Brevet FR3009868A1 — publié le 20150227

Dispositif de mesure de différences de potentiels électriques pour structure métallique sous-marine équipée d'un système de protection cathodique, et procédé associé La présente invention concerne le domaine de l'inspection de structures métalliques sous-marines, notamment des pipelines. Les structures sous-marines métalliques sont généralement munies de systèmes de protection cathodique pour freiner la corrosion. Un tel système peut par exemple comprendre une pluralité d'anodes galvaniques reliées électriquement à la structure métallique et qui génèrent un courant électrique protégeant la structure contre la corrosion. On parle alors de protection cathodique par anodes galvaniques ou sacrificielles. Un autre système de protection consiste à appliquer un courant électrique au moyen d'un générateur de courant continu connecté entre la structure métallique à protéger et une anode auxiliaire dite « de déversoir ». On parle alors de protection par courant imposé. La corrosion s'accompagne de transferts de courants naturels infimes partant de la zone corrodée vers la région environnante. Si les courants naturels de corrosion présentent une valeur particulièrement faible par rapport à celle du courant de protection généré, la structure métallique est alors convenablement protégée. Connaissant la valeur moyenne des courants naturels de corrosion, il est possible de s'assurer de l'efficacité du système de protection cathodique en mesurant le courant électrique débité par le système de protection cathodique dans la structure métallique. Le contrôle du bon fonctionnement d'une anode galvanique peut être fait par la mesure du potentiel électrique de l'anode et par la mesure du courant qu'elle débite. Pour réaliser de telles mesures, des anodes galvaniques instrumentées peuvent être utilisées. Ces anodes instrumentées sont généralement installées sur une structure métallique du type plateforme offshore. De telles anodes sont associées à un système de mesure et d'enregistrement déporté sur la plateforme. Ceci nécessite l'installation de câblages particulièrement sensibles aux conditions environnementales telles que les agressions physico-chimiques, mécaniques ou encore électromagnétiques. Actuellement, pour déterminer le courant débité par chaque anode galvanique du système de protection cathodique associé à un pipeline, il est généralement utilisé un engin sous-marin télécommandé qui porte un capteur équipé de deux électrodes de référence et qui permet d'établir un contact électrique entre ladite électrode et la surface extérieure de l'anode inspectée. Cependant, ce type de dispositif nécessite de maintenir immobile l'engin sous-marin à chaque point de mesure afin d'établir le contact électrique. Ceci est incompatible avec la réalisation d'opérations d'inspection rapides et peu coûteuses. En outre, le contact électrique entre le capteur équipé des deux électrodes et les anodes peut être difficile à réaliser, notamment lors de la présence d'algues. Par ailleurs, cette solution nécessite le déploiement d'un conducteur électrique qui est sujet à un environnement électromagnétique perturbant, notamment par l'alimentation électrique de l'engin sous-marin. Pour déterminer le courant débité par chaque anode du système de protection cathodique associé à un pipeline, la différence de potentiels électriques est mesurée entre les deux électrodes de référence en positionnant le capteur à proximité du pipeline. Toutefois, de telles mesures ne permettent pas de déterminer avec précision le courant électrique de protection débité qui est généralement de l'ordre de quelques millivolts. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un dispositif de mesure de différences de potentiels électriques pour structure métallique sous-marine équipée d'un système de protection cathodique permettant de réaliser des mesures représentatives du courant électrique de protection débité de façon précise et sans contact. Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure comprend au moins un conduit diélectrique, au moins deux électrodes de référence pour mesurer des différences de potentiels électriques entre deux points distants à l'intérieur du conduit diélectrique, et un écran diélectrique supportant ledit conduit et présentant une surface destinée à être orientée vers la structure métallique, le conduit diélectrique s'étendant en saillie par rapport à ladite surface de l'écran. De préférence, le conduit diélectrique s'étend en saillie de part et d'autre de l'écran diélectrique. En variante, le conduit diélectrique peut s'étendre en saillie d'un seul côté de l'écran diélectrique. Les électrodes de référence peuvent être aptes à mesurer des différences de potentiels électriques entre deux zones d'extrémité opposées du conduit diélectrique. Le conduit diélectrique peut s'étendre transversalement par rapport à l'écran diélectrique. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend deux tubes capillaires débouchant à l'intérieur du conduit diélectrique et reliés chacun à une des électrodes de référence. Alternativement, les électrodes de référence peuvent être montées directement sur le conduit diélectrique. Par exemple, les électrodes peuvent être intégrées dans l'épaisseur du conduit diélectrique et déboucher à l'intérieur dudit conduit à chacune de ses extrémités. Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend une pluralité de conduits diélectriques supportés par l'écran et associés chacun à deux électrodes de référence. Le dispositif peut également comprendre une carte électronique reliée aux électrodes de référence pour la réalisation et le traitement des mesures. De préférence, la carte électronique comprend un moyen de détermination des différences de potentiels électriques mesurés. L'invention concerne également un engin sous-marin comprenant des moyens de propulsion et un dispositif de mesure tel que défini précédemment. L'invention concerne encore un procédé de mesure de différences de potentiels électriques pour structure métallique sous-marine équipée d'un système de protection cathodique, à l'aide d'un dispositif tel que défini précédemment, dans lequel on positionne le conduit diélectrique au voisinage de la structure métallique à inspecter sans contact avec ladite structure, on déplace sans contact le dispositif le long de la structure métallique et on mesure des différences de potentiels électriques entre deux points distants à l'intérieur du conduit diélectrique lors du déplacement du dispositif. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif de mesure selon un exemple de réalisation de l'invention, et - la figure 2 est une vue en coupe partielle du dispositif de la figure 1. Sur les figures 1 et 2 est illustrée l'architecture générale d'un dispositif, référencé 10 dans son ensemble, prévu pour mesurer une différence de potentiels électriques générés à proximité d'un pipeline 12 immergé par la circulation d'un courant électrique débité par un système de protection cathodique dudit pipeline. Le système de protection cathodique peut par exemple être du type à anodes galvaniques sacrificielles ou à courant imposé. Le dispositif 10 est destiné à être embarqué sur un engin sous-marin (non représenté) télécommandé ou autonome comprenant des moyens de propulsion. Le dispositif 10 comprend un écran 14 diélectrique destiné à être fixé sur l'engin sous-marin associé, un conduit 16 diélectrique supporté par l'écran 14 et s'étendant transversalement par rapport à celui-ci, deux électrodes de référence 18, 20 aptes à mesurer un gradient de potentiels électriques à l'intérieur du conduit 16, et deux tubes capillaires 22, 24 reliés chacun à une des électrodes et audit conduit. A titre d'exemple, la distance séparant les deux points de mesure du potentiel électrique à l'intérieur du conduit 16 diélectrique peut par exemple être comprise entre dix et vingt cm. L'écran 14 diélectrique est réalisé dans un matériau isolant électrique, par exemple en un matériau synthétique ou composite. L'écran 14 diélectrique comprend une surface supérieure 14a destinée à être orientée en direction de l'engin sous-marin associé et une surface inférieure 14b opposée orientée vers le pipeline 12. Dans l'exemple de réalisation illustré, l'écran 14 se présente sous la forme d'une plaque de forme rectangulaire. En variante, il est possible de prévoir d'autres formes pour l'écran 14 diélectrique, par exemple carrée, ovale, circulaire, ellipsoïdale etc. ou encore des formes non planes. Le conduit 16 diélectrique traverse l'écran 14 et s'étend en saillie de part et d'autre par rapport aux surfaces supérieure 14a et inférieure 14b de l'écran. Dans l'exemple de réalisation illustré, le conduit 16 diélectrique est ouvert à chaque extrémité et délimite intérieurement un passage 16a longitudinal traversant. Le conduit 16 diélectrique est tubulaire. Dans l'exemple de réalisation illustré, le conduit 16 diélectrique se présente sous la forme d'un tube de section circulaire. En variante, il pourrait être possible de prévoir un conduit diélectrique présentant en section droite une autre forme, par exemple elliptique ou polygonale telle que carrée, rectangulaire, hexagonale, octogonale, etc. Le conduit diélectrique peut présenter en variante une section variable par exemple conique. Le conduit 16 est réalisé dans un matériau isolant électrique, par exemple en un matériau synthétique ou composite. Dans une variante de réalisation, le conduit diélectrique pourrait être fermé à chaque extrémité par des bouchons en matériau conducteur ionique (ponts ioniques) et le conduit 16 pourrait être rempli d'une solution électrolytique (eau additionnée de sel, gélifiée ou non). Chaque tube capillaire 22, 24 comprend une première extrémité débouchant à l'intérieur du passage 16a longitudinal délimité par le conduit 16 diélectrique, et une seconde extrémité opposée reliée à une des électrodes de référence 18, 20. Le tube capillaire 22 est monté dans la zone d'extrémité supérieure du conduit 16 diélectrique située du côté de la surface supérieure 14a de l'écran et le tube capillaire 24 est monté dans la zone d'extrémité inférieure du conduit située du côté de la surface inférieure 14b dudit écran. Les tubes capillaires 22, 24 peuvent être fixés sur le conduit 16 diélectrique par tout moyen approprié, par exemple par collage ou par emmanchement. Les secondes extrémités des tubes capillaires 22, 24 peuvent être reliées aux électrodes de référence 18, 20 au travers de presse-étoupes. Les tubes capillaires 22, 24 peuvent par exemple être emplis d'une solution composée d'eau distillée et de chlorure de potassium, ou d'un gel ou d'une solution composée, ou d'eau de mer, ou d'une solution d'eau distillée et de sel de chlorure (par exemple chlorure de potassium, de sodium, etc.). Les électrodes de référence 18, 20 peuvent par exemple être du type Ag/AgCl/KC1 ou Ag/AgCl/NaC1 ou Cu/SO4Cu. Il est possible d'utiliser d'autres types d'électrodes de référence aptes à mesurer un potentiel électrique. Les électrodes de référence 18, 20 peuvent par exemple être fixées sur l'engin sous-marin ou sur l'écran 14, par exemple à l'intérieur d'un corps étanche rapporté sur celui-ci. Le dispositif 10 comprend encore une carte électronique (non représentée) comprenant un amplificateur différentiel relié aux électrodes de référence 18, 20 et pouvant par exemple comprendre plusieurs gains d'amplification sélectionnables afin de pouvoir s'adapter à différents niveaux de potentiels à mesurer. La carte électronique peut également comprendre une unité centrale, par exemple un microcontrôleur, un convertisseur de signaux analogiques en signaux numériques, et une mémoire de stockage permettant l'acquisition et l'enregistrement des mesures réalisées par les électrodes de référence 18, 20. Pour réaliser une inspection du pipeline 12, on procède de la manière suivante. L'engin sous-marin sur lequel est fixé le dispositif 10 se déplace le long du pipeline 12 de sorte à maintenir l'écran 14 sensiblement parallèle au pipeline avec un écartement constant. Dans cette position, la surface inférieure 14b de l'écran est dirigée vers le pipeline 12 et le conduit 16 diélectrique s'étend verticalement jusqu'au voisinage du pipeline tout en restant à distance de celui-ci. Le conduit 16 diélectrique peut par exemple être situé à une distance inférieure ou égale à 50 cm du pipeline 12. Il n'existe aucun contact entre le dispositif 10 et le pipeline 12. Lors de l'inspection du pipeline 12, les potentiels électriques mesurés par les électrodes de référence 18, 20 à l'intérieur du passage 16a du conduit diélectrique sont enregistrés en continu lors du déplacement de l'engin sous-marin pour ensuite être traités. Pour chaque point de mesure en regard du pipeline 12, les électrodes de référence 18, 20 permettent de mesurer des différences de potentiel électrique entre les zones d'extrémité supérieure et inférieure du conduit 16 diélectrique à l'intérieur du passage 16a dudit conduit. L'association de l'écran 14 et du conduit 16 diélectriques à l'intérieur duquel sont réalisées les mesures des électrodes de référence 18, 20 permet d'obtenir une amplification du signal résultant du champ électrique créé par la circulation du courant de protection le long du pipeline 12. En effet, pour chaque point de mesure à proximité du pipeline 12, la présence de l'écran isolant 14 électrique tend à forcer les lignes de champ électrique Lchamp générées par la circulation du courant de protection à se diriger vers le passage 16a longitudinal du conduit 16 diélectrique. Les lignes de champ électrique Lchamp se propagent ensuite à l'intérieur du conduit 16 le long du passage 16a. Grâce à l'invention, on dispose d'un écran 14 diélectrique permettant de concentrer les lignes de champ électrique Lchamp vers le conduit 16 réalisé également dans un matériau isolant électrique et à l'intérieur duquel sont mesurés les différences de potentiels électriques. La précision des mesures de gradients de potentiels électriques réalisées est ainsi améliorée. Par ailleurs, le dispositif 10 permet de s'assurer de l'efficacité du système de protection cathodique sans nécessiter une immobilisation de l'engin sous-marin à chaque point de mesure. Le phénomène d'amplification ou de concentration des lignes de champ électrique est d'autant plus important que les dimensions de l'écran 14 isolant électrique sont importantes. A titre d'exemple, par rapport à des mesures réalisées en utilisant uniquement deux électrodes de référence positionnées à proximité du pipeline, un coefficient d'amplification de l'ordre de cinq à dix peut être obtenu avec le dispositif 10 de mesure comprenant un écran 14 ayant des dimensions compatibles avec une intégration sur un engin sous-marin télécommandé ou autonome. L'écran 14 peut par exemple de l'ordre de 0,5 mètre par 1 mètre, de 1 mètre par 1 mètre ou de 1 mètre par 2 mètres. Dans l'exemple de réalisation illustré, le dispositif comprend un unique conduit diélectrique associé à l'écran. En variante, il est possible de prévoir une pluralité de conduits diélectriques tubulaires ou non identiques entre eux et supportés par l'écran, chaque conduit étant associé à deux électrodes de référence de sorte à pouvoir réaliser des mesures de gradients de potentiels électriques à l'intérieur de chaque conduit. Par ailleurs, dans une autre variante de réalisation, il pourrait encore être possible de prévoir, pour le ou les conduits diélectriques, un montage des électrodes de référence associées audit conduit d'un même côté de l'écran. Dans l'exemple de réalisation illustré, les électrodes de référence sont déportées du conduit diélectrique par l'utilisation de tubes capillaires, ce qui facilite la fabrication et la maintenance du dispositif. En variante, il est toutefois possible de monter les électrodes directement sur le conduit diélectrique, par exemple dans l'épaisseur du conduit de sorte à ce qu'elle débouche à l'intérieur du passage traversant dudit conduit. Dans l'exemple de réalisation illustré, le dispositif de mesure est utilisé pour l'inspection d'un pipeline. Le dispositif peut également être utilisé pour réaliser des inspections d'autres types de structures métalliques immergées. REVENDICATIONS1. Dispositif de mesure de différences de potentiels électriques pour structure métallique sous-marine équipée d'un système de protection cathodique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un conduit (16) diélectrique, au moins deux électrodes de référence (18, 20) pour mesurer des différences de potentiels électriques entre deux points distants à l'intérieur du conduit diélectrique (16), et un écran (14) diélectrique supportant ledit conduit et présentant une surface destinée à être orientée vers la structure métallique, le conduit (16) diélectrique s'étendant en saillie par rapport à ladite surface de l'écran. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le conduit (16) diélectrique s'étend en saillie de part et d'autre de l'écran (14) diélectrique. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le conduit (16) diélectrique s'étend en saillie d'un seul côté de l'écran (14) diélectrique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les électrodes de référence (18, 20) sont aptes à mesurer des différences de potentiels électriques entre deux zones d'extrémité opposées du conduit (16) diélectrique. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le conduit (16) diélectrique s'étend transversalement par rapport à l'écran (14) diélectrique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant deux tubes capillaires (22, 24) débouchant à l'intérieur du conduit (16) diélectrique et reliés chacun à une des électrodes de référence (18, 20). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les électrodes de référence (18, 20) sont montées directement sur le conduit (16) diélectrique. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité de conduits (16) diélectriquessupportés par l'écran (14) et associés chacun à deux électrodes de référence. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une carte électronique reliée aux électrodes de référence (18, 20) pour le traitement des mesures. 10. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel la carte électronique comprend un moyen de détermination des différences de potentiels électriques mesurés. 11. Engin sous-marin comprenant des moyens de propulsion et un dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes. 12. Procédé de mesure de différences de potentiels électriques pour structure métallique sous-marine équipée d'un système de protection cathodique, à l'aide d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel on positionne le conduit diélectrique au voisinage de la structure métallique à inspecter sans contact avec ladite structure, on déplace sans contact le dispositif le long de la structure métallique et on mesure des différences de potentiels électriques entre deux points distants à l'intérieur du conduit diélectrique lors du déplacement du dispositif.