Brevet FR3131655A1 — publié le 20230707

Cette bague (14) de suivi du fonctionnement d’un câble (10) de puissance comporte : au moins un système récupérateur d’énergie, adapté à collecter l’énergie électrique disponible dans le câble (10) ; au moins un convertisseur redresseur de tension, connecté à l’au moins un système récupérateur d’énergie ; au moins un moyen de mesure d’au moins une grandeur physique, alimenté en énergie électrique par l’au moins un système récupérateur d’énergie ; au moins un module de communication adapté à émettre des données représentatives de l’au moins une grandeur physique, alimenté en énergie électrique par l’au moins un système récupérateur d’énergie. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 BAGUE DE SUIVI DU FONCTIONNEMENT D’UN CÂBLE DE PUISSANCE ET CÂBLE ÉQUIPÉ D’UNE TELLE BAGUE La présente invention se rapporte à une bague de suivi du fonctionnement d’un câble de puissance et à un câble équipé d’une telle bague. L’invention appartient au domaine des câbles électriques de puissance destinés au transport d’énergie et/ou à la transmission de données. Elle trouve à s’appliquer en particulier, mais pas uniquement, dans le domaine des bâtiments résidentiels et tertiaires. La connaissance de diverses grandeurs physiques relatives à l’état d’un câble en fonctionnement sans qu’il soit besoin d’accéder directement au câble est utile, en particulier lorsque ce câble est installé dans un endroit difficile d’accès, où toute intervention de maintenance est coûteuse. On sait recueillir des mesures à distance, en approchant à une distance appropriée du câble concerné un capteur ou un autre système de mesure à distance. Néanmoins, cela implique que l’opérateur transporte avec lui le système de mesure, y compris de quoi l’alimenter en courant, jusqu’au site considéré et retour et ce, aussi souvent que nécessaire. En outre, l’opérateur doit parfois ensuite effectuer une opération additionnelle de transmission des résultats de mesure à un tiers. Un tel protocole est lourd et coûteux. Ainsi, à l’heure actuelle, sur le marché du bâtiment, il est très rare de réaliser une maintenance préventive des circuits électriques. La surveillance du bon fonctionnement de l’infrastructure électrique du bâtiment se fait généralement en quelques points stratégiques, mais n’est pas répartie partout où cela serait nécessaire. Certaines solutions consistent à installer dans les armoires électriques de nouveaux composants et systèmes qui permettent de réaliser ces fonctions de surveillance, mais sont également complexes et coûteuses. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités de l’art antérieur. Dans ce but, la présente invention propose une bague de suivi du fonctionnement d’un câble de puissance, remarquable en ce qu’elle comporte : au moins un système récupérateur d’énergie, adapté à collecter l’énergie électrique disponible dans le câble ; au moins un convertisseur redresseur de tension, connecté à l’au moins un système récupérateur d’énergie ; au moins un moyen de mesure d’au moins une grandeur physique, alimenté en énergie électrique par l’au moins un système récupérateur d’énergie ; au moins un module de communication adapté à émettre des données représentatives de l’au moins une grandeur physique, alimenté en énergie électrique par l’au moins un système récupérateur d’énergie. Les câbles sont intégrés dans toutes les structures des bâtiments et sont donc potentiellement des outils d’aide à la maintenance préventive, pour surveiller l’état de bon fonctionnement du bâtiment. La bague conforme à l’invention embarque un ensemble miniaturisé dans lequel le système récupérateur d’énergie permet, sans nécessiter d’alimentation extérieure à la bague, de fournir une énergie suffisante pour faire fonctionner le moyen de mesure. Cela permet non seulement de s’affranchir du transport séparé de ces matériels de mesure et d’alimentation électrique, mais aussi, par une miniaturisation appropriée, de conserver à la bague un diamètre réduit ainsi qu’une souplesse permettant une installation sur un câble facile sur site. Grâce à l’invention, le fonctionnement des câbles eux-mêmes est surveillé sans nécessité d’une intervention locale. Cela permet notamment d’opérer un suivi de l’alimentation d’installations sensibles, une analyse de défauts fugitifs par réalisation de sondages ponctuels et ce y compris sur des câbles se trouvant dans des espaces inaccessibles à un opérateur humain. Les mesures physiques effectuées par le ou les moyens de mesure peuvent, via le ou les modules de communication, être transmises à une plateforme logicielle de traitement de données. Ainsi, en particulier, divers traitements permettront de suivre l’état opérationnel du câble : suivi du vieillissement prématuré d’un câble par la surveillance de sa température de fonctionnement ou de la dérivée de cette température, suivi de l’intensité du courant circulant dans le câble, etc. Plusieurs modes de calcul pourront être réalisés : déclenchement d’une alarme en cas de dépassement, pendant une durée prédéfinie, de la température de fonctionnement ou de sa dérivée, déclenchement d’une alarme, en cas de dépassement de l’intensité du courant, estimation du reste à vivre du câble par comparaison de la température cumulée vue par le câble à des abaques de prédiction de la durée de vie, etc. Dans un mode particulier de réalisation, l’au moins un système récupérateur d’énergie comporte une pluralité de bobines montées en série et/ou en parallèle, chaque bobine de la pluralité de bobines ayant un noyau magnétique et un nombre prédéterminé de spires, la pluralité de bobines étant connectée en série à l’au moins un convertisseur redresseur de tension. Grâce à leur noyau magnétique, ces bobines sont de faible encombrement, ce qui permet le montage en série d’un nombre suffisant d’entre elles pour que le système récupérateur d’énergie collecte l’énergie nécessaire pour l’alimentation du moyen de mesure. Dans un mode particulier de réalisation, la bague comporte en outre au moins un moyen de stockage d’énergie électrique, adapté à stocker l’énergie électrique récupérée par l’au moins un système récupérateur d’énergie. Cette disposition est avantageuse car elle permet de ne pas perdre l’énergie électrique qui serait recueillie par le système récupérateur d’énergie mais qui ne serait pas immédiatement nécessaire pour le fonctionnement des divers éléments embarqués dans la bague. Dans un mode particulier de réalisation, l’au moins un moyen de stockage d’énergie électrique comporte un supercondensateur. Les supercondensateurs présentent une capacité d’accumulation d’énergie significative. Dans un mode particulier de réalisation, l’au moins un module de communication est un module de communication par radiofréquence. En variante, l’au moins un module de communication est un module de communication par onde porteuse. Ces deux modes de réalisation présentent l’avantage de permettre une communication sans fil. Dans une autre variante, l’au moins un module de communication est un module de communication par fibre optique. Cela permet de faciliter et fiabiliser la communication dans des environnements hostiles. Dans un mode particulier de réalisation, l’au moins un moyen de mesure d’au moins une grandeur physique comporte un capteur de température et/ou un capteur d’intensité électrique et/ou un capteur de fumée et/ou un capteur de vibrations et/ou un capteur d’humidité, cette liste de types de capteurs n’étant pas exhaustive. Le ou les moyens de mesure embarqués dans la bague ont ainsi l’avantage de permettre d’avoir une bonne connaissance de l’état et du fonctionnement du câble autour duquel est installée la bague et donc, du bâtiment dans lequel ce câble est installé. On peut ainsi anticiper des pannes ou dysfonctionnements du câble et par conséquent limiter les réparations et les arrêts de production potentiellement longs pour les utilisateurs du câble. Par exemple, le capteur de vibrations permet notamment d’identifier la présence ou non de personnes dans une pièce et le capteur d’humidité permet d’identifier une éventuelle fuite. Comme mentionné plus haut, les mesures effectuées par ces capteurs peuvent être envoyées vers une centrale de calcul qui les comparera à des consignes pour déclencher d’éventuelles alarmes. Les traitements logiciels pourront se dérouler suivant plusieurs principes : comparaison des valeurs ou des calculs réalisés à un modèle de référence, comparaison des mesures à un ensemble de points, une moyenne, etc. Dans un mode particulier de réalisation, la bague est réalisée en matière plastique moulée. Cela permet d’enrober facilement l’ensemble des éléments présents dans la bague. Dans le même but que celui indiqué plus haut, la présente invention propose également un câble de puissance comportant une gaine extérieure ayant une surface externe, remarquable en ce qu’il est équipé d’une bague de suivi de son fonctionnement telle que succinctement décrite ci-dessus, la bague étant positionnée autour de la gaine extérieure et présentant une surface interne entièrement en contact avec la surface externe de la gaine extérieure. La bague conforme à l’invention peut fonctionner sur tout câble quel qu’en soit le fournisseur et étant donné que la bague ne s’insère pas dans le circuit auquel le câble appartient, mais qu’elle vient en parallèle, cela permet d’éviter qu’une éventuelle défaillance du système récupérateur d’énergie vienne perturber le fonctionnement du câble. En outre, la bague peut être intégrée durant la vie du câble et pas uniquement lors de la fabrication de celui-ci. Par ailleurs, la bague peut être installée ou désinstallée rapidement et ne nécessite aucune modification des processus de fabrication des câbles, ce qui offre une souplesse d’utilisation non connue aujourd’hui. Les caractéristiques particulières et les autres avantages du câble étant similaires à ceux de la bague, ils ne sont pas répétés ici. D’autres aspects et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d’exemples nullement limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : est une représentation schématique d’un câble conforme à la présente invention, équipé d’une bague conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; est une représentation schématique agrandie d’une bobine à noyau magnétique comprise dans un mode particulier de réalisation d’une bague conforme à la présente invention ; est une représentation schématique fonctionnelle d’éléments relatifs à la bague conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation ; et est une représentation schématique agrandie d’un noyau magnétique d’une bobine comprise dans un mode particulier de réalisation d’une bague conforme à la présente invention. Description de mode(s) de réalisation Le câble conforme à la présente invention est un câble électrique de puissance destiné par exemple au transport d’énergie et/ou à la transmission de données. A titre d’exemple non limitatif, il peut s’agir d’un câble appartenant à l’infrastructure électrique d’un bâtiment, qu’il s’agisse d’un bâtiment résidentiel ou d’un bâtiment tertiaire. La montre une vue en section transversale d’un câble 10 conforme à la présente invention, dans un mode particulier de réalisation. Le câble 10 comporte au moins un élément conducteur 12. Dans le mode particulier de réalisation illustré, le câble est triphasé et comporte donc trois éléments conducteurs 12. Il peut s’agir d’un câble à basse ou moyenne tension, voire à haute tension selon le domaine d’utilisation considéré. Autour de chaque élément conducteur 12, on peut prévoir une ou plusieurs couches de matériau isolant, elles-mêmes éventuellement, mais non nécessairement, recouvertes d’une barrière mécanique, par exemple du type tresse ou ruban. Le câble 10 comporte en outre une gaine extérieure (non représentée). Conformément à l’invention, le câble 10 est équipé d’une bague 14 de suivi de son fonctionnement. La bague 14 est positionnée autour de la gaine extérieure du câble 10 et la surface interne de la bague 14 est entièrement en contact avec la surface externe de la gaine extérieure. Conformément à l’invention, comme l’illustre le schéma fonctionnel de la , la bague 14 comporte au moins un système 30 récupérateur d’énergie, adapté à collecter l’énergie électrique disponible dans les conducteurs 12 du câble 10, au moins un convertisseur 32 redresseur de tension, connecté à l’au moins un système 30 récupérateur d’énergie, au moins un moyen 36 de mesure d’au moins une grandeur physique se rapportant à l’état du câble 10 et/ou à un système dont le câble 10 fait partie et/ou à l’environnement extérieur du câble 10. Les éléments représentés sur la n’ont pas été représentés sur la pour plus de clarté, mais sont tous contenus dans la bague 14. De façon optionnelle, on peut envisager d’interroger le moyen 36 de mesure par communication radiofréquence ou par ondes porteuses ou, en ajoutant une interface appropriée, par communication par fibre optique. Dans tous les cas, cette communication est réalisée via au moins un module 38 de communication du type décrit plus loin, présent dans la bague 14. La communication peut être effectuée ponctuellement ou à intervalles réguliers, ou encore en cas de franchissement d’un seuil d’alerte prédéfini. En cas de communication à intervalles réguliers, la fréquence maximale de communication sera calculée en fonction des besoins en énergie du module 38 de communication. L’au moins un module 38 de communication est adapté à émettre des données représentatives de l’au moins une grandeur physique précitée et est alimenté en énergie électrique par l’au moins un système 30 récupérateur d’énergie. Le moyen 36 de mesure est également alimenté en énergie électrique par le système 30 récupérateur d’énergie. Parmi les moyens 36 de mesure possibles, on peut citer en particulier, à titre d’exemples non limitatifs : un capteur d’ampacité adapté à mesurer l’intensité maximale admissible par le câble 10, un capteur de température adapté à mesurer la température dans une région prédéterminée du câble 10, un capteur de pression adapté à mesurer la pression dans une région prédéterminée du câble 10, un capteur d’intensité adapté à mesurer l’intensité du courant électrique parcourant le câble 10, un capteur de tension électrique adapté à mesurer la tension électrique aux bornes d’une portion d’un des éléments conducteurs 12, un capteur de puissance électrique adapté à mesurer la puissance électrique disponible dans le câble 10, un capteur de tension mécanique adapté à mesurer la tension mécanique subie par le câble 10, un capteur de localisation adapté à déterminer la localisation géographique d’une région prédéterminée du câble 10, un capteur de vibrations adapté à mesurer les vibrations dans une région prédéterminée du câble 10, un capteur d’humidité, adapté à déterminer le degré d’humidité dans une région prédéterminée du câble 10, un capteur de fumée, adapté à détecter la présence d’émanations de particules de fumée dans le câble 10 ou au voisinage de celui-ci, un capteur de débit de gaz, adapté à déterminer le débit d’un gaz présent dans l’environnement du câble 10, un capteur gyroscopique, adapté à déterminer l’inclinaison du câble 10, etc. Un seul ou plusieurs moyens 36 de mesure, adaptés à mesurer une même grandeur physique ou des grandeurs physiques de nature différente, peuvent être embarqués dans la bague 14. Le ou les moyens 36 de mesure peuvent aussi être adaptés à mesurer un ou plusieurs paramètres relatifs à l’environnement extérieur du câble 10, comme par exemple la présence de gaz grâce au capteur de débit de gaz susmentionné, ou la présence de personnes grâce au capteur de vibrations susmentionné, ces exemples n’étant pas limitatifs. Le convertisseur 32 redresseur de tension redresse la tension récupérée par le système 30 récupérateur d’énergie et la rend disponible par exemple sous 3,0 V. A des niveaux bas de tension tels que ceux des signaux fournis par le système 30 récupérateur d’énergie, la tension de seuil des diodes est significativement élevée, ce qui « consomme » une grande partie de l’énergie récupérée et réduit donc considérablement le rendement du circuit. Le système 30 récupérateur d’énergie comporte des bobines, comme détaillé plus loin et chaque bobine ne fournit de la puissance que durant les crêtes de sa sinusoïde, lorsque les diodes du convertisseur 32 redresseur conduisent. Le reste du temps, l’énergie qu’il serait capable de fournir n’est pas récupérée. C’est pourquoi la technologie de redresseur pleine onde semi-actif est utilisée : deux diodes d’un redresseur classique sont remplacées par des transistors, supprimant leur tension de seuil. De façon optionnelle, l’énergie récupérée peut être stockée par au moins un moyen 34 de stockage d’énergie électrique également compris dans la bague 14 et dont la capacité de stockage sera adaptée en particulier aux besoins en énergie du module 38 de communication. A titre d’exemple non limitatif, le ou les moyens 34 de stockage d’énergie électrique peuvent comporter à cet effet un ou plusieurs supercondensateurs ou accumulateurs. L’énergie électrique provenant du courant électrique circulant dans le ou les éléments conducteurs 12 est recueillie par l’au moins un système 30 récupérateur d’énergie, qui utilise le flux magnétique induit par cette circulation de courant pour en récupérer l’énergie. L’au moins un système 30 récupérateur d’énergie du type contenu dans la bague conforme à l’invention peut par exemple, mais non nécessairement, être du type décrit ci-après. Il peut comporter une seule bobine 16 du type représenté sur la , ou une pluralité de bobines 16, qui peuvent être montées en série, en parallèle ou les deux, de façon à obtenir des niveaux suffisants de tension et de puissance. Le nombre de bobines 16 dépend de l’application visée et de l’espace disponible dans le câble 10. La puissance récupérée est proportionnelle au nombre de bobines 16. La ou les bobines 16 sont connectées en série à l’au moins un convertisseur 32 redresseur de tension. Chaque bobine 16 a un noyau 160 magnétique et un nombre prédéterminé de spires 162. Le noyau 160 magnétique est réalisé par exemple dans un matériau ferromagnétique doux, tel qu’un alliage de fer et de nickel, par exemple avec au moins 36% de nickel, ou bien un alliage de fer et de silicium, ou bien une ferrite, ou encore un alliage nanocristallin ou un matériau amorphe. Les spires 162 constituent une bobine de fil isolé. Lorsque la bobine est placée dans un champ magnétique, ce dernier induit la circulation d’un flux magnétique dans le noyau, qui induit à son tour une tension aux bornes de la bobine proportionnelle à l’amplitude de ce flux, à la section du noyau et au nombre de spires de la bobine. On choisit le meilleur compromis possible entre la longueur et la section magnétique des noyaux. Par exemple, afin d’augmenter le rapport dimensionnel longueur/section magnétique, en augmentant la longueur du barreau pouvant constituer le noyau 160 sans augmenter sa hauteur et sans réduire la section magnétique, on peut prévoir que le noyau 160 de la bobine 16 comporte un ensemble d’au moins deux tôles, par exemple découpées dans un seul bloc, par exemple trois tôles, dont une tôle centrale 1600 inclinée par rapport à la direction du champ magnétique et deux tôles d’extrémité 1601 et 1602 de part et d’autre de la tôle centrale et parallèles entre elles, comme illustré sur la . De nombreuses variantes de réalisation du noyau 160 sont envisageables : le noyau 160 peut comporter uniquement la tôle centrale 1600, inclinée ou non par rapport à la direction du champ magnétique, le noyau 160 peut être d’un seul tenant ou en plusieurs parties éventuellement mais non nécessairement assemblées entre elles, etc. Dans un mode particulier de réalisation où le câble 10 autour duquel est installée la bague 14 est triphasé, les bobines 16 et leurs noyaux 160 peuvent alors être positionnés dans la bague 14 par exemple comme illustré sur la . Le câble 10 peut comporter un nombre variable d’éléments conducteurs 12. Dans un mode particulier de réalisation non représenté, le câble 10 comporte quatre éléments conducteurs 12, dont un neutre. Dans le mode particulier de réalisation de la , où le câble 10 est triphasé, c’est-à-dire comporte trois éléments conducteurs 12, trois à quatre bobines 16 montées en série sont disposées de façon circonférentielle dans la bague 14. La ou les bobines 16 ainsi que l’au moins un convertisseur 32 redresseur, l’au moins un moyen 36 de mesure et l’au moins un module 38 de communication sont intégrées dans la bague 14, par exemple sous forme d’un circuit électronique intégrant l’ensemble des fonctions (redresseur, mesure, communication et de façon optionnelle, stockage d’énergie) enrobé dans une structure en matière plastique moulée constituant la bague 14. La largeur de la bague 14 est au moins égale à la longueur du noyau 160. Plus généralement, toute forme de réalisation du système 30 récupérateur d’énergie, éventuellement autre que les bobines 16, est disposée de telle sorte que l’axe privilégié de fonctionnement du système 30 récupérateur d’énergie soit parallèle aux lignes de champ du champ magnétique induit. A titre d’exemple nullement limitatif, chaque bobine 16 peut fournir individuellement une tension en courant alternatif 50 Hz d’environ 150 mV RMS sous une centaine de microampères RMS. La présente invention offre une grande modularité de mesure, une large variété de grandeurs physiques reflétant l’état du câble pouvant être mesurées et une modification éventuelle du nombre de systèmes 30 récupérateurs d’énergie et/ou, dans un mode particulier de réalisation, une modification éventuelle du nombre de bobines 16 qu’ils contiennent le cas échéant, selon les besoins de consommation des différents moyens 36 de mesure impliqués. La présente invention permet d’intégrer l’ensemble des fonctions décrites précédemment dans une bague qui sera installée facilement autour d’un câble sans modifier son processus de fabrication. Bague (14) de suivi du fonctionnement d’un câble (10) de puissance, caractérisée en ce qu’elle comporte : au moins un système (30) récupérateur d’énergie, adapté à collecter l’énergie électrique disponible dans ledit câble (10) ; au moins un convertisseur (32) redresseur de tension, connecté audit au moins un système (30) récupérateur d’énergie ; au moins un moyen (36) de mesure d’au moins une grandeur physique, alimenté en énergie électrique par ledit au moins un système (30) récupérateur d’énergie ; au moins un module (38) de communication adapté à émettre des données représentatives de ladite au moins une grandeur physique, alimenté en énergie électrique par ledit au moins un système (30) récupérateur d’énergie. Bague (14) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit au moins un système (30) récupérateur d’énergie comporte une pluralité de bobines (16) montées en série et/ou en parallèle, chaque bobine de ladite pluralité de bobines (16) ayant un noyau (160) magnétique et un nombre prédéterminé de spires (162), ladite pluralité de bobines (16) étant connectée en série audit au moins un convertisseur (32) redresseur de tension. Bague (14) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu’elle comporte en outre au moins un moyen (34) de stockage d’énergie électrique, adapté à stocker l’énergie électrique récupérée par ledit au moins un système (30) récupérateur d’énergie. Bague (14) selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit au moins un moyen (34) de stockage d’énergie électrique comporte un supercondensateur. Bague (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit au moins un module (38) de communication est un module de communication par radiofréquence. Bague (14) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit au moins un module (38) de communication est un module de communication par onde porteuse. Bague (14) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit au moins un module (38) de communication est un module de communication par fibre optique. Bague (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit au moins un moyen (36) de mesure d’au moins une grandeur physique comporte un capteur de température et/ou un capteur d’intensité électrique et/ou un capteur de fumée et/ou un capteur de vibrations et/ou un capteur d’humidité. Bague (14) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle est réalisée en matière plastique moulée. Câble (10) de puissance comportant une gaine extérieure ayant une surface externe, caractérisé en ce qu’il est équipé d’une bague (14) de suivi de son fonctionnement selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite bague (14) étant positionnée autour de ladite gaine extérieure et présentant une surface interne entièrement en contact avec la surface externe de ladite gaine extérieure.