Le repérage des conduites depuis le sol
Nous présentons dans ce chapitre uniquement le repérage des conduites par des techniques sans tranchée.
Ces techniques sont basées sur les propriétés d’émission électromagnétiques d’un tube métallique lorsqu’il est traversé par un courant. Il émet des ondes à l’instar d’une antenne radio. Un détecteur en surface permet de déterminer la source du signal et donc la position de la conduite. Deux cas sont possibles :
- Si le tube est naturellement traversé par un courant de caractéristiques connues, on calle notre récepteur sur cette fréquence. On parle alors de détection passive.
C’est le cas des câbles électriques en service par exemple.
- Si le tube n’est pas traversé par un courant connu, on met en place sur la conduite un générateur de hautes fréquences qui créera le signal. On parle alors de détection active.
L’émetteur est soit en contact direct avec la conduite, soit à la surface du sol.
C’est le cas des conduites en fonte ou en acier des réseaux d’électricité, éclairage public, eau et gaz sous pression.
Ces techniques peuvent aussi fonctionner avec la fibre optique.
Dans le cas des fourreaux plastiques, on introduit un ‘jonc’ métallique qui émettra le signal.
Les seuls conduites difficilement repérables sont celles qui sont en plastique et fermées telles que les conduites d’eau et de gaz de distribution.
Elles permettent de repérer les conduites en plan avec une précision d’environ 5 cm à 1 mètre de profondeur. Plus la profondeur est importante, plus la précision diminue.
Elles permettent aussi de mesurer la profondeur des réseaux tant que ces derniers sont raisonnablement enterrés (moins de 5 mètres)
Le détecteur de metaux.
C’est le système le plus simple et le mieux connu du grand public. Les détecteurs de métaux, plus connus sous le terme “poêle à frire”. Ils sont utilisables pour repérer des objets métalliques proches de la surface (tampons enterrés, bouches à clé, …) Leur fonctionnement est basé sur une méthode électromagnétique active (émission et réception d’un champ électromagnétique). Cette méthode rustique a l’avantage d’être simple à mettre en œuvre. Nous utilisons un détecteur de métaux Beachcomber BC5 de White’s tronic |
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Les techniques de détection éléctromagnétique :
Les techniques de détection passive
Les courants électriques circulant dans les câbles émettent un champ magnétique qu’on repère depuis la surface. On distingue :
Le mode passif-puissance.
Le réseau lui-même émet une onde dont la fréquence est connue. Le détecteur reçoit cette fréquence et permet le repérage des câbles sous tension et de certaines canalisations induites par cette fréquence (photo ci-dessous). Nous utilisons un équipement Ferrophon. |
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Le mode Radio
Les canalisations où les câbles métalliques d’au moins 50 m captent les fréquences radio émises (armée, radio, ...) dont la bande de fréquence est comprise entre 15 kHz et 30 kHz. Le détecteur reçoit cette fréquence et repère la position du réseau.
La détection active
Lorsque le champ magnétique est trop faible, on fait circuler un courant haute fréquence dans la conduite ou le câble métallique qui se transforme alors en antenne. Reste à la repérer depuis la surface au moyen d’un détecteur électromagnétique.
La recherche de réseau par caméra infrarouge.
Les caméras infrarouges permettent de repérer les réseaux dès que la différence de température entre le fluide et le sol est assez importante.
C’est le cas en particulier des conduites de chauffage enterrées.
Nous utilisons une caméra Thermacam B2
Cette technique peut être étendue à
- la recherche de fuite de liquide chaud dans le sol
- la détection de perte de chaleur,
- la présence d’humidité ou de défaut d’étanchéité.
Les techniques de détection active indirectes.
Lorsque les canalisations ne sont pas métalliques, il est plus délicat de les repérer avec ces méthodes.
Une manière de résoudre le problème consiste à introduire une sonde ou un émetteur dans la conduite. On peut introduire
- Soit sur un câble qui est poussé dans la conduite
- Soit sur un mobile tel qu’une caméra d’inspection ou un obus de curage.
Le schéma ci-dessous vous montre un dispositif d’introduction d’une caméra dans une conduite d’eau potable.
Des systèmes comparables sont envisageables pour le gaz.
Cas des conduites de grande longueur.
Dans le cas de conduite de grande longueur (plusieurs kilomètres) on peut lâcher un émetteur et le suivre au fil de l’eau. Il est préférable de mettre des balises sur le trajet de la conduite pour suivre l’émetteur.
Lorsque la longueur est raisonnable jusqu’à 500 – 700 m environ, nous préférons contrôler l’avancement de l’émetteur au moyen d’un cable.
Les techniques d’écoute sonore
Elles sont très utilisées dans le cadre de la recherche de conduites d’eau sous pression et ou dans le cas de la recherche de fuite sur ces conduites (voir ci-dessous le chapitre sur les recherches de fuites).
L’eau en circulant, fait ‘chanter’ les conduites. Un opérateur aguerri peut reconnaître ce bruit et suivre le tracé des conduites.
Cette technique est très efficace sur les conduites en fonte ou en acier. Elle ne marche moins bien sur les conduites en polyéthylène ou en PVC collé.
Des techniques faisant vibrer les fluides sont en cours de développement pour permettre l’écoute du bruit dans les conduites plastique en pression. C’est le cas pour l’eau et le gaz.
Les techniques de recherche de fuites sur les réseaux pression sont basées sur le bruit généré par les fuites. A l’instar des pneus crevés, les réseaux percés sifflent, faisant un bruit caractéristique. C’est ce bruit qui est repéré puis localisé précisément. Outre le bruit de la fuite, le réseau fait d’autres bruits caractéristiques : vannes mal fermées, bulles d’air, …
JFM Conseils est le seul bureau d’études indépendant capable de vous proposer une gamme complète de solutions pour la recherche de fuites sur vos réseaux en pression :
- Pour les réseaux de distribution de petit diamètre nous utilisons les méthodes aujourd’hui bien connues
- Prélocalisateurs,
- Ecoute sonore directe.
- Corrélation acoustique.
- Gaz traceur.
- Pour les réseaux principaux maillés de diamètre intermédiaire (supérieur à 300 mm) nous vous proposons un système d’écoute directe interne fillotractée : Le Sahara.
- Pour les aqueducs sur de longues distances nous vous proposons un système d’écoute directe interne au fil de l’eau : La Smartball.
Prélocalisateurs.
Ces outils permettent de mesurer le bruit dans les canalisations à un moment donné. Ils sont généralement programmés pour fonctionner aux heures creuses de la nuit (entre 1h et 3 heures du matin) pour écouter la signature sonore des conduites.
Cette dernière permet de savoir si on a des fuites dans un rayon donné autour du micro
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Ils sont installés sur des clés de manœuvre de vannes et peuvent y résider plusieurs jours.
La relève des informations se fait au moyen d’une radio. L’opérateur travaille depuis son véhicule roulant à faible vitesse.
Nous les utilisons quasi-systématiquement en début de mission pour discerner les secteurs critiques et les secteurs sains. Nous pouvons aussi les utiliser pour vérifier l’efficacité des réparations.
L’écoute directe.
L’eau en circulant dans les tubes, fait ‘chanter’ les conduites. Un opérateur aguerri peut reconnaître ce bruit et suivre le tracé des conduites. Au niveau des fuites le bruit est sensiblement plus fort, ce qui permet leur localisation.
Pour la détection sonore, nous utilisons un outillage Aquaphon.
La corrélation accoustique.
C´est la détection des fuites d´eau sur canalisations en charge et enterrées, assistée par le calcul.
Le bruit généré par la fuite se propage à une vitesse donnée de part et d’autre dans la conduite jusqu’à deux capteurs. Ils enregistrent le bruit de la fuite qui sera transmis au corrélateur par liaison radio. A partir de la différence de temps que met le bruit de la fuite pour arriver à un capteur par rapport à l’autre, on obtient un écart de temps de propagation.
Pour cela,
- On mesure la distance entre les deux sondes,
- le type de conduite et son diamètre sont donnés par le plan des réseaux.
Avec ces quatre valeurs on peut déterminer la position de la fuite.
La recherche au moyen de gaz.
Les techniques sonores sont très efficaces sur les conduites en fonte ou en acier. Elles sont moins adaptées aux conduites en polyéthylène ou en PVC collé.
On utilise alors des détections au gaz. Le gaz véhiculé par l’eau ressort avec les fuites. On le repère à la surface. Il faut que le revêtement de surface ne soit pas trop étanche, sinon il court sous le revêtement et le point de sortie peut être très éloigné de la fuite.
Le Gaz-Traceur est un mélange d’Azote avec 4% d’Hydrogène. Il est incolore, inodore et bien sur non toxique.
Pour cela,
- Avant l’intervention on détermine le volume de gaz à injecter en fonction du diamètre et de la longueur de la conduite.
- Le gaz est injecté dans la conduite au niveau d’une purge ou d’un branchement particulier. La pression du gaz et plus importante de quelques millibars que celle de l’eau. Il envahi donc la conduite en se dissolvant dans l’eau.
- S’il y a fuite le gaz s’échappe alors par l’orifice et remonte à la surface du sol et il est détecté grâce à un appareil qui filtre les molécules de gaz et permet de déterminer sa présence.
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Pour la détection par gaz, nous utilisons un outillage Variotec8 de chez Sewerin
Le Sahara.
Il s’agit d’un système d’écoute directe inséré dans la canalisation depuis une ventouse ou une purge.
Le système est constitué d’une sonde reliée par un câble au camion atelier. La sonde contient un microphone qui permet d’entendre les fuites. Le bruit peut être soit écouté directement dans le camion, soit enregistré en continu. Nous vous fournissons un graphique représentant l’intensité du bruit en fonction de la distance.
La sonde avance dans la conduite en étant tractée par un parachute. Ceci demande à ce qu’il y ait un débit suffisant à l’intérieur de la conduite. Une vitesse de l’eau de 0.5 m/s est un minimum. 1m/s est un optimum.
On peut ainsi parcourir jusqu’à 600 m depuis un point d’introduction.
La taille de la sonde implique que la conduite ait au moins un diamètre de 300 mm. Il n’y a pas de limite supérieure au diamètre.
La smart ball.
Il s’agit d’un équipement d’écoute au fil de l’eau qui permet de repérer les fuites sur de grands linéaires sans interruption du service.
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L’ensemble est introduit dans la conduite en pression au moyen d’un sas qui se monte de préférence sur une ventouse ou sur une vanne de té ou de purge de diamètre minimum 40 mm Il est entraîné par le courant au fil de l’eau. Il enregistre en permanence les bruits. Le pinger permet de le suivre depuis la surface. A l’arrivée, un filet introduit aussi depuis un sas monté sur ventouse ou robinet vanne permet la récupération de la balle. |
La distance maximale est fonction de la capacité des accumulateurs et de la vitesse de l’eau.
S’agissant d’un système interne à la conduite il permet de repérer des fuites quelle que soit la profondeur ou la localisation de cette dernière. On peut ainsi écouter des fuites dans des tunnels ou sous des cours d’eau.
Ce système permet de localiser des fuites sur de grandes distances pour un coût modique.
Principe de la méthode :
L’auscultation radar permet à partir d’un outillage léger de réaliser des coupes de terrain. La profondeur d’investigation dépend de la longueur des ondes utilisées. La largeur de l’antenne dépend aussi de la longueur d’onde.
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Géoradar en surface |
Géoradar en égout visitable |
En mettant en parallèle divers profils radar, on voit la continuité des réseaux souterrains. Une fouille de calage doit être effectuée sur chaque tronçon homogène pour bien identifier les réseaux observés.
Résultats:
La coupe temps obtenue apparaît immédiatement à l'écran de l'opérateur présentant l'énergie captée en fonction du temps d'écoute (traduit ensuite en profondeur), et la distance le long du profil. On détecte ainsi des figures géométriques traduisant la présence de vides, réseaux enterrés, objets ponctuels, aciers de bétons armés, etc.
Exemple de radargramme, l’hyperbole est caractéristique d’un réseau.
Des méthodes mathématiques permettent d’affiner la vision et de préciser la forme des objets vus.
Matériel
Le matériel qui sera utilisé est un radar de modèle Sir 3000 de GSSI avec les antennes de fréquence centrale de 200, 400 et 900 MHz (équipée d'un système de mesure des distances).
Le choix de l’antenne dépend du type et de la profondeur du réseau recherché :
Fréquence centrale de l'antenne |
200 MHz |
400 MHz |
900 MHz |
Profondeur d'investigation max |
1 à 6 mètres |
1 à 3 mètres |
1 mètre |
Taille minimale des objets repérés |
50 cm |
20 à 30 cm |
5 cm |
Limites:
Il est important de noter que l'argilosité et la teneur du sol en eau sont des facteurs limitant la propagation des ondes. La présence de tels matériaux entraîne une limitation de la profondeur d'investigation dans les zones concernées.
La mise en œuvre du radar suppose une surface relativement plane, il faut proscrire les surfaces rocailleuses.
L’inspection télévisée.
C’est la méthode la plus utilisée dans le cas des réseaux d’assainissement visitables ou non
Vous connaissez cette technique aujourd’hui courante.
Elle doit obligatoirement être précédée d’un curage de la conduite.
Un curage hydrodynamique doit obligatoirement précéder l’inspection télévisée. En cas de curages sur de grande longueur il est souhaitable d’utiliser des machines puissantes à recirculation d’eau. On peut ainsi curer jusqu’à 500 ml de conduite depuis un point. |
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La caméra est introduite depuis un regard de visite. Nos caméras peuvent être équipées de câbles sur 500 à 600 ml de long. |
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Vue des conduites. La nomenclature utilisée pour qualifier les réseaux est soit celle de l’AGHTM, soit si vous le souhaitez celle de la norme EN 13508-2. |
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Nous travaillons avec des sociétés spécialisées locales qui disposent d’un équipement de pointe.
Dans le cas des réseaux semi-visitables ou visitables, nous travaillons avec un partenaire anglais qui dispose de caméras ‘Cues’ à grande focale, spécialement développées pour ce type de conduites.
L’inspection pedestre des conduites visitables.
Nous disposons d’une équipe spécialisée dans la reconnaissance des ouvrages visitables.
Cette équipe, normalement constituée de trois hommes, peut être élargie à 5 si les conditions de sécurité l’imposent.
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Nous travaillons avec les procédures de sécurité des grands donneurs d’ordre franciliens tels que le CG 92, la DEA 93 et la DSEA 94.
Nos équipes disposent évidemment des équipements de sécurité spécifiques indispensables tels que les harnais de sécurité, détecteur de gaz, masques individuels, ….
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Equipe de sécurité en surface |
Carottage pour prise d’échantillon. |
Selon le projet
- nous filmons notre progression en insistant sur les points singuliers à la manière d’une inspection télévisuelle classique
- nous reportons les défauts sur des éclatés de conduite pour bien les visualiser et surtout en déduire les causes des désordres.
- Nous pouvons passer le géoradar le long des parois pour voir l’extrados de la canalisation.
- Avec le géoradar, il est souhaitable de faire des prélèvements d’échantillons par carottage ou par géo-endoscope pour ‘caler’ les observations.
L’inspection sonar :
Le sonar permet de voir clairement la surface intérieure du tuyau quand ce dernier est noyé :
On peut ainsi se faire une idée de l’état intérieur de la conduite à moindre coût. Dans les collecteurs stratégiques noyés ou les siphons, on obtient 80% de l’information utile pour 20% du coût d’une inspection classique.
Par rapport à un plongeur professionnel, les avantages sont indéniables :
- Sécurité de l’intervention.
- Accès à des conduites de plus petit diamètre.
- Enregistrement en continu des paramètres.
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Vue d’un tuyau normal. On note quelques légers dépôts en radier |
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Vue d’un tuyau effondré. Un tel tuyau ne pose pas forcément de souci en terme d’exploitation … à court terme. |
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Mesure du dépôt de boue au fond de la conduite. La conduite observée ici est un DN750. |
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Ici une conduite en DN900 avec de forts dépôts en radier et surtout de la graisse en voûte. La méthode de curage devra être adaptée. |
Le Rat d’Eau :
C’est un système d’intervention mixte combinant sonar et inspection télévisuelle dans les collecteurs en eau.
La vue de la conduite : Partie émergée et partie immergée en concordance |
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Exemples d’inspections :
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Vue générale du collecteur :
Notez dans ce cas la qualité de l’éclairage dans une conduite circulaire de diamètre 2500 mm. |
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Il permet d’inspecter des collecteurs quelle que soit leur forme. |
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La tête mobile de la caméra permet de visualiser les détails des défauts. |
Le Rat Lie
C’est l’association d’une caméra automotrice classique et d’un sonar situé en avant du porteur.
Lorsque le collecteur est hors d’eau l’engin fonctionne comme une caméra classique.
Lorsque le collecteur est noyé, l’engin visualise la partie immergée au moyen du sonar. Cette application est très pratique pour des collecteurs semi noyés situés dans des endroits peu accessibles tels que des passages sous voies ferrées ou sous autoroutes.
Les vitesses d’avancement sont un peu plus limitées que celles des caméra classiques car l’opérateur doit s’assurer que la caméra ne risque pas de tomber dans un trou.
Vue de l’engin utilisé pour le diagnostic d’un drain autoroutier sous une voirie béton dans un tunnel autoroutier.
La longueur de câble disponible était de 250 ml ce qui nous a permis de ne créer des points d’accès que tous les 500 ml.
Le curage de la conduite a été réalisé dans les mêmes conditions.
L’accéléromètre
C’est la seule technique qui permet de déterminer à quelques centimètres près la position d’une conduite quelle que soit la nature du matériau, son diamètre (>36 mm) et sa profondeur. Cette technique est applicable sur des conduites de grande longueur (un kilomètre et plus).
On mesure l’allongement de plusieurs ressorts dans des axes différents ce qui nous donne l’accélération subie par l’outil dans un axe donné. Puis on intègre deux fois la courbe obtenue, ce qui nous donne la position de l’outil en XYZ. Cette technologie est dérivée des systèmes de guidage utilisés pour localiser les sous-marins nucléaires quand ils restent longtemps en immersion :
Il faut par contre introduire l’engin dans le tube ce qui nécessite au moins un accès.
L’idéal est d’avoir deux accès repérés eux même en XYZ pour bien caler le tracé obtenu.
Nous utilisons un équipement de chez ductrunner.
Avec ce système XYZ est aussi simple que ABC.
Sonde moyen diamètre avec centreurs.
Adaptation de l’engin pour le positionnement d’ouvrages de gros diamètre.
Afin de pouvoir centrer l’engin dans un ouvrage de gros diamètre, nous callons le mobile sur les bords de l’ouvrage. La souplesse des articulations permet le franchissement des obstacles éventuels.
Il existe de nombreuses autres méthodes. Certaines de ces techniques sont très pointues ou très confidentielles. Elles sont basées sur différents principes physiques tels que
- l’effet doppler,
- le laser,
- la conductivité, …
Nous pouvons travailler avec des partenaires spécialisés dans ce type de techniques si la nécessité se fait ressentir. Nous restons à votre disposition pour vous proposer la technique la mieux adaptée en fonction de vos objectifs et de vos contraintes.