LA RECHERCHE des CANALISATIONS en PLASTIQUE

1 La détection des éléments enterrés

Dans le domaine de l'adduction d'eau potable, la recherche des éléments enterrés a une grande importance. Ceci a toute sa dimension lors des travaux réalisés sur d'anciens réseaux, pour lesquels il n'y a aucun plan.

1.1 L'origine de l'essai

Un PVC collé de 63 mm était à rechercher pour cause de création d'un vaste rond-point avec remblai important de 6 à 8 mètres de hauteur.
Suivant la position de la canalisation, il y aurait lieu, soit de la laisser en place, soit de modifier une partie, ou au pire de la déplacer complètement.

1.2 Les différents matériaux à détecter

- Les matériaux magnétiques sont bien détectés, tant en surface qu'en profondeur, et les appareils du commerce fonctionnent bien. Cela va du détecteur de métaux type "poêle à frire", à l'appareil qui crée un champ magnétique et qui détecte la réponse.
Ce principe de détection est principalement utilisée pour le conduites en fonte ainsi que pour la recherche des Bouches à Clé.
- Il y a ensuite la détection par passage d'un courant électrique dans une conduite conductrice. Si  la conduite n'est pas conductrice, un grillage avertisseur avec un fil intégré peut être posé au dessus de la conduite, ou un fil isolé peut être posé contre.
La seule obligation est de faire remonter le fil de chaque côté d'un point d'accès, pour pouvoir brancher les appareillages dessus.
Ceci permet la détection du PVC et du PEHD si la précaution d'installation d'un fil a été prise. Mais ce n'est pas toujours le cas !
(le bouclage du courant se réalisant à la terre)
- Dans le cas ou la conduite est en PVC ou PEHD, et qu'il n'y a pas de fil posé, le problème reste entier. La détection directe par les deux moyens ci-dessus est impossible, et il n'y a pas de solution.
Noter dans ce cas que si la conduite est accessible à chaque extrémité, il est possible de passer en provisoire un fil conducteur et de le détecter. C'est certainement le plus facile.
La technique de tubage pour passer ce fil doit commencer avec un très petit fil "boot" et un "poussage" à l'air ou à l'eau d'un "piston" relié au "boot".
- Il y a une dernière possibilité de détection qui est basée sur le phénomène d'absorption d'une fréquence radio, par un circuit accordé oscillant à la même fréquence. Ce dispositif est mal adapté aux "longueurs", et il est principalement utilisé pour repérage de points particuliers.

2 La recherche par coups de béliers

Des appareils générateurs de "secousses" ou coups de béliers ont été crées pour pouvoir suivre en écoute au sol ces vibrations transmises. Mais les coûts de ces appareils est élevé et les résultats souvent peu encourageants.

2.1 Le principe

En l'absence d'éléments magnétiques ou conducteurs, il restait le principe de génération de coups de bélier. Ces coups de béliers sont des ondes qui se propagent à vitesse élevée dans la canalisation à une vitesse comprise entre 600 et 900 mètres seconde. (Cette vitesse est également fonction de la nature de la canalisation).
NOTA : Il ne s'agit donc pas de transmettre des sons dans une conduite, mais de générer des chocs de masses d'eau, qui vont créer le son audible d'un choc (un "TOC" audible)
Le coup de bélier génère un bruit ("TOC") qui est alors détecté suivant les méthodes habituelles de détection de fuites, c'est-à-dire à l'aide d'un appareil d'écoute amplifiée.

La génération des coups de béliers doit être continue ou à une fréquence assez "facile" (de l'ordre de la seconde pour permettre la mesure de l'écoute au sol sur le maximum sonore.

2.1.1 Le principe général

Le coup de bélier est obtenu par la fermeture très rapide d'une Électrovanne. Ce principe implique que l'on fonctionne à débit d'eau interrompu périodiquement (eau perdue).

L'électrovanne assurant la fermeture, doit la réaliser le plus rapidement possible et stopper ainsi la masse d'eau en mouvement de façon à ce que la pression monte rapidement .
Cette variation implique que la masse en mouvement soit assez importante, mais surtout à une vitesse élevée pour que l'énergie soit elle-même élevée.
Ceci implique une section d'électrovanne non négligeable relativement au diamètre de canalisation.

En corollaire au principe, il faut souligner que la méthode est cependant un peu dure à supporter pour les canalisations. Elle peut cependant être employée lorsque l'on a "rien à perdre".

Les pressions de réseau doivent être également élevées pour permettre des vitesses importantes et donc des énergies élevées.

2.1.2 Le principe découvert

Le principe de l'entretien des oscillations dont j'avais seulement pressenti la possibilité en créant un appareil doublement réglable s'est révélé par hasard lors des essais qui se sont montrés plus que satisfaisants. Il s'agit en effet de maintenir les oscillations aller et retour de l'onde ainsi crée.
Pour mettre en évidence ce phénomène de résonance ou d'oscillations entretenues, il a lieu de pouvoir ajuster les temps ON et OFF pour obtenir la synchronisation et ainsi la mise phase des creux et des ventres de l'onde de pression/dépression.
Dans cet aspect on constate également une action réelle de la longueur, et de la position du tuyau d'évacuation qui joue un rôle important.

La longueur ainsi détectée en limite d'audibilité était de l'ordre de 400 mètres (dans le sens d'arrivée de l'eau).
La même remarque de danger pour la canalisation est à souligner, car dans ce cadre d'oscillations non amorties, les contraintes sont élevées et les risques de rupture également.
(Même phénomène que la rupture d'un pont par un régiment marchant au pas…)
Il faut remarquer qu'en cas de rupture, la localisation est largement facilitée, et que le risque se trouve de fait confondu avec un éventuel sondage de recherche.
Seul ombre au tableau : être prêt à intervenir en urgence. (Ca n'a pas été le cas dans l'exemple)

2.2 l'amortissement et la résonance

Le grand problème du principe initial de détection réside dans l'amortissement qui se réalise par la conduite elle-même, associée à son milieu d'enrobage, qui jouent alors le rôle d'amortisseur et éteignent rapidement toute oscillation et donc tout bruit. Plus la conduite est souple, plus l'amortissement est rapide.

La relative déception des appareils du commerce est due à l'absence de possibilités de réglage suffisantes.
Il est aussi nécessaire pour que la longueur détectée soit assez longue, que le coup de bélier soit intense, et garde ainsi une amplitude initiale suffisante.

Dans le procédé découvert, il y a introduction d'une énergie en phase qui permet de relancer les allers et retours d'onde. Ces apports d'énergie ne se font peut-être pas sur la première réflexion mais seulement sur une suivante. La vérification aurait demandé de monter un labo complet, ce qui était exclu ! (et hors sujet)

Lorsque l'apport d'énergie est suffisant, on entend "à l'oreille" la mise en phase (claquement du clapet de vanne), et on voit l'ensemble du montage de l'électrovanne fortement "secoué". Le système entre alors en oscillations entretenues. Les bruits générés sont alors secs et intenses.
Dans cette seule situation, l'écoute au sol donne d'excellents résultats.
Il faut cependant noter des instabilités mal élucidées, qui nécessitent l'obligation de régler périodiquement les fréquences. Peut-être des phénomènes de tirage ? problème d'eau stagnante dans le tuyau d'évacuation. Ces instabilités seraient certainement le fait des variation de charge du réseau général, cela entraînant des variations locales de pression : c'est à vérifier !

2.3 Électrovanne

L'électrovanne est de type NF (Normalement Fermée).
Seule une électrovanne à commande directe pourrait assurer la rapidité requise. Mais dans les sections de vannes du commerce, il n'est pas possible d'avoir une telle vanne (du moins à un prix abordable).
Il faudra donc se contenter d'une électrovanne avec membrane d'accompagnement, nettement moins rapide et moins gourmande en consommation d'énergie, et ayant un raccordement 20x27. Le choix se portera sur cette section pour plusieurs raisons.

- Le diamètre correspond assez bien aux volumes à mettre en mouvement, sans pour autant être trop gros. - Ce même diamètre a aussi l'avantage d'être compatible avec un branchement de type standard pour abonné. (Dans notre exemple, l'électrovanne a été mise en remplacement d'un compteur d'abonné)
- Les puissances de commande sont acceptables pour des équipements portables fonctionnant sur batterie.
- Les vitesses de commutation sont de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes dans ce diamètre, et à priori suffisantes pour "raccrocher" sur une pointe d'oscillation amortie encore en cours.

On comprend dès maintenant que les réseaux à forte inertie dont la période de masse peut atteindre plusieurs dizaines de secondes sont difficilement adaptables (pour de multiples raisons, période trop longue, volumes d'eau trop importants, électrovannes à choisir trop massives, énergie de commande trop importante).
Je ne crois pas possible une détection à un diamètre supérieur à 90mm avec ce type de vanne.

Je n'ai plus la référence précise de l'électrovanne mais, la marque était une ASCO–JOUCOMATIC de ¾" en 16 bars à commande assistée.

2.4 Les incertitudes

Elles découlent d'un manque d'observations et de mesures précises, car le développement répondait à une demande, sans pour autant devenir un élément de recherche "fondamentale".
Il y aurait lieu de vérifier par les calculs et la pratique les différentes incidences observées. L'hydraulique n'étant pas mon métier d'origine, je laisse cette partie aux gens dont c'est le métier !

Dans ce même chapitre il faut examiner le comportement hydraulique de l'électrovanne à commande assistée, qui réclame un "delta P" minimum pour fonctionner. Quelles en sont les conséquences ? A voir !

3 Création du générateur

3.1 Principe et Schéma

(Clicker les images pour les agrandissements en Nouvelle fenêtre)

Le principe découle de ce qui a été dit :
Il s'agit d'un simple générateur d'impulsions constitué d'un double monostable CMOS 4528 qui assure avec deux potentiomètres de réglage la génération des oscillations dont la largeur est donc réglable, tout autant que la distance entre ces mêmes impulsions.
Il est donc possible de jouer sur chaque demi période.

Un interrupteur switch CMOS 4016 assure le pilotage d'un transistor darlington de puissance MJ3001 qui va commander directement la bobine 24V de l'électrovanne. Les 2 diodes en // sur la bobine protègent des surtensions (attention certaines électrovannes possèdent de construction cette diode de protection et les polarités sont donc à respecter).

Le montage est alimenté par deux batteries 12 Volts, permettant à la fois une commande d'électrovanne en 24 V CC (pas de 12V en standard) et l'alimentation de circuits CMOS en 12V (ils ne supporteraient pas 24V).
La consommation en 12V n'étant que de quelques dizaines de µA, ne justifie pas deux charges séparées pour les batteries.

Le schéma réalisé à la main est nettement plus explicite que celui réalisé en machine (Il est correct !). Une petite implantation du CI a été réalisée. (Il subsiste peut être encore des erreurs sur le CI. C'est possible !)

3.2 Réalisation

(idem click)

A savoir que l'appareil est portatif. L'ensemble a été placé dans une petite caisse à outils en PVC, contenant au fond deux batteries 12v 7Ah (à électrolyte en gel) couchées, et sous le couvercle un petit circuit imprimé contenant les deux circuits CMOS. (Tout a été bloqué avec du polystyrène en cas de "maltraitance", car les batteries bien que petites, sont tout de même en plomb !)
Le transistor de puissance a été monté sur un radiateur de dissipation (surtout à cause des conditions climatiques) car il dissipe assez peu de chaleur intrinsèquement.
(Ayant "laissé" le modèle, réalisé avec mon matériel, je n'ai plus de photo disponible. Désolé !)
Les deux potentiomètres, la LED, et l'interrupteur principal sont sur le flanc incliné du couvercle
Noter la double coupure 12 et 24V qui n'est pas rigoureusement identique à la coupure du commun.

Le chargeur est réduit à sa plus simple expression et n'assure que la charge en 24 V des deux batteries en série. Dans le prototype, celui-ci est externe et placé dans une boîte en carton !!!
La charge est très faible à environ 150 mA mais peut être portée sans problèmes jusqu'à 700 mA, ce sera plus rapide !

L'autonomie est variable en fonction de la largeur d'impulsion, et de la période mais garanti une dizaine d'heures au moins. (Pour une électrovanne de 5W de consommation)

Une LED en // indique la commande de l'électrovanne.

4 Conclusions

Ce principe demande certainement des études complémentaires, mais il s'est révélé extrêmement efficace dans un cas précis. (Tous droits réservés).
Les cas d'emploi sont très spécifiques et surtout lorsque l'on a rien à perdre d'une casse éventuelle…

Si vous souhaitez vous lancer dans cette recherche laissez moi un petit commentaire A bientôt…

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