CA3236846A1 - Systeme et procede pour la localisation de la source d'une emisson de gaz ou de particules - Google Patents
Systeme et procede pour la localisation de la source d'une emisson de gaz ou de particulesInfo
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Abstract
La présente invention concerne un procédé pour déterminer la position d'une source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules dans une zone géographique, comprenant au moins une étape de mesure de la concentration en composé gazeux, de la direction et de la vitesse du vent pour différentes positions géographiques consécutives prédéfinies de manière à s'écarter d'au plus 45° par rapport à une direction instantanée ou moyenne du vent. Puis on détermine au moins un couple formé d'un minimum et d'un maximum consécutifs de la courbe et on détermine la position de la source émettrice à partir des positions du système de mesure mobile correspondant aux maxima des couples, des écarts temporels entre les maximum et minimum des couples, et de vitesses et directions moyennes du vent entre les minimum et maximum des couples.
Description
SYSTEME ET PROCEDE POUR LA LOCALISATION DE LA SOURCE D'UNE EMISSON
DE GAZ OU DE PARTICULES
Domaine technique La présente invention concerne de manière générale le domaine de la surveillance de fuites de gaz et/ou de la surveillance de sources émettrices de particules, plus particulièrement la surveillance de fuites d'un gaz alimentant ou destiné à alimenter les réseaux de distribution de gaz, tels que le gaz naturel ou le biométhane.
Des fuites de gaz naturel ou de biométhane peuvent se produire de manière non limitative au niveau de sites de stockage de ces gaz (par exemple des réservoirs géologiques ou des cuves), au niveau d'installations pour le transport du gaz (par exemple des conduites à haute pression pour le transport du gaz sur de grandes distances), au niveau d'installations pour la distribution du gaz (par exemple les postes d'injection dans le réseau de distribution, les conduites permettant la distribution locale à différentes entités, particuliers, entreprises, etc...), ou encore au niveau des installations utilisant ces gaz (par exemple des centrales thermiques à gaz, certaines industries chimiques et pétrochimiques, des habitations à
usage domestique etc.).
Le gaz naturel est un gaz d'origine fossile, constitué d'un mélange d'hydrocarbures gazeux, dont le méthane est l'un des principaux composants. A l'issue de son extraction d'un gisement du sous-sol, le gaz subit des traitements, dont notamment une séparation des condensats du gaz, une désacidification, une désulfuration. C'est à l'issue de ces traitements que le gaz naturel peut être injecté dans le réseau de distribution du gaz naturel. Le gaz naturel est composé à 95% de méthane (CH4), de moins de 4% d'éthane (02H6) et d'azote (N2), et de moins de 1% de dioxyde de carbone (CO2) et de propane (C3H8).
Le biométhane résulte de l'épuration d'un biogaz, qui est produit par la décomposition anaérobie de déchets d'origine organique, tels que les boues des stations d'épuration, les déchets agricoles, les décharges. Le biogaz est principalement composé de méthane (de 40 à 70 %), de CO2 et de vapeur d'eau, mais il contient également des impuretés, telles que des composés soufrés (H2S, S02, ...), des siloxanes, des halogénés ou bien encore des COV
(Composés Organiques Volatiles). Le biogaz n'est donc pas directement exploitable. Pour pouvoir exploiter un biogaz, il est nécessaire qu'il soit épuré (ou encore purifié), notamment pour éliminer le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène, mais également les autres impuretés. On obtient ainsi du biométhane que l'on peut injecter dans un réseau de distribution, qui est en général le réseau de distribution du gaz naturel.
DE GAZ OU DE PARTICULES
Domaine technique La présente invention concerne de manière générale le domaine de la surveillance de fuites de gaz et/ou de la surveillance de sources émettrices de particules, plus particulièrement la surveillance de fuites d'un gaz alimentant ou destiné à alimenter les réseaux de distribution de gaz, tels que le gaz naturel ou le biométhane.
Des fuites de gaz naturel ou de biométhane peuvent se produire de manière non limitative au niveau de sites de stockage de ces gaz (par exemple des réservoirs géologiques ou des cuves), au niveau d'installations pour le transport du gaz (par exemple des conduites à haute pression pour le transport du gaz sur de grandes distances), au niveau d'installations pour la distribution du gaz (par exemple les postes d'injection dans le réseau de distribution, les conduites permettant la distribution locale à différentes entités, particuliers, entreprises, etc...), ou encore au niveau des installations utilisant ces gaz (par exemple des centrales thermiques à gaz, certaines industries chimiques et pétrochimiques, des habitations à
usage domestique etc.).
Le gaz naturel est un gaz d'origine fossile, constitué d'un mélange d'hydrocarbures gazeux, dont le méthane est l'un des principaux composants. A l'issue de son extraction d'un gisement du sous-sol, le gaz subit des traitements, dont notamment une séparation des condensats du gaz, une désacidification, une désulfuration. C'est à l'issue de ces traitements que le gaz naturel peut être injecté dans le réseau de distribution du gaz naturel. Le gaz naturel est composé à 95% de méthane (CH4), de moins de 4% d'éthane (02H6) et d'azote (N2), et de moins de 1% de dioxyde de carbone (CO2) et de propane (C3H8).
Le biométhane résulte de l'épuration d'un biogaz, qui est produit par la décomposition anaérobie de déchets d'origine organique, tels que les boues des stations d'épuration, les déchets agricoles, les décharges. Le biogaz est principalement composé de méthane (de 40 à 70 %), de CO2 et de vapeur d'eau, mais il contient également des impuretés, telles que des composés soufrés (H2S, S02, ...), des siloxanes, des halogénés ou bien encore des COV
(Composés Organiques Volatiles). Le biogaz n'est donc pas directement exploitable. Pour pouvoir exploiter un biogaz, il est nécessaire qu'il soit épuré (ou encore purifié), notamment pour éliminer le dioxyde de carbone et le sulfure d'hydrogène, mais également les autres impuretés. On obtient ainsi du biométhane que l'on peut injecter dans un réseau de distribution, qui est en général le réseau de distribution du gaz naturel.
2 Le gaz naturel est inodore, hautement explosif (5 à 15% dans l'air) et mortel lorsqu'il est inhalé
à forte concentration. Pour déceler d'éventuelles fuites et éviter tout risque d'explosion, le gaz naturel est artificiellement odorisé avant d'être injecté dans le réseau de transport. Il en est de même pour le biométhane. Cela permet de différencier si les émanations de gaz résultent d'une fuite, afin notamment de déclencher une alerte, ou bien détecter s'il s'agit d'émanations naturelles. Les molécules odorantes utilisées sont historiquement les mercaptans tels que l'éthane mercaptan (appelé aussi éthanethiol ou mercaptan éthylique), le méthane mercaptan (appelé aussi méthanethiol ou mercaptan méthylique). De nos jours et en particulier en Europe, la molécule de tétrahydrothidphène (connue aussi sous l'acronyme THT, de formule C41-18S) est la molécule principalement utilisée pour odoriser les gaz destinés à être distribués.
Le THT est un liquide incolore et inflammable, avec une odeur caractéristique de soufre (il s'agit d'un composé organique soufré). Les produits odorants sont injectés en très faibles quantités (environ 10 ppb) dans le gaz à odoriser.
Dans la surveillance industrielle et environnementale des gaz, il est nécessaire de mesurer précisément les concentrations anormales de gaz, mais également de les localiser dans l'environnement. Le défi réside dans la localisation de la source. En effet de nombreuses mesures sont réalisées dans l'air ambiant et les concentrations anormales mesurées proviennent d'une source de gaz parfois à plusieurs dizaines de mètres de la mesure.
L'évolution de ce panache de gaz dans l'air ambiant est principalement liée aux conditions zo météorologiques, et notamment à l'intensité et à la direction du vent.
Technique antérieure Les documents suivants seront cités au cours de la description :
C. Couillet : Dispersion atmosphérique (Mécanismes et outils de calcul), rapport INERIS-DRA-23 2002-25427, 2002, https://www.ineris.fr/sites/ineris.frifilesicontribution/Docurnents/46web.pdf E. Demael and B. Carissimo : Comparative Evaluation of an Eulerian CFD and Gaussian Plume Models Based on Prairie Grass Dispersion Experiment, JOURNAL OF APPLIED
METEOROLOGY AND CLIMATOLOGY, vol 47, 2008.
L. J. Klein, R. Muralidhar, F. J. Marianno, J.B. Chang, S. Lu, H.F. Hamann:
Geospatial Internet 30 of Thin gs: Framework for fugitive Methane Gas Leaks Monitoring, GIScience 2016.
P. Kumar, G. Broquet, C. Yver-Kwok, O. Laurent, S. Gichuki, C. Caldow, F.
Cropley, T.
Lauvaux, M. Ramonet, G. Berthe, F. Martin, O. Duclaux, C. Juery, C. Bouchet, and P.
Ciais. Mobile atmospheric measurements and local-scale inverse estimation of the location
à forte concentration. Pour déceler d'éventuelles fuites et éviter tout risque d'explosion, le gaz naturel est artificiellement odorisé avant d'être injecté dans le réseau de transport. Il en est de même pour le biométhane. Cela permet de différencier si les émanations de gaz résultent d'une fuite, afin notamment de déclencher une alerte, ou bien détecter s'il s'agit d'émanations naturelles. Les molécules odorantes utilisées sont historiquement les mercaptans tels que l'éthane mercaptan (appelé aussi éthanethiol ou mercaptan éthylique), le méthane mercaptan (appelé aussi méthanethiol ou mercaptan méthylique). De nos jours et en particulier en Europe, la molécule de tétrahydrothidphène (connue aussi sous l'acronyme THT, de formule C41-18S) est la molécule principalement utilisée pour odoriser les gaz destinés à être distribués.
Le THT est un liquide incolore et inflammable, avec une odeur caractéristique de soufre (il s'agit d'un composé organique soufré). Les produits odorants sont injectés en très faibles quantités (environ 10 ppb) dans le gaz à odoriser.
Dans la surveillance industrielle et environnementale des gaz, il est nécessaire de mesurer précisément les concentrations anormales de gaz, mais également de les localiser dans l'environnement. Le défi réside dans la localisation de la source. En effet de nombreuses mesures sont réalisées dans l'air ambiant et les concentrations anormales mesurées proviennent d'une source de gaz parfois à plusieurs dizaines de mètres de la mesure.
L'évolution de ce panache de gaz dans l'air ambiant est principalement liée aux conditions zo météorologiques, et notamment à l'intensité et à la direction du vent.
Technique antérieure Les documents suivants seront cités au cours de la description :
C. Couillet : Dispersion atmosphérique (Mécanismes et outils de calcul), rapport INERIS-DRA-23 2002-25427, 2002, https://www.ineris.fr/sites/ineris.frifilesicontribution/Docurnents/46web.pdf E. Demael and B. Carissimo : Comparative Evaluation of an Eulerian CFD and Gaussian Plume Models Based on Prairie Grass Dispersion Experiment, JOURNAL OF APPLIED
METEOROLOGY AND CLIMATOLOGY, vol 47, 2008.
L. J. Klein, R. Muralidhar, F. J. Marianno, J.B. Chang, S. Lu, H.F. Hamann:
Geospatial Internet 30 of Thin gs: Framework for fugitive Methane Gas Leaks Monitoring, GIScience 2016.
P. Kumar, G. Broquet, C. Yver-Kwok, O. Laurent, S. Gichuki, C. Caldow, F.
Cropley, T.
Lauvaux, M. Ramonet, G. Berthe, F. Martin, O. Duclaux, C. Juery, C. Bouchet, and P.
Ciais. Mobile atmospheric measurements and local-scale inverse estimation of the location
3 and rates of brief CH4 and CO2 releases from point sources. Atmospheric Measurement Techniques, European Geosciences Union, 2021, 14 (9), pp.5987 - 6003.
De manière générale, les modèles de chimie-transport permettent de décrire l'évolution de polluants atmosphériques ou de particules (aérosols, gaz, poussières) rejetés dans l'atmosphère. Cette évolution est due au transport par le vent des polluants (particules, molécules de gaz) dans l'atmosphère et aux réactions chimiques auxquelles les polluants participent. En estimant les concentrations de divers polluants, les modèles de chimie-transport permettent notamment de simuler la qualité de l'air ou de simuler un rejet continu de particules.
lo De manière générale, les méthodes utilisées pour la détermination d'un point de fuite d'un gaz suite à un rejet de celui-ci dans l'atmosphère à un débit donné reposent sur la résolution d'un problème inverse. On trouvera par exemple une description de ces méthodes dans les documents (Klein et al., 2016 ; Kumar et al., 2021) Plus précisément, pour ce problème inverse, on considère une région spatiale du site étudié dans laquelle on pressent que le point de fuite se situe. Puis on subdivise cette région à l'aide d'un maillage cartésien composé de cellules. Chaque noeud du maillage est alors considéré comme un point de fuite potentiel. Le problème inverse consiste à rechercher de manière itérative le débit source en chaque n ud du maillage permettant d'expliquer (ou encore de satisfaire) au mieux (par exemple au sens des moindres carrés) les mesures de concentrations. A noter que pour la résolution du problème direct, ces méthodes supposent que le vent et les conditions atmosphériques restent stationnaires sur une durée suffisante et sont spatialement homogènes, ce qui conduit à un modèle de panache gaussien, comme discuté par exemple dans le document (Klein et al., 2016). A la suite de la résolution du problème inverse, on obtient le débit en chaque noeud de la grille, et on détermine, à partir de ces débits, l'erreur produite en chaque noeud de la grille permettant d'en déduire la position du point de fuite. Ces méthodes présentent l'inconvénient d'être coûteuses en temps de calcul, et ce d'autant plus que le maillage est fin. Or pour obtenir une bonne précision de la localisation de la source, il est nécessaire d'avoir un maillage fin.
De plus, ces méthodes ne peuvent trouver une position de la source en dehors du maillage cartésien prédéfini.
La présente invention permet de pallier ces inconvénients. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé mis en oeuvre à partir de mesures de concentration réalisées par une station de monitoring mobile, le procédé étant très peu coûteux en temps de calcul et en mémoire, et permettant de déterminer de manière fiable et quasi en temps réel, l'emplacement de l'origine d'une fuite de gaz et/ou de particules. De plus, le procédé selon l'invention ne requiert pas de pré-supposer d'un emplacement de la source émettrice.
De manière générale, les modèles de chimie-transport permettent de décrire l'évolution de polluants atmosphériques ou de particules (aérosols, gaz, poussières) rejetés dans l'atmosphère. Cette évolution est due au transport par le vent des polluants (particules, molécules de gaz) dans l'atmosphère et aux réactions chimiques auxquelles les polluants participent. En estimant les concentrations de divers polluants, les modèles de chimie-transport permettent notamment de simuler la qualité de l'air ou de simuler un rejet continu de particules.
lo De manière générale, les méthodes utilisées pour la détermination d'un point de fuite d'un gaz suite à un rejet de celui-ci dans l'atmosphère à un débit donné reposent sur la résolution d'un problème inverse. On trouvera par exemple une description de ces méthodes dans les documents (Klein et al., 2016 ; Kumar et al., 2021) Plus précisément, pour ce problème inverse, on considère une région spatiale du site étudié dans laquelle on pressent que le point de fuite se situe. Puis on subdivise cette région à l'aide d'un maillage cartésien composé de cellules. Chaque noeud du maillage est alors considéré comme un point de fuite potentiel. Le problème inverse consiste à rechercher de manière itérative le débit source en chaque n ud du maillage permettant d'expliquer (ou encore de satisfaire) au mieux (par exemple au sens des moindres carrés) les mesures de concentrations. A noter que pour la résolution du problème direct, ces méthodes supposent que le vent et les conditions atmosphériques restent stationnaires sur une durée suffisante et sont spatialement homogènes, ce qui conduit à un modèle de panache gaussien, comme discuté par exemple dans le document (Klein et al., 2016). A la suite de la résolution du problème inverse, on obtient le débit en chaque noeud de la grille, et on détermine, à partir de ces débits, l'erreur produite en chaque noeud de la grille permettant d'en déduire la position du point de fuite. Ces méthodes présentent l'inconvénient d'être coûteuses en temps de calcul, et ce d'autant plus que le maillage est fin. Or pour obtenir une bonne précision de la localisation de la source, il est nécessaire d'avoir un maillage fin.
De plus, ces méthodes ne peuvent trouver une position de la source en dehors du maillage cartésien prédéfini.
La présente invention permet de pallier ces inconvénients. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé mis en oeuvre à partir de mesures de concentration réalisées par une station de monitoring mobile, le procédé étant très peu coûteux en temps de calcul et en mémoire, et permettant de déterminer de manière fiable et quasi en temps réel, l'emplacement de l'origine d'une fuite de gaz et/ou de particules. De plus, le procédé selon l'invention ne requiert pas de pré-supposer d'un emplacement de la source émettrice.
4 Résumé de l'invention L'invention concerne un procédé pour déterminer la position d'une source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules dans une zone géographique, au moyen d'un système de mesure mobile comprenant au moins un capteur pour mesurer une concentration en ledit composé gazeux et/ou en lesdites particules et un capteur pour mesurer une vitesse et une direction du vent. Le procédé selon l'invention comprend au moins les étapes suivantes :
a) on mesure ladite concentration en ledit composé gazeux et/ou en lesdites particules, ladite vitesse et ladite direction du vent pour une succession de positions dudit système de mesure mobile formant une trajectoire de déplacement dudit système de mesure mobile dans ladite zone géographique, chacune desdites positions correspondant à un temps de mesure dudit système de mesure mobile, lesdites positions de ladite succession de positions dudit système de mesure mobile positions étant déterminées de manière à ce que chacun des segments entre deux positions consécutives de ladite succession de positions dudit système de mesure mobile forme un angle compris entre 45 et 135 avec une direction instantanée ou moyenne du vent issue de ladite direction du vent mesurée, et on obtient une première courbe représentative de l'évolution de ladite concentration pour chacun desdits composés gazeux et/ou pour lesdites particules en fonction du temps de mesure dudit système de mesure mobile, et des deuxième et troisième courbes représentatives respectivement de l'évolution de la vitesse et de la direction du vent en fonction du temps de mesure dudit système de mesure mobile ;
b) à partir de critères prédéfinis, pour chacune desdites premières courbes, on détermine au moins un couple formé par un minimum et un maximum consécutifs de ladite première courbe, et, pour chacun desdits couples de chacune des premières courbes, on détermine une position dudit système de mesure mobile correspondant audit maximum dudit couple et un écart temporel entre un temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant audit maximum dudit couple et un temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant audit minimum dudit couple ;
c) pour chaque composé gazeux et/ou particules, on détermine ladite position de ladite source émettrice dudit composé gazeux ou desdites particules dans ladite zone géographique à partir desdits positions dudit système de mesure mobile correspondant auxdits maximum desdits couples déterminés pour ledit composé gazeux ou lesdites particules, desdits écarts temporels entre lesdits maximum et minimum desdits couples déterminés pour ledit composé
gazeux ou lesdites particules, et de vitesses et directions moyennes du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum desdits couples.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer ladite position xo de ladite source émettrice d'un composé gazeux ou de particules selon une formule du type :
Eg=i(xne ¨ Ane vne>) x, NE
où NE est le nombre desdits couples déterminés, xne est la ladite position dudit système de mesure mobile le long de ladite trajectoire correspondant audit maximum dudit couple ne , Åne est l'écart temporel entre lesdits maximum et minimum dudit couple ne, et vie.> est un vecteur orienté selon ladite direction moyenne du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum dudit couple ne et dont la norme est ladite vitesse moyenne du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum dudit couple ne.
Selon une mise en uvre de l'invention, l'angle formé entre ledit segment entre lesdites première et deuxième positions dudit couple de positions consécutives de ladite trajectoire et ladite direction du vent mesurée pour ladite première position dudit couple ou ladite direction du vent moyenne mesurée préalablement à l'étape a) peut être compris entre 800 et 1 00 , et vaut de préférence 900.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, à l'issue de l'étape a), on peut appliquer un filtre Buttervvorth à au moins une des premières et/ou deuxième et/ou troisième courbes et on peut appliquer les étapes b) et/ou c) à partir desdites premières et/ou deuxième et/ou troisième courbes filtrées.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, lesdits critères prédéfinis de ladite première courbe peuvent être formés à partir d'une première et d'une deuxième valeur seuil Slext et S2ext définies selon des formules du type :
Slext = 0.01 * (Cmax ¨ Cmin)ICmax et S2ext = 0.001 * (Cmax ¨ Cmin)/Cmax.
Où Cmin et Cmax sont respectivement des minimum et maximum globaux de ladite première courbe.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer l'ensemble desdits couples formés 3n d'un minimum et d'un maximum consécutifs de ladite première courbe de la manière suivante :
i) on parcourt les N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
1C(n) ¨ Cal ¨ 1)1 < Stext* C(n) et Cal + 1) > C(n) ( 1 Slext) Où C(n ¨ 1), C(n) et C(n + 1) sont respectivement ladite concentration mesurée à l'échantillon n-1, à l'échantillon n, et à l'échantillon n+1 , et on initialise un tableau nmin avec ledit indice n.
ii) on poursuit le parcours desdits N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n) > (1+ S2ext)* C(n+ 1) et on incrémente un tableau nmax avec ledit indice n.
iii) on poursuit le parcours desdits N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n +1) > (1 + S2ext) C(n) et on incrémente ledit tableau nmin avec ledit indice n.
et on répète les étapes ii) et iii) en poursuivant le parcours desdits N
échantillons de ladite courbe pour déterminer l'ensemble des NI couples (nmin(i), nmax(i)) formés desdits indices nmin(i) et nmax(i) des échantillons correspondant à un minimum et à un maximum de ladite première courbe, avec i variant de 1 à NI.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut ne conserver que lesdits NE
couples formés d'un minimum suivi d'un maximum de ladite première courbe pour lesquels C(nmax(0) >
Cmin + 0.05 * (Cmax ¨ Cmin) avec i variant de 1 à NI, avec NE NI.
En outre, l'invention concerne un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions de code de programme pour au moins la mise en oeuvre des étapes b) et c) décrites ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures La figure 1 présente les positions géographiques d'un système de mesure mobile se déplaçant le long d'une trajectoire de déplacement pour un exemple d'application du procédé selon l'invention.
La figure 2A présente l'évolution d'une concentration en méthane mesurée en fonction du temps le long de la trajectoire de déplacement du système de mesure mobile présentée en figure 1.
La figure 2B présente l'évolution d'une direction du vent mesurée en fonction du temps le long de la trajectoire de déplacement du système de mesure mobile présentée en figure 1.
La figure 2C présente l'évolution d'une vitesse du vent mesurée en fonction du temps le long de la trajectoire de déplacement du système de mesure mobile présentée en figure 1.
La figure 3 met en évidence des minima de la courbe de la figure 2A déterminés au moyen du procédé selon l'invention, chaque minimum étant suivi d'un maximum.
La figure 4 présente une portion de la figure 4, comprenant au moins un minimum suivi d'un maximum.
La figure 5 correspond à la figure 1, sur laquelle on présente en outre la position de la source de la fuite de gaz déterminée au moyen du procédé selon l'invention ainsi que la position réelle de la source émettrice du gaz.
Description des modes de réalisation La présente invention concerne un procédé pour déterminer la position d'une source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules dans une zone géographique.
Autrement dit, le procédé selon l'invention vise à déterminer la position de l'origine d'une fuite d'un gaz ou de particules dans une zone géographique. Selon une mise en oeuvre de l'invention, la position de la source émettrice d'un composé gazeux et/ou de particules, résultat du procédé
selon l'invention, peut être en deux ou en trois dimensions. La zone géographique d'intérêt peut par exemple comprendre une portion d'un site industriel générateur de polluants gazeux et/ou particulaires.
Selon l'invention, le composé gazeux peut être un composé gazeux hydrocarboné
tel que du méthane, de l'éthane, du butane, mais le composé gazeux peut aussi être du monoxyde de carbone, du dioxyde carbone, de l'hydrogène, ou encore un composé gazeux utilisé pour odoriser des gaz tels que le tétrahydrothiophène (aussi noté THT) ou un mercaptan (par exemple l'éthanemercaptan ou le méthanemercaptan). Selon une mise en uvre particulière de l'invention, la source dont la position est recherchée peut être émettrice à la fois de méthane et de THT.
Par particules, on entend tout corps solide ou liquide de dimension inférieur à 100 m, avec éventuellement une phase volatile pouvant être adsorbée sur une phase solide.
De manière non limitative, les particules selon l'invention peuvent correspondre à des particules de suie qui sont des particules fines (micrométriques, submicroniques et nanométriques) riches en HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques), mais aussi des particules provenant de l'abrasion de pièces comme par exemple des particules métalliques issues de plaquettes de frein, des particules provenant de l'abrasion de pneus, mais aussi des pollens, etc. Les particules selon l'invention sont transportées par l'air ambiant.
Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au moyen d'un système de mesure mobile comprenant un capteur pour mesurer au moins une concentration en au moins un composé
gazeux et/ou en particules dont on souhaite localiser l'origine, ainsi qu'un capteur pour mesurer une vitesse et une direction du vent. Par système de mesure mobile , on entend un système de mesure apte à être déplacé, le système comprenant lui-même des moyens de déplacement, ou bien le système étant embarqué sur un véhicule, tel qu'un véhicule automobile, un camion, un deux-roues motorisé, ou encore un drone, un avion etc.
Avantageusement, le système de mesure mobile mis en oeuvre pour le procédé
selon l'invention comprend un unique capteur pour mesurer la concentration d'une pluralité de composés gazeux. Un tel capteur est par exemple décrit dans la demande de brevet EP3901604. Notamment, le système décrit dans cette demande comprend un système de mesure optique comprenant au moins :
- au moins une source lumineuse pour émettre un rayonnement UV et un rayonnement IR à travers l'air ambiant dans une zone de mesure ;
- un spectromètre susceptible de détecter au moins une partie du rayonnement UV
ayant traversé l'air ambiant dans la zone de mesure et de générer un signal numérique de l'intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde de la partie du rayonnement UV;
- un détecteur IR susceptible de détecter au moins une partie du rayonnement IR
ayant traversé l'air ambiant dans la zone de mesure, et de générer un signal numérique de l'intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde de la partie du rayonnement IR.
De plus, le système décrit dans cette demande comprend en outre des moyens pour le traitement et l'analyse du ou des signaux numériques (par exemple par voie informatique à
l'aide d'un microprocesseur) pour détecter et/ou caractériser une fuite de gaz à partir du ou des signaux numériques selon un procédé décrit dans cette demande. Plus précisément, le procédé décrit dans la demande de brevet EP3901604 est le suivant : à partir de l'émission par une source lumineuse d'un rayonnement UV et d'un rayonnement IR et au moyen d'un spectromètre UV et d'un détecteur IR, on génère un signal numérique de l'intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde, et on estime au moins les concentrations en méthane et en l'espèce chimique odorante à partir au moins du signal numérique. On détecte et on caractérise une fuite du gaz par au moins une comparaison de la concentration en méthane avec un premier seuil et une comparaison de la concentration en l'espèce chimique odorante avec un deuxième seuil.
Un tel système et un tel procédé permettent de quantifier dans l'air ambiant, en simultanée, et en temps réel toutes les molécules de gaz adsorbant dans l'ultraviolet et dans l'infra-rouge.
Notamment, un tel système de mesure et un tel procédé sont aptes à mesurer une concentration en méthane et en THT.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, le capteur pour mesurer la vitesse et la direction du vent peut être une station météorologique.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, le capteur pour mesurer une concentration en particules peut être le capteur décrit dans le document W02021/170413 Al.
Le procédé selon l'invention comprend au moins les étapes 1 à 3 décrites ci-après, l'étape 4 étant optionnelle.
1) Mesures de concentrations et de caractéristiques du vent Selon l'invention, on mesure la concentration en au moins un composé gazeux et/ou en particules ainsi que la vitesse et la direction du vent pour une succession de positions du système de mesure mobile formant une trajectoire de déplacement du système de mesure mobile dans la zone géographique.
Le procédé selon l'invention ne nécessite pas que la trajectoire le long de laquelle sont réalisées les mesures passent par la position de la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules. Par contre, il est évident que la trajectoire selon l'invention doit traverser au moins une fois le panache généré par la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules d'intérêt. Préférentiellement la trajectoire selon l'invention peut traverser plusieurs fois le panache généré par la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules d'intérêt, afin de pouvoir bénéficier d'une redondance d'informations relatives à la position de la source émettrice, comme cela sera discuté dans l'étape 3) ci-dessous.
Avantageusement, on peut réaliser une mesure de concentration pour une pluralité de composés gazeux et/ou pour une pluralité de particules.
Selon l'invention, la succession de positions du système de mesure mobile est déterminée de manière à ce que chacun des segments entre deux positions consécutives de la succession de positions du système de mesure mobile forme un angle compris entre 450 et 135' avec une direction instantanée ou moyenne du vent issue de ladite direction du vent mesurée.
Autrement dit, la succession de positions du système de mesure mobile est déterminée de manière à ce que, pour chaque couple de positions consécutives comprenant une première et une deuxième position, un segment entre les première et deuxième positions du couple considéré forme un angle compris entre 45 et 135 :
a) on mesure ladite concentration en ledit composé gazeux et/ou en lesdites particules, ladite vitesse et ladite direction du vent pour une succession de positions dudit système de mesure mobile formant une trajectoire de déplacement dudit système de mesure mobile dans ladite zone géographique, chacune desdites positions correspondant à un temps de mesure dudit système de mesure mobile, lesdites positions de ladite succession de positions dudit système de mesure mobile positions étant déterminées de manière à ce que chacun des segments entre deux positions consécutives de ladite succession de positions dudit système de mesure mobile forme un angle compris entre 45 et 135 avec une direction instantanée ou moyenne du vent issue de ladite direction du vent mesurée, et on obtient une première courbe représentative de l'évolution de ladite concentration pour chacun desdits composés gazeux et/ou pour lesdites particules en fonction du temps de mesure dudit système de mesure mobile, et des deuxième et troisième courbes représentatives respectivement de l'évolution de la vitesse et de la direction du vent en fonction du temps de mesure dudit système de mesure mobile ;
b) à partir de critères prédéfinis, pour chacune desdites premières courbes, on détermine au moins un couple formé par un minimum et un maximum consécutifs de ladite première courbe, et, pour chacun desdits couples de chacune des premières courbes, on détermine une position dudit système de mesure mobile correspondant audit maximum dudit couple et un écart temporel entre un temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant audit maximum dudit couple et un temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant audit minimum dudit couple ;
c) pour chaque composé gazeux et/ou particules, on détermine ladite position de ladite source émettrice dudit composé gazeux ou desdites particules dans ladite zone géographique à partir desdits positions dudit système de mesure mobile correspondant auxdits maximum desdits couples déterminés pour ledit composé gazeux ou lesdites particules, desdits écarts temporels entre lesdits maximum et minimum desdits couples déterminés pour ledit composé
gazeux ou lesdites particules, et de vitesses et directions moyennes du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum desdits couples.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer ladite position xo de ladite source émettrice d'un composé gazeux ou de particules selon une formule du type :
Eg=i(xne ¨ Ane vne>) x, NE
où NE est le nombre desdits couples déterminés, xne est la ladite position dudit système de mesure mobile le long de ladite trajectoire correspondant audit maximum dudit couple ne , Åne est l'écart temporel entre lesdits maximum et minimum dudit couple ne, et vie.> est un vecteur orienté selon ladite direction moyenne du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum dudit couple ne et dont la norme est ladite vitesse moyenne du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum dudit couple ne.
Selon une mise en uvre de l'invention, l'angle formé entre ledit segment entre lesdites première et deuxième positions dudit couple de positions consécutives de ladite trajectoire et ladite direction du vent mesurée pour ladite première position dudit couple ou ladite direction du vent moyenne mesurée préalablement à l'étape a) peut être compris entre 800 et 1 00 , et vaut de préférence 900.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, à l'issue de l'étape a), on peut appliquer un filtre Buttervvorth à au moins une des premières et/ou deuxième et/ou troisième courbes et on peut appliquer les étapes b) et/ou c) à partir desdites premières et/ou deuxième et/ou troisième courbes filtrées.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, lesdits critères prédéfinis de ladite première courbe peuvent être formés à partir d'une première et d'une deuxième valeur seuil Slext et S2ext définies selon des formules du type :
Slext = 0.01 * (Cmax ¨ Cmin)ICmax et S2ext = 0.001 * (Cmax ¨ Cmin)/Cmax.
Où Cmin et Cmax sont respectivement des minimum et maximum globaux de ladite première courbe.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer l'ensemble desdits couples formés 3n d'un minimum et d'un maximum consécutifs de ladite première courbe de la manière suivante :
i) on parcourt les N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
1C(n) ¨ Cal ¨ 1)1 < Stext* C(n) et Cal + 1) > C(n) ( 1 Slext) Où C(n ¨ 1), C(n) et C(n + 1) sont respectivement ladite concentration mesurée à l'échantillon n-1, à l'échantillon n, et à l'échantillon n+1 , et on initialise un tableau nmin avec ledit indice n.
ii) on poursuit le parcours desdits N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n) > (1+ S2ext)* C(n+ 1) et on incrémente un tableau nmax avec ledit indice n.
iii) on poursuit le parcours desdits N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n +1) > (1 + S2ext) C(n) et on incrémente ledit tableau nmin avec ledit indice n.
et on répète les étapes ii) et iii) en poursuivant le parcours desdits N
échantillons de ladite courbe pour déterminer l'ensemble des NI couples (nmin(i), nmax(i)) formés desdits indices nmin(i) et nmax(i) des échantillons correspondant à un minimum et à un maximum de ladite première courbe, avec i variant de 1 à NI.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut ne conserver que lesdits NE
couples formés d'un minimum suivi d'un maximum de ladite première courbe pour lesquels C(nmax(0) >
Cmin + 0.05 * (Cmax ¨ Cmin) avec i variant de 1 à NI, avec NE NI.
En outre, l'invention concerne un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions de code de programme pour au moins la mise en oeuvre des étapes b) et c) décrites ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
Liste des figures La figure 1 présente les positions géographiques d'un système de mesure mobile se déplaçant le long d'une trajectoire de déplacement pour un exemple d'application du procédé selon l'invention.
La figure 2A présente l'évolution d'une concentration en méthane mesurée en fonction du temps le long de la trajectoire de déplacement du système de mesure mobile présentée en figure 1.
La figure 2B présente l'évolution d'une direction du vent mesurée en fonction du temps le long de la trajectoire de déplacement du système de mesure mobile présentée en figure 1.
La figure 2C présente l'évolution d'une vitesse du vent mesurée en fonction du temps le long de la trajectoire de déplacement du système de mesure mobile présentée en figure 1.
La figure 3 met en évidence des minima de la courbe de la figure 2A déterminés au moyen du procédé selon l'invention, chaque minimum étant suivi d'un maximum.
La figure 4 présente une portion de la figure 4, comprenant au moins un minimum suivi d'un maximum.
La figure 5 correspond à la figure 1, sur laquelle on présente en outre la position de la source de la fuite de gaz déterminée au moyen du procédé selon l'invention ainsi que la position réelle de la source émettrice du gaz.
Description des modes de réalisation La présente invention concerne un procédé pour déterminer la position d'une source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules dans une zone géographique.
Autrement dit, le procédé selon l'invention vise à déterminer la position de l'origine d'une fuite d'un gaz ou de particules dans une zone géographique. Selon une mise en oeuvre de l'invention, la position de la source émettrice d'un composé gazeux et/ou de particules, résultat du procédé
selon l'invention, peut être en deux ou en trois dimensions. La zone géographique d'intérêt peut par exemple comprendre une portion d'un site industriel générateur de polluants gazeux et/ou particulaires.
Selon l'invention, le composé gazeux peut être un composé gazeux hydrocarboné
tel que du méthane, de l'éthane, du butane, mais le composé gazeux peut aussi être du monoxyde de carbone, du dioxyde carbone, de l'hydrogène, ou encore un composé gazeux utilisé pour odoriser des gaz tels que le tétrahydrothiophène (aussi noté THT) ou un mercaptan (par exemple l'éthanemercaptan ou le méthanemercaptan). Selon une mise en uvre particulière de l'invention, la source dont la position est recherchée peut être émettrice à la fois de méthane et de THT.
Par particules, on entend tout corps solide ou liquide de dimension inférieur à 100 m, avec éventuellement une phase volatile pouvant être adsorbée sur une phase solide.
De manière non limitative, les particules selon l'invention peuvent correspondre à des particules de suie qui sont des particules fines (micrométriques, submicroniques et nanométriques) riches en HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques), mais aussi des particules provenant de l'abrasion de pièces comme par exemple des particules métalliques issues de plaquettes de frein, des particules provenant de l'abrasion de pneus, mais aussi des pollens, etc. Les particules selon l'invention sont transportées par l'air ambiant.
Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au moyen d'un système de mesure mobile comprenant un capteur pour mesurer au moins une concentration en au moins un composé
gazeux et/ou en particules dont on souhaite localiser l'origine, ainsi qu'un capteur pour mesurer une vitesse et une direction du vent. Par système de mesure mobile , on entend un système de mesure apte à être déplacé, le système comprenant lui-même des moyens de déplacement, ou bien le système étant embarqué sur un véhicule, tel qu'un véhicule automobile, un camion, un deux-roues motorisé, ou encore un drone, un avion etc.
Avantageusement, le système de mesure mobile mis en oeuvre pour le procédé
selon l'invention comprend un unique capteur pour mesurer la concentration d'une pluralité de composés gazeux. Un tel capteur est par exemple décrit dans la demande de brevet EP3901604. Notamment, le système décrit dans cette demande comprend un système de mesure optique comprenant au moins :
- au moins une source lumineuse pour émettre un rayonnement UV et un rayonnement IR à travers l'air ambiant dans une zone de mesure ;
- un spectromètre susceptible de détecter au moins une partie du rayonnement UV
ayant traversé l'air ambiant dans la zone de mesure et de générer un signal numérique de l'intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde de la partie du rayonnement UV;
- un détecteur IR susceptible de détecter au moins une partie du rayonnement IR
ayant traversé l'air ambiant dans la zone de mesure, et de générer un signal numérique de l'intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde de la partie du rayonnement IR.
De plus, le système décrit dans cette demande comprend en outre des moyens pour le traitement et l'analyse du ou des signaux numériques (par exemple par voie informatique à
l'aide d'un microprocesseur) pour détecter et/ou caractériser une fuite de gaz à partir du ou des signaux numériques selon un procédé décrit dans cette demande. Plus précisément, le procédé décrit dans la demande de brevet EP3901604 est le suivant : à partir de l'émission par une source lumineuse d'un rayonnement UV et d'un rayonnement IR et au moyen d'un spectromètre UV et d'un détecteur IR, on génère un signal numérique de l'intensité lumineuse en fonction de la longueur d'onde, et on estime au moins les concentrations en méthane et en l'espèce chimique odorante à partir au moins du signal numérique. On détecte et on caractérise une fuite du gaz par au moins une comparaison de la concentration en méthane avec un premier seuil et une comparaison de la concentration en l'espèce chimique odorante avec un deuxième seuil.
Un tel système et un tel procédé permettent de quantifier dans l'air ambiant, en simultanée, et en temps réel toutes les molécules de gaz adsorbant dans l'ultraviolet et dans l'infra-rouge.
Notamment, un tel système de mesure et un tel procédé sont aptes à mesurer une concentration en méthane et en THT.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, le capteur pour mesurer la vitesse et la direction du vent peut être une station météorologique.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, le capteur pour mesurer une concentration en particules peut être le capteur décrit dans le document W02021/170413 Al.
Le procédé selon l'invention comprend au moins les étapes 1 à 3 décrites ci-après, l'étape 4 étant optionnelle.
1) Mesures de concentrations et de caractéristiques du vent Selon l'invention, on mesure la concentration en au moins un composé gazeux et/ou en particules ainsi que la vitesse et la direction du vent pour une succession de positions du système de mesure mobile formant une trajectoire de déplacement du système de mesure mobile dans la zone géographique.
Le procédé selon l'invention ne nécessite pas que la trajectoire le long de laquelle sont réalisées les mesures passent par la position de la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules. Par contre, il est évident que la trajectoire selon l'invention doit traverser au moins une fois le panache généré par la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules d'intérêt. Préférentiellement la trajectoire selon l'invention peut traverser plusieurs fois le panache généré par la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules d'intérêt, afin de pouvoir bénéficier d'une redondance d'informations relatives à la position de la source émettrice, comme cela sera discuté dans l'étape 3) ci-dessous.
Avantageusement, on peut réaliser une mesure de concentration pour une pluralité de composés gazeux et/ou pour une pluralité de particules.
Selon l'invention, la succession de positions du système de mesure mobile est déterminée de manière à ce que chacun des segments entre deux positions consécutives de la succession de positions du système de mesure mobile forme un angle compris entre 450 et 135' avec une direction instantanée ou moyenne du vent issue de ladite direction du vent mesurée.
Autrement dit, la succession de positions du système de mesure mobile est déterminée de manière à ce que, pour chaque couple de positions consécutives comprenant une première et une deuxième position, un segment entre les première et deuxième positions du couple considéré forme un angle compris entre 45 et 135 :
5 - alternative 1 : avec la direction du vent mesurée pour la première position du couple ; ou - alternative 2: avec une direction du vent moyenne, déterminée à partir de directions du vent mesurées préalablement.
Autrement dit, dans le cas de la première alternative, la trajectoire du système de mesure mobile est déterminée en temps réel, en fonction de la direction du vent mesurée en chaque 10 position et afin de déterminer la position suivante du système de mesure mobile. On parle de direction instantanée du vent. Dans le cas de la deuxième alternative, la trajectoire du système de mesure mobile est déterminée à partir d'une mesure préalable de la direction moyenne du vent, mesure qui peut être réalisée préalablement à la mise en oeuvre de l'étape a), ou bien au cours de la mise en uvre de l'étape a), par exemple sur une pluralité de positions consécutives du système de mesure mobiles antérieures à la deuxième position.
Ainsi, de manière générale, le système de mesure mobile mis en uvre pour le procédé selon l'invention se déplace le long d'une trajectoire dont les segments entre deux positions consécutives forment un angle compris entre 45 et 135' avec une direction du vent (instantanée ou moyenne). Une telle trajectoire permet de considérer que la courbe de mesure dans le temps des concentrations en composé gazeux et/ou en particules est de forme gaussienne (si on traverse une unique fois le panache de gaz ou de particules) ou est formée d'une pluralité de courbes de forme gaussienne (si on traverse plusieurs fois le panache de gaz ou de particules). En effet, de manière générale, en supposant que le vent et les conditions atmosphériques sont stationnaires sur la durée de la mesure, si on réalise des mesures de concentrations en un composé gazeux ou en particules en traversant un panache gazeux ou particulaires de manière sensiblement perpendiculaire, on peut montrer que la forme de la courbe de concentration mesurée est une gaussienne, comme discuté par exemple dans les documents (Couillet, 2002; Demael et Carissimo, 2008). Toutefois, il peut être difficile voire impossible, en raison par exemple de la présence d'obstacles dans la zone géographique à
explorer, de maintenir en temps réel une position du système mobile parfaitement perpendiculaire à la direction instantanée du vent. Ainsi, selon l'invention, on considère en première approximation que la courbe de mesure d'une concentration en composé
gazeux ou en particules est de forme générale gaussienne quand on s'écarte jusqu'à 45 par rapport à la direction perpendiculaire au vent.
Avantageusement, le système de mesure mobile mis en uvre pour le procédé
selon l'invention se déplace le long d'une trajectoire dont les segments entre deux positions consécutives forment un angle compris entre 80 et 1000, de préférence 90 , avec la direction du vent (instantanée ou moyenne). L'hypothèse selon laquelle la forme des courbes de mesure d'une concentration en composé gazeux ou en particules est de type gaussienne est ainsi d'autant plus valide.
Il est bien clair que la trajectoire selon l'invention peut être de géométrie quelconque, du moment que la contrainte par rapport à la direction du vent énoncée ci-dessus est vérifiée. La trajectoire peut en particulier avoir une géométrie complexe si, au moins dans le premier cas énoncé ci-dessous, la direction du vent est particulièrement changeante au cours de l'étape a).
Selon l'invention, on réalise une mesure de la concentration en au moins un composé gazeux et/ou en particules d'intérêt pour la succession de positions consécutives du système de mesure mobile ainsi déterminées. Il est bien clair qu'à toute position du système de mesure mobile correspond un temps de mesure (c'est-à-dire un instant de mesure) du système de mesure mobile, le système de mesure mobile se déplaçant pendant la mesure. Il est bien clair que la vitesse de déplacement du système de mesure mobile peut être variable, et même nulle, lors de la mise en oeuvre de cette étape. De préférence, on peut réaliser lors de cette étape l'horodatage des mesures, afin de connaître le temps de mesure correspondant à une position de mesure du système de mesure mobile. Avantageusement, pour faciliter le passage de l'échelle temporelle à l'échelle spatiale, on peut construire une fonction discrète x(t) associant à tout temps de mesure du système de mesure mobile une position du système de mesure mobile. Il est bien clair que cette fonction n'est pas nécessairement bijective dans la mesure où une même position du système de mesure mobile peut correspondre à
plusieurs temps de mesure du système de mesure mobile lorsque la trajectoire du système de mesure mobile comprend plusieurs passages par la même position spatiale. Une telle répétition de la mesure à la même position peut être avantageuse pour améliorer la redondance d'informations, et ce même si la direction du vent a changé entre les différents passages du système de mesure mobile par le même point de mesure.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer la succession de positions du système de mesure mobile en fonction d'une direction instantanée ou moyenne du vent, mais aussi en fonction d'une vitesse de déplacement du système mobile et d'une fréquence de mesure du système de mesure mobile. Autrement dit, on détermine les segments de droite sur lesquels doivent se trouver les positons des points de mesure en fonction d'une direction instantanée ou moyenne du vent, mais les positions sur ces segments sont déterminées en fonction d'une fréquence de mesure et d'une vitesse de déplacement du système de mesure mobile. Selon une mise en uvre de l'invention, la vitesse de déplacement du système de mesure mobile peut être comprise entre 10 et 90 km/h, et vaut de préférence 30 km/h. Selon une mise en oeuvre de l'invention, la fréquence de mesure du système de mesure mobile peut être comprise entre 0.5s et 5s, et vaut de préférence 1s. De telles valeurs de vitesses de déplacement du système de mesure mobile, de préférence combinées avec de telles valeurs de fréquence de mesure, permettent un échantillonnage suffisant des courbes résultant de ces mesures.
A l'issue de cette étape, on obtient au moins une courbe représentative de l'évolution de la concentration en un composé gazeux et/ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile le long de la trajectoire, et deux courbes représentatives de l'évolution respectivement de la vitesse et la direction du vent en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile le long de la trajectoire de déplacement du système de mesure mobile Avantageusement, afin de réduire le bruit de mesure présent sur au moins une des courbes ainsi mesurées, on peut appliquer un filtre à ladite courbe, par exemple un filtre passe-bas de type R II (Réponse Impulsionnelle Infinie), en particulier un filtre Butterworth.
Avantageusement, on peut appliquer à au moins une des courbes mesurées un filtre Butterworth d'ordre 4 avec une fréquence seuil de 1/10 de la fréquence de Nyquist. De tels filtres permettent d'éliminer les oscillations à haute fréquence tout en préservant les parties du signal variant lentement, ou autrement dit de tels filtres permettent de lisser les courbes.
Avantageusement, si on a réalisé une mesure de concentration pour une pluralité de composés gazeux et/ou pour une pluralité de particules, on peut obtenir une pluralité de courbes représentatives de l'évolution de la concentration en un composé
gazeux ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile. Par la suite et à des fins de simplification de lecture, on peut parler de courbe de concentration à la place de courbe représentative de l'évolution de la concentration en un composé gazeux ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile .
2) Détermination de couples formés de minima et maxima consécutifs Au cours de cette étape, à partir de critères prédéfinis, on détermine l'ensemble des couples formés d'un minimum (local ou global) et un maximum (local ou global) consécutifs (c'est-à-dire qui se suivent le long d'une courbe) dans chacune des courbes représentatives de l'évolution de la concentration en un composé gazeux ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile. Autrement dit, on recherche, dans chaque courbe de concentration, au moins un minimum suivi d'un maximum ou encore au moins un pic précédé d'un creux satisfaisant à des critères prédéfinis. Une telle recherche peut être réalisée au moyen de tout algorithme de recherche d'extrema dans une courbe. L'homme du métier connait une pluralité d'algorithmes de recherche d'extrema dans une courbe.
De préférence, au cours de cette étape, on peut déterminer une pluralité de couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs de la courbe de concentration considérée, afin d'améliorer la redondance d'informations comme cela sera discuté dans l'étape 3) ci-dessous.
Il est bien clair que l'on ne peut déterminer une pluralité de couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs dans une courbe de concentration qu'a condition que la trajectoire définie à l'étape précédente traverse plusieurs fois le panache de gaz et/ou de particules.
Selon l'invention, on applique cette étape à chacune des courbes de concentration en un composé gazeux ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile. Avantageusement, au moins une des courbes de concentration en un composé
gazeux ou en particules peut être filtrée préalablement à l'application de cette étape, et la détermination d'au moins un couple formé d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs pour cette courbe de concentration peut être réalisée sur la courbe filtrée.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, les critères prédéfinis peuvent comprendre au moins une valeur seuil fonction de l'erreur de mesure du système de mesure, de préférence égale à
dix fois l'erreur de mesure du système de mesure. Cette valeur seuil, notée Serr par la suite, peut alors être avantageusement utilisée afin de s'affranchir des erreurs sur la mesure lors de la recherche d'extrema de la courbe de concentration considérée.
Selon une autre mise en oeuvre de l'invention, les critères prédéfinis peuvent être formés à
partir de deux valeurs seuils fonction des valeurs des minimum (noté Cmin par la suite) et maximum (noté Cmax par la suite) globaux de la courbe de concentration considérée. Selon un mode de réalisation, on définit les premier et deuxième seuils, notés Slext et S2ext par la suite, fonction de la valeur des minimum et maximum globaux de la courbe de concentration considérée selon des formules du type :
Slext = 0.01* (Cmax ¨ Cmin)ICmax et S2ext = 0.001_ (Cmax ¨ Cmin)/Cmax.
Selon cette mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer les couples formés d'un minimum et d'un maximum consécutifs d'une courbe de concentration de la manière suivante :
i) on parcourt les N échantillons de la courbe de concentration jusqu'à ce qu'un des échantillons n vérifie les inégalités suivantes :
'C(l) ¨ Cal ¨ 1)1 < Stext* C(n) et Cal + 1) > C(n) ( 1 + Slext) où C(n ¨1), C(n) et C(n + 1) sont respectivement la concentration mesurée à
l'échantillon n-1, à l'échantillon n, et à l'échantillon n+1. Autrement dit, du fait que la courbe de concentration peut présenter un plateau, on recherche le premier indice à partir duquel la courbe de concentration commence à croître. Ainsi le test 1C(n) ¨ C(n ¨ 1)1 < Slext*
C(n) permet d'exprimer que tant qu'on est sur un plateau de la courbe, on incrémente l'indice n jusqu'à
arriver à l'indice où la concentration commence à croître, à l'erreur relative S1ext près, ce qui est détecté à l'aide du test additionnel C(n + 1) > C(n)* (1 + S1ext). On initialise alors un tableau noté nmin avec la valeur de l'indice n vérifiant cette inégalité.
Puis on continue à déterminer les minima et maxima de la courbe de concentration considérée, en répétant les étapes suivantes :
ii) on parcourt les N échantillons de la courbe de concentration jusqu'à ce qu'un des échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n) > (1 + S2ext)* C(n + 1) où C(n) et C(n+ 1) sont respectivement la concentration mesurée à
l'échantillon n et à
l'échantillon n+1. Autrement dit, on recherche un indice correspondant à un maximum de la courbe de concentration, ce maximum étant choisi en tenant compte d'une pente maximale, fonction du deuxième seuil S2ext tel que défini ci-dessus, entre le maximum et la mesure suivant ce maximum dans la courbe de concentration. On peut alors incrémenter un tableau nmax avec la valeur de l'indice n vérifiant cette inégalité.
iii) on poursuit ensuite le parcours des N échantillons de la courbe de concentration jusqu'à ce qu'un des échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n+ 1) > (1 + S2ext)* C(n) Autrement dit, on recherche un indice correspondant à un minimum de la courbe de concentration, ce minimum étant choisi en tenant compte d'une pente maximale, fonction du deuxième seuil S2ext tel que défini ci-dessus, entre le minimum et la mesure suivant ce minimum dans la courbe de concentration. On peut alors incrémenter le tableau nmin avec la valeur de l'indice n vérifiant cette inégalité.
Et on répète les étapes ii) et iii) en poursuivant le parcours des N
échantillons de la courbe de concentration pour déterminer l'ensemble des NI couples (nmin(i), nmax(i)) formés des indices nmin et nmax des échantillons correspondant à un minimum et à un maximum de la courbe de concentration considérée.
Avantageusement, on ne conserve que les NE couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs d'une courbe de concentration donnée pour lesquels C(nmax(i)) >
Cmin + 0.05 * (Cmax ¨ Cmiri) avec i variant de 1 à NI, c'est-à-dire que l'on ne conserve que les couples présentant un maximum de suffisamment grande amplitude pour être utilisé de manière fiable pour la détermination de la position de la source émettrice.
Par la suite, on note NE le nombre de couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs déterminés 5 pour une courbe de concentration donnée, NE valant au maximum NI.
Puis, selon l'invention, pour chacun des couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs de chacune des courbes de concentration, on détermine la position du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple considéré, ainsi qu'un écart temporel 10 entre le temps de mesure du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple considéré et le temps de mesure du système de mesure mobile correspondant au minimum du couple considéré.
Par la suite, pour chaque couple formé d'un minimum et d'un maximum consécutifs ne, avec ne variant de 1 à NE, on note xõ. la position du système de mesure mobile correspondant au 15 maximum du couple considéré, et fine l'écart temporel entre le maximum et le minimum précédent le maximum du couple considéré ne. Selon une mise en uvre de l'invention, on peut écrire xõ= x(t,teb, où e est le temps de mesure du système mobile correspondant au maximum du couple considéré ne, et la fonction x(t) est la fonction discrète associant à tout temps de mesure du système de mesure mobile une position du système de mesure mobile décrite à l'étape précédente.
3) Détermination de la position de la source émettrice Au cours de cette étape, pour chaque composé gazeux ou pour les particules considérés, on détermine la position de la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules considérés à partir des positions du système de mesure mobile correspondant aux maxima des NE couples formés d'un minimum et d'un maximum consécutifs et des écarts temporels entre les maximum et minimum des NE couples déterminés à l'étape précédente pour le composé gazeux ou les particules considérés, ainsi que de vitesses et directions moyennes du vent entre les temps de mesure du système de mesure mobile correspondant aux minimum et maximum des NE couples. Autrement dit, au cours de cette étape, on détermine une position de la source émettrice de chaque composé gazeux et/ou particules mesurées. En effet, dans une même zone géographique, il peut y avoir plusieurs sources émettrices de différents ou mêmes composés gazeux et/ou particules. Par exemple sur un site de stockage géologique de gaz, on peut avoir une fuite de gaz naturel odorisé au THT, ainsi qu'une fuite du réservoir de stockage du THT. Si des mesures pour différents composés gazeux et/ou particules ont été réalisés lors de l'étape 1), il est donc important de rechercher la position de la source pour chaque composé et particules mesurés.
Avantageusement, au moins la courbe de direction du vent ou la courbe de vitesse du vent a été filtrée préalablement à l'application de cette étape, et la détermination des direction et vitesse moyennes entre les temps correspondant aux minimum et maximum des NE
couples est réalisée sur la ou les courbes filtrées.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer la position de la source émettrice d'un composé gazeux et/ou des particules, notée xo par la suite, selon une formule du type :
>Zer=i(X 2.-rte V rte) X = (1) NE
où NE est le nombre de couples formés d'un minimum et d'un maximum consécutifs, xõ est la position du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple ne, Åne est l'écart temporel entre les maximum et minimum du couple ne, et v,,,e> est un vecteur orienté
selon la direction moyenne du vent entre les temps de mesure du système de mesure mobile correspondant aux minimum et maximum du couple ne et dont la norme est la vitesse moyenne du vent entre les temps de mesure du système de mesure mobile correspondant aux minimum et maximum du couple ne. Autrement dit, selon cette mise en uvre, on peut déterminer la position de la source émettrice du composé gazeux ou des particules considérés à partir d'une moyenne de positions intermédiaires -one déterminées pour chaque couple ne selon une formule du type :
O,ne = (xne ¨ Åne /Ve) (2).
Cette formule exprime qu'une position intermédiaire pour un couple ne donné
peut être obtenue par une translation de la position du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple ne, cette translation étant fonction de la moyenne du vecteur vitesse sur l'intervalle de temps entre les minimum et maximum du couple, ainsi que du temps pour que 23 le système de mesure mobile traverse le panache jusqu'à atteindre le point de mesure correspondant à un maximum de concentration. Il est bien clair que la pluralité des positions intermédiaires permet une redondance d'informations relatives à la position de la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules, et que la moyenne des positions intermédiaires permet d'atténuer l'impact des erreurs liées aux mesures (de concentration, de direction et de vitesse du vent) ainsi que l'impact des erreurs liées aux hypothèses conduisant à l'équation (2) ci-dessus relatives aux positions intermédiaires. Les hypothèses principales conduisant à l'équation (2) ci-dessus sont les suivantes :
-le vent est invariant en direction et en vitesse sur l'intervalle de temps entre les minimum et maximum d'un couple (hypothèse de stationnarité) - la mesure est réalisée de manière perpendiculaire à la direction principale du vent.
Ainsi, à l'issue de cette étape, on obtient une position de la source émettrice de chaque composé gazeux et/ou particules mesurés à l'étape 1. Il est bien clair que dans la majorité des cas, les positions déterminées pour chaque composé/particules vont être proches les unes des autres. Selon une mise en oeuvre de l'invention, si l'écart relatif entre des positions de source déterminées pour deux composés gazeux et/ou particules différents est inférieur à 5 `Yo, alors on peut considérer qu'il s'agit de la même source émettrice pour les deux composés gazeux et/ou particules. La position de la source de ces deux composés gazeux peut être alors obtenues en faisant la moyenne des deux positions. Sinon, on considère qu'il s'agit de deux sources différentes.
4) Détermination de caractéristiques supplémentaires de la source émettrice Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer en outre au moins une caractéristique supplémentaire relative à la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules.
Selon une mise en oeuvre de l'invention selon laquelle la caractéristique supplémentaire relative à la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules est le coefficient de diffusion, on peut déterminer le coefficient de diffusion relatif à la source émettrice d'un composé gazeux ou de particules, noté kc, par la suite, selon une formule du type :
VIVE
ko = 7E1. Yig- kne = 7ne E.1 où kõ est un coefficient de diffusion intermédiaire déterminé pour le couple ne, et dõ est la distance entre les maximum et minimum du couple ne.
Selon une mise en oeuvre de l'invention selon laquelle la caractéristique supplémentaire relative à la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules est le débit de la source émettrice, on peut déterminer le débit relatif à la source émettrice d'un composé
gazeux ou de particules, noté Qo par la suite, selon une formule du type :
Qo = 3 \õ71- (Cmax Cmin) Le=1 119nel OU Cmõ et Cmin sont respectivement les maximum et minimum globaux de la courbe de concentration.
Selon une mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, on peut appliquer au moins les étapes 2) et 3) (et optionnellement l'étape 4)) du procédé selon l'invention, en parallèle de l'étape 1). Autrement dit, on peut déterminer en temps réel la position de la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules, au fur et à mesure du déplacement du système de mesure mobile. Plus précisément, pour chaque position du système de mesure mobile à l'étape 1), on cherche à déterminer un couple formé d'un minimum et d'un maximum consécutifs dans la courbe mesurée jusqu'à la position courante du système de mesure mobile, et si un couple est déterminé, on détermine la position de la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules, à partir de couple et de tout couple déterminé
pour des positions du système de mesure mobile antérieures.
Il est bien clair que le procédé selon l'invention comprend des étapes mises en uvre au moyen d'un équipement (par exemple un poste de travail informatique) comprenant des moyens de traitement des données (un processeur) et des moyens de stockage de données (une mémoire, en particulier un disque dur), ainsi qu'une interface d'entrée et de sortie pour saisir des données et restituer les résultats du procédé.
En particulier, les moyens de traitement de données sont configurés pour au moins réaliser les étapes 2) et 3) décrites ci-dessus, ainsi que l'étape 4) optionnelle.
En outre, l'invention concerne un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions de code de programme pour au moins la mise en uvre des étapes 2) et 3) et optionnellement 4) décrites ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
Exemples Les caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaîtront plus clairement à
la lecture de l'exemple d'application ci-après.
Le procédé selon l'invention a été mis en oeuvre pour localiser la source d'une fuite de gaz naturel dans une zone géographique située à proximité d'un site de stockage géologique de gaz. Pour cet exemple à but illustratif, la source émettrice de gaz a une position connue puisqu'il s'agit d'une fuite provenant d'un tank de gaz.
L'étape 1 du procédé selon l'invention a été mise en oeuvre au moyen d'un mode de réalisation du système et du procédé décrits dans la demande de brevet EP3901604, afin de mesurer la concentration en méthane, éthane, dioxyde de carbone et en THT (molécule odorante, ajoutée au méthane pour des raisons de sécurité) présents dans l'air ambiant. Le système de mesure décrit dans cette demande a été embarqué dans un véhicule, les capteurs UV et IR ainsi que la source lumineuse étant placés sur le toit du véhicule, les moyens pour le traitement et l'analyse des signaux numériques issus de ces capteurs étant disposés à
l'intérieur de la voiture.
Au moyen de ce système de mesure mobile, des concentrations de la molécule de THT de méthane, d'éthane et de dioxyde de carbone dans l'air ambiant ont été mesurées toutes les secondes selon une trajectoire déterminée par rapport à la direction instantanée du vent tel que décrit ci-dessus, mais aussi en fonction des infrastructures (chemins, routes) permettant le déplacement de la voiture embarquant le système de mesure. Les positions géographiques X et Y (en coordonnées UTM) du système de mesure mobile le long de la trajectoire de déplacement mise en oeuvre pour cet exemple d'application sont présentées en figure 1. On peut observer que cette trajectoire comprend plusieurs passages par des positions géographique proches (positions quasi superposées), réparties globalement le long de trois segments de droite Si, S2 et S3 (autrement dit, le système de mesure mobile a fait plusieurs allers-retours le long de trois segments de droite).
La figure 2A présente l'évolution de la concentration en méthane C-0H4 mesurée en fonction du temps T le long de la trajectoire du système de mesure mobile présentée en figure 1. On peut observer que cette courbe comprend une pluralité de pics de concentration, qui témoignent du fait que la trajectoire du système de mesure mobile comprend plusieurs passages au travers du panache de gaz. La figure 2B et la figure 2C présentent respectivement les courbes de l'évolution de la direction DIR du vent par rapport et de la vitesse du vent VIT mesurée en fonction du temps T le long de la trajectoire du système de mesure mobile présentée en figure 1. On peut observer que la direction du vent peut être particulièrement changeante au cours de la mesure.
L'application de l'étape 2 du procédé selon l'invention a conduit à
l'identification de 15 couples formés d'un minimum et d'un maximum consécutifs selon l'invention, comprises entre un minimum et un maximum. La figure 3 présente la courbe C-CH4 de concentration en CH4 de la figure 2A, sur laquelle les lignes verticales correspondent aux 15 minima identifiés, chaque minima étant suivi d'un maximum de la courbe C-CH4 de concentration en CH4.
Puis selon le procédé selon l'invention, pour chaque couple déterminé, on détermine la position du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple considéré, ainsi qu'un écart temporel entre le temps de mesure du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple et le temps de mesure du système de mesure mobile correspondant au minimum du couple. La figure 4 présente un agrandissement d'une portion de la figure 4 comprenant un couple formé d'un minimum et d'un maximum consécutifs, et fait apparaitre l'écart temporel TNE entre le maximum (au temps TMAX) et le minimum (au temps TMIN) précédent le maximum de ce couple.
La figure 5 reprend la figure 1 et présente en plus la position PINV de la source de la fuite de gaz déterminée au moyen du procédé selon l'invention sous la forme d'une croix, ainsi que la position réelle PREAL de la source émettrice du gaz présentée sous la forme d'un triangle.
Plus précisément, le point de fuite déterminé au moyen du procédé selon l'invention a pour coordonnées UTM (-71535.843, 5375049.606) alors que le point de fuite réel a pour coordonnées UTM (-71533.905, 5375047.433). Ainsi, pour cet exemple d'application, l'erreur sur la position de la source émettrice du gaz du procédé selon l'invention est de seulement 2.9 m. De plus, ce résultat a été obtenu en moins de 2 centièmes de secondes sur un processeur de type Intel(R) Xeon(R) CPU E5-1620 v3 @ 3.50GHz.
Le procédé selon l'invention permet donc une détermination précise et fiable de la position d'une source émettrice d'un gaz dans une zone géographique. Le procédé selon l'invention est en outre plus rapide et plus simple de mise en oeuvre que les procédés selon l'art antérieur, car il ne nécessite pas de calculs complexes tels que la résolution d'un problème inverse, très consommatrice en temps de calcul et en mémoire. Ainsi, il est possible de mettre en uvre le procédé selon l'invention de manière embarquée et en temps réel.
Autrement dit, dans le cas de la première alternative, la trajectoire du système de mesure mobile est déterminée en temps réel, en fonction de la direction du vent mesurée en chaque 10 position et afin de déterminer la position suivante du système de mesure mobile. On parle de direction instantanée du vent. Dans le cas de la deuxième alternative, la trajectoire du système de mesure mobile est déterminée à partir d'une mesure préalable de la direction moyenne du vent, mesure qui peut être réalisée préalablement à la mise en oeuvre de l'étape a), ou bien au cours de la mise en uvre de l'étape a), par exemple sur une pluralité de positions consécutives du système de mesure mobiles antérieures à la deuxième position.
Ainsi, de manière générale, le système de mesure mobile mis en uvre pour le procédé selon l'invention se déplace le long d'une trajectoire dont les segments entre deux positions consécutives forment un angle compris entre 45 et 135' avec une direction du vent (instantanée ou moyenne). Une telle trajectoire permet de considérer que la courbe de mesure dans le temps des concentrations en composé gazeux et/ou en particules est de forme gaussienne (si on traverse une unique fois le panache de gaz ou de particules) ou est formée d'une pluralité de courbes de forme gaussienne (si on traverse plusieurs fois le panache de gaz ou de particules). En effet, de manière générale, en supposant que le vent et les conditions atmosphériques sont stationnaires sur la durée de la mesure, si on réalise des mesures de concentrations en un composé gazeux ou en particules en traversant un panache gazeux ou particulaires de manière sensiblement perpendiculaire, on peut montrer que la forme de la courbe de concentration mesurée est une gaussienne, comme discuté par exemple dans les documents (Couillet, 2002; Demael et Carissimo, 2008). Toutefois, il peut être difficile voire impossible, en raison par exemple de la présence d'obstacles dans la zone géographique à
explorer, de maintenir en temps réel une position du système mobile parfaitement perpendiculaire à la direction instantanée du vent. Ainsi, selon l'invention, on considère en première approximation que la courbe de mesure d'une concentration en composé
gazeux ou en particules est de forme générale gaussienne quand on s'écarte jusqu'à 45 par rapport à la direction perpendiculaire au vent.
Avantageusement, le système de mesure mobile mis en uvre pour le procédé
selon l'invention se déplace le long d'une trajectoire dont les segments entre deux positions consécutives forment un angle compris entre 80 et 1000, de préférence 90 , avec la direction du vent (instantanée ou moyenne). L'hypothèse selon laquelle la forme des courbes de mesure d'une concentration en composé gazeux ou en particules est de type gaussienne est ainsi d'autant plus valide.
Il est bien clair que la trajectoire selon l'invention peut être de géométrie quelconque, du moment que la contrainte par rapport à la direction du vent énoncée ci-dessus est vérifiée. La trajectoire peut en particulier avoir une géométrie complexe si, au moins dans le premier cas énoncé ci-dessous, la direction du vent est particulièrement changeante au cours de l'étape a).
Selon l'invention, on réalise une mesure de la concentration en au moins un composé gazeux et/ou en particules d'intérêt pour la succession de positions consécutives du système de mesure mobile ainsi déterminées. Il est bien clair qu'à toute position du système de mesure mobile correspond un temps de mesure (c'est-à-dire un instant de mesure) du système de mesure mobile, le système de mesure mobile se déplaçant pendant la mesure. Il est bien clair que la vitesse de déplacement du système de mesure mobile peut être variable, et même nulle, lors de la mise en oeuvre de cette étape. De préférence, on peut réaliser lors de cette étape l'horodatage des mesures, afin de connaître le temps de mesure correspondant à une position de mesure du système de mesure mobile. Avantageusement, pour faciliter le passage de l'échelle temporelle à l'échelle spatiale, on peut construire une fonction discrète x(t) associant à tout temps de mesure du système de mesure mobile une position du système de mesure mobile. Il est bien clair que cette fonction n'est pas nécessairement bijective dans la mesure où une même position du système de mesure mobile peut correspondre à
plusieurs temps de mesure du système de mesure mobile lorsque la trajectoire du système de mesure mobile comprend plusieurs passages par la même position spatiale. Une telle répétition de la mesure à la même position peut être avantageuse pour améliorer la redondance d'informations, et ce même si la direction du vent a changé entre les différents passages du système de mesure mobile par le même point de mesure.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer la succession de positions du système de mesure mobile en fonction d'une direction instantanée ou moyenne du vent, mais aussi en fonction d'une vitesse de déplacement du système mobile et d'une fréquence de mesure du système de mesure mobile. Autrement dit, on détermine les segments de droite sur lesquels doivent se trouver les positons des points de mesure en fonction d'une direction instantanée ou moyenne du vent, mais les positions sur ces segments sont déterminées en fonction d'une fréquence de mesure et d'une vitesse de déplacement du système de mesure mobile. Selon une mise en uvre de l'invention, la vitesse de déplacement du système de mesure mobile peut être comprise entre 10 et 90 km/h, et vaut de préférence 30 km/h. Selon une mise en oeuvre de l'invention, la fréquence de mesure du système de mesure mobile peut être comprise entre 0.5s et 5s, et vaut de préférence 1s. De telles valeurs de vitesses de déplacement du système de mesure mobile, de préférence combinées avec de telles valeurs de fréquence de mesure, permettent un échantillonnage suffisant des courbes résultant de ces mesures.
A l'issue de cette étape, on obtient au moins une courbe représentative de l'évolution de la concentration en un composé gazeux et/ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile le long de la trajectoire, et deux courbes représentatives de l'évolution respectivement de la vitesse et la direction du vent en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile le long de la trajectoire de déplacement du système de mesure mobile Avantageusement, afin de réduire le bruit de mesure présent sur au moins une des courbes ainsi mesurées, on peut appliquer un filtre à ladite courbe, par exemple un filtre passe-bas de type R II (Réponse Impulsionnelle Infinie), en particulier un filtre Butterworth.
Avantageusement, on peut appliquer à au moins une des courbes mesurées un filtre Butterworth d'ordre 4 avec une fréquence seuil de 1/10 de la fréquence de Nyquist. De tels filtres permettent d'éliminer les oscillations à haute fréquence tout en préservant les parties du signal variant lentement, ou autrement dit de tels filtres permettent de lisser les courbes.
Avantageusement, si on a réalisé une mesure de concentration pour une pluralité de composés gazeux et/ou pour une pluralité de particules, on peut obtenir une pluralité de courbes représentatives de l'évolution de la concentration en un composé
gazeux ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile. Par la suite et à des fins de simplification de lecture, on peut parler de courbe de concentration à la place de courbe représentative de l'évolution de la concentration en un composé gazeux ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile .
2) Détermination de couples formés de minima et maxima consécutifs Au cours de cette étape, à partir de critères prédéfinis, on détermine l'ensemble des couples formés d'un minimum (local ou global) et un maximum (local ou global) consécutifs (c'est-à-dire qui se suivent le long d'une courbe) dans chacune des courbes représentatives de l'évolution de la concentration en un composé gazeux ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile. Autrement dit, on recherche, dans chaque courbe de concentration, au moins un minimum suivi d'un maximum ou encore au moins un pic précédé d'un creux satisfaisant à des critères prédéfinis. Une telle recherche peut être réalisée au moyen de tout algorithme de recherche d'extrema dans une courbe. L'homme du métier connait une pluralité d'algorithmes de recherche d'extrema dans une courbe.
De préférence, au cours de cette étape, on peut déterminer une pluralité de couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs de la courbe de concentration considérée, afin d'améliorer la redondance d'informations comme cela sera discuté dans l'étape 3) ci-dessous.
Il est bien clair que l'on ne peut déterminer une pluralité de couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs dans une courbe de concentration qu'a condition que la trajectoire définie à l'étape précédente traverse plusieurs fois le panache de gaz et/ou de particules.
Selon l'invention, on applique cette étape à chacune des courbes de concentration en un composé gazeux ou en particules en fonction du temps de mesure du système de mesure mobile. Avantageusement, au moins une des courbes de concentration en un composé
gazeux ou en particules peut être filtrée préalablement à l'application de cette étape, et la détermination d'au moins un couple formé d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs pour cette courbe de concentration peut être réalisée sur la courbe filtrée.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, les critères prédéfinis peuvent comprendre au moins une valeur seuil fonction de l'erreur de mesure du système de mesure, de préférence égale à
dix fois l'erreur de mesure du système de mesure. Cette valeur seuil, notée Serr par la suite, peut alors être avantageusement utilisée afin de s'affranchir des erreurs sur la mesure lors de la recherche d'extrema de la courbe de concentration considérée.
Selon une autre mise en oeuvre de l'invention, les critères prédéfinis peuvent être formés à
partir de deux valeurs seuils fonction des valeurs des minimum (noté Cmin par la suite) et maximum (noté Cmax par la suite) globaux de la courbe de concentration considérée. Selon un mode de réalisation, on définit les premier et deuxième seuils, notés Slext et S2ext par la suite, fonction de la valeur des minimum et maximum globaux de la courbe de concentration considérée selon des formules du type :
Slext = 0.01* (Cmax ¨ Cmin)ICmax et S2ext = 0.001_ (Cmax ¨ Cmin)/Cmax.
Selon cette mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer les couples formés d'un minimum et d'un maximum consécutifs d'une courbe de concentration de la manière suivante :
i) on parcourt les N échantillons de la courbe de concentration jusqu'à ce qu'un des échantillons n vérifie les inégalités suivantes :
'C(l) ¨ Cal ¨ 1)1 < Stext* C(n) et Cal + 1) > C(n) ( 1 + Slext) où C(n ¨1), C(n) et C(n + 1) sont respectivement la concentration mesurée à
l'échantillon n-1, à l'échantillon n, et à l'échantillon n+1. Autrement dit, du fait que la courbe de concentration peut présenter un plateau, on recherche le premier indice à partir duquel la courbe de concentration commence à croître. Ainsi le test 1C(n) ¨ C(n ¨ 1)1 < Slext*
C(n) permet d'exprimer que tant qu'on est sur un plateau de la courbe, on incrémente l'indice n jusqu'à
arriver à l'indice où la concentration commence à croître, à l'erreur relative S1ext près, ce qui est détecté à l'aide du test additionnel C(n + 1) > C(n)* (1 + S1ext). On initialise alors un tableau noté nmin avec la valeur de l'indice n vérifiant cette inégalité.
Puis on continue à déterminer les minima et maxima de la courbe de concentration considérée, en répétant les étapes suivantes :
ii) on parcourt les N échantillons de la courbe de concentration jusqu'à ce qu'un des échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n) > (1 + S2ext)* C(n + 1) où C(n) et C(n+ 1) sont respectivement la concentration mesurée à
l'échantillon n et à
l'échantillon n+1. Autrement dit, on recherche un indice correspondant à un maximum de la courbe de concentration, ce maximum étant choisi en tenant compte d'une pente maximale, fonction du deuxième seuil S2ext tel que défini ci-dessus, entre le maximum et la mesure suivant ce maximum dans la courbe de concentration. On peut alors incrémenter un tableau nmax avec la valeur de l'indice n vérifiant cette inégalité.
iii) on poursuit ensuite le parcours des N échantillons de la courbe de concentration jusqu'à ce qu'un des échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n+ 1) > (1 + S2ext)* C(n) Autrement dit, on recherche un indice correspondant à un minimum de la courbe de concentration, ce minimum étant choisi en tenant compte d'une pente maximale, fonction du deuxième seuil S2ext tel que défini ci-dessus, entre le minimum et la mesure suivant ce minimum dans la courbe de concentration. On peut alors incrémenter le tableau nmin avec la valeur de l'indice n vérifiant cette inégalité.
Et on répète les étapes ii) et iii) en poursuivant le parcours des N
échantillons de la courbe de concentration pour déterminer l'ensemble des NI couples (nmin(i), nmax(i)) formés des indices nmin et nmax des échantillons correspondant à un minimum et à un maximum de la courbe de concentration considérée.
Avantageusement, on ne conserve que les NE couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs d'une courbe de concentration donnée pour lesquels C(nmax(i)) >
Cmin + 0.05 * (Cmax ¨ Cmiri) avec i variant de 1 à NI, c'est-à-dire que l'on ne conserve que les couples présentant un maximum de suffisamment grande amplitude pour être utilisé de manière fiable pour la détermination de la position de la source émettrice.
Par la suite, on note NE le nombre de couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs déterminés 5 pour une courbe de concentration donnée, NE valant au maximum NI.
Puis, selon l'invention, pour chacun des couples formés d'un minimum suivi d'un maximum consécutifs de chacune des courbes de concentration, on détermine la position du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple considéré, ainsi qu'un écart temporel 10 entre le temps de mesure du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple considéré et le temps de mesure du système de mesure mobile correspondant au minimum du couple considéré.
Par la suite, pour chaque couple formé d'un minimum et d'un maximum consécutifs ne, avec ne variant de 1 à NE, on note xõ. la position du système de mesure mobile correspondant au 15 maximum du couple considéré, et fine l'écart temporel entre le maximum et le minimum précédent le maximum du couple considéré ne. Selon une mise en uvre de l'invention, on peut écrire xõ= x(t,teb, où e est le temps de mesure du système mobile correspondant au maximum du couple considéré ne, et la fonction x(t) est la fonction discrète associant à tout temps de mesure du système de mesure mobile une position du système de mesure mobile décrite à l'étape précédente.
3) Détermination de la position de la source émettrice Au cours de cette étape, pour chaque composé gazeux ou pour les particules considérés, on détermine la position de la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules considérés à partir des positions du système de mesure mobile correspondant aux maxima des NE couples formés d'un minimum et d'un maximum consécutifs et des écarts temporels entre les maximum et minimum des NE couples déterminés à l'étape précédente pour le composé gazeux ou les particules considérés, ainsi que de vitesses et directions moyennes du vent entre les temps de mesure du système de mesure mobile correspondant aux minimum et maximum des NE couples. Autrement dit, au cours de cette étape, on détermine une position de la source émettrice de chaque composé gazeux et/ou particules mesurées. En effet, dans une même zone géographique, il peut y avoir plusieurs sources émettrices de différents ou mêmes composés gazeux et/ou particules. Par exemple sur un site de stockage géologique de gaz, on peut avoir une fuite de gaz naturel odorisé au THT, ainsi qu'une fuite du réservoir de stockage du THT. Si des mesures pour différents composés gazeux et/ou particules ont été réalisés lors de l'étape 1), il est donc important de rechercher la position de la source pour chaque composé et particules mesurés.
Avantageusement, au moins la courbe de direction du vent ou la courbe de vitesse du vent a été filtrée préalablement à l'application de cette étape, et la détermination des direction et vitesse moyennes entre les temps correspondant aux minimum et maximum des NE
couples est réalisée sur la ou les courbes filtrées.
Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer la position de la source émettrice d'un composé gazeux et/ou des particules, notée xo par la suite, selon une formule du type :
>Zer=i(X 2.-rte V rte) X = (1) NE
où NE est le nombre de couples formés d'un minimum et d'un maximum consécutifs, xõ est la position du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple ne, Åne est l'écart temporel entre les maximum et minimum du couple ne, et v,,,e> est un vecteur orienté
selon la direction moyenne du vent entre les temps de mesure du système de mesure mobile correspondant aux minimum et maximum du couple ne et dont la norme est la vitesse moyenne du vent entre les temps de mesure du système de mesure mobile correspondant aux minimum et maximum du couple ne. Autrement dit, selon cette mise en uvre, on peut déterminer la position de la source émettrice du composé gazeux ou des particules considérés à partir d'une moyenne de positions intermédiaires -one déterminées pour chaque couple ne selon une formule du type :
O,ne = (xne ¨ Åne /Ve) (2).
Cette formule exprime qu'une position intermédiaire pour un couple ne donné
peut être obtenue par une translation de la position du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple ne, cette translation étant fonction de la moyenne du vecteur vitesse sur l'intervalle de temps entre les minimum et maximum du couple, ainsi que du temps pour que 23 le système de mesure mobile traverse le panache jusqu'à atteindre le point de mesure correspondant à un maximum de concentration. Il est bien clair que la pluralité des positions intermédiaires permet une redondance d'informations relatives à la position de la source émettrice du composé gazeux et/ou des particules, et que la moyenne des positions intermédiaires permet d'atténuer l'impact des erreurs liées aux mesures (de concentration, de direction et de vitesse du vent) ainsi que l'impact des erreurs liées aux hypothèses conduisant à l'équation (2) ci-dessus relatives aux positions intermédiaires. Les hypothèses principales conduisant à l'équation (2) ci-dessus sont les suivantes :
-le vent est invariant en direction et en vitesse sur l'intervalle de temps entre les minimum et maximum d'un couple (hypothèse de stationnarité) - la mesure est réalisée de manière perpendiculaire à la direction principale du vent.
Ainsi, à l'issue de cette étape, on obtient une position de la source émettrice de chaque composé gazeux et/ou particules mesurés à l'étape 1. Il est bien clair que dans la majorité des cas, les positions déterminées pour chaque composé/particules vont être proches les unes des autres. Selon une mise en oeuvre de l'invention, si l'écart relatif entre des positions de source déterminées pour deux composés gazeux et/ou particules différents est inférieur à 5 `Yo, alors on peut considérer qu'il s'agit de la même source émettrice pour les deux composés gazeux et/ou particules. La position de la source de ces deux composés gazeux peut être alors obtenues en faisant la moyenne des deux positions. Sinon, on considère qu'il s'agit de deux sources différentes.
4) Détermination de caractéristiques supplémentaires de la source émettrice Selon une mise en oeuvre de l'invention, on peut déterminer en outre au moins une caractéristique supplémentaire relative à la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules.
Selon une mise en oeuvre de l'invention selon laquelle la caractéristique supplémentaire relative à la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules est le coefficient de diffusion, on peut déterminer le coefficient de diffusion relatif à la source émettrice d'un composé gazeux ou de particules, noté kc, par la suite, selon une formule du type :
VIVE
ko = 7E1. Yig- kne = 7ne E.1 où kõ est un coefficient de diffusion intermédiaire déterminé pour le couple ne, et dõ est la distance entre les maximum et minimum du couple ne.
Selon une mise en oeuvre de l'invention selon laquelle la caractéristique supplémentaire relative à la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules est le débit de la source émettrice, on peut déterminer le débit relatif à la source émettrice d'un composé
gazeux ou de particules, noté Qo par la suite, selon une formule du type :
Qo = 3 \õ71- (Cmax Cmin) Le=1 119nel OU Cmõ et Cmin sont respectivement les maximum et minimum globaux de la courbe de concentration.
Selon une mise en oeuvre préférée du procédé selon l'invention, on peut appliquer au moins les étapes 2) et 3) (et optionnellement l'étape 4)) du procédé selon l'invention, en parallèle de l'étape 1). Autrement dit, on peut déterminer en temps réel la position de la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules, au fur et à mesure du déplacement du système de mesure mobile. Plus précisément, pour chaque position du système de mesure mobile à l'étape 1), on cherche à déterminer un couple formé d'un minimum et d'un maximum consécutifs dans la courbe mesurée jusqu'à la position courante du système de mesure mobile, et si un couple est déterminé, on détermine la position de la source émettrice d'au moins un composé gazeux et/ou de particules, à partir de couple et de tout couple déterminé
pour des positions du système de mesure mobile antérieures.
Il est bien clair que le procédé selon l'invention comprend des étapes mises en uvre au moyen d'un équipement (par exemple un poste de travail informatique) comprenant des moyens de traitement des données (un processeur) et des moyens de stockage de données (une mémoire, en particulier un disque dur), ainsi qu'une interface d'entrée et de sortie pour saisir des données et restituer les résultats du procédé.
En particulier, les moyens de traitement de données sont configurés pour au moins réaliser les étapes 2) et 3) décrites ci-dessus, ainsi que l'étape 4) optionnelle.
En outre, l'invention concerne un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions de code de programme pour au moins la mise en uvre des étapes 2) et 3) et optionnellement 4) décrites ci-dessus, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
Exemples Les caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparaîtront plus clairement à
la lecture de l'exemple d'application ci-après.
Le procédé selon l'invention a été mis en oeuvre pour localiser la source d'une fuite de gaz naturel dans une zone géographique située à proximité d'un site de stockage géologique de gaz. Pour cet exemple à but illustratif, la source émettrice de gaz a une position connue puisqu'il s'agit d'une fuite provenant d'un tank de gaz.
L'étape 1 du procédé selon l'invention a été mise en oeuvre au moyen d'un mode de réalisation du système et du procédé décrits dans la demande de brevet EP3901604, afin de mesurer la concentration en méthane, éthane, dioxyde de carbone et en THT (molécule odorante, ajoutée au méthane pour des raisons de sécurité) présents dans l'air ambiant. Le système de mesure décrit dans cette demande a été embarqué dans un véhicule, les capteurs UV et IR ainsi que la source lumineuse étant placés sur le toit du véhicule, les moyens pour le traitement et l'analyse des signaux numériques issus de ces capteurs étant disposés à
l'intérieur de la voiture.
Au moyen de ce système de mesure mobile, des concentrations de la molécule de THT de méthane, d'éthane et de dioxyde de carbone dans l'air ambiant ont été mesurées toutes les secondes selon une trajectoire déterminée par rapport à la direction instantanée du vent tel que décrit ci-dessus, mais aussi en fonction des infrastructures (chemins, routes) permettant le déplacement de la voiture embarquant le système de mesure. Les positions géographiques X et Y (en coordonnées UTM) du système de mesure mobile le long de la trajectoire de déplacement mise en oeuvre pour cet exemple d'application sont présentées en figure 1. On peut observer que cette trajectoire comprend plusieurs passages par des positions géographique proches (positions quasi superposées), réparties globalement le long de trois segments de droite Si, S2 et S3 (autrement dit, le système de mesure mobile a fait plusieurs allers-retours le long de trois segments de droite).
La figure 2A présente l'évolution de la concentration en méthane C-0H4 mesurée en fonction du temps T le long de la trajectoire du système de mesure mobile présentée en figure 1. On peut observer que cette courbe comprend une pluralité de pics de concentration, qui témoignent du fait que la trajectoire du système de mesure mobile comprend plusieurs passages au travers du panache de gaz. La figure 2B et la figure 2C présentent respectivement les courbes de l'évolution de la direction DIR du vent par rapport et de la vitesse du vent VIT mesurée en fonction du temps T le long de la trajectoire du système de mesure mobile présentée en figure 1. On peut observer que la direction du vent peut être particulièrement changeante au cours de la mesure.
L'application de l'étape 2 du procédé selon l'invention a conduit à
l'identification de 15 couples formés d'un minimum et d'un maximum consécutifs selon l'invention, comprises entre un minimum et un maximum. La figure 3 présente la courbe C-CH4 de concentration en CH4 de la figure 2A, sur laquelle les lignes verticales correspondent aux 15 minima identifiés, chaque minima étant suivi d'un maximum de la courbe C-CH4 de concentration en CH4.
Puis selon le procédé selon l'invention, pour chaque couple déterminé, on détermine la position du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple considéré, ainsi qu'un écart temporel entre le temps de mesure du système de mesure mobile correspondant au maximum du couple et le temps de mesure du système de mesure mobile correspondant au minimum du couple. La figure 4 présente un agrandissement d'une portion de la figure 4 comprenant un couple formé d'un minimum et d'un maximum consécutifs, et fait apparaitre l'écart temporel TNE entre le maximum (au temps TMAX) et le minimum (au temps TMIN) précédent le maximum de ce couple.
La figure 5 reprend la figure 1 et présente en plus la position PINV de la source de la fuite de gaz déterminée au moyen du procédé selon l'invention sous la forme d'une croix, ainsi que la position réelle PREAL de la source émettrice du gaz présentée sous la forme d'un triangle.
Plus précisément, le point de fuite déterminé au moyen du procédé selon l'invention a pour coordonnées UTM (-71535.843, 5375049.606) alors que le point de fuite réel a pour coordonnées UTM (-71533.905, 5375047.433). Ainsi, pour cet exemple d'application, l'erreur sur la position de la source émettrice du gaz du procédé selon l'invention est de seulement 2.9 m. De plus, ce résultat a été obtenu en moins de 2 centièmes de secondes sur un processeur de type Intel(R) Xeon(R) CPU E5-1620 v3 @ 3.50GHz.
Le procédé selon l'invention permet donc une détermination précise et fiable de la position d'une source émettrice d'un gaz dans une zone géographique. Le procédé selon l'invention est en outre plus rapide et plus simple de mise en oeuvre que les procédés selon l'art antérieur, car il ne nécessite pas de calculs complexes tels que la résolution d'un problème inverse, très consommatrice en temps de calcul et en mémoire. Ainsi, il est possible de mettre en uvre le procédé selon l'invention de manière embarquée et en temps réel.
Claims (8)
1. Procédé pour déterminer la position d'une source émettrice d'au moins un composé
gazeux et/ou de particules dans une zone géographique, au moyen d'un système de mesure mobile comprenant au moins un capteur pour mesurer une concentration en ledit composé gazeux et/ou en lesdites particules et un capteur pour mesurer une vitesse et une direction du vent, caractérisé en ce que ledit procédé comprend au moins les étapes suivantes :
a) on mesure ladite concentration en ledit composé gazeux et/ou en lesdites particules, ladite vitesse et ladite direction du vent pour une succession de positions dudit système de mesure mobile formant une trajectoire de déplacement dudit système de mesure mobile dans ladite zone géographique, chacune desdites positions correspondant à un temps de mesure dudit système de mesure mobile, lesdites positions de ladite succession de positions dudit système de mesure mobile étant déterminées de manière à ce que chacun des segments entre deux positions consécutives de ladite succession de positions dudit système de mesure mobile forme un angle compris entre 45 et 135 avec une direction instantanée ou moyenne du vent issue de ladite direction du vent mesurée, et on obtient une première courbe représentative de l'évolution de ladite concentration pour chacun desdits composés gazeux et/ou pour lesdites particules en fonction du temps de mesure dudit système de mesure mobile, et des deuxième et troisième courbes représentatives respectivement de l'évolution de la vitesse et de la direction du vent en fonction du temps de mesure dudit système de mesure mobile ;
b) à partir de critères prédéfinis, pour chacune desdites premières courbes, on détermine au moins un couple formé par un minimum et un maximum consécutifs de ladite première courbe, et, pour chacun desdits couples de chacune des premières courbes, on détermine une position dudit système de mesure mobile correspondant audit maximum dudit couple et un écart temporel entre un temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant audit maximum dudit couple et un temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant audit minimum dudit couple ;
c) pour chaque composé gazeux et/ou particules, on détermine ladite position de ladite source émettrice dudit composé gazeux ou desdites particules dans ladite zone géographique à partir desdits positions dudit système de mesure mobile correspondant auxdits maximum desdits couples déterminés pour ledit composé gazeux ou lesdites particules, desdits écarts temporels entre lesdits maximum et minimurn desdits couples déterminés pour ledit composé gazeux ou lesdites particules, et de vitesses et directions moyennes du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum desdits couples.
gazeux et/ou de particules dans une zone géographique, au moyen d'un système de mesure mobile comprenant au moins un capteur pour mesurer une concentration en ledit composé gazeux et/ou en lesdites particules et un capteur pour mesurer une vitesse et une direction du vent, caractérisé en ce que ledit procédé comprend au moins les étapes suivantes :
a) on mesure ladite concentration en ledit composé gazeux et/ou en lesdites particules, ladite vitesse et ladite direction du vent pour une succession de positions dudit système de mesure mobile formant une trajectoire de déplacement dudit système de mesure mobile dans ladite zone géographique, chacune desdites positions correspondant à un temps de mesure dudit système de mesure mobile, lesdites positions de ladite succession de positions dudit système de mesure mobile étant déterminées de manière à ce que chacun des segments entre deux positions consécutives de ladite succession de positions dudit système de mesure mobile forme un angle compris entre 45 et 135 avec une direction instantanée ou moyenne du vent issue de ladite direction du vent mesurée, et on obtient une première courbe représentative de l'évolution de ladite concentration pour chacun desdits composés gazeux et/ou pour lesdites particules en fonction du temps de mesure dudit système de mesure mobile, et des deuxième et troisième courbes représentatives respectivement de l'évolution de la vitesse et de la direction du vent en fonction du temps de mesure dudit système de mesure mobile ;
b) à partir de critères prédéfinis, pour chacune desdites premières courbes, on détermine au moins un couple formé par un minimum et un maximum consécutifs de ladite première courbe, et, pour chacun desdits couples de chacune des premières courbes, on détermine une position dudit système de mesure mobile correspondant audit maximum dudit couple et un écart temporel entre un temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant audit maximum dudit couple et un temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant audit minimum dudit couple ;
c) pour chaque composé gazeux et/ou particules, on détermine ladite position de ladite source émettrice dudit composé gazeux ou desdites particules dans ladite zone géographique à partir desdits positions dudit système de mesure mobile correspondant auxdits maximum desdits couples déterminés pour ledit composé gazeux ou lesdites particules, desdits écarts temporels entre lesdits maximum et minimurn desdits couples déterminés pour ledit composé gazeux ou lesdites particules, et de vitesses et directions moyennes du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum desdits couples.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on détermine ladite position xo de ladite source émettrice d'un composé gazeux ou de particules selon une formule du type :
Eild=1(Xne Ane vni.) cco NE
où NE est le nombre desdits couples déterminés, Xne est la ladite position dudit système de mesure mobile le long de ladite trajectoire correspondant audit maximum dudit couple ne , /ln, est l'écart temporel entre lesdits maximum et minimum dudit couple ne, et v;.,e, est un vecteur orienté selon ladite direction moyenne du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum dudit couple ne et dont la norme est ladite vitesse moyenne du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximurn dudit couple ne.
Eild=1(Xne Ane vni.) cco NE
où NE est le nombre desdits couples déterminés, Xne est la ladite position dudit système de mesure mobile le long de ladite trajectoire correspondant audit maximum dudit couple ne , /ln, est l'écart temporel entre lesdits maximum et minimum dudit couple ne, et v;.,e, est un vecteur orienté selon ladite direction moyenne du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximum dudit couple ne et dont la norme est ladite vitesse moyenne du vent entre lesdits temps de mesure dudit système de mesure mobile correspondant auxdits minimum et maximurn dudit couple ne.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'angle formé entre ledit segment entre lesdites première et deuxième positions dudit couple de positions consécutives de ladite trajectoire et ladite direction du vent mesurée pour ladite première position dudit couple ou ladite direction du vent moyenne mesurée préalablement à l'étape a) est compris entre 800 et 100 , et vaut de préférence 90 .
4_ Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, à l'issue de l'étape a), on applique un filtre Butterworth à au rnoins une des premières et/ou deuxième et/ou troisième courbes et on applique les étapes b) et/ou c) à partir desdites premières et/ou deuxième et/ou troisième courbes filtrées.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits critères prédéfinis de ladite première courbe sont formés à partir d'une première et d'une deuxième valeur seuil S1ext et S2ext définies selon des formules du type :
Slext = 0.01 * (Cmax ¨ Cmtin)/Cmax et S2ext = 0.001 * (Cmax ¨ Cmin)/ Cmax.
Où Cmin et Cmax sont respectivement des minimum et maximum globaux de ladite première courbe.
3n
Slext = 0.01 * (Cmax ¨ Cmtin)/Cmax et S2ext = 0.001 * (Cmax ¨ Cmin)/ Cmax.
Où Cmin et Cmax sont respectivement des minimum et maximum globaux de ladite première courbe.
3n
6_ Procédé selon la revendication 5, dans lequel on détermine l'ensemble desdits couples formés d'un minimum et d'un maximum consécutifs de ladite première courbe de la manière suivante :
i) on parcourt les N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie les inégalités suivantes :
IC(n) ¨ C(n ¨ 1)1 < Slext* C(n) et C(n +1) > C(n)*(1+ Slext) où C(n¨ 1), C(n) et C(n + 1) sont respectivement ladite concentration mesurée à
l'échantillon n-1, à l'échantillon n, et à l'échantillon n+1, et on initialise un tableau nmin avec ledit indice n.
ii) on poursuit le parcours desdits N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n) > (1+ S2ext)* C(n+ 1) et on incrémente un tableau nmax avec ledit indice n.
iii) on poursuit le parcours desdits N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n +1) > (1+ S2ext)* C(n) el on incrémente ledit tableau nmin avec ledit indice n.
el on répète les étapes ii) et iii) en poursuivant le parcours desdits N
échantillons de ladite courbe pour déterminer l'ensemble des Nl couples (nmin(i), nmax(i)) formés desdits indices nmin(i) et nmax(i) des échantillons correspondant à un minimum et à
un maximum de ladite première courbe, avec i variant de 1 à Nl.
i) on parcourt les N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie les inégalités suivantes :
IC(n) ¨ C(n ¨ 1)1 < Slext* C(n) et C(n +1) > C(n)*(1+ Slext) où C(n¨ 1), C(n) et C(n + 1) sont respectivement ladite concentration mesurée à
l'échantillon n-1, à l'échantillon n, et à l'échantillon n+1, et on initialise un tableau nmin avec ledit indice n.
ii) on poursuit le parcours desdits N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n) > (1+ S2ext)* C(n+ 1) et on incrémente un tableau nmax avec ledit indice n.
iii) on poursuit le parcours desdits N échantillons de ladite première courbe jusqu'à ce qu'un desdits échantillons n vérifie l'inégalité suivante :
C(n +1) > (1+ S2ext)* C(n) el on incrémente ledit tableau nmin avec ledit indice n.
el on répète les étapes ii) et iii) en poursuivant le parcours desdits N
échantillons de ladite courbe pour déterminer l'ensemble des Nl couples (nmin(i), nmax(i)) formés desdits indices nmin(i) et nmax(i) des échantillons correspondant à un minimum et à
un maximum de ladite première courbe, avec i variant de 1 à Nl.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on ne conserve que lesdits NE
couples formés d'un minimum suivi d'un maximum de ladite première courbe pour lesquels C(nmax(0) > Cmin + 0.05 * (Cmax¨ Cmin) avec i variant de 1 à Nl, avec NE NI.
couples formés d'un minimum suivi d'un maximum de ladite première courbe pour lesquels C(nmax(0) > Cmin + 0.05 * (Cmax¨ Cmin) avec i variant de 1 à Nl, avec NE NI.
8. Produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions de code de programme pour la mise en uvre au moins des étapes b et c) du procédé selon l'une des revendications 1 à
7, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
7, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2113054A FR3130031B1 (fr) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | Systeme et procede pour la localisation de la source d’une emisson de gaz ou de particules |
| FRFR2113054 | 2021-12-07 | ||
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA3236846A1 true CA3236846A1 (fr) | 2023-06-15 |
Family
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Family Applications (1)
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| CA3236846A Pending CA3236846A1 (fr) | 2021-12-07 | 2022-11-24 | Systeme et procede pour la localisation de la source d'une emisson de gaz ou de particules |
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| FR (1) | FR3130031B1 (fr) |
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