Brevet FR2949571A1 — publié le 20110304

La présente invention concerne les dispositifs de détection de la présence d'eau. Plus particulièrement, elle concerne un dispositif de détection de surverse adapté à un déversoir d'orage. En milieu urbain, les eaux usées sont collectées dans un réseau d'égouts souterrains. Ces eaux sales sont ensuite acheminées vers une station d'épuration pour être dépolluées. Lors de précipitations, un volume d'eau pluviale s'ajoute aux eaux usées. Cela représente pour la station un surcroît d'effluents à traiter. Lorsque les précipitations sont fortes, par exemple lors d'orages, le système de collecte et de traitement des eaux risque un engorgement par excès d'eau à traiter. Le processus de traitement est mis en danger. Pour éviter ce risque, le système de collecte est doté de déversoirs d'orage dont le but est de limiter le volume d'eau en cas de fortes précipitations. Ces déversoirs se présentent sous la forme de points bas dans le système de collecte des eaux usées. Lorsque le niveau de l'eau augmente dans le système de collecte, elle atteint le niveau de ces points bas et commence à s'évacuer par le déversoir dans le milieu naturel. Le calibrage de la hauteur de ces déversoirs permet de contrôler la quantité d'eau maximale du système de collecte. Un exemple de déversoir est schématisé Fig. 1. La Fig. la représente le déversoir en l'absence de fortes précipitations. Le déversoir est matérialisé par une canalisation constituée de deux bords 1.4 et 1.3. Cette canalisation contient l'eau 1.1 à diriger vers la station et la sépare du milieu naturel 1.2. On constate que le muret de droite 1.3 est moins haut que le muret gauche 1.4, son sommet 1.5 constitue donc le point bas du déversoir. La Fig. lb illustre le même déversoir en situation de surverse. Le niveau de l'eau contenue monte jusqu'au point bas 1.5 du muret droit 1.3 et se déverse 1.6 dans le milieu naturel 1.2. Les déversoirs peuvent prendre de multiples formes, mais sont toujours basés sur le même principe : un obstacle à l'écoulement de l'eau est submergé en cas de fortes précipitations entraînant l'écoulement du surplus dans le milieu naturel. La réglementation impose de contrôler les volumes déversés. On distingue cependant, en fonction du volume d'eaux sales collecté, les gros déversoirs d'orage et les petits déversoirs d'orage. Pour les gros déversoirs, une mesure en continu du volume déversé est imposée. Pour les petits déversoirs, il est demandé uniquement d'avoir un horodatage du début et de la fin de surverse. I1 est donc nécessaire de pouvoir mesurer les temps de surverse des petits déversoirs d'orage. A cette fin, des systèmes de contrôle sont utilisés en connexion avec des capteurs placés au niveau des déversoirs et permettant de détecter les surverses. Différents types de capteurs sont utilisés pour cette détection de la surverse. On peut citer des capteurs mécaniques basés sur l'évolution d'un flotteur dans une colonne plongée dans l'eau. Quand le flotteur atteint un certain niveau correspondant au niveau de surverse, le flotteur actionne un interrupteur définissant un signal de surverse. Un second type de capteur mécanique est basé sur la mesure de la pression au sein d'une colonne fermée sur le dessus et également plongée dans l'eau. Un capteur de pression placé en haut du tube actionne un interrupteur lorsque la pression atteint une valeur seuil. Ces capteurs mécaniques présentent l'avantage d'être autonomes en énergie, mais ils sont relativement fragiles et sujets à l'encrassement. Il est également connu d'utiliser des capteurs à ultrason placés au dessus de l'eau et qui en mesurent la hauteur périodiquement. Ces capteurs ont l'avantage de ne pas être en contact avec le liquide et donc de ne pas être sujets à l'encrassement. Toutefois, ils sont d'un coût élevé et consomment une énergie importante ce qui limite l'autonomie du capteur. I1 est également connu d'utiliser des capteurs résistifs. Ces capteurs sont constitués d'un boîtier en résine laissant apparaître deux électrodes séparées de quelques millimètres. La mesure de la résistance entre ces électrodes permet de déterminer l'immersion du capteur. Il suffit alors de placer ces capteurs sur le côté externe du déversoir de façon à ce qu'ils soient immergés lors des surverses. Ces capteurs sont simples à mettre en oeuvre, mais sont sujets à l'encrassement et à l'oxydation des électrodes. Des détections parasites peuvent avoir lieu si une feuille morte humide ou tout autre déchet vient à se plaquer sur les électrodes. Il en est de même en cas de rosée par exemple. L'invention vise à résoudre les problèmes précédents par l'utilisation d'un capteur de présence d'eau capacitif. L'utilisation d'un capteur capacitif permet de créer un capteur ayant une grande surface sensible le rendant robuste à l'encrassement. Il n'y a pas de contacts métalliques exposés à l'eau et risquant de s'oxyder. Ces capteurs sont simples à mettre en oeuvre et peuvent avoir une grande autonomie du fait de leur faible consommation électrique. L'invention concerne un dispositif de détection de la présence d'eau qui comporte un boîtier étanche dans une matière non conductrice d'électricité ; un circuit électronique contenu dans ledit boîtier ; au moins une cellule de détection constituée d'un capteur capacitif situé à l'intérieur dudit boîtier et connecté audit circuit électronique ; ledit circuit électronique comportant des moyens de mesurer la capacité dans ladite cellule et des moyens de générer un signal de sortie indicatif de la présence d'eau autour du boîtier en fonction de la capacité mesurée. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le dispositif comporte en outre un émetteur radio pour émettre le signal de sortie. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le dispositif comporte en outre un câble connecté au circuit électronique et sortant dudit boîtier pour transmettre le signal de sortie. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le boîtier est constitué en polyfluorure de vinylidène, l'étanchéité étant obtenue par coulage dans le boîtier d'une résine. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit boîtier électronique comporte en outre des moyens d'effectuer périodiquement une mesure de la capacité dans ladite cellule de détection et des moyens de générer le signal de sortie par comparaison de ladite mesure à un seuil prédéterminé. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit boîtier électronique comporte en outre des moyens de consolider ladite mesure sur plusieurs mesures avant de générer un signal indiquant la présence d'eau. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit boîtier électronique étant alimenté par une pile, il comporte en outre des moyens de générer un signal d'alerte indiquant la décharge de la pile. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, ledit boîtier électronique comporte en outre des moyens pour générer un signal de sortie comportant une information relative au niveau d'immersion dudit dispositif. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : La Fig. 1 illustre un exemple de déversoir ; La Fig. 2 illustre un exemple de capteur placé sur un déversoir ; La Fig. 3 illustre un exemple d'architecture du circuit électronique du capteur ; La Fig. 4 illustre un exemple de boîtier de capteur ; La Fig. 5 illustre un exemple de placement des cellules de détection dans un boîtier. L'exemple de réalisation de l'invention est un capteur de surverse destiné à une utilisation sur de petits déversoirs d'orage. Il a pour but de permettre la détection des moments de surverse par la détection de son immersion. Pour ce faire, il est situé comme illustré à la Fig. 2 à l'extérieur du déversoir sur le passage de l'eau en cas de surverse. Sur la Fig. 2, le capteur a la référence 2.1, il est relié par un câble 2.2 à un émetteur lui permettant de remonter ses informations vers un système de supervision. La Fig. 3 illustre l'architecture du circuit électronique 3.1 du capteur de l'exemple de réalisation de l'invention. Celui-ci se compose d'un boîtier étanche non conducteur contenant un circuit électronique. Le capteur fonctionne sous le contrôle d'un processeur 3.2 auquel est connectée au moins une cellule de détection 3.3. Cette cellule de détection est constituée d'un capteur capacitif appliqué sur le boîtier du capteur à l'intérieur de celui-ci. Ce capteur n'est donc pas en contact direct avec le milieu extérieur. Il permet toutefois la détection de la présence d'eau à l'extérieur du boîtier, celle-ci faisant varier la capacité mesurée dans la cellule de détection. Le processeur 3.2 est donc en mesure de connaître à tout instant la valeur mesurée par le capteur capacitif 3.3. Ce processeur est en outre en mesure d'exécuter un algorithme stocké dans la mémoire 3.6. Cet algorithme commande la prise de mesure et génère le ou les signaux de sortie envoyés sur la sortie 3.5 vers l'extérieur en fonction de la mesure effectuée. Ce signal de sortie est indicatif de la présence d'eau autour du capteur. Cette sortie 3.5 peut être constituée d'un simple câble électrique à même de transmettre un simple signal analogique de présence d'eau. Ce câble est alors connecté au circuit électronique et sort du boîtier pour transmettre le signal de sortie. Elle peut avantageusement être constituée de plusieurs câbles permettant au capteur d'émettre plusieurs signaux. Selon une variante de fonctionnement, cette sortie peut être constituée d'un bus numérique pouvant véhiculer un ensemble de signaux sous la forme de trames numériques. Alternativement, le capteur est muni de moyens d'émission sans fil pour générer le ou les signaux de sortie par signal radio sans nécessiter de câble. Le signal radio peut alors être conforme à une norme de télécommunication telle que le Bluetooth, le Zigbee, le WiFi ou encore obéir à un protocole propriétaire ad hoc. Le capteur est alimenté par une pile 3.4 pour un fonctionnement autonome. Le boîtier hébergeant le capteur doit être étanche et isolant électrique. Il peut être réalisé dans toute matière offrant ces caractéristiques et plus particulièrement la plupart des matières plastiques. Celui de l'exemple de réalisation de l'invention est représenté Fig. 4. Il est constitué d'une matière synthétique, en l'occurrence le PVDF ou polyfluorure de vinylidène. Ce thermo plastique a la propriété d'avoir une constante diélectrique élevée ce qui permet d'obtenir une plus grande variation de capacité. De plus, il a également la propriété d'être très résistant en particulier aux agents chimiques même les plus corrosifs. De plus, il possède une parfaite imperméabilité et est hydrophobe. Toute autre matière étanche et isolante peut être utilisée. La Fig. 4a représente le boîtier vu du dessus. Il est constitué d'une plaque 4.2 pourvue d'oeillets et servant de support de fixation. Cette plaque supporte le boîtier 4.1 proprement dit destiné à abriter l'électronique. Le câble 4.4 sort du boîtier 4.1 par une de ces faces pour la communication avec le système de supervision. La Fig. 4b représente le même boîtier vu de profil. Ce boîtier héberge le circuit de la Fig. 3. Les cellules de détection sont, dans l'exemple de réalisation, au nombre de trois montées en parallèle. La présence d'au moins une de ces cellules est nécessaire. Il est toutefois avantageux d'augmenter la surface du boîtier utilisée pour détecter la présence d'eau. En effet, plus cette surface est importante et plus le capteur sera résistant à des erreurs de mesure dues, par exemple, à des déchets venant adhérer à la surface externe du capteur. La Fig. 5 illustre le placement des cellules de détection dans l'exemple de réalisation. La figure représente le même boîtier 5.1 que la figure 4 représenté de manière éclatée. Les cellules de détection 5.2 sont représentées par des surfaces grisées. On constate que ces cellules occupent une grande partie de la surface du boîtier afin de détecter la présence d'eau sur toute la surface du capteur. L'utilisation des trois capteurs en parallèle et donc de façon non différenciée par le système permet d'augmenter la variation de capacité et donc d'être moins sensible aux capacités parasites et aux imprécisions de mesures. Une résine est coulée dans le boîtier pour assurer l'étanchéité du coffret et le bon fonctionnement de l'électronique lorsque celui-ci est immergé. Elle apporte aussi une meilleure robustesse et un maintien des composants électroniques. Tout type de résine peut être utilisé, par exemple des résines silicone, époxy ou polyuréthane. L'exemple de réalisation utilise la résine polyuréthane �RAIGITHANE 5740 / RAIGIDUR VX �. Cette résine est destinée à être mise en oeuvre à température ambiante. C'est un élastomère de polyuréthanne souple non chargé. I1 offre une excellente adhérence sur de nombreux supports tels qu'aluminium, acier, cuivre, etc. C'est un bon isolant qui résiste bien à l'hydrolyse. Il offre en outre une excellente résistance aux milieux acides et basiques ainsi qu'au brouillard salin. Des essais ont confirmé la bonne adhérence sur le PVDF choisi pour le boîtier. Dans un fonctionnement élémentaire, le processeur effectue une mesure périodique de capacité sur la ou les cellules de détections du système. La comparaison de la valeur mesurée à un seuil prédéterminé par calibration permet de déterminer si le capteur est immergé ou hors d'eau. En fonction de cette détermination, un signal de sortie est généré. Ce signal est binaire et indique l'état immergé ou hors d'eau du capteur. Ce signal est interprété comme représentant un état de surverse en cours lorsque le capteur est immergé. Le système de supervision recevant ce signal de sortie est alors à même de comptabiliser les temps de surverse. Avantageusement, pour limiter les fausses détections, une consolidation est effectuée sur plusieurs mesures avant de générer un signal de surverse en cours. Par exemple, l'exemple de réalisation effectue une mesure toutes les vingt secondes. Lorsqu'une mesure passe au-dessus du seuil indiquant donc une forte probabilité de surverse, le capteur passe en mode dit de scrutation. Dans ce mode, l'obtention de trois mesures successives au-dessus du seuil entraîne la génération du signal de surverse en cours. La surverse est alors détectée en une minute de manière fiable. Avantageusement, le même mécanisme de consolidation est utilisé pour détecter la fin de surverse. On attend l'obtention de trois mesures en dessous du seuil pour stopper la génération du signal de surverse en cours. Avantageusement, le processeur mesure régulièrement la tension de la pile alimentant le capteur. Lorsque cette tension tombe au-dessous d'un seuil prédéterminé, un signal d'alerte est généré. Ce signal indique la décharge de la pile et donc la fin prochaine de fonctionnement du capteur et la nécessité d'une intervention de maintenance. La valeur de la capacité mesurée sur les électrodes est fonction du volume d'eau entourant le capteur. Dans le cas où le niveau d'eau est bas et donc le capteur n'est qu'à demi immergé, la capacité mesurée est plus faible que si le capteur est complètement immergé. Avantageusement, le signal de surverse en cours peut contenir une information relative au niveau d'immersion du capteur. Ce niveau est calculé en fonction de la différence entre la capacité mesurée et le seuil indiquant la surverse. Dans l'exemple de réalisation de l'invention, le signal de sortie indiquant la surverse en cours est un signal impulsionnel et non un signal continu. Selon une première variante, le niveau d'immersion est indiqué par la durée des impulsions. Par exemple, quand le capteur est à demi immergé, le signal de sortie généré comprend un train d'impulsions d'une durée de 3 secondes chacune. Lorsque le capteur est complètement immergé, le signal généré comprend un train d'impulsions d'une durée de 8 secondes chacune. Alternativement, le niveau d'immersion est indiqué par le nombre d'impulsions. Dans ce mode, un train d'impulsions est généré périodiquement. Le nombre d'impulsions du train étant alors fonction du niveau d'immersion. Par exemple, un train d'impulsion est généré toutes les minutes. Quand le capteur est à demi immergé, ce train comprend 35 impulsions. Lorsque le capteur est complètement immergé, ce train comprend 60 impulsions. Cela permet au système de transmission raccordé de différencier le degré d'immersion afin d'ajuster la sensibilité du capteur. Par exemple, le système de supervision peut être réglé pour déterminer un état de surverse lorsque le capteur est immergé aux deux tiers dans un environnement moyen. Par contre, dans un environnement très humide, par exemple si le capteur subit des projections d'eau, le système peut être réglé pour déterminer un état de surverse quand le capteur est totalement immergé. Avantageusement, le capteur est doté de moyens de mise en service automatique. Ces moyens permettent de détecter le branchement du câble de sortie. Le capteur fonctionne alors selon deux modes. Dans un premier mode, le capteur est dit � en stockage �. Il n'est pas relié à un système de supervision. Dans ce mode, les moyens de mise en service automatique provoquent un réveil périodique du capteur pour une détection de ce branchement. Dès que le branchement du capteur est détecté, il bascule dans un second mode dit � en service �. Dans ce second mode, le capteur fonctionne tel que précédemment décrit. Cette mise en service automatique permet d'économiser l'énergie de la pile tant que le capteur n'est pas mis en service. Elle permet également de simplifier la mise en oeuvre du capteur qui ne nécessite aucune opération autre que son branchement pour être mis en service. La détermination du seuil de détection de la surverse peut se faire par calibration en usine lors de la fabrication du capteur. On mesure alors la valeur de la capacité du capteur lorsqu'il est immergé. Cette valeur est alors mémorisée par le capteur et utilisée pour déterminer le seuil. L'exemple de réalisation détermine un seuil correspondant à la valeur mesurée multipliée par un facteur 1,2. Alternativement, cette détermination peut être faite lors de la mise en service du capteur. Dans ce cas, lors de cette mise en service, le capteur réalise ses premières mesures qui correspondent à un état hors d'eau du capteur, on obtient alors une mesure initiale. Cette mesure initiale permet de calibrer une valeur de seuil initial. De cette façon, le seuil est déterminé dans les conditions d'utilisation du capteur et tient donc compte de son environnement. Selon un mode de réalisation de l'invention, le seuil initial Si est obtenu en divisant la mesure initiale Mi par un facteur 0,7. S.=M.�0,7; Selon un mode de réalisation alternatif, on mesure en usine la différence entre la valeur de la capacité hors d'eau et la valeur de la capacité lorsque le capteur est totalement immergé. On appelle Delta cette différence. La mise en service ayant lieu hors d'une période de surverse, le seuil initial correspond alors à la mesure initiale plus 0,7*Delta. S. = M. + 0, 7 x Delta ; D'autres manières de calculer un seuil initial peuvent être choisies et s'avérer fonctionnelles. En particulier, la valeur numérique 0,7 retenue dans les modes de réalisation décrits peut être modifiée. Avantageusement, ce seuil peut être adapté de manière périodique ou continue pour tenir compte de l'évolution de l'environnement du capteur. Des mesures sont alors effectuées périodiquement en dehors des périodes de surverse. Un ajustement lent peut être réalisé. Par exemple, il est possible d'ajuster le seuil périodiquement à l'aide d'une mesure courante faite dans un état hors d'eau du capteur. Pour éviter de trop rapides variations du seuil, cette mesure courante intervient pour un centième, par exemple, dans le calcul du seuil. On ajuste alors le seuil selon l'une des formules suivantes en accord avec la formule utilisée pour le calcul du seuil initial : Sx 100+(M~ �0,7) S= 101 Sù Sx 100+M, +0,7 x Delta 101 Cet ajustement permet une évolution lente du seuil pour tenir compte des évolutions de l'environnement comme le taux d'humidité de l'air ambiant ou la température extérieure. Une meilleure détection des conditions de surverse est alors obtenue. Le choix de la valeur numérique 100 est arbitraire et peut être modifié pour régler la vitesse d'adaptation du seuil. Le capteur ainsi obtenu permet de limiter les risques d'encrassement grâce à sa forme hydrodynamique et à la grande surface utilisée pour la détection. Il n'est pas sensible à l'oxydation du fait de l'absence d'électrode métallique en contact avec le milieu extérieur. La détection est particulièrement fiable du fait de cette grande surface de détection. Cette fiabilité est encore améliorée par l'utilisation optionnelle de l'adaptation du seuil de détection.15 REVENDICATIONS1/ Dispositif de détection de la présence d'eau caractérisé en ce qu'il comporte : - un boîtier étanche dans une matière non conductrice d'électricité ; - un circuit électronique contenu dans ledit boîtier ; - au moins une cellule de détection constituée d'un capteur capacitif situé à l'intérieur dudit boîtier et connecté audit circuit électronique ; ledit circuit électronique comportant : - des moyens de mesurer la capacité dans ladite cellule ; et - des moyens de générer un signal de sortie indicatif de la présence d'eau autour du boîtier en fonction de la capacité mesurée. 2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un émetteur radio pour émettre le signal de sortie. 3/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre un câble connecté au circuit électronique et sortant dudit boîtier pour transmettre le signal de sortie. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le boîtier est constitué en polyfluorure de vinylidène, l'étanchéité étant obtenue par coulage dans le boîtier d'une résine. 25 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit boîtier électronique comporte en outre : - des moyens d'effectuer périodiquement une mesure de la capacité dans ladite cellule de détection, - des moyens de générer le signal de sortie par comparaison de ladite mesure à 30 un seuil prédéterminé. 6/ Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit boîtier électronique comporte en outre des moyens de consolider ladite mesure sur plusieurs mesures avant de générer un signal indiquant la présence d'eau. 57/ Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que ledit boîtier électronique étant alimenté par une pile, il comporte en outre : - des moyens de générer un signal d'alerte indiquant la décharge de la pile. 8/ Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que ledit boîtier électronique comporte en outre : - des moyens pour générer un signal de sortie comportant une information relative au niveau d'immersion dudit dispositif. 10