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Les jauges de contrainte optiques surveillent l’intégrité des pipelines

Les jauges de contrainte sont couramment utilisées dans de très nombreuses applications. Elles sont particulièrement adaptées pour mesurer les charges mécaniques agissant sur les structures, pour les études géotechniques et dans la surveillance des pipelines dans les industries du pétrole et du gaz. Vous pouvez également employer les jauges de contrainte pour mesurer le comportement d’un pipeline en exploitation, comme la pression du produit transporté ou bien encore pour éviter des dommages sur une canalisation installée dans des secteurs à éboulements. Dans ce type d’application, les jauges vous permettront d’observer les efforts appliqués dans certaines zones critiques de la canalisation soit en détectant le déplacement ou en mesurant la déformation qui pourraient endommager la conduite.

Pour surveiller l'intégrité du pipeline, le système de mesure doit être complètement sûr et l’on doit pouvoir lui faire une entière confiance. Tous les processus de fabrication sont extrêmement importants et il est vraiment nécessaire de respecter les règlementations en vigueurs.

Les jauges de contrainte sont des éléments très sensibles qui délivrent des signaux de sortie parfaitement stables sur de très longues périodes. Leur mise en œuvre exige toutefois un  personnel bien informé pourvu d’une bonne expérience pratique. Parfois, l'instrumentation et le câblage peuvent être assez complexes et chaque jauge de contrainte doit être étalonnée individuellement.

Pour surmonter ces inconvénients, quelques utilisateurs se tournent désormais vers les jauges à fibre optique. HBM, fabricant mondial de jauges et de capteurs, de systèmes d’acquisition de données et de logiciels, a développé une solution destinée à la surveillance des pipelines à l'aide des jauges de contrainte optiques travaillant sur le principe des réseaux de Bragg. La technologie des fibres optiques offre un certain nombre d'avantages par rapport à la technologie conventionnelle des jauges électriques (dites résistives) comme par exemple :

  • Un câblage plus simple
  • Aucun étalonnage
  • Une grande résistance aux charges alternatives et aux contraintes élevées
  • Un excellent comportement en fatigue
  • Une insensibilité aux interférences électromagnétiques, y compris les effets de la foudre et autres sources de parasites qui peuvent créer un champ électrique à fort potentiel
  • Une aptitude à travailler en environnement potentiellement explosif sans aucun câblage spécial

Ces atouts font de ces jauges une parfaite alternative dans beaucoup d'applications telles que dans :

  • La surveillance d’intégrité des pipelines
  • L’observation de la santé structurale des ponts et des tunnels
  • L’analyse expérimentale des contraintes sur des navires et des tubes
  • Le cadre des essais des matériaux
  • La surveillance des mouvements terrestres

Comment travaillent les jauges en réseaux de Bragg ?

Ces jauges se composent d'une fibre optique qui comporte une répartition de réflecteurs. La technologie fréquemment utilisée implique d'inscrire des marquages nano-structurées de Bragg sous forme de variations périodiques de l'indice de réfraction optique dans le noyau de la fibre, selon le schéma 1.

La longueur du marquage (grille) est approximativement de 4 à 6 millimètres. Le marquage de Bragg agit comme un filtre, qui reflète une longueur d'onde particulière de lumière et transmet les autres longueurs d’ondes aux suivants.

Les dimensions de la grille déterminent la fréquence légère qu'il reflète. La longueur d'onde reflétée (λB), appelée longueur d'onde de Bragg, est définie par l'équation, λB = 2n · Λ où n est l'indice de réfraction efficace de la grille dans le noyau de la fibre et Λ est la période de la grille. Lorsque la jauge est comprimée ou étirée, n et Λ changement et la valeur de λB varie.

Fig 1.

Les jauges sont conçues de sorte que la longueur d'onde soit dans la bande C, entre 1500 nm et 1600 nm. La raison pour laquelle les ingénieurs HBM ont déterminé ces longueurs d'onde qui doivent être utilisées est qu'elles sont également employées pour les applications de télécommunication et les fibres optiques avec de très basses pertes à ces fréquences sont facilement disponibles. Avec la longueur discordante donnée, la jauge se compose donc de plus de 10 000 périodes. 

Les jauges optiques surveillent l'intégrité du pipeline

Une entreprise dans le domaine de l'énergie a récemment installé un système de mesure HBM avec des jauges optiques pour surveiller une section de gazoduc en Allemagne. Comme la conduite traverse un fleuve, les règlementations exigent qu’elle soit surveillée 24 h sur 24 et 7 jours par semaine. Les systèmes de surveillance doivent pouvoir détecter la moindre activité géologique de manière à assurer l'intégrité du pipeline.

Les jauges optiques sont installées sur la conduite suivant les indications du schéma 2. Une fois installées, les moniteurs du système sont réglés selon plusieurs paramètres cruciaux, pour connaitre par exemple de combien de déplace réellement la conduite et le taux de changement du mouvement.

Pour cette application particulière, huit chaînes de jauges optiques Optimet de HBM ont été déployées comprenant chacune six jauges. Chaque jauge d’une chaîne fonctionne à une fréquence légèrement différente dans la bande de 1500 à 1600 nm. Pour cette raison, la chaîne entière peut être reliée à un système d’acquisition de données avec seulement deux câbles de fibre optique. L’un fournit la source lumineuse alors que le second fournit le signal d'entrée à l'interrogateur.

Fig 2 : Chaque chaîne optique de fibre sur cette canalisation inclut six sondes différentes. Un câble optique simple de fibre relie les six sondes au système de surveillance.

Le système montré dans le schéma 3 se compose :

  • D’un interrogateur HBM DI-410. Cet instrument fournit les signaux optiques pour les jauges optiques et mesure leurs réponses. Le DI-410 est un appareil équipé de quatre voies qui peuvent mesurer jusqu'à  1000 mesures/seconde. Il se connecte au système d'acquisition de données et au router via une interface Ethernet.
  • D’un multiplexeur (pas visible sur la photo). Le multiplexeur relie chacune des huit chaînes à l'interrogateur DI-410 de quatre voies.
  • D’un enregistrement de données HBM CX22W. Cet instrument enregistre les informations de l'interrogateur DI-410, aussi bien que les tensions d'alimentation électrique.
  • D’un routeur TK704U UMTS. Le TK704U UMTS est un routeur cellulaire industriel machine-to-machine (M2M). Il est compatible avec les réseaux cellulaires 2G ou 3G et fournit des raccordements sans fil fiables. Dans le cas d'une panne, le système envoie un email à l'opérateur via la connexion fournie par ce routeur.
  • D’un système d'alimentation non interruptible. Le système est conçu pour fonctionner à partir d'une alimentation réseau 230V. S'il se produit une quelconque coupure de courant, alors le système bascule vers une batterie. Vous êtes ainsi assurer de pouvoir surveiller sans interruption le comportement de vos  canalisations. 
Fig 3.

Puisqu'il est essentiel que l’installation demeure opérationnelle, il surveille également la disponibilité du système, la disponibilité des capteurs, les tensions d'alimentation et la mémorisation, en plus des contraintes sur la canalisation. Le système est également programmé pour déclencher une alarme et pour envoyer un email d’alerte dans le cas où il détecterait une anomalie dans n’importe quel secteur. 

Bénéfice de la fibre optique

Dans cette application, l'utilisation de jauges optiques a vraiment été profitable pour l’entreprise en terme d’énergie. Pour une raison, parce chaque chaîne de jauges se connecte au système de surveillance par l'intermédiaire d'une seule paire de lignes de fibre optique, les coûts étaient moindre que s’il avait fallu câbler des jauges de contrainte conventionnelles. 

L’autre avantage est que le système de surveillance peut être situé à une grande distance des points de jauges. Le principe de la fibre optique faisant circuler des ondes de lumière est moins problématique que la tension électrique circulant dans les câbles des jauges classiques.

Pour finir, il est plus beaucoup plus sûr d’employer des câbles de fibre optique dans un environnement explosif  comme les pipelines. Aucune précaution particulière n’est à prendre car ce principe n’utilise pas de courant électrique.  

 

Pour plus d'information sur les jauges optiques, veuillez prendre contact avec HBM en cliquant ici ou appeler le 01 69 90 63 70. 

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