Brevet FR2934896A1 — publié le 20100212

SONDE DE DETECTION DE PRESENCE DE GAZ EN TRES FAIBLE QUANTITE DANS UN AUTRE GAZ La présente invention concerne une sonde de détection de présence de gaz en très faible quantité dans un autre gaz tel qu'un gaz traceur dans l'air pour la détection de fuite. Plus particulièrement, la sonde de détection est utilisée pour la détection de fuites dans les réservoirs d'aéronefs. Les réservoirs d'aéronefs présentent régulièrement des fuites, qu'il s'agisse d'aéronefs de l'aviation civile dont les réservoirs sont constitués de l'enveloppe des ailes elles-mêmes, avec les joints d'étanchéité adaptés, ou qu'il s'agisse de vessies, éventuellement sous pression, placées dans les ailes comme dans le cas des aéronefs militaires. Le fait de déterminer l'existence d'une fuite est une chose, le fait de la localiser en est une autre. En effet, visuellement, il est tout à fait possible de constater la présence d'un écoulement mais il est souvent très délicat de déterminer le lieu exact de la fuite afin de procéder aux réparations des joints d'étanchéité ou de la vessie. Les écoulements cheminent généralement suivant des chemins particuliers pour partie masqués. La détection doit être très rapide afin de limiter la durée d'immobilisation de l'aéronef. De façon générale, la localisation et plus généralement la vérification de l'étanchéité sont effectuées lors des arrêts programmés de maintenance des aéronefs. Dans ce cas, ces opérations de détection de fuite et de réparation sont réalisées en temps masqué. On connaît déjà des procédé et dispositif mis en oeuvre pour de telles applications. Le procédé consiste par exemple à injecter un gaz traceur dans le réservoir à contrôler, avec une légère pression, et à détecter à l'extérieur les traces dudit gaz injecté. La mise en oeuvre connue consiste à utiliser de l'hélium comme gaz traceur. L'hélium présente de nombreux avantages, le premier étant la taille très réduite des molécules qui peuvent donc s'immiscer à travers les plus petites fuites avec un flux détectable. Un autre avantage est lié au caractère inerte de l'hélium, le rendant utilisable 10 dans toutes les conditions d'ambiances extérieures et en tout lieu. Néanmoins, on sait que la seule molécule de taille plus petite que l'Hélium et qui devrait être plus performante est la molécule d'Hydrogène. Des capteurs existent déjà pour détecter la présence de certains gaz, notamment l'hydrogène. Ces capteurs de type à semi-conducteur sont constitués 15 d'un matériau cristallin sensible aux variations de concentration de gaz. Par exemple pour le méthane, le monoxyde de carbone ou l'hydrogène, on sait que, en présence de variations de concentrations de ces gaz à la surface du capteur semi conducteur, l'oxyde d'étain SnO2 voit sa résistance électrique varier fortement à la baisse lorsqu'il est simultanément chauffé à haute 20 température, 400°C pour donner un ordre d'idées. Le phénomène utilisé est l'adsorption/désorption en oxygène de la couche cristalline de surface du semi conducteur. Cette mesure est extrêmement délicate et il faut amplifier le signal détecté de façon très importante et associer un traitement électronique très complexe pour 25 obtenir une mesure satisfaisante souvent obtenue par accumulation statique dans le capteur. Or, dans le domaine des fuites, notamment pour un réservoir d'aéronef, il faut atteindre une très haute sensibilité de l'ordre de 0,5 ppm et actuellement, la sensibilité de ce type de capteur est plutôt de 10 ppm, ce qui est insuffisant. La difficulté provient du fait que les capteurs travaillent en milieu clos avec une enveloppe statique close et une diffusion de l'hydrogène Aussi, on comprend que l'examen sur une grande structure telle qu'un aéronef est longue car du fait de la faible sensibilité, il faut disposer la sonde à proximité immédiate de la fuite pour la détecter. En effet, il faut se rappeler que l'hydrogène a une vitesse de diffusion très rapide si bien qu'il se disperse au sein de l'air ambiant de façon très rapide en sortie de fuite, il faut donc le détecter rapidement et disposer d'un capteur très sensible. La vitesse de dispersion surfacique à 25°C et à pression atmosphérique dans l'air de l'hydrogène est de 0,75 cm2/s. Un autre inconvénient du travail par diffusion, donc de mesure statique est également le temps de réinitialisation du capteur avant une autre détection car le flux précédemment détecté a saturé le capteur et il faut attendre la désorption naturelle de la surface avant de reprendre les mesures. La sonde de détection selon la présente invention est du type dynamique afin de pallier les inconvénients des capteurs de mesure statique de l'art antérieur. La sonde selon l'invention est décrite en regard des dessins annexés sur lesquels les figures représentent : - figure 1 : une vue schématique de la sonde mise en oeuvre, - figure 2 : une vue en coupe d'un mode de réalisation préférentiel de la sonde. La sonde selon la présente invention est représentée dans un dispositif de contrôle de l'étanchéité d'un réservoir R d'aéronef. Ce dispositif comprend généralement une tête 10 adaptée pour venir au contact des zones à traiter reliée au boîtier 12 d'analyse et de présentation des informations. Un tel dispositif peut être portable compte tenu du fait que la quantité d'énergie nécessaire reste faible. La tête 10 sert uniquement à capter les gaz traceur s'échappant du réservoir à contrôler. Ce réservoir R contient par exemple de l'hydrogène sous légère pression comme gaz traceur. Le réservoir est purgé préalablement et l'hydrogène introduit est mélangé à un 10 gaz inerte afin de ne pas rendre le mélange dangereux. Un taux de 5% d'hydrogène dans l'azote est adapté pour donner une idée. Ainsi que cela a été expliqué, l'hydrogène diffuse très rapidement dans le réservoir et il n'y a pas de formation de strates ou d'accumulation dans certaines zones dudit réservoir et cette caractéristique du gaz est là 15 particulièrement bien utilisée. En cas de fuite, l'hydrogène qui s'échappe est capté par la tête et conduit à travers un tube 14 souple vers le boîtier 12 d'analyse et de présentation au sein duquel est placée la sonde 16 selon la présente invention. Cette sonde représentée en détail sur la figure 2, de façon isolée, comprend un 20 corps 18 incluant tous les éléments actifs et se trouve raccordée au tube 14 souple par un raccord 20. Le corps 18 est réalisé en deux parties une partie amont 22 par rapport à la circulation du gaz et une partie aval 24 de façon à pouvoir changer la partie aval si nécessaire. 25 La partie amont comporte un canal central 26 qui débouche sur un canal d'alimentation 28 de diamètre plus restreint mais supérieur à celui du tube 14 souple de façon à ne pas ralentir le débit. Par contre, ce canal d'alimentation 28 est muni à son extrémité d'un col 30 en entonnoir de façon à concentrer le flux. Cet entonnoir débouche sur un capteur 32 de détection du gaz traceur, l'hydrogène dans le cas présent. Un tel capteur peut être un capteur à semi 5 conducteur à l'oxyde d'étain SnO2. Le col en entonnoir et la surface de capture du capteur sont coaxiaux. Le capteur 32 est disposé dans un logement permettant au flux de passer à la périphérie du capteur après avoir percuté la surface active du capteur à haute vitesse. 10 A la suite du capteur 32, il est prévu des moyens 34 de dynamisation du flux balayant ledit capteur. Ces moyens 34 de dynamisation du flux sont constitués, dans le mode de réalisation préféré retenu, d'une hélice 36 motorisée qui assure une accélération de la circulation du flux. 15 En aval de ces moyens 34 de dynamisation, la sonde est ouverte afin de libérer le flux en sortie des moyens de dynamisation sans créer de turbulences supplémentaires. Le capteur 32 et les moyens 34 de dynamisation sont reliés électriquement au boîtier 12 d'analyse afin de fournir les signaux reçus par ledit capteur et 20 d'alimenter en énergie électrique lesdits moyens de dynamisation. Le fonctionnement de la sonde est de type dynamique. L'opérateur passe la tête 10 sur la surface dont l'intégrité est à analyser. Les moyens 34 de dynamisation sont en fonctionnement permanent. L'atmosphère gazeuse au droit de la tête est aspirée, sous très faible 25 dépression certes mais avec un cheminement forcé. Cette atmosphère gazeuse est conduite à travers le tube souple jusqu'à la sonde proprement dite. Le passage à travers le col 30 en entonnoir assure une concentration du flux qui balaye parfaitement la surface du capteur 32. Les traces éventuelles d'hydrogène sont détectées sans nécessiter une électronique d'amplification complexe car le flux est concentré. De plus, la vitesse importante au contact du capteur confère une forte énergie cinétique, ce qui multiplie les sites d'échange en favorisant l'adsorption d'hydrogène par une meilleure pénétration inter cristalline des molécules d'hydrogène. Ceci est une différence très sensible comparé à un fonctionnement statique. Il convient de prévoir un étalonnage du capteur comme pour tous ces types de sondes. Le flux, après avoir percuté la surface du capteur, est évacué sans stagner et sans perturber plus avant le capteur. On note de fait que le capteur, une fois détectée la présence d'hydrogène en un point par exemple, est balayé par une circulation d'air ambiant qui facilite la désorption du capteur et permet de poursuivre les investigations sans délai. La sonde de détection selon la présente invention est particulièrement dédiée à la détection de fuites dans les réservoirs d'aéronefs mais bien entendu elle trouve application à tout contenant qui serait susceptible de présenter des fuites. On comprend que le traitement des signaux reçus étant de bien meilleure qualité et beaucoup plus marqué, les moyens de traitement électronique sont limités. Ceci rend l'appareil d'une grande fiabilité, d'une grande praticité, et d'une grande sensibilité autorisant un travail plus rapide.25 REVENDICATIONS1. Sonde de détection de fuites d'un gaz traceur à travers une paroi d'un contenant, plus particulièrement dédié à la détection de fuites dans un réservoir d'aéronef, caractérisée en ce que ladite sonde comprend un corps (18) incluant un capteur (32) du gaz traceur utilisé et des moyens (34) de dynamisation du flux percutant ledit capteur de façon à concentrer et à accélérer le gaz traceur avant contact avec ce capteur. 2. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens (34) de dynamisation comprennent une hélice (36) motorisée. 3. Sonde selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le corps comprend un col (30) en forme d'entonnoir de façon à guider le flux de gaz traceur sur le capteur (32) et à accélérer dynamiquement le gaz traceur. 4. Sonde selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz traceur est de l'hydrogène et le capteur est à semi conducteur à l'oxyde d'étain.