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PRINCIPE DE LA CORRELATION ACOUSTIQUE La propagation du bruit repose sur une théorie physique incontournable. Elle a été exploitée à partir de la fin des années 70 pour la mise au point d’appareils de localisation des fuites d’eau que l’on appellera dorénavant “corrélateurs”. Comment ? A- Théorie de la corrélation acoustique Elle utilise trois propriétés qui sont simultanément et exclusivement réunies dans un bruit de fuite : 1. Sa production : Le bruit de fuite est aléatoire, c'est à dire que son évolution dans le temps ne correspond à aucune règle. Les liquides sous pression s'échappant d'une conduite créent, par turbulence au niveau de l'ajutage, une onde de pression (bruit de fuite - voir la section Théorie du bruit) 2. Sa propagation dans la conduite : Cette propagation se fait à vitesse égale de part et d'autre de la fuite (si le matériau est homogène et les tuyaux de même section) 3. Sa permanence dans le temps : Contrairement à la plupart des autres bruits parasites, un bruit de fuite sur réseau d'eau potable a un caractère permanent. Le corrélateur détecte ce bruit de fuite (signal) à l'aide de deux capteurs qui sont en contact avec la conduite de part et d'autre du point de fuite (ces capteurs peuvent être positionnés sur les vannes, les poteaux incendies, les robinets de branchement, la canalisation et tous accessoires de robinetterie métalliques). Dès lors, le bruit peut être détecté et localisé. L'appareil de réception compare les deux signaux et fait subir à l'un d'eux toute une série de décalages dans le temps permettant d'identifier celui qui compense exactement la différence des temps de propagation des deux signaux. Le système va permettre d'obtenir simultanément la confirmation de la présence d'une fuite (s'il y a ressemblance entre les deux signaux captés) et sa localisation (par repérage du décalage correspondant à cette ressemblance) Deux conditions sont nécessaires pour que le principe de corrélation soit correct : -Le réseau doit toujours être sous pression afin d'avoir continuellement un échappement de fluide sous pression créant le bruit de fuite -La conduite doit être homogène quant au fluide transporté (la présence d'air , par exemple, est un élément perturbant) Considérons un conduite déterminée de diamètre X avec une vitesse de propagation du son connu (voir schéma 1). On pourra déterminer la distance en appliquant la formule : D : Distance entre les deux capteurs L : distance entre la fuite et le capteur A V : vitesse de propagation du son T1 : temps mis par le bruit pour aller de la fuite au capteur A T2 : temps mis par le bruit pour aller au capteur B Td : Différence de temps entre l'arrivée des deux signaux Le bruit se propage à une vitesse constante, on peut donc écrire : L = V*T1 donc T = L/V De la même manière (D-L) étant la distance entre le capteur B et la fuite : (D-L) = V*T2 donc T2 = (D-L)/V D'où Td = T1-T2 = ((D-L)-L)/V donc Td = (D-2L)/V donc : L = D - (VxTd) / 2 B Présentation pratique sur le matériel et la mise en œuvre sur site L'ensemble de corrélation (voir Exemple de corrélateur) est composé des entités suivantes : a) Deux capteurs pour la saisie des vibrations de la conduite engendrées par la fuite. Ces capteurs peuvent être de deux types : -Les accéléromètres : ce sont des capteurs piézo-électriques, avec pré-amplificateur interne d'une sensibilité de 0.1 à 10 V/g. Ils sont constitués de deux céramiques précontraintes et d'un circuit hybride. Ils sont généralement utilisés sur des conduites métalliques de diamètre inférieur à 800 mm et pour des gammes de fréquence allant de 100 à 5000 Hz. Ils couvrent 80% des applications. -Les hydrophones : ce sont également des capteurs piézo-électriques avec une seule céramique et sans pré-amplificateur. Ils sont utilisés sur des conduites non métalliques (PVC, PE) ou sur des conduites de diamètre supérieur à 800 mm. Ils sont particulièrement adaptés pour des fréquences inférieures à 250 Hz b) Deux amplificateurs associés aux capteurs. Leur fonction est d'amplifier les signaux en provenance des capteurs, de les pré-filtrer. Ce sont des amplificateurs de type CAG (contrôle Automatique de Gain) c) Deux liaisons entre les capteurs et l'unité de traitement assurées par câbles ou par voie radio (A et B). Ces systèmes vont permettre de transmettre les signaux à l'unité centrale. La transmission par câble est peu courante du fait de la souplesse d'utilisation des radios (UHF) d) Une unité centrale : cette unité constitue le centre pilote du système. Elle traitre d'une part toutes les données transmises par la chaîne " capteurs-amplificateurs " et elle joue le rôle de poste de contrôle pour la définition des conditions de site (matériau, diamètre, distance) et la visualisation de la corrélation. C Définition des conditions de terrain à analyser et les réglages à réaliser sur le corrélateur Le but de la corrélation étant de localiser précisément une fuite, il est impératif que les deux capteurs encadrent la fuite. Dans le cas où les capteurs sont positionnés en dehors du point de fuite, le corrélateur ne sera pas en mesure de positionner la fuite. Il vous informera de ce fait par un message "Fuite hors zone de mesure" et/ou en positionnant la fuite sur une des radios (selon le type de corrélateur). Il suffira de déplacer la radio (à proximité de laquelle la fuite a été placé) pour positionner la fuite entre les capteurs. Il est important de noter que si la fuite se situe très près de l'un des capteurs, on considère que la fuite peut être hors zone de mesure. Dans ce cas on recentre la fuite et on réalise une nouvelle corrélation. Mesure de la distance La distance D entre les deux capteurs est un des paramètres saisis dans le corrélateur. Si les capteurs sont placés sur des branchements, la longueur de ces branchements devra être comprise dans la distance D. Après avoir saisi la distance entre les capteurs (branchements compris), le corrélateur positionnera la fuite correctement si cette fuite est entre ceux ci.. Nature de la canalisation Une attention particulière doit être accordée à la nature des matériaux et au diamètre dans ce type d'exemple. En effet si les branchements sont de nature différente (PVC) par rapport à la conduite principale (fonte ductile), il faudra en tenir compte lors de la programmation du corrélateur. En effet la vitesse de propagation du son et la fréquence sonore sont différentes selon matériaux et diamètres de canalisation. Ces vitesses et fréquences, scientifiquement vérifiées, constituent une base de données, partie intégrante du logiciel du corrélateur. La plupart du temps, la première corrélation effectuée sur un site se fait avec les paramètres par défaut de vitesse de propagation et de fréquence. Ces valeurs peuvent être considérées comme " sortie usine ", c'est-à-dire pour une canalisation parfaite. Hélas, les canalisations sur lesquelles on réalise la corrélation ne sont pas parfaites (encrassement, déformation, réparations, corrosion…) donc la vitesse de propagation est souvent différente de la vitesse théorique. Les corrélateurs disposent d'une fonction de calcul de vitesse réelle de propagation du bruit. La méthodologie consiste à créer une fuite à l'extérieure des capteurs sur un poteau d'incendie, par exemple. La formule de calcul sera donc : V = (D-2L)/Td Comme la fuite est à l'extérieure des capteurs L=0, donc V=D/Td et D peut être mesuré précisément. Au final, l'erreur de calcul sur V est faible. La gamme de fréquence proposée par défaut lors du lancement d'une corrélation est assez large. L'intérêt va être de réduire cette gamme pour ne prendre en compte que le bruit généré par la fuite. Les corrélateurs proposent une fonction dites FFT (Transformation rapide de Fournier) qui convertit le signal du domaine temporel au domaine fréquentiel. Le corrélateur réalise une analyse spectrale sur les signaux provenant de chaque capteur et calcule une fonction de cohérence. Cette fonction est représentée sous forme graphique avec la zone de cohérence des signaux en provenance de A et B. Ainsi, on pourra aisément définir la gamme de fréquence la plus fine et obtenir une localisation plus précise. On voit donc à quel point les varantes de travail sont infinies et que seul un professionnel expérimenté peut les exploiter aisément !
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