Détection automatique de fuites dans les digues en terresfp.in2p3.fr/expo/Conf2006/Henault.pdf · 1 Salon Mesurexpo – Journée Mesure de température – mardi 17 octobre 2006

Salon Mesurexpo – Journée Mesure de température – mardi 17 octobre 2006 – JM Hénault EDF R&D1

Exemple d’application de capteurs à fibre optique

Détection automatique de fuites dans les digues en terre


Plan de la présentation

Contexte

Principe de mesure

Evaluation des matériels …

… en laboratoire

… et sur site industriel

Conclusion



Contexte

Principe de mesure


… en laboratoire


Conclusion


Contexte

600 km de digues en géomatériaux • Canaux d’amenée vers les ouvrages de production hydraulique• Moyenne d’âge 60 ans – différentes pathologies• Difficulté de maintenabilité car non vidangeables

Assurer la maintenance des ouvrages • Progrès dans les techniques de surveillance

et de diagnostic• Sécurité des personnes et sûreté des ouvrages

Optimisation de la surveillance• Basée sur l’inspection visuelle• Surveillance en continu• Meilleure connaissance des fuites et des débits

Meilleure évaluation de l’état des ouvragesPlanification des travaux de maintenance



Contexte

Principe de mesure


… en laboratoire


Conclusion


Thermométrie : méthode connue et utilisée pour la détection de fuites dans les ouvrages en terre

Détection d’écoulements préférentiels dans les ouvrages :

• Méthode passive : différence de température entre eau du canal et le sol• Méthode active : fil chaud – chauffe locale du sol / écoulement traduit par

une dissipation d’énergie plus importante

Principe de mesure : détection de fuites

T

x

T initiale

T chauffe

Tair

Teau

Tsol


Principe de mesure : capteurs à fibre optique

Méthode classique : sondes ponctuelles dans forages localisés

Utilisation de capteurs à fibre optique

Capteur réparti à effet Raman ou Distributed Temperature Sensor (DTS)

• Mesure de température• Interrogateur + fibre optique • Fibre optique est l’élément continûment sensible / capteur et vecteur de

communication / fibre télécom standard• Profil de température avec un pas métrique et une étendue kilométrique

• Rack 19’’ avec pc intégré ou non

TDistance

Tair

Teau

Tsol


Principe de mesure : DTS

Basé sur la réflectométrie (Optical Time Domain Reflectometry - OTDR)


Principe de mesure : DTS

Premières mesures : 1980’s Université de Southampton

Premiers appareils disponibles : 1990’s

Société York – Sensa

Domaines d’application

• Détection incendie (ex : tunnel du Mont-Blanc, transports souterrains, …)• Surveillance de structure de Génie Civil ou de process (puits de pétrole,

canalisations, cuves GNL, digues/barrages …)• Monitoring de lignes d’énergie (diagnostic de lignes souterraines, optimisation

de charges sur lignes aériennes)



Contexte

Principe de mesure


… en laboratoire


Conclusion


Evaluation des matériels

Plusieurs fournisseurs de matériels

• Sensa, Sensornet (Angleterre)• Lios-Siemens (Allemagne)• Sumitomo, Hitachi (Japon)• Sensortran, Agilent (Etats-Unis)• …

Difficile de comparer les performances / spécifications techniques

• Flou sur la définition des caractéristiques métrologiques fournies• Flou sur les modes opératoires d’essai

Pour y palier : élaboration d’un programme d’essais

• En laboratoire : évaluation des caractéristiques métrologiques des appareils en environnement contrôlé

• Sur site industriel : évaluation de la robustesse, de la fiabilité, accès distance



Contexte

Principe de mesure


… en laboratoire


Conclusion


Evaluation des matériels en laboratoire

Caractéristiques métrologiques à évaluer

Répétabilité

• Dispersion des résultats de mesures successifs dans le temps, dans une configuration donnée (écart-type)

• identifier les variations de température sur site imputables à une apparition de fuite ou à une évolution du débit pour une fuite existante

Ecart de justesse

• Différence entre les résultats des mesures et ceux d’une sonde de référence (PT100)

• Estimation de la température pour évaluer quantitativement le débit de fuite grâce à un bilan énergétique



Définitions des paramètres d’influence étudiés

• Temps d’acquisition

• Distance à l’appareil

• Température de la fibre optique

• Température du DTS

Avec sélection de gamme de mesure correspondant à l’application étudiée

• Temps d’acquisition de quelques secondes à 1 heure

• Distance à l’appareil : jusque 4 000 m

• Température de la fibre : • 0°C – 20 °C (méthode passive)

• 20 °C – 50 °C (méthode active)



Banc expérimental mis en œuvre

Touret câble à fibre optique

DTS

Enceinte thermostatée

30 m de câble + PT100

Laboratoire EDF accrédité COFRAC

Sondes étalons raccordées aux étalons nationaux

PT100 au plus proche du câble

homogénéité et stabilité de la température dans le bain (répétabilité à 0.01 °C)



Contexte

Principe de mesure


… en laboratoire


Conclusion


Evaluation des matériels sur site industriel

Barrage de l’EscaleUsine hydroélectrique

Canal d’Oraison (20km)

Durance

Fibre optique2,3 kmProfondeur 1 m

Usine hydroélectrique DTS

Canal Oraison

Installation d’OraisonCâbles en cuivre

FO

Baie d’acquisition avec DTS


Evaluation des matériels sur site industriel

Installation d’Oraison

Test de robustesse des appareils

Acquisition de données pour le développement d’algorithmes de traitement

• Interprétation des mesures délicate

• Température non uniforme et variable dans le temps

• Plusieurs paramètres d’influence• Caractéristiques du sol

• Profondeur

• Présence ou non d’eau

• Tair

• Teau

Algorithme de détection automatique

de fuite sans fausse alarme0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 500 1000 1500 2000Distance (m)

Tem

péra

ture

(°C

)



Contexte

Principe de mesure


… en laboratoire


Conclusion


Conclusion

• Plusieurs DTS testés

• Résultats des essais en laboratoire et sur site industriel

Grille de comparaison des appareils

• Coûts des appareils (ordre de grandeur : 45 k€)

Choix technico-économique judicieux

Performances requises pour détection de débit de fuite limite

Meilleur coût

Perspectives

Expérimentation sur un nouveau site industriel pour validation des algorithmes de détection automatiques de fuites


Merci pour votre attention

Documents

Détection automatique de fuites dans les digues en terresfp.in2p3.fr/expo/Conf2006/Henault.pdf · 1 Salon Mesurexpo – Journée Mesure de température – mardi 17 octobre 2006