Brevet FR3020136A1 — publié le 20151023

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une installation de surveillance d'un ouvrage et notamment de l'évolution géométrique de l'ouvrage en fonction du temps tel qu'un pont, un barrage, une canali- sation, un tunnel, une galerie ou autre ouvrage de ce type, en général intégré dans un site naturel. Etat de la technique Il existe de nombreux types d'installations permettant de surveiller l'évolution d'un ouvrage tel que par exemple un réseau de jauges de contrainte, une série de repères alignés ou répartis sur une certaine courbe appropriée à la forme de l'ouvrage à surveiller. Mais de façon générale, ces différentes installations de surveillance sont très compliquées, nécessitent des travaux de mise en oeuvre importants et ne peuvent se placer très simplement et provisoirement sur un ouvrage à surveiller, notamment un tronçon d'un ouvrage. But de l'invention La présente invention a pour but de développer une ins- tallation simple de surveillance de l'évolution géométrique d'un ouvrage en fonction du temps, qui soit elle-même de structure simple, soit simple à installer et à démonter, sans gêner l'utilisation de l'ouvrage et permettant d'obtenir des informations très précises sur l'évolution géométrique de l'ouvrage. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet une installation de surveillance de l'évolution géométrique d'un ouvrage en fonction du temps, comprenant : un chemin de mesure du déplacement relatif de différents points de mesure de l'infrastructure, le chemin de mesure étant formé d'une succession de modules de capteurs traversés par une ligne de référence constituée par un fil tendu entre un module d'entrée et un module de sortie, solidaires tous deux de l'infrastructure et constituant des points fixes, les modules fournissant des signaux de déplacement relatifs de chaque module dans au moins une direction de détection, - le module d'entrée (Me) fournissant le fil constituant la ligne de référence - chaque module ayant : un capteur optoélectronique ayant au moins une direction de détection relié à un circuit de traitement pour fournir un si- gnal de déplacement relatif à un instant donné, un dispositif de réglage de la position, et un dispositif de fixation à l'infrastructure. L'installation selon l'invention a l'avantage d'être d'une réalisation particulièrement simple et de se composer de modules qui peuvent être tous de même structure, à l'exception du module d'entrée et du module de sortie, ce qui permet de réaliser un chemin de mesure comportant un nombre variable de points de mesure, c'est-à-dire de modules associés à des points de mesure, d'un chantier à l'autre. L'invention s'installe facilement et se démonte tout aussi facilement après avoir effectué une campagne de mesure sur un ouvrage. Les informations recueillies par l'installation peuvent facilement être transmises par une liaison non câblée vers un poste de centralisation qui peut recueillir et traiter de nombreuses telles installations si- tuées dans des sites très différents. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la direc- tion de détection des modules est orientée suivant une même direction de référence. Bien qu'en principe, on puisse détecter le déplacement relatif du point de mesure de l'infrastructure suivant une direction as- sociée à l'emplacement du point de mesure sur l'infrastructure, il est avantageux de mesurer l'évolution géométrique de l'infrastructure suivant une certaine direction qui peut correspondre à une direction particulièrement intéressante et importante de l'infrastructure. Suivant une autre caractéristique, tous les modules ont sensiblement la même orientation par rapport au fil tendu formant la ligne de référence, notamment une orientation perpendiculaire à cette direction. Suivant une autre caractéristique, chaque module a un dispositif d'isolation de vibration par rapport à l'infrastructure. Cette isolation des vibrations est particulièrement importante si l'infrastructure est soumise à des vibrations fréquentes et importantes comme par exemple si l'infrastructure est un tunnel ou un pont, notamment à usage ferroviaire. Suivant une autre caractéristique, le module d'entrée comporte un dispositif de mesure de tension du fil tendu et un dispositif d'asservissement asservissant la tension du fil sur une tension de consigne. Cela permet d'effectuer des mesures sur une période prolongée au cours de laquelle la tension initiale du fil tendu pourrait se relâcher sous l'effet de la fatigue ou de causes externes. Suivant une autre ca- ractéristique, au moins certains modules comportent un capteur optoélectronique double mesurant le déplacement relatif du point de mesure dans au moins deux directions de détection. Cette double détection permet d'avoir une image précise du déplacement relatif des points de mesure par rapport à la ligne de référence considérée comme ligne fixe. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le cap- teur optoélectronique est un capteur à fourches comportant une branche émettrice et une branche réceptrice détectant la position du fil tendu passant dans le capteur suivant l'orientation de la ligne de détec- tion. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le dispo- sitif de réglage règle la direction du ou des capteurs suivant une direction de référence. Ce dispositif de réglage peut également permettre de ré- gler le niveau du module à sa première installation, par rapport à la ligne de référence constituée par le fil tendu. En résumé et globalement, l'installation de surveillance telle que définie ci-dessus permet une surveillance particulièrement simple et efficace de l'évolution de la forme géométrique d'une infras- tructure telle qu'un ouvrage de construction. Dessins La présente invention sera décrite de manière plus détail- lée à l'aide d'un exemple d'installation destinée à surveiller l'évolution géométrique d'une infrastructure, représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est un schéma d'ensemble de l'installation équipant une infrastructure, la figure 2 est un schéma d'un module d'entrée de l'installation de la figure 1, la figure 3 est un schéma d'un module de capteur de l'installation de la figure 1. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, l'installation de surveillance de l'évolution d'une infrastructure est destinée à surveiller ou à suivre l'évolution géométrique d'une infrastructure IF telle qu'un ouvrage (pont, tunnel, galerie) qui évolue ou peut évoluer sous l'effet de causes extérieures dont on ne peut prévoir les effets mais seulement les consta- ts ter pour ensuite appliquer des contremesures. L'installation se compose d'un chemin de mesure intégré ou monté sur l'infrastructure pour mesurer les déplacements relatifs de points de mesure PMi répartis le long du tronçon de l'infrastructure IF à surveiller. 20 L'installation se compose de modules de capteurs Mi tra- versés par une ligne de référence FT associée à l'infrastructure IF et mesurer les déplacements des points de mesure PMi. Cette ligne de référence FT, selon l'invention, est constituée par un fil tendu entre un module d'entrée Me et un module de sortie Ms, installés de manière fixe 25 et solidaire à chaque extrémité du tronçon TR de l'infrastructure IF à surveiller. Les modules de capteurs Mi sont répartis sur le chemin de mesure aux points de mesure PMi (i = 1...n) dont on connaît la position Pi (i = 1 mm) suivant la ligne de mesure. Les modules de capteurs 30 Mi fournissent chacun un signal de mesure Si représentant la variation de position relative (4Hi, 4Vi) du module de capteur Mi par rapport au point de mesure PMi situé sur la ligne de mesure, c'est-à-dire le fil tendu FT qui est un point fixe alors que le module Mi, solidaire de l'infrastructure, se déplace avec l'infrastructure. L'installation comporte un bus B auxquels sont reliés les modules Mi, y compris le module d'entrée Me et le cas échéant, le module de sortie Ms, pour transmettre leurs signaux Se, Si...Ss à une unité centrale de traitement UC qui exploite les signaux, les enregistre, affiche les résultats du traitement sur un écran de contrôle EC et plus généralement édite (ED) les résultats ou les transmet à une centrale. Pour faciliter les explications, un système de coordonnées (x, y, z) a été représenté sur la figure 1. Il s'agit de préférence, mais non nécessairement, d'un système orthogonal dont l'axe (x) est celui de la ligne de référence FT, l'axe (y) correspondant à la direction transversale (par rapport au plan de la figure 1) et l'axe (z) étant l'axe montant, par exemple la direction verticale. Les modules Mi ou du moins leurs capteurs Ci qui ont une ou deux directions de détection, sont réglés pour que la ou les deux directions de détection correspondent à des directions de référence comme par exemple la direction verticale et la direction horizontale sans que ce choix ne soit impératif. Cela signifie ainsi que l'orientation du plan de détection dans lequel se situe le point de mesure PMi est de même orientation pour tous les modules Mi pour simplifier le traitement des signaux et l'exploitation des résultats. On peut toutefois envisager que pour des raisons particu- lières, tel ou tel point de mesure PMi nécessite la surveillance de son évolution dans un plan ayant une autre orientation que celle des autres module Mi pour mieux cerner l'évolution très locale de ce point de me- sure PMi particulier. Bien que la surveillance de l'évolution des points de me- sure PMi soit intéressante dans les deux directions (y, z), il peut suffire dans certains cas de ne surveiller l'évolution que dans une direction (y). Lors de la mise en place de l'installation de la ligne de ré- férence FT entre les deux modules Me, Ms, les modules de capteurs Mi sont placés et montés aux positions Pi, ce qui peut nécessiter, outre la fixation solidaire des modules Mi à leur point de mesure Pi sur l'infrastructure, de régler également la position des modules Mi par rapport à la ligne de référence FT pour que cette ligne passe dans la plage optimale de chaque capteur Ci en fonction des déplacements relatifs prévisibles mais surtout pour que la ou les deux directions de détection Dd soi(en)t orientée(s) selon les directions de référence, en général les mêmes directions de référence pour tous les modules Mi. Enfin la mise en place de l'installation peut être complé- tée par des moyens de protection contre l'influence de l'environnement ou des intempéries. La description détaillée des modules sera faite ci-après. La figure 2 est un schéma d'un module d'entrée Me ins- u) tallé à l'une des extrémités du tronçon surveillé TR. Le module Me se compose d'un boîtier Be muni d'un dispositif de fixation Fe à l'infrastructure IF pour le solidariser au moins pendant la période de mesure à l'infrastructure, à la position Po considérée comme point fixe. Le dispositif de fixation Fe est isolé du boîtier Be du mo- 15 dule par un organe d'isolation ISe pour filtrer les vibrations de l'infras- tructure IF et réduire leur transmission au boîtier. Un dispositif de réglage Re permet de régler ensuite la position du boîtier, si besoin est. Le module Me comporte un point fixe PFe définissant le début de la ligne de référence qui est le point 20 d'émission du fil tendu FT. Le fil est fourni par une alimentation AL reliée au point fixe FPe par un dispositif d'asservissement DA de la tension du fil sur une tension de consigne To. La tension du fil est mesurée par un dispositif de mesure 25 de tension MT qui fournit un signal de tension ST à un circuit de trai- tement CTSe commandant l'asservissement de la tension sur la consigne To. Le signal de tension ST peut également être fourni par le bus B à l'unité centrale UC qui commande alors l'asservissement. 30 Le module de sortie Ms installé à l'autre extrémité du tronçon à surveiller TR est semblable au module d'entrée Ms mais sans l'alimentation en fil, remplacée par un simple point de fixation du fil constituant le point fixe de sortie PFs et sans asservissement de tension. Selon la figure 3, le module de capteur Mi se compose comme les autres modules Me, Ms, d'un dispositif de fixation Fi à l'infrastructure IF avec un dispositif d'isolation des vibrations ISi et un dispositif de réglage de position Ri. Le dispositif de réglage Ri réalise non seulement le ré- glage initial pour positionner le champ de détection autour du point de mesure PMi de ce module Mi mais surtout le réglage de l'orientation de la ou des lignes de détection Ddl, Dd2 suivant les lignes de référence. Le module Mi comporte un ou deux capteurs opto- électroniques à fourches pour détecter les variations de position rela- tives AHi, ADi du capteur (module Mi) par rapport à la ligne de référence constituée par le fil tendu FT. Pour détecter le mouvement suivant une direction, le capteur Ci se compose de deux branches BVEi, BVRi formant une four- chette dans laquelle passe le fil tendu FT, c'est-à-dire la où se trouve le point de mesure PMi constitué par l'intersection du fil tendu avec le plan de détection du capteur. Le capteur Ci pourra détecter la position dans la direction de détection Dd 1 et donner la variation relative AHi (t) en fonction du temps (t). Pour cela, après la mise en place des modules Mi et leur réglage, on mesure la position du point de mesure PMi dans chaque module Mi. Cette position du point de mesure PMi (to) à l'instant initial de la campagne de mesure constitue la position de référence de chaque point de mesure par rapport à laquelle se mesurent les variations de la position relative du point de mesure PMi en fonction du temps (t). La mesure des déplacements relatifs est indépendante de la flèche inévitable du fil tendu car cette flèche est maintenue invariable par l'asservissement de la tension du fil à une valeur de consigne. Dans le cas d'un capteur CVi, CHi travaillant dans deux directions de mesure Dd 1, Dd2, la situation est la même mais simple- ment dédoublée, donnant deux différences de mesure AHi, ADi ou déplacements relatifs dans les deux directions de détection. Selon la figure 3, chaque capteur optoélectronique à fourchettes Ci, CVi, CHi comporte deux branches, une branche d'émission BVEi, BHEi et une branche de réception PVRi, BHVi, consti- tuées respectivement par un alignement de photodiodes émettrices et de photodiodes réceptrices qui se correspondent et sont identifiées de manière à coopérer. L'intersection du faisceau par le fil tendu entre une ou plusieurs diodes photoémettrices et les diodes photoréceptrices corres- pondantes donne le signal de position de l'obstacle coupant le ou les faisceaux dans la direction de détection, c'est-à-dire la position du fil tendu ou point de mesure PMi. Les capteurs Ci, CVi, CHi comportent un circuit de trai- tement CTVi, CTHi associé à chacune des fourchettes de capteur (CVi, io CHi) pour chacune des deux directions de détection Dd 1, Dd2. Les cir- cuits traitent le signal de détection pour fournir chaque fois des signaux traités SVi, SHi à un circuit de traitement de sortie CTSi relié par le bus à l'unité centrale UC auquel il envoie le signal complexe Si du module Mi et qui exploite les signaux et génère les mesures. 15 Selon une variante, les modules Me, Mi et le cas échéant Ms sont reliés par une liaison radio à l'unité centrale pour lui fournir ainsi les signaux. Cette solution remplace le bus B par les liaisons radio de sorte que l'installation se monte plus simplement au seul prix d'une alimentation autonome de chacun des modules. 20 L'unité centrale peut se situer à proximité de l'installation, par exemple dans le module d'entrée Me pour ensuite transmettre les signaux traités également par une liaison radio à un récepteur dans une installation centralisée. 25 NOMENCLATURE AL Alimentation en fil B Bus de liaison Be Boîtier du module d'entrée Me BHEi Branche d'émetteur du capteur CHi BHRi Branche de récepteur du capteur CHi BVEi Branche d'émetteur du capteur CVi BVRi Branche de récepteur du capteur CVi CHi Capteur Ci Capteur CTHi Circuit de traitement du signal du capteur CTVi Circuit de traitement du signal du capteur CVi CTSi Circuit de traitement de sortie du signal Si du module Mi CVi Capteur DA Dispositif d'asservissement de tension Ddl, Dd2 Direction d'action des capteurs Fe Dispositif de fixation du module Me à l'infrastructure Fi Dispositif de fixation du module Mi à l'infrastructure FS Dispositif de fixation du module de sortie à l'infrastructure FT Fil tendu/ligne de référence IF Infrastructure ISe Dispositif d'isolation de vibration ISs Dispositif d'isolation de vibration du module de sortie ISi Dispositif d'isolation de vibration du module Mi Me Module d'entrée Ms Module de sortie Ml...Mi...Mn Module de capteur MT Dispositif de mesure de tension PFe Point fixe d'entrée PFs Point fixe de sortie PMi Point de mesure du module Mi PO...PS Position des modules de l'installation sur la ligne de mesure Re Dispositif de réglage de la position du module d'entrée Ri Dispositif de réglage de la position du module Mi Rs Dispositif de réglage de la position du module de sortie Se, 51, Si, Sn, Ss Signaux fournis par les modules Me...Ms SHi Signal de sortie du circuit de traitement CHi Si Signal de sortie du module Mi SVi Signal de sortie du circuit CTVi TR Tronçon de l'infrastructure à surveiller UC Unité centrale de traitement15 REVENDICATIONS1°) Installation de surveillance de l'évolution géométrique d'un ouvrage en fonction du temps, installation caractérisée en ce qu'elle comprend : un chemin de mesure du déplacement relatif de différents points de mesure (PMi) de l'infrastructure (IF), le chemin de mesure étant formé d'une succession de modules de capteurs (Mi) traversés par une ligne de référence (FT) constituée par un fil tendu entre un module d'entrée (Me) et un module de sortie (Ms), solidaires tous deux de l'infrastructure et constituant des points fixes (PFe, PFs), les modules (Mi) fournissant des signaux de déplacement relatifs de chaque module dans au moins une direction de détection (Dd), le module d'entrée (Me) fournissant le fil constituant la ligne de ré- férence (FT) chaque module (Mi) ayant : un capteur optoélectronique (Ci) ayant au moins une direction de détection (Dd) relié à un circuit de traitement pour fournir un signal de déplacement relatif (Si) à un instant donné (t), un dispositif de réglage (Ri) de la position, et un dispositif de fixation à l'infrastructure (IF). 2°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la direction de détection (Dd) des modules (Mi) est orientée suivant une même direction de référence. 3°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que tous les modules (Mi) ont sensiblement de même orientation par rapport au fil tendu (FT) formant la ligne de référence, notamment une orientation perpendiculaire à cette direction, 4°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce quechaque module (Mi, Me, Ms) a un dispositif d'isolation de vibrations (ISi, ISe) par rapport à l'infrastructure (IF). 5°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le module d'entrée (Me) comporte un dispositif de mesure de tension (MT) du fil tendu et un dispositif d'asservissement (DA) asservissant la tension du fil sur une tension de consigne (To), 6°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' au moins certains modules (Mi) comportent un capteur optoélectronique double (CVi, CHi) mesurant le déplacement relatif du point de mesure (PMi) dans au moins deux directions de détection (Ddl, Dd2). 7°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capteur optoélectronique (Ci, CVi, CHi) est un capteur optoélectronique à fourches comportant une branche émettrice (BVEi, BHEi) et une branche réceptrice (BVRi, BVHi) détectant la position du fil tendu (FT) passant dans le capteur suivant l'orientation de sa ligne de détection (Ddl, Dd2). 8°) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de réglage (Ri) règle la direction de détection (Da) du capteur (Ci)/des capteurs (CVi, CHi) suivant une direction de référence respective.30