Brevet FR2998970A1 — publié le 20140606

La présente invention concerne la détection de la présence d'insectes xylophages dans une structure formée d'un matériau comprenant des fibres cellulosiques, en particulier du bois. Quoique non exclusivement, la présente invention est particulièrement bien adaptée pour déceler l'activité d'un insecte xylophage : la vrillette (encore désignée Anobium Punctatum), dans la structure en bois d'une oeuvre d'art. De façon connue, pour détecter la présence d'insectes xylophages dans une structure en bois, on a recours à des techniques de détection acoustique reposant sur la détection de bruits ou de vibrations émis par l'activité biologique (creusement et déplacement) de ces insectes au sein de la structure considérée. Cependant, si ces techniques de détection se révèlent performantes pour des insectes xylophages bruyants, comme par exemple les thermites ou les capricornes, elles le sont en revanche beaucoup moins pour des insectes xylophages plus discrets, comme la vrillette. En effet, ces techniques de dé- tection acoustique demeurent insensibles à la faible activité biologique des insectes xylophages silencieux. Or, une détection fiable de la présence d'insectes xylophages dans une structure en bois s'impose préalablement à la mise en oeuvre de toute opéra- tion de traitement d'éradication généralement longue, fastidieuse et coûteuse. En particulier, lorsqu'il s'agit d'une oeuvre d'art comportant une structure en bois, un mode opératoire complexe avec anoxie ou par froid doit être établi pour éviter tout risque de dégradation de rceuvre, l'utilisation d'insecticides chimiques étant proscrite par les conservateurs. Pour améliorer la détection d'insectes xylophages dits discrets dans une structure en bois, il est désormais connu de s'intéresser, non pas à l'activité biologique en tant que telle de ces insectes, mais plutôt au résultat de cette activité. En effet, ces insectes xylophages déchirent et absorbent des microparticules de bois grâce à un système adapté formé de mandibules et de mâchoires. L'arrachement par un insecte xylophage d'une microparticule de bois - correspondant à la rupture d'une fibre du bois - provoque la formation d'une onde de choc acoustique dont l'énergie se répartit sur une large gamme de fréquences. Ainsi, on connaît, par le brevet FR2903189, un procédé de détection de présence d'insectes xylophages dans un ouvrage en bois. Ce procédé re- pose, d'une part, sur l'enregistrement d'un signal acoustique à l'aide de trans- ducteurs acoustiques - dont la bande passante est sensiblement équivalente à la gamme de fréquences audibles (à savoir [20 Hz - 20 kHz]) - et, d'autre part, sur le traitement du signal acoustique enregistré, un tel traitement mettant en oeuvre : - une opération d'identification des pics d'énergie du signal acoustique ac- quis dans le domaine audible ; puis - une opération de tri des différents pics d'énergie identifiés pour repérer ceux qui sont significatifs d'une onde de choc acoustique générée par la rupture d'une fibre de bois. En particulier, cette dernière opération de tri est réalisée au moyen d'un ré- seau de neurones adapté pour classer les pics d'énergie identifiés selon diverses classes caractéristiques respectivement d'une activité biologique des insectes xylophages, du bruit dans la chaîne d'acquisition et des bruits parasites de l'environnement sonore externe. Cependant, outre le fait que l'utilisation d'un tel réseau de neurones nécessite un paramétrage préalable complexe, les résultats de détection obtenus par la mise en oeuvre du procédé antérieur précité - qui restent très sensibles au bruit extérieur - demeurent aléatoires. Le diagnostic obtenu n'est donc pas fiable, ce qui ne peut être satisfaisant : une erreur de diagnostic étant susceptible de n'entraîner l'application d'aucune opération de traitement d'éradication. La présente invention a pour objet, notamment, de permettre une détection fiable et moins sensible au bruit ambiant de la présence d'insectes xylophages discrets dans une structure formée d'un matériau comprenant des fibres cellulosiques, par exemple du bois. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour détecter l'activité d'insectes xylophages dans une telle structure, est remarquable par le fait que l'on effectue les étapes suivantes : - on identifie préalablement un intervalle de fréquences d'intérêt, dans lequel sont comprises des fréquences inaudibles représentatives des ondes de choc acoustique engendrées par la rupture des fibres dudit matériau résultant de l'activité d'insectes xylophages ; - on sélectionne un transducteur acoustique dont la fréquence de résonance associée appartient à l'intervalle d'intérêt identifié ; - on monte au moins un tel transducteur acoustique sur la structure considérée; - on recueille un signal acoustique à l'aide dudit transducteur acoustique représentatif de l'activité sonore à l'intérieur de ladite structure ; et - on traite le signal acoustique ainsi recueilli pour détecter, dans l'intervalle d'intérêt, la présence d'un ou plusieurs pics d'énergie représentatifs d'une onde de choc acoustique engendrée par la rupture d'une fibre due à l'activité d'insectes xylophages. De préférence, l'intervalle d'intérêt est défini par des fréquences comprises entre 70kHz et 1MHz. Ainsi, le mérite de la Demanderesse est d'être allée à l'encontre de la tendance des recherches actuelles et d'avoir remarqué que certaines des fréquences inaudibles d'une onde de choc acoustique générée par la rupture d'une fibre cellulosique du fait d'un insecte xylophage (également désignée par la suite onde de choc acoustique de rupture insecte) présentent une forte énergie. Autrement dit, plutôt que de chercher à affiner la détection et le tri des pics d'énergie d'une onde de choc acoustique de rupture insecte dans le domaine audible (qui se révèlent être des opérations de traitement du signal complexes), la Demanderesse s'est employée à caractériser autrement cette onde de choc en explorant notamment ses particularités à l'extérieur du spec- tre de fréquences audibles. Ainsi faisant, elle s'affranchit des perturbations provoquées par l'environnement extérieur ambiant. La sensibilité au bruit du procédé de détection de l'invention est alors considérablement réduite. Le rapport signal sur bruit du signal acoustique recueilli est grand, ce qui facilite les opérations de traitement ultérieures, en comparaison d'une détection dans le domaine audible. Il est également à noter que le procédé selon l'invention s'applique aussi bien à la détection d'insectes xylophages silencieux, qu'à celle d'insectes xylophages bruyants, l'onde de choc acoustique émise par la rupture d'une fibre étant indépendante du type d'insecte et de la vigueur de son activité. Par ailleurs, dans une mise en oeuvre du procédé de l'invention, pré- alablement à l'étape de traitement on enregistre le signal acoustique recueilli lorsque son amplitude est supérieure à une amplitude seuil. En variante, dans une autre mise en oeuvre du procédé de l'invention, le signal acoustique recueilli est traité en temps réel, au fur et à mesure de son acquisition. En outre, quelle que soit la mise en oeuvre considérée du procédé de l'invention, lors de l'étape de traitement, le signal acoustique est de préférence échantillonné à une fréquence d'échantillonnage au moins égale au double de la fréquence de résonance dudit transducteur acoustique choisi. De plus, préalablement à l'étape de traitement, on effectue avantageu- sement une pré-amplification suivie d'une amplification du signal recueilli par le transducteur acoustique. A titre d'exemple illustratif mais non limitatif, le transducteur acoustique est un transducteur piézoélectrique à céramique. Par ailleurs, afin d'améliorer la détection et, en cas de présence d'insectes, pour les localiser précisément dans la structure considérée, l'acquisition d'un signal acoustique peut, de façon avantageuse, être réalisée à l'aide de plusieurs capteurs répartis sur ladite structure. Si on le souhaite, on intercale une interface de couplage entre le ou les transducteurs acoustiques et la structure considérée, pour réaliser une adap- tation d'impédance. En particulier, l'interface de couplage peut être une colle organique, une résine polymère ou un hydrocarbure aliphatique. De plus, la présente invention concerne également un système pour la détection d'une activité d'insectes xylophages dans une structure formée d'un 5 matériau comprenant des fibres cellulosiques, conformément au procédé décrit précédemment. Selon l'invention, ledit système comprend : - au moins un transducteur acoustique, de préférence plusieurs, dont la fréquence de résonance associée appartient audit intervalle de fréquences d'intérêt identifié, ledit transducteur étant destiné à être monté sur la struc- 10 ture considérée et apte à recueillir un signal acoustique représentatif de l'activité sonore à l'intérieur de la structure considérée ; et - des moyens pour traiter le signal acoustique recueilli par le transducteur acoustique, de manière à détecter, dans l'intervalle d'intérêt, la présence d'un ou plusieurs pics d'énergie représentatifs d'une onde de choc acousti- 15 que engendrée par la rupture d'une fibre due à l'activité d'insectes xylopha- ges. Dans un mode de réalisation de la présente invention, ledit système comprend également : - des moyens pour comparer l'amplitude du signal acoustique recueilli par le 20 transducteur acoustique à une amplitude seuil ; et - des moyens pour enregistrer ledit signal acoustique recueilli lorsque son amplitude est supérieure à l'amplitude seuil. Dans un autre mode de réalisation, les moyens de traitement réalisent un traitement en temps réel du signal acoustique recueilli, au fur et à mesure 25 de son acquisition par le transducteur acoustique. De préférence, quel que soit le mode de réalisation de l'invention considéré, ledit système comprend des moyens pour échantillonner le signal acoustique à une fréquence d'échantillonnage au moins égale au double de la fréquence de résonance du transducteur acoustique. 30 L'unique figure annexée - qui est un schéma synoptique d'un système conforme à l'invention pour la détection d'une activité d'insectes xylophages dans une structure formée d'un matériau comprenant des fibres cellulosiques - fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée et mise en oeuvre. Sur cette figure, des références identiques désignent des éléments semblables. Sur la figure, on a représenté un exemple de système 1, conforme à la présente invention, capable de détecter l'activité (et donc la présence) d'insectes xylophages dans une structure S en bois, par exemple le cadre d'un tableau de maître T. Comme le montre cette figure, le système 1 comprend : - plusieurs transducteurs acoustiques 2 piézoélectriques à céramique (seuls deux sont représentés sur la figure). On comprendra que tout autre type de transducteurs acoustiques adaptés peut bien entendu être mis en oeuvre. Ces transducteurs acoustiques 2 sont apposés sur la structure S par un opérateur, à différents emplacements. Ils sont aptes à recueillir des signaux acoustiques représentatifs de l'activité sonore à l'intérieur de la structure S; - des moyens 3 pour amplifier les signaux acoustiques provenant des transducteurs 2. Ils comprennent un pré-amplificateur 4, qui reçoit les signaux des transducteurs acoustiques 2 et qui est lui-même relié à un amplificateur de puissance 5; et - des moyens 6 pour traiter les signaux acoustiques provenant des transducteurs acoustiques 2, amplifiés par les moyens 3 d'amplification. Conformément à l'invention, la fréquence de résonance associée aux transducteurs acoustiques 2 appartient à un intervalle de fréquences d'intérêt préalablement identifié. A titre d'exemple, pour une structure en bois, cet in- tervalle de fréquences est égal à [70 kHz - 1 MHz]. En outre, la bande passante de chaque transducteur acoustique 2 est de préférence comprise dans cet intervalle d'intérêt identifié. L'intervalle d'intérêt a été défini par la Demanderesse après avoir constaté que les ondes de choc acoustique provoquées par la rupture d'une fibre cellulosique du fait de l'activité d'insecte xylophage présentaient chacune des spectres d'énergie s'étendant dans les fréquences inaudibles (c'est-à-dire en dehors du spectre de fréquences de l'oreille humaine, considéré comme correspondant à l'intervalle [20 Hz - 20 kHz]). Elle en a déduit qu'en orientant la détection et l'identification de pics d'énergie dans un tel intervalle de fréquences d'intérêt, elle pouvait s'affranchir des bruits et vibrations parasites am- biants. La sensibilité au bruit d'une détection des pics d'énergie dans l'intervalle d'intérêt ainsi identifié est notablement réduite en comparaison de celle obtenue dans la gamme de fréquences audibles. Le rapport signal sur bruit du ou des signaux acoustiques recueillis est alors grand, ce qui en faci- lite le traitement ultérieur. Dans l'exemple décrit, l'intervalle de fréquences d'intérêt est établi pour le bois, quelle que soit l'essence même de celui-ci. De cette façon, il n'est pas indispensable de redéfinir l'intervalle d'intérêt lorsque l'on change de type de bois. En outre, le système 1 comprend également : - des moyens 7 pour échantillonner les signaux acoustiques amplifiés par les moyens 3 à une fréquence d'échantillonnage au moins égale au double de la fréquence de résonance des transducteurs acoustiques 2, afin de limiter la perte d'informations utiles ; - des moyens 8 pour comparer l'amplitude des signaux acoustiques amplifiés et échantillonnés à une amplitude seuil préalablement définie en fonction de la nature des pics d'énergie que l'on cherche à identifier ; et - des moyens 9 pour enregistrer, par exemple dans une mémoire appropriée, le ou les signaux acoustiques échantillonnés, dont l'amplitude associée est supérieure à ladite amplitude seuil prédéfinie. Comme le montre la figure, les moyens de 7 à 9 sont intégrés dans les moyens de traitement 6. En variante, ces moyens 7 à 9 pourraient, bien entendu, être indépendants des moyens de traitement 6. Enfin, les moyens de traitement 6 comprennent également des moyens 10 pour identifier, dans l'intervalle de fréquences d'intérêt identifié, les pics d'énergie dans le ou les signaux acoustiques enregistrés qui sont associés à des ondes de choc acoustique provoquées par la rupture de fibres de bois du fait de l'activité d'insectes xylophages. En se basant sur le nombre de signaux reçus par unité de temps, de tels moyens 10 d'identification sont capables de distinguer et dissocier des 5 pics d'énergie appartenant à une onde de choc acoustique de rupture d'une fibre résultant de l'activité d'insectes xylophages de ceux associé à une onde de choc acoustique de rupture de fatigue d'une fibre, sans lien avec l'activité d'insectes xylophages. En effet, du fait que l'on acquiert des signaux liés à une énergie de seuil, on peut différencier, dans le cas d'un bois sous contrain10 tes depuis un certain temps ou ayant été sous contrainte, les deux phénomènes, le nombre de signaux par unité de temps étant plus grand pour l'activité d'insectes xylophages. De plus, comme le montre la figure, une interface de couplage I est intercalée entre chaque transducteur acoustique 2 et la structure S. De cette 15 façon, une adaptation d'impédance est établie entre la structure S et les transducteurs 2. A titre d'exemple uniquement illustratifs, l'interface de couplage I peut être une colle organique (comme la colle de poisson), une résine polymère (par exemple le paraloide B72) ou bien encore un hydrocarbure aliphatique 20 (tel que le cyclodécane qui présente la particularité de se sublimer à tempéra- ture ambiante). Outre un faible amortissement des signaux acoustiques, ces interfaces de couplage I présentent également l'avantage de pouvoir être facilement appliquées puis éliminés de la structure S, du fait de leur forte réversibilité. 25 Par ailleurs, dans une variante (non représentée) de l'exemple de réali- sation de l'invention illustré sur la figure, les moyens de traitement peuvent réaliser un traitement en temps réel des signaux acoustiques recueillis, amplifiés et échantillonnés, au fur et à mesure de leur acquisition par les transducteurs acoustiques. 30 REVENDICATIONS1. Procédé pour détecter l'activité d'insectes xylophages dans une structure (S) formée d'un matériau comprenant des fibres cellulosiques, par 5 exemple du bois, caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes suivantes : - on identifie préalablement un intervalle de fréquences d'intérêt, dans lequel sont comprises des fréquences inaudibles représentatives des ondes de choc acoustique engendrées par la rupture des fibres dudit matériau résul- 10 tant de l'activité d'insectes xylophages ; - on sélectionne un transducteur acoustique (2) dont la fréquence de résonance associée appartient à l'intervalle d'intérêt identifié ; - on monte au moins un tel transducteur acoustique (2) sur la structure considérée (S) ; 15 - on recueille un signal acoustique à l'aide dudit transducteur acoustique (2) représentatif de l'activité sonore à l'intérieur de ladite structure (S) ; et - on traite le signal acoustique ainsi recueilli pour détecter, dans l'intervalle d'intérêt, la présence d'un ou plusieurs pics d'énergie représentatifs d'une onde de choc acoustique engendrée par la rupture d'une fibre due à 20 l'activité d'insectes xylophages. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'intervalle d'intérêt est défini par des fréquences comprises entre 70kHz et 1MHz. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel, préalablement à l'étape de traitement, on enregistre le signal acoustique recueilli 25 lorsque son amplitude est supérieure à une amplitude seuil. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel, le signal acoustique recueilli est traité en temps réel, au fur et à mesure de son acquisition. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, 30 lors de l'étape de traitement, le signal acoustique est échantillonné à une fré-quence d'échantillonnage au moins égale au double de la fréquence de résonance dudit transducteur acoustique (2). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, préalablement à l'étape de traitement, on effectue une pré-amplification suivie d'une amplification du signal recueilli par le transducteur acoustique (2). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le transducteur (2) est un transducteur piézoélectrique à céramique. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on intercale une interface de couplage (I) entre le transducteur acoustique (2) et la structure (S) considérée, de manière à réaliser une adaptation d'impédance entre ces derniers. 9. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel l'interface de couplage (I) est une colle organique, une résine polymère ou un hydrocarbure aliphatique. 10. Système pour la détection d'une activité d'insectes xylophages dans une structure (S) formée d'un matériau comprenant des fibres cellulosiques, selon le procédé spécifié sous l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend : - au moins un transducteur acoustique (2), de préférence plusieurs, dont la fréquence de résonance associée appartient audit intervalle de fréquences d'intérêt identifié, ledit transducteur (2) étant destiné à être monté sur la structure (S) considérée et apte à recueillir un signal acoustique représentatif de l'activité sonore à l'intérieur de ladite structure (S) ; et - des moyens (6) pour traiter le signal acoustique recueilli par le transducteur acoustique (2), de manière à détecter, dans l'intervalle d'intérêt, la pré- sence d'un ou plusieurs pics d'énergie représentatifs d'une onde de choc acoustique engendrée par la rupture d'une fibre due à l'activité d'insectes xylophages. 11. Système selon la revendication précédente, comprenant : - des moyens (8) pour comparer l'amplitude du signal acoustique recueilli par le transducteur acoustique (2) à une amplitude seuil ; et- des moyens (9) pour enregistrer ledit signal acoustique recueilli lorsque son amplitude est supérieure à l'amplitude seuil. 12. Système selon la revendication 10, dans lequel les moyens de traitement (6) réalisent un traitement en temps réel du signal acoustique recueilli, au fur et à mesure de son acquisition par le transducteur acoustique (2). 13. Système selon l'une des revendications 10 à 12, comprenant des moyens (7) pour échantillonner le signal acoustique à une fréquence d'échantillonnage au moins égale au double de la fréquence de résonance du transducteur acoustique (2).