Brevet FR3131289A1 — publié le 20230630

TITRE : Système de surveillance d’un site d’alimentation en gaz de mobilité pour détecter les fuites et mettre le site en sécurité Système de surveillance et de protection d’un site (100) d’emplacements de stationnement en extérieur (E), équipé d’un réseau (110) de distribution de gaz pour la mobilité, alimentant par des conduites (Lj), des points d’alimentation (Pj/m) associés aux emplacements. Le réseau de distribution (110) est géré par une centrale de gestion (150). Le système comprend - un ensemble de capteurs acoustiques (CA) répartis sur le site (100), recevant les bruits et les signaux acoustiques (Sb/m) de l’environnement pour générer des signaux de détection (Sd/m). Une unité de traitement (140) reçoit les signaux (Sd/m) pour les analyser et séparer les signaux caractéristiques d’une fuite de gaz Sf(n) associés à un signal de détection (Sd/n) d’un capteur (CAn). La centrale de gestion (CG) reçoit le signal de fuite (Sf/n) et active la chaîne de sécurité de la zone associée à ce capteur (Can). Figure 2 Système de surveillance d’un site d’alimentation en gaz de mobilité pour détecter les fuites et mettre le site en sécurité DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention se rapporte à un système de surveillance d’un site d’alimentation en gaz de mobilité pour détecter les fuites et mettre le site en sécurité. ETAT DE LA TECHNIQUE Les sites d’alimentation en gaz pour la mobilité se composent en général d’un ensemble d’emplacements de stationnement en extérieur pour recevoir les véhicules et permettre de les brancher sur des postes de distribution de gaz. Le branchement se fait par des flexibles et en général il reste maintenu pendant le stationnement du véhicule entre deux périodes d’utilisation. Ces sites comprennent, le cas échéant, des stations de compression, de stockage et de distribution du gaz, reliées par des conduites associées à plusieurs emplacements et se terminant par des conduites de branchement. Le gaz distribué est un gaz inflammable tel que du méthane, du gaz naturel pour véhicule GNV ou de l’hydrogène. Selon le type de gaz, les pressions peuvent être importantes, allant jusqu’à 1000 bar. Or, de telles installations sont exposées à des risques majeurs de sécurité du fait des risques de fuite importante de gaz. Ces fuites peuvent survenir à tout moment et à n’importe quel endroit de l’installation, qui est à l’air libre. Les fuites peuvent être dues à des serrages de raccords défectueux, des ruptures de canalisation ou de flexible ou encore l’activation de soupapes de décharge, suite à une surpression. Ces fuites présentent également des risques environnementaux et économiques importants. A ce jour, il n’existe qu’un seul moyen pour détecter une fuite, la mise en place d’un détecteur de présence de gaz. Ces détecteurs sont peu efficaces car les gaz distribués, étant plus légers que l’air, s’échappent rapidement vers le haut de sorte que le rayon d’action de ce type de détecteur de gaz est très réduit. Or, les installations peuvent couvrir des surfaces importantes. Par exemple, dans le cas d’un site tel qu’un dépôt de bus, la distribution du gaz est répartie sur un nombre important d’emplacements pouvant aller jusqu’à deux cents emplacements. Ces emplacements sont à l’air libre de sorte que les gaz de fuite ne sont pas canalisés par des auvents qui permettraient éventuellement de les détecter à leur point haut. Néanmoins, dans tous les cas, la détection est insuffisante, voire aléatoire. BUT DE L’INVENTION La présente invention a pour but de développer un système permettant de détecter les fuites de gaz de manière automatique, certaine, et d’activer une chaîne de sécurité pour isoler la partie de l’installation concernée par la fuite, voire de l’ensemble de l’installation. EXPOSE ET AVANTAGES DE L’INVENTION A cet effet, l’invention a pour objet un système de surveillance et de protection d’un site d’emplacements de stationnement en extérieur, équipé d’un réseau de distribution de gaz pour la mobilité, alimentant par des conduites, des points d’alimentation associés aux emplacements, le réseau de conduites étant géré par une centrale de gestion pouvant mettre le site ou une partie de celui-ci en sécurité en cas de fuite de gaz, système caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble de capteurs acoustiques répartis sur le site de stationnement, chaque capteur recevant les bruits et les signaux acoustiques de l’environnement couvert par le capteur pour générer des signaux de détection, une unité de traitement recevant les signaux pour les analyser et séparer le signal caractéristique d’une fuite de gaz associé à un signal de capteur, la centrale de gestion recevant le signal de fuite d’un capteur et activant la chaîne de sécurité du réseau de distribution concerné. Le système de surveillance selon l’invention a l’avantage de permettre la détection à l’air libre qui est l’environnement habituel des installations de distribution de gaz GNV et d’hydrogène. Cette détection est efficace puisqu’elle n’a pas à détecter la présence de gaz de fuite, mais le bruit généré par la fuite. Le système de surveillance s’applique, de façon générale, à toute station de remplissage qu’il s’agisse d’une station de remplissage à la place ou d’une station de remplissage rapide, à l’extérieur car toute fuite émet un signal sonore qui sera détecté par un capteur acoustique. Le système de détection selon l’invention a l’avantage de couvrir un ensemble de points de distribution et de zones de risque de fuite. Il n’est pas à un emplacement de détection unique associé à un seul point de risque. Cela est d’autant plus important qu’il est pratiquement impossible, indépendamment du fait qu’il s’agit de gaz plus légers que l’air, de surveiller tous les points d’une installation de distribution comme celle évoquée ci-dessus puisqu’il faudrait des détecteurs de présence de gaz en de multiples points de l’installation ; ces points devraient être associés à chaque canalisation, à chaque point de branchement d’un flexible et à chaque flexible à cause de son raccord le reliant périodiquement au véhicule à réalimenter ; et tous ces détecteurs intégrés devraient respecter les normes de sécurité du matériel installé dans une enceinte explosive. Le système de surveillance n’a pas pour fonction de détecter les micro-fuites par principe inévitable et sans conséquence puisque l’installation est à l’extérieur et non dans des locaux fermés. Le système permet de surveiller efficacement et de détecter de manière quasi instantanée toute fuite à risque, d’autant plus sérieuse pour ses conséquences possibles que l’installation du site est complexe à cause de la longueur de la tuyauterie et du nombre de flexibles et de raccords. Le système est efficace en permanence car il est en grande partie automatisé de sorte qu’il ne dépend pas de la présence d’un opérateur qui surveillerait en permanence les signaux fournis par les multiples détecteurs de présence de gaz qui seraient nécessaires pour assurer une protection au sens traditionnel. En conclusion, le système de surveillance selon l’invention permet d’automatiser la mise en sécurité de l’installation de distribution et donc de réduire considérablement le risque. Suivant une caractéristique, l’unité de traitement analyse les signaux de détection pour déterminer un profil moyen de niveau de bruits de fond, à différents instants de la journée par l’analyse continue des signaux de détection pour les associer à un capteur acoustique respectif et filtrer ainsi les signaux pour séparer les signaux de fuite. Suivant une autre caractéristique, l’unité de traitement est conçue pour établir périodiquement un profil rectifié et l’enregistrer dans l’historique des profils de signaux acoustiques ambiants. Enfin, l’invention a également pour objet un procédé de détection d’une fuite de gaz dans un site en extérieur de distribution de gaz pour la mobilité, par des points de distribution qui se raccordent par des tuyaux aux véhicules en stationnement, ce procédé étant caractérisé en ce qu’il consiste à A. détecter le bruit de fond de l’installation en extérieur, B. établir le profil de bruit de fond, C. détecter en continu le bruit de fond pour obtenir un signal de détection, D. traiter le signal de détection des capteurs acoustiques pour détecter un signal acoustique se détachant du bruit de fond, E. analyser le signal ainsi séparé et l’évaluer par sa fréquence, sa bande de fréquences, son intensité, sa continuité ou son intermittence, F. générer un signal de fuite associé au capteur acoustique et, G. transmettre le signal de fuite à la centrale de gestion du site pour activer la chaîne de sécurité et couper l’alimentation partielle ou totale du site en fonction du capteur acoustique émetteur du signal de détection. Le système de surveillance d’un système d’alimentation en gaz sera décrit ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’un exemple de réalisation représenté schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : schéma d’ensemble d’un site équipé du système de surveillance selon l’invention, schéma extrait de la vue d’ensemble de la , DESCRIPTION D’UN MODE DE REALISATION DE L’INVENTION Selon la , l’invention a pour objet un système de surveillance et de protection d’un site 100 d’emplacements de stationnement et de recharge en gaz de mobilité de véhicules tels que des véhicules d’une flotte de transport, des bus, autocars ou véhicules utilitaires, fourgonnette de distribution de colis, etc. Selon l’exemple représenté, le site 100 en extérieur se compose d’emplacements de stationnement Ej,n sur lesquels les véhicules viennent stationner pour des périodes de non-utilisation, par exemple, de nuit ou encore certaines périodes du jour pour profiter de ce temps de stationnement pour recharger leur réservoir. Il s’agit d’une recharge qui peut durer, sauf exception, quelques heures et qui s’arrête lorsque la pression dans le réservoir atteint la pression demandée pour le véhicule. Ce mode de recharge ou de réalimentation des réservoirs évite un surdimensionnement des moyens d’alimentation et les mesures de sécurité propres à des débits forts. Le site présenté ci-dessus est une station de remplissage à la place. Selon un exemple non représenté, le site est une station de remplissage rapide, composée d’emplacements alimentés par des conduites équipées également de vannes commandées à partir d’un réservoir de stockage de gaz à haute pression avec un compresseur en amont. La durée de remplissage est, dans ce cas de quelques minutes seulement. La surveillance de ce site se fait dans les mêmes conditions que celles de l’exemple de site ci-dessus. Le site 100 est, par exemple, subdivisé en zones 101, 102, … qui facilitent l’organisation, et plus généralement, la gestion. A chaque zone 101, 102 sont associés un ou plusieurs capteurs acoustiques CAn, CAn+1 répartis sur la zone pour que leur aire de détection qui correspond à des considérations locales de terrains, d’obstacles matériels et autres… soit couverte par un capteur acoustique CA respectif. Les aires de détection An ne sont pas nécessairement des aires circulaires ; elles peuvent avoir des contours irréguliers, voire des contours qui se chevauchent. Les emplacements de stationnement Ej/m couverts par une aire An sont identifiés comme appartenant à l’aire couverte par un ou quelques capteurs acoustiques, ce qui augmente la précision de l’identification des endroits d’une fuite en limitant le nombre d’emplacements concernés. La zone 101 du site 100 a des points de distribution Pj, m associés à chaque emplacement Ej,m. Les points Pj,m sont installés sur une conduite d’alimentation Lj reliée par une vanne Vj commandée, à une conduite principale Cp, elle-même alimentée par un compresseur 120. Le réseau de conduites 110 couvre l’ensemble des emplacements de stationnement de la zone 101 ; il en est de même des autres zones 102 non détaillées. La zone 101 est une aire An qui, ici, à titre d’exemple, est couverte par le capteur acoustique CAn ; de façon parallèle, la zone 102, non détaillée, est couverte par le capteur acoustique Cn+1. Le capteur acoustique CAn surveille en permanence son aire An quel que soit le degré d’occupation des emplacements Ej,m. Il génère en continu ou de manière séquentielle, un signal de détection Sd/n. Le site 100 étant en extérieur et les capteurs non intégrés à un poste de distribution Pj,m, l’installation électrique du capteur CAn n’est soumise à aucune contrainte de type ATEX que doivent respecter les installations électriques dans une "atmosphère explosive". Le capteur CAn peut être installé sur un mât et son alimentation électrique ainsi que la ligne de transmission des signaux ne sont pas soumises à des contraintes particulières. Cela permet aussi d’adapter la position des capteurs CAn en fonction des essais faits sur le terrain et les besoins d’adaptation particuliers, par exemple, à cause de la situation de diverses sources de bruit perturbant le bruit ambiant et susceptible de créer des fausses alertes. Le signal de détection Sd/n du capteur acoustique CAn est transmis à une unité de traitement 140 qui traite le signal pour le filtrer par rapport au bruit ambiant ou à des bruits caractéristiques mais ne correspondant pas aux bruits d’une fuite de gaz pour générer un signal de fuite Sf/n concernant une région bien définie de l’aire An ou un signal plus général nécessitant l’arrêt de l’installation complète. Ce signal de fuite Sf/n associé au capteur Cn est transmis à la centrale de gestion 150 du site qui génère un signal de commande Sc/n vers l’une ou plusieurs vannes Vn, Vn+1,… et au réservoir 120 pour mettre l’ensemble du site 100 en alerte. La montre un détail du système de surveillance et de protection 100, limité à un emplacement Ejm et à sa conduite Lj alimentant la série des emplacements Ej dont fait partie l’emplacement Ej,m. L’emplacement Ej,m est occupé par un véhicule non détaillé, à l’arrêt, en phase de recharge de gaz de mobilité. Le véhicule est relié à son point d’alimentation Pj,m par un flexible Fj,m. Le point d’alimentation Pj,m est muni d’une sécurité n’ouvrant le clapet associé que si le flexible Fj,m est raccordé au réservoir du véhicule. La conduite Lj est reliée à la conduite principale Cp par une vanne Vj commandée par la centrale 150. Le capteur acoustique CAn reçoit le bruit Sb/n de son aire de couverture An et transmet le signal Sd/n à l’unité de traitement 140. L’entrée 141 de cette unité de traitement 140 reçoit les signaux de détection Sd/n, Sd/n+1, … de tous les capteurs acoustiques CAn, CAn +1, … du site. L’entrée 141 adapte les signaux, par exemple, en convertissant des signaux analogiques en signaux numériques pour les transmettre à un processeur 142 qui établit le profil de bruit de fond de l’aire An de chaque capteur acoustique CAn en fonction de l’environnement et de la variation de ce niveau de bruit en cours de journée et selon les jours de la semaine. L’évolution de ces niveaux est suivie pour avoir une évolution à court terme et moyen terme des profils qui sont enregistrés dans une mémoire 143. Le processeur 142 compare également le signal de détection Sd/n à un profil type pour analyser les excusions du signal par rapport au profil type représentant le bruit de fond ou ce qui est assimilé au bruit de fond et un comparateur 144 génère un signal de fuite Sf/n associé au capteur CAn origine de cette détection. Les excursions éventuelles du signal Sd/n sont vérifiées quant à leur durée et à leur pertinence telles que la fréquence ou gammes de fréquences également en mémoire. Le signal considéré par le comparateur 144 comme signal plausible d’une fuite est transmis à la centrale de gestion 150 qui identifie la ou les vannes Vj, des conduites Lj de l’aire An du capteur acoustique CAn pour fermer la ou les vannes correspondantes et prendre les dispositions de sécurité. Le système de surveillance et de protection 100 à la détection d’un signal acoustique interprété comme celui d’une fuite de gaz fonctionne comme suit. Ce signal est noyé dans le bruit de fond du site pour l’aire An surveillée par le capteur acoustique CAn. Le signal acquis par le capteur acoustique CAn sous la forme d’un micro est un signal analogique que l’unité de traitement 140 convertit en un signal numérique, le filtre et isole la composante qui peut venir d’une fuite de gaz. Le signal résultant peut être visualisé sur un écran de contrôle 145 permettant de préciser la détection et aussi la reconnaissance d’un signal de fuite pour éliminer les fausses alertes. Le signal confirmé comme représentant une fuite est enregistré en tant que tel et il est transmis à la centrale de gestion 150. La préparation et l’adaptation des critères et seuils de comparaison des bruits de fuite permet d’identifier plus facilement les fuites dans le contexte particulier de chaque aire An surveillée. Après l’émission du signal de fuite l’unité de traitement 140 surveille les nouveaux signaux reçus de ses capteurs acoustiques, en particulier, ceux du capteur CAn qui vient de transmettre un signal de fuite pour vérifier que le nécessaire a été fait par la centrale de gestion 150 en constatant que le signal de fuite a disparu dans le nouveau signal détecté alors par le capteur acoustique CAn et confirme ainsi le résultat ou non de la mise en alerte de la centrale de gestion 150. A côté des fonctions principales décrites ci-dessus l’unité de traitement 140 a des fonctions auxiliaires consistant également à : - afficher les signaux traités en temps réel, - enregistrer en continu les signaux traités comme témoins et aussi pour améliorer la précision de l’exploitation et de l’extraction des signaux de fuite dans les signaux de détection fournis par les capteurs acoustiques, - sauvegarder les signaux dans une mémoire intérieure, - paramétrer sur l’écran les critères de détection. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100 Site d’emplacements de stationnement de véhicules 101 Zone du site 102 Zone du site 110 Réseau de conduites LJ Conduite VJ Vanne CP Conduite principale 120 Compresseur 140 Unité de traitement 141 Entrée 142 Processeur 143 Mémoire 144 Comparateur 145 Ecran de contrôle 150 Centrale de gestion du site CA Ensemble de capteurs acoustiques CAn, CAn+1 Capteurs acoustiques E Ensemble d’emplacements de stationnement Ej, m Emplacement PJ,m Point d’alimentation An Aire de détection couverte par le capteur acoustique CAn Sb/n Bruit de l’aire couverte par le capteur acoustique CAn Sd/n Signal de détection Sf/n Signal de fuite Sc,j Signal de commande Système de surveillance et de protection d’un site (100) d’emplacements de stationnement (E) en extérieur, équipé d’un réseau (110) de distribution de gaz pour la mobilité, alimentant par des conduites (Lj), des points d’alimentation (Pj/m) associés aux emplacements, le réseau de conduites (110) étant géré par une centrale de gestion (150) pouvant mettre le site (100) ou une partie (101, 102) de celui-ci en sécurité en cas de fuite de gaz, système caractérisé en ce qu’il comprend - un ensemble de capteurs acoustiques (CA) répartis sur le site de stationnement (100), - chaque capteur (CAn) recevant les bruits et les signaux acoustiques (Sb/n) de l’environnement couvert par le capteur pour générer des signaux de détection (Sd/n), - une unité de traitement (140) recevant les signaux (Sd/n) pour les analyser et séparer le signal caractéristique d’une fuite de gaz (Sf/n) associé à un signal de capteur (Sd/n), - la centrale de gestion (150) recevant le signal de fuite (Sf/n) d’un capteur (CAn) et activant la chaîne de sécurité du réseau de distribution concerné (101, 102). Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’unité de traitement (140) analyse les signaux de détection (Sd/n) pour déterminer un profil moyen de niveau de bruits de fond, à différents instants de la journée par l’analyse continue des signaux de détection (Sd/n) pour les associer à un capteur acoustique (CAn) respectif et filtrer ainsi les signaux (Sd/n) pour séparer les signaux de fuite (Sf/n). Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’unité de traitement (140) est conçue pour établir périodiquement un profil rectifié et l’enregistrer dans l’historique des profils de signaux acoustiques ambiants. Procédé de détection d’une fuite de gaz dans un site en extérieur de distribution de gaz pour la mobilité, par des points de distribution qui se raccordent par des tuyaux aux véhicules en stationnement, procédé caractérisé en ce qu’il consiste à A. détecter le bruit de fond de l’installation en extérieur, B. établir le profil de bruit de fond, C. détecter en continu le bruit de fond pour obtenir un signal de détection (Sd/n), D. traiter le signal de détection (Sd/n) des capteurs acoustiques (CA) pour détecter un signal acoustique se détachant du bruit de fond, E. analyser le signal ainsi séparé et l’évaluer par sa fréquence, sa bande de fréquences, son intensité, sa continuité ou son intermittence, F. générer un signal de fuite (Sf/n) associé au capteur acoustique (CAn) et, G. transmettre le signal de fuite (Sf/n) à la centrale de gestion (150) du site (100) pour activer la chaîne de sécurité et couper l’alimentation partielle ou totale du site en fonction du capteur acoustique (CAn) émetteur du signal de détection (Sd/n).