l'engin passe à proximité d'un câble électrique, celle-ci capte un champ magnétique plus fort que la bobine de référence, ce qui engendre le déclenchement d'une alarme par le circuit de comparaison. Le conducteur de la grue ou de l'engin muni du dispositif de détection, est donc averti immédiatement du passage de la flèche de son engin à proximité d'une ligne électrique. Ce dispositif est basé sur une détection de champ magnétique et est donc dépendant du courant circulant dans les câbles électriques, qui peut varier de façon très significative en fonction de l'utilisation des usagers. Ce dispositif ne peut donc servir que de détection de proximité avant de toucher la ligne. D'autre part, la bobine de référence doit être impérativement bien protégée des champs environnants tout en gardant une bonne sensibilité, ce qui n'est pas toujours évident à réaliser. Le document US 5 296 844 enfin décrit un dispositif de détection de champ électrique pour équiper les nacelles et autres engins utilisés pour la maintenance et les travaux à proximité de lignes à haute tension. Ce dispositif est constitué d'une plate-forme comportant une plaque supérieure conductrice et une plaque inférieure de référence pouvant être, le cas échéant, reliée à la terre. Ces plaques sont séparées d'une couche isolante à base de polyéthylène haute densité, et sont reliées à un circuit de mesure adapté pour émettre une alarme lorsque la tension aux bornes des deux plaques dépasse un seuil déterminé correspondant à la distance de sécurité minimale par rapport à une ligne à haute tension. L'originalité du dispositif de détection de champ électrique décrit dans US 5 296 844 réside dans le fait que l'antenne de détection est formée par le corps de l'opérateur situé sur la nacelle sur laquelle le dispositif de détection est installé, la plaque conductrice supérieure dudit dispositif formant la surface de contact de la plate-forme avec ledit opérateur. Toutefois ce dispositif n'est pas entièrement satisfaisant. En effet, il ne peut pas être installé sur toutes les nacelles dans la mesure où toutes n'ont pas un fond plat, ce qui est obligatoire avec ce dispositif pour positionner les plaques de métal servant à la mesure. De plus, la détection ne peut se faire, de façon correcte, que sur l'axe vertical passant par le centre du fond de la nacelle. Enfin, ce dispositif ne peut être fiable que s'il est rendu indépendant du nombre de personnes sur la nacelle, de leur gabarit, et que leur contact avec le fond de la nacelle n'est ni isolé ni perturbé par la nature de leur chaussures et/ou de leur vêtement. Le but de la présente invention est de proposer un capteur de champ électrique simple et robuste de constitution et qui permette de capter un champ électrique de façon uniforme quelle que soit la direction de ce champ. Le but de l'invention est en particulier de fournir un capteur de champ électrique qui permette de capter un dit champ à 360 et d'établir une différence de potentiel à ces bornes qui soit proportionnelle à l'intensité dudit champ électrique, et permette de mesurer par l'intermédiaire d'une chaîne de mesure appropriée la distance entre le capteur et l'objet émetteur dudit champ électrique, en particulier une ligne à haute tension ou une ligne d'alimentation électrique urbaine ou d'habitation. L'invention atteint ces buts grâce à un capteur de champ électrique, notamment de type capacitif, comportant deux armatures conductrices séparées l'une de l'autre par un isolant et constituant chacune, ou étant reliées à, une borne de connexion dudit capteur. Selon l'invention ledit capteur se caractérise par le fait que lesdites armatures sont constituées par deux corps d'un matériau conducteur, les deux dits corps ayant une forme identique et un volume différent et étant imbriqués l'un dans l'autre, tout en étant dépourvus de contact, tel qu'un premier dit corps forme une capsule contenant le second dit corps, l'épaisseur d'isolant séparant les deux dits corps étant sensiblement égale en tout point de ceux-ci. Le capteur selon l'invention permet ainsi d'établir entre ses armatures une différence de potentiel proportionnelle à l'intensité du champ électrique environnant et donc à la distance entre le capteur et la source dudit champ électrique. Ainsi le capteur de l'invention permet-il de réaliser une mesure indépendante d'une référence électrique mais également de la direction des lignes du champ électrique et de la ou des personnes à proximité du capteur, par exemple sur une nacelle. Dans un premier mode de réalisation préféré, lesdits corps constituant lesdites armatures sont des polyèdres, et de préférence des polyèdres réguliers. Dans un mode de réalisation particulier, lesdits corps seront notamment deux cubes imbriqués l'un dans l'autre, les faces desdits cubes en vis-à-vis formant l'équivalent d'un condensateur dans toute direction X, Y et Z de l'espace et permettant ainsi d'établir une différence de potentiel mesurable aux bornes du capteur lorsque celui-ci est placé dans un champ électrique, et ce quelle que soit la direction des lignes de champ dudit champ électrique. Dans un second mode de réalisation préféré, lesdits corps formant les armatures sont des sphères. De façon avantageuse, le rapport volumique des deux corps constituant les armatures du capteur, est compris entre 5 et 90%, de préférence entre 30 et 70%, de préférence encore égale à 50%. Selon une autre caractéristique de l'invention, ledit premier corps formant une capsule contenant ledit second corps, est ajouré, de préférence uniformément sur toute sa surface, et de préférence encore sur 20 à 90% de sa surface, et avantageusement sur 40 à 60% de sa surface. Le rapport volumique des deux corps constituant le capteur ainsi que la surface totale d'ajourage dudit premier corps peuvent être variés notamment en fonction de la sensibilité souhaitée du capteur aux champs électriques en fonction des applications qui seront faites de celui-ci. Dans un mode de réalisation préféré, lesdits corps sont constitués d'un matériau conducteur à base d'aluminium. Toutefois, on peut également envisager réaliser lesdits corps en tout métal conducteur, en considérant toutefois les risques éventuels d'oxydation dudit métal. Selon une autre caractéristique avantageuse, l'isolant séparant les deux dits corps, est constitué au choix par un matériau ou un gaz isolant, en particulier de l'air. Le capteur de l'invention est en outre particulièrement adapté pour la réalisation de dispositifs de mesure et/ou de détection de champ électrique du type de ceux connus de l'art antérieur, embarqués sur des nacelles ou des grues pour évaluer la distance les séparant d'une ligne d'alimentation électrique à haute tension. Dans ce cas, le capteur de l'invention est relié à ses bornes à une chaîne de mesure électronique permettant de mesurer la différence de potentiel entre lesdites armatures dudit capteur, et d'évaluer à partir de cette différence de potentiel, après amplification, filtrage et conversion, l'intensité d'un champ électrique correspondant. L'intensité du champ électrique connue il est ensuite possible d'en dériver, toujours par l'intermédiaire de la chaîne de mesure, la distance entre le capteur et la source émettrice du champ électrique, notamment une ligne à haute tension, et de la comparer avec une valeur de consigne pour déterminer si la grue ou la nacelle est trop proche de ladite source émettrice. Le cas échéant, un tel dispositif de mesure et/ou de détection de champ électrique peut être portable, ladite chaîne de mesure étant alors placée dans un boîtier muni d'une alimentation autonome et de moyens de visualisation du champ électrique mesuré ou de la distance mesurée à partir de celui-ci, ledit capteur étant connecté audit boîtier ou fixé sur celui-ci et relié à ladite chaîne de mesure. En outre, il est également possible de placer le capteur dans une coque de protection, par exemple en matière plastique, afin de le protéger des intempéries et des éventuelles projections de liquides. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite à titre non limitatif de la portée de la présente invention, et en référence aux figures annexés parmi lesquelles - la figure 1A est une vue éclatée du capteur de champ électrique conforme à la présente invention, - la figure 1B représente en perspective le capteur de la figure 1A, - la figure 2 représente schématiquement le capteur de champ électrique de l'invention relié à ses bornes à une chaîne de mesure de la distance entre ledit capteur et la source d'un dit champ électrique, - la figure 3 représente un exemple d'utilisation particulier du capteur de la présente invention. Les figures 1A et 1B représentent un capteur de champ électrique conforme à la présente invention dans un mode particulier de réalisation. Ce capteur 1 est un capteur de type capacitif dont les armatures sont constituées par deux cubes la, lb, de matière conductrice, en l'espèce de l'aluminium, imbriqués l'un dans l'autre et maintenus sur un support 2 par des moyens de fixation appropriés, tels que collage ou vissage par exemple. Le cube lb présente un volume inférieur à celui du cube la afin de pouvoir être inséré dans le cube la et que les faces respectives des cubes la, lb soient séparées d'un espace vide rempli d'air ou d'un autre matériau isolant constituant un diélectrique entre chaque face en vis-à- vis des deux cubes la, lb. Dans l'exemple représenté, le cube interne lb a un volume sensiblement égal à 50% de celui du cube externe la du capteur, ce qui confère à celui-ci une sensibilité adaptée à la détection de tout type de champ électrique émis par des lignes d'alimentation électrique avec un minimum de perturbation des bruits électromagnétiques et autres perturbations causées par des appareils électriques situés le cas échéant à proximité du capteur. Toutefois, on peut envisager des variations de rapport volumique du petit cube lb au grand cube la, allant de entre 5 et 90%, de préférence entre 30 et 70%, en fonction de la sensibilité souhaitée du capteur au champ électrique selon le type de champ à détecter et donc les différents domaines d'utilisation du capteur. Afin de pouvoir insérer le petit cube lb dans le grand cube la, une des faces 1c de ce dernier est amovible. De préférence, cette face amovible 1c est la face de dessous du cube, laquelle peut être identique aux autres faces du cube, et permettre la détection d'un champ électrique par le dessous du capteur ou, comme dans l'exemple représenté aux figures 1A et 1B, constituée d'une plaque 1c de fermeture en matière isolante, par exemple en époxy, conformée pour venir s'encastrer entre les parois verticales du cube la. Que la face amovible 1c du cube la soit identique aux autres faces ou constituée d'une plaque isolante, celle-ci est traversée centralement par un axe vertical 3 à l'extrémité duquel est fixé le petit cube lb, par emboîtement ou vissage par exemple. Cet axe de fixation 3 du cube lb permet de placer celui-ci au milieu du grand cube la, de sorte que toutes les faces desdits cubes soient équidistantes et ainsi que la sensibilité du capteur 1 au champ électrique soit identique dans toutes les directions. Afin que le cube extérieur la n'isole pas le cube interne lb d'un champ électrique, celui-ci est ajouré par des ouvertures percées au travers de chacune de ses faces, lesdites ouvertures laissant ainsi passer, lorsque le capteur est placé dans un champ électrique, des lignes de champ vers les faces du cube intérieur lb, ce qui permet d'établir entre les faces du cube lb et celles du cube externe la, une différence de potentiel mesurable proportionnelle à l'intensité du champ électrique détecté. Pour les mêmes raisons qu'indiquées précédemment pour le dimensionnement relatif des cubes la et lb, le cube externe la est ajouré sur environ 50% de sa surface totale. Toutefois, on peut également faire varier ce niveau d'ajourage entre 20 et 90% de sa surface, et préférablement entre 40 à 60% de la surface totale du cube la en fonction de la sensibilité que l'on souhaite conférer au capteur. Le capteur de l'invention permet donc, par la forme cubique de ses armatures la, lb, dont les faces sont équidistantes, de détecter un champ électrique à 360 autour du capteur et d'établir une différence de potentiel proportionnelle à l'intensité de ce champ électrique entre lesdites armatures permettant d'évaluer la distance entre le capteur et la source dudit champ électrique. A cet effet, le capteur 1 de l'invention est connecté à ses bornes à un dispositif de détection approprié, par exemple du type décrit dans l'art antérieur, comportant une chaîne de mesure 4 appropriée, représentée schématiquement à la figure 2. Ledit capteur 1 est alors positionné, comme représenté à la figure 3, sur les côtés ou extrémités d'une nacelle 5 ou d'une échelle sur laquelle un opérateur 6 travaille, ledit dispositif étant lui installé dans la nacelle 5 ou porté, dans le cas d'un dispositif portable, par l'opérateur sur la nacelle. A l'approche d'une ligne à haute tension 7, le capteur 1 détecte un champ électrique E uniforme émis radialement à sa direction par cette ligne à haute tension, ce champ électrique provoquant, entre le cube externe la et le cube interne lb du capteur, une différence de potentiel proportionnelle à l'intensité du champ, intensité elle-même proportionnelle à la distance entre la ligne à haute tension et le capteur. La chaîne de mesure 4, avantageusement munie de moyens de visualisation ou d'alarme visuelle ou sonore permet de mesurer cette différence de potentiel, d'amplifier, de filtrer et de convertir le signal électrique correspondant et d'évaluer à partir de celui-ci l'intensité du champ électrique et la distance entre le capteur 1, et donc la nacelle 5 sur laquelle est situé l'opérateur 6, et la ligne à haute tension 7. Cette distance mesurée est ensuite comparée à une valeur de consigne correspondant à la distance minimale de sécurité prescrites par les normes en vigueur pour les travaux à proximité de lignes à haute tension, cette valeur de consigne étant préalablement réglée par l'opérateur ou enregistrée dans le dispositif de mesure. Ainsi, si la distance mesurée par le dispositif de mesure est inférieure à la valeur de consigne ledit dispositif de mesure émet un signal sonore et ou lumineux avertissant l'opérateur de sa position critique par rapport à la ligne à haute tension 7 et du danger qui en découle. Un tel dispositif de détection et de mesure, composé d'un capteur de champ électrique 1 et relié à une chaîne de mesure 4, peut également être installé et utilisé sur des aéroplanes et des hélicoptères afin d'alerter les pilotes à l'approche de lignes à haute tension, ou encore être utilisé par un technicien pour réaliser des vérifications d'absence de tension (VAT) sur de telles lignes sans avoir à sans approcher. REVENDICATIONS 1. Capteur (1) pour la mesure de champ électrique, notamment de type capacitif, comportant deux armatures conductrices séparées l'une de l'autre par un isolant et constituant ou étant reliées chacune à une borne de connexion dudit capteur, caractérisé en ce que lesdites armatures sont constituées par deux corps (la, lb) d'un matériau conducteur, les deux dits corps ayant une forme identique et un volume différent et étant imbriqués l'un dans l'autre, tout en étant dépourvus de contact, tel qu'un premier dit corps (1a) forme une capsule contenant le second dit corps (lb), l'épaisseur d'isolant séparant les deux dits corps étant sensiblement égale en tout point de ceux-ci. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits corps sont des polyèdres, de préférence réguliers. 3. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits corps sont des sphères. 4. Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit premier corps (la) formant une capsule contenant ledit second corps (lb), est ajouré. 5. Capteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le rapport volumique des deux dits corps (la, lb) constituant les armatures du capteur, est compris entre 5 et 90%, de préférence entre 30 et 70%, de préférence encore égale à 50%. 6. Capteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit corps (la) formant une capsule, est ajouré uniformément sur toute sa surface. 7. Capteur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit corps formant une capsule (1a), est ajouré sur 20 à 90% de sa surface, de préférence sur 40 à 60% de sa surface. 8. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits corps (la, lb) sont constitués d'aluminium. 9. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'isolant séparant les deux dits corps (la, lb), est constitué par un matériau ou un gaz isolant, en particulier de l'air. 10. Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux dits corps (la, lb) sont des cubes. 11. Dispositif de mesure de champ électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur (1) tel que défini dans l'une des revendications 1 à 10, relié à ses bornes à une chaîne de mesure (4) permettant de mesurer la différence de potentiel entre lesdites armatures (la, lb) dudit capteur, et d'évaluer à partir de cette différence de potentiel la valeur d'un champ électrique correspondant. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il est portable, ladite chaîne de mesure (4) étant placée dans un boîtier muni d'une alimentation autonome et de moyens de visualisation du champ électrique mesuré, ledit capteur (1) étant connecté audit boîtier ou fixé sur celui-ci. 13. Procédé de mesure d'un champ électrique, dans lequel on utilise un capteur (1) tel que défini dans l'une des revendications 1 à 10, ou un dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12.