FR2741148A1

FR2741148A1 - Systeme et procede de mesure altimetrique par moyen hydrostatique

Info

Publication number: FR2741148A1
Application number: FR9513491A
Authority: FR
Inventors: Patrick Leteurtre; Jean Leteurtre
Original assignee: NANOTEC INGENIERIE
Current assignee: NANOTEC INGENIERIE
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1997-05-16
Anticipated expiration: 2015-11-14
Also published as: FR2741148B1; WO1997018439A1

Abstract

Système de mesure altimétrique par moyen hydrostatique comprenant un ensemble de vases (10, 20, no) contenant un liquide (9) et équipés de capteurs de niveau (15, 25, no), et des moyens pour mettre ces vases (10, 20, no) en communication entre eux via un circuit de liaison (3). Le système comprend en outre, en série avec ledit circuit de liaison, un réservoir de liquide (19), de volume très supérieur au volume total de l'ensemble des vases (10, 20, no) et du circuit de liaison (3), une pompe (18) pour faire circuler le liquide (9) dans ledit circuit de liaison (3), et des vannes (25, 26) disposées aux deux extrémités du circuit de liaison (3) pour contrôler la circulation du liquide (9) dans le circuit de liaison (3). Le procédé mis en oeuvre comprend des cycles élémentaires de mesure, chaque cycle élémentaire comprenant une première phase d'homogénéisation, et une seconde phase de mesure, au cours de laquelle on attend que l'équilibre de température soit atteint dans le circuit de liaison, puis on effectue des mesures de niveau de liquide dans les vases (10, 20, no). Utilisation notamment en génie civil.

Description

"Système et procédé de mesure altimétrique par moyen hydrostatique
DESCRIPTION
La présente invention concerne un système de mesure altimétrique par moyen hydrostatique. Elle vise également un procédé mis en oeuvre dans ce système.

Le niveau à eau est connu depuis l'Antiquité.

Plusieurs systèmes de nivellement existent; beaucoup utilisent le principe des vases communicants. La surface libre du liquide remplissant le vases communicants épouse à peu près le géoide local, donc un plan horizontal si les différents vases sont proches (cent mètres) les uns des autres. Depuis une trentaine d'années, un effort est accompli pour améliorer la précision des mesures de nivellement effectuées selon l'hydrostatique. On peut en particulier citer le capteur HLS développé par Daniel ROUX de 1'ESRF de Grenoble, dont la précision est de 5 Sm sur une longueur totale entre vases de l'ordre de 1 kilomètre.

S. TAKEDA, de KEK-Tokyo, a amélioré le capteur HLS pour atteindre la précision de 1 Sm sur une longueur arbitraire du circuit hydraulique.

La différence entre le plan horizontal local et le géoide local devient rapidement significative: si d est la distance entre deux points de la surface du géoide local, la différence de niveau entre l'un des ces points et le plan horizontal local de l'autre point est
d2 = d2
( ) 2R 12.1
où d et R, rayon terrestre, sont exprimé en mètres.

Cet écart n'est pas à considérer ici dans la mesure où l'objectif est de mesurer des variations d'altitude dans le temps en un point ou des différences d'altitude entre divers points.

Le liquide utilisé pour ces mesures de précision est de l'eau simplement additionnée de produit fongicide et bactéricide en concentration très faible. Les utilisateurs ajoutent fréquemment de la fluorescéine dans le seul but de mieux visualiser le bon remplissage des tubes de communication entre vases. Ces tubes sont généralement constitués en polyéthylène translucide résistant à l'irradiation.D'autres liquides peuvent être employés avec le capteur HLS, par exemple, un mélange antigel, le glycol ou la glycérine ou une huile silicone, pour des utilisations jusqu'à une température de 1250C, voir plus si l'électronique de mesure est maintenue à une valeur compatible avec les composants utilisés; le mercure a été utilisé par MOREAU, ONERA [1978] pour mesurer des fluctuations d'inclinaison avec une précision meilleure que 1 nanoradian avec deux vases taillés dans un bloc d'acier inoxydable, les deux vases, d'un diamètre de 50 mm, étant distants d'environ 180 mm. Dans tous les cas mentionnés jusqu'ici, la détection de la position de la surface libre est effectuée par des moyens capacitifs.

D'autres mesures, beaucoup moins précises, ont été mises en oeuvre. On peut citer la détection résistive du contact entre une pointe métallique mobile verticalement et la surface libre du liquide (eau) dans chaque vase.

La mesure de la position de la surface libre a aussi été effectuée par des moyens ultrasonores ou optiques.

Enfin, cette surface libre peut être remplacée par la surface d'un flotteur, avec toutes les imprécisions liées aux phénomènes de mouillage entre liquide et flotteur et de friction solide-solide entre flotteur et vase; en revanche, des moyens inductifs, notamment par courant de
Foucault, peuvent être utilisés.

On s'intéresse aussi aux fluctuations d'altitude d'un point donné en cherchant alors à atteindre une répétabilité de mesure proche de 10-6, soit 0,1 mm sur une amplitude de 100 m.

La précision ultime des mesures altimétriques est limitée par les fluctuations de la masse spécifique du liquide remplissant vases et tubes de communication entre vases. Ces fluctuations résultent de la non-homogénéité de la température. La figure 1 illustre ce problème: deux vases 10, 20, reliés par des tubes 3, 4, sont partiellement remplis d'un liquide 9 jusqu'aux hauteurs respectives al, a2. Le tube de communication 3 est également rempli de ce liquide. Le reste des vases 10, 20 et le second tube de communication 4 sont remplis d'un gaz 8.Si la température était uniformément égale à To dans tout l'espace occupé par les vases et les tubes de communication à l'équilibre, dans toute tranche horizontale placée entre les altitudes z et z+dz, la masse spécifique du liquide ou celle du gaz auraient exactement la même valeur et donc la surface libre du liquide, c'est à dire l'interface liquide/gaz serait exactement à la même altitude dans les deux vases. Les mesures des niveaux al, a2 dans les vases 10, 20 fourniraient donc exactement la valeur de la différence d'altitude zl-z2 des vases 10, 20, quelle que soit la distance horizontale entre les vases 10, 20. On néglige ici les variations horizontales de la gravité g.

En réalité, la température n'est pas homogène: elle est mesurée dans les vases 10, 20 où elle vaut respectivement T1 et T2. Il faudrait en fait la mesurer en tous points des parties non horizontales des tubes de communication 3, 4 pour pouvoir calculer la variation de pression dans une tranche comprise entre les altitudes z et z+dz:
ap(Z) = gpT.dz (1)
OÙ PT est la masse spécifique du fluide à la température T et situé dans la tranche [z, z+dz]. Dans la suite, on utilisera des indices L pour le liquide et des indices G pour le gaz.

On note que dans les parties horizontales respectives
BC, DE des tubes 3, 4, dz=O, Ap(z)=0, la pression est constante, indépendamment des variations de température le long de ces parties horizontales des tubes de communication 3, 4.

Soient T(s) et T(s') les températures respectives du liquide et du gaz le long des abscisses curvilignes respectives s et s' des tubes de communication 3, 4.

Soient Al, A2 des points situés respectivement dans l'embase des vases 10, 20, et donc dans le liquide 9.

Soient O, le point le plus bas du tube de communication 3, et O', le point le plus élevé du tube de communication 4.

Soit encore X, un point quelconque situé dans un fluide, liquide ou gaz, des deux vases communiquants 10, 20. La pression au point X est P(X). On considère un circuit en forme de boucle partant du point X et revenant à ce même point X après être passé par les deux vases 10, 20 et les deux tubes de communication 3, 4. La pression aura évolué au cours de ce circuit, mais, partie de la valeur P(X), elle revient exactement à la même valeur P(X).On considère maintenant le point Al, on remonte dans le vase 10, on va vers l'autre vase 20 par le tube 4, puis on retourne vers le premier vase 10 Dar l 'autre tube 3:

Sauf si T(s) et T(s') sont connues en tout point des tubes de communication 3, 4, les intégrales dans l'équation (2) ne peuvent être calculées et induisent des erreurs dans la mesure hydrostatique des dénivelés (z2 zl); seules les sections horizontales BC du tube 3 et DE du tube 4 n'induisent pas d'erreur. La version la plus précise du capteur altimétrique est donc celle adoptée par
S.Takeda, comme l'illustre la figure 2, avec un seul tube de communication 6 pour le liquide et pour le gaz, et donc un interface liquide/gaz 5 ininterrompu le long de tout le circuit des n vases utilisés 100, 200. Le

<tb> termel <SEP> (T).dZ
<tb> qui est la cause majeure d'incertitude des mesures altimétriques hydrostatiques devient ici particulièrement petit puisque la différence d'altitude entre le point le plus bas et celui le plus élevé est ici nécessairement bien inférieure au diamètre du tube de liaison 6. La précision de mesure grandement améliorée a une contrepartie: l'installation d'un tube unique 6 doit être soignée. S.TAKEDA a montré que cette configuration permet d'obtenir une précision de mesure altimétrique de 1 Zm, malgré des fluctuations thermiques de plusieurs degrés centigrades entre vases adjacents.

La mesure des distances d10, d20,. effectuée très précisément par le capteur HLS, par des moyens capacitif s, permet de connaître la différence d'altitude des vases 100, 200. Plus souvent, ce sont les variations dans le temps de ces distances d10, d20,... qui sont considérées pour mesurer les fluctuations de ces écarts d'altitude.

Un autre cas idéal pour des mesures altimétriques ultra précises serait de réguler tout le circuit de communication liquide 3 autour de 40C, le liquide 9 pouvant être de l'eau pure ou salée, parce que la masse spécifique de ces liquides passe par un maximum vers 40C et qu'autour d'un extremum, les variations sont du second ordre. Serait alors levée la contrainte du positionnement des tubes de communication liquide 3 aussi horizontal et aussi près que possible de la surface géoide passant par les interfaces liquide/gaz dans les divers vases, comme l'illustre la figure 3.

En résumé, les mesures très précises de dénivelés exigent jusqu'à présent de satisfaire à l'une des conditions suivantes:
1) ou tout le circuit du liquide a une température connue, hormis dans les portions horizontales de tubes 3,
2) ou le liquide utilisé est de l'eau, pure ou salée, maintenue autour de la température de densité maximum (40C)
3) ou les tubes de liaison entre vases communicants doivent être placés à une distance aussi courte que possible sous le plan défini par l'interface liquide/gaz dans les vases, l'optimum étant le tube unique 6, proposé par S.TAKEDA, qui n'interrompt pas l'interface liquide/gaz 5.

La présente invention a pour but de supprimer ces conditions restrictives qui aujourd'hui interdisent l'emploi des mesures hydrostatiques précises de dénivelées ou de fluctuations de dénivelées quand on veut une mise en oeuvre facile et rapide de la mesure hydrostatique, notamment pour des applications en génie civil, c'est à dire des applications pour lesquelles les tubes de liaison 3 entre vases ne peuvent être ni maintenus à 40C, ni instrumentés pour mesurer leur température sur toute leur longueur, ni placés avec soin dans le plan quasihorizontal des interfaces liquide/gaz 5, d'autant que les dénivelées à mesurer dépassent très largement la gamme d'étendue de mesure à peine centimétrique des capteurs altimétriques de précision actuels.Ici, on vise des applications où la précision de mesure altimétrique est typiquement 10-5, soit:
10 Am, si l'amplitude de dénivelé est 1 m,
0,1 mm, si l'amplitude de dénivelé est l0m,
1 mm, si l'amplitude de dénivelé est 100m.

Il y a donc à résoudre deux problèmes:
1) réduire les incertitudes de mesure engendrées par les fluctuations de température le long du circuit hydraulique sans utiliser aucune des trois conditions décrites précédemment,
2) trouver un moyen de mesure altimétrique qui permette des mesures précises d'amplitude supérieure à lm.

L'ensemble de ces moyens nouveaux mis en oeuvre pour résoudre les deux problèmes énoncés ci-dessus constitue le système de mesure altimétrique précise et de grande amplitude objet de la présente invention.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs:
- la figure 4 illustre un exemple de forme d'un tube de liaison dans un système d'altimétrie;
- la figure 5 représente une première forme de réalisation d'un système d'altimétrie selon l'invention;
- la figure 6 représente une seconde forme de réalisation d'un système selon l'invention, correspondant au cas où les altitudes à surveiller sont quasi-identiques et où le circuit de liaison hydraulique n'est pas trop long;
- la figure 7 représente une troisième forme de réalisation d'un système selon l'invention, correspondant également au cas où les altitudes à surveiller sont quasiidentiques, mais pour un circuit de liaison long;;
- la figure 8 représente une forme particulière de réalisation d'un système d'altimétrie selon l'invention, pour la mesure de différences d'altitudes;
- la figure 9 illustre un exemple de réalisation d'un capteur capacitif pour la mesure des niveaux de liquide dans les vases; et
- la figure 10 représente encore une autre forme de réalisation simplifiée d'un système d'altimétrie selon l'invention, dans laquelle on n'utilise qu'une seule vanne par vase.

On considère un tube de communication ou de liaison entre plusieurs vases placés en différents points à surveiller altimétriquement, qui ne peut pas être horizontal, ni placé dans le plan des vases, mais peut avoir le forme arbitraire représentée en figure 4. Ce tube présente des parties basses zo et des parties plus hautes que les vases, le point haut ayant une altitude zh, à condition toutefois que la pression à cette altitude zh reste supérieure à 0,2 bar absolu (c'est à dire que le siphon ainsi créé ne se désamorce pas). La réduction des incertitudes de mesure altimétrique est obtenue par l'homogénéisation de la température du liquide dans les tubes de communication, homogénéisation obtenue grâce à un dispositif représenté en figure 5.

Ce dispositif permet de réduire très fortement, voire supprimer, les incertitudes de mesure dues aux tubes de liaison des capteurs altimétriques. Quelle que soit la façon dont les divers vases utilisés sont raccordés au circuit de liaison 3 pour communiquer entre eux, le dispositif selon l'invention comprend au moins les quatre éléments suivants:
- un réservoir 19 de volume V très supérieur au volume total v de l'ensemble des vases et des tubes de liaison constituant un circuit 3, et rempli du même liquide que celui utilisé pour les vases et le circuit 3;
- une pompe 18 qui peut soutirer le liquide 9 du réservoir 19 et le faire circuler dans le circuit 3 jusqu'à retour audit réservoir 19;
- deux vannes 25, 26 encadrant l'ensemble des vases 10, 20,..,no (non représentés) placé sur le circuit 3.

Outre ces quatre éléments, il est intéressant d'ajouter que le réservoir 19 est de préférence placé audessus du circuit 3 et qu'un robinet à fuite 28, de débit petit, placé en parallèle (by-pass) entre le réservoir 19 et le circuit de liaison 3, en parallèle sur la pompe 18 et la vanne 25, permet de remplir le circuit de liaison 3 et les vases tandis qu'un second robinet de débit petit 29, placé en dérivation sur le circuit de liaison 3, permet de purger celui-ci et les vases d'un excès éventuel d'eau. Enfin, un manomètre 27, placé en aval de la pompe 18 et de préférence entre celle-ci et la vanne 25, permet la vérification du bon fonctionnement de la circulation du liquide: une pression excessive indiquera ainsi une pompe trop puissante ou un circuit de liaison bouché; une pression insuffisante indiquera un circuit de liaison éclaté ou une pompe en panne.

Quels que soient les capteurs proprement dits et la disposition des vases, le système de mesure altimétrique selon l'invention fonctionne de façon cyclique avec une première phase dans laquelle la mesure altimétrique n'est pas opérationnelle mais pendant laquelle la pompe 18 fait circuler le liquide, les vannes 25, 26 étant ouvertes: comme le volume du réservoir 19 est très grand devant le volume de l'ensemble des vases et du circuit 3, le liquide contenu dans le circuit (et éventuellement dans les vases si ceux-ci sont installés en série sur le circuit), va se mélanger au volume V du réservoir 19.La température du liquide 9 dans le circuit de liaison 3 devient rapidement homogène; après quelques tours du circuit, ce dernier présente alors une température T(t) constante à AT(t) près, AT(t) étant la fluctuation résiduelle très petite de
T(t).

Alors commence la deuxième phase du cycle avec l'arrêt de la pompe 18, la fermeture des vannes 25, 26; les vases, qui avaient été isolés d'une façon ou d'une autre, sont remis en communication; on attend que l'équilibre soit atteint pour relever des mesures altimétriques.

La mesure altimétrique suivante sera effectuée au temps [t+At] après un nouveau cycle: circulation/brassage du liquide, puis mesure altimétrique.

Alors que les système de mesure altimétrique HLS classique fournit une mesure continue des dénivelées et de leurs fluctuations, le système de mesure altimétrique selon l'invention est intrinsèquement discontinu. En revanche, il n'impose aucune contrainte sur la disposition du circuit de liaison 3 entre les divers vases 10, 20, no utilisés.

On va maintenant décrire en détail un exemple de réalisation d'un système de mesure altimétrique selon l'invention.

Dans un premier temps, on va considérer n vases supposés placés à peu près à la même altitude, "à peu près" signifiant que les écarts d'altitude entre les différents vases sont inférieurs à l'étendue de mesure des capteurs visant la position de la surface libre de l'eau dans chaque vase. Cette situation de position quasihorizontale de tous les vases donne lieu à deux variantes du système selon l'invention. Dans un système de mesure altimétrique 60, représenté en figure 6, dont tous les vases sont sensiblement à la même hauteur, les atmosphères des vases communiquent via un circuit de liaison gazeuse 4 pendant la mesure, comme c'est le cas dans un système de mesure altimétrique HLS classique. Mais pendant la phase de circulation, la communication entre vases doit être interrompue et chaque vase doit être isolé, soit par l'air, soit par le liquide.En effet, la pression dynamique engendrée par la perte de charge dans le circuit de liaison gazeuse 3 et la nécessité de n'inonder aucun vase impose de mettre en oeuvre des solutions spécifiques telles qu'illustrées en figure 6 et en figure 7.

Une première solution (figure 6), préférée lorsque le circuit de liaison gazeuse n'est pas trop long, c'est à dire si la perte de charge n'est pas trop excessive, consiste à équiper chaque vase 10, 20,..nô d'une vanne d'isolement 11, 21, n1. Les vases sont traversés par le circuit de liaison liquide 3. Pendant le pompage, les vannes 11, 21,..n1 sont closes: l'air emprisonné dans la partie haute de chaque vase se comprime jusqu'à ce que la pression dynamique de l'eau et la pression dans le vase s'égalisent. Tous les vases étant équipés d'une sonde de température 14, 24,..n4, on peut suivre l'égalisation de température de l'eau dans tout le circuit de liaison liquide 3.Pendant cette phase de pompage, des capteurs 15, 25,..n5 équipant chaque vase mesurent le niveau d'eau (qui a monté) et, si une valeur seuil, arrêtent la pompe 18. La température du liquide étant homogénéisée, la phase de mesure commence alors, avec la fermeture des vannes 25, 26, l'ouverture des vannes d'isolement 11, 21,..n1, puis l'acquisition des mesures après un laps de temps consacré au retour à l'équilibre.

Lorsque le circuit de liaison liquide 3 est trop long, il n'est plus possible de réaliser le compromis entre un fort débit assurant une bonne homogénéisation de la température du liquide dans le circuit de liaison liquide 3 et la nécessité de ne pas inonder les vases outre mesure. On adopte alors une seconde solution illustrée par la figure 7.

Au lieu que les vases soient en série sur le circuit de liaison liquide 3 comme c'est le cas dans la première solution représentée en figure 6, les vases 10, jO, nO sont mis en dérivation et sont respectivement reliés au circuit de liaison liquide 3 par des jonctions 13, j3, n3 les tronçons de circuit 16, i6 n6 situés entre ces jonctions et les vases correspondants sont horizontaux et équipés d'une vanne d'isolement 12, i2, n2 Pendant la phase de circulation, les vannes 25, 26 sont ouvertes; les vannes d'isolement 12, j2, n2 sont fermées et la pompe 18 est en marche. Dans cette configuration, le débit de liquide dans le circuit de liaison liquide 3 n'est plus limité que par la résistance des tubes de liaison et par la capacité de la pompe 18.La température du circuit de liaison liquide 3 devient rapidement constante, mais il faut des sondes thermiques 701, 702,..réparties le long du circuit de liaison liquide 3 pour suivre l'homogénéisation de la température dans le circuit 3, mais pas nécessairement dans les tronçons horizontaux 16, i6 n6.

Dans cette seconde solution, les atmosphères des vases communiquent également via un circuit de liaison gazeuse 4.

On va maintenant considérer des cas où les vases sont à peu près placés dans un même plan horizontal, à savoir que les écarts admissibles entre les altitudes de tous les vases sont inférieurs à l'étendue de mesure des capteurs visant la position de la surface libre du liquide dans chaque vase. I1 s'agit en outre de cas où les écarts d'altitude des points à surveiller, ou à mesurer relativement les uns aux autres, peuvent prendre n'importe quelle valeur arbitraire: lm, 10m, voir même 100m.

Le système de mesure altimétrique conserve le principe de fonctionnement cyclique avec un temps de circulation du liquide et un temps de mesure après que 1' équilibre de température ait été atteint. Mais comme ce système est destiné à mesurer avec précision l'évolution des altitudes de chaque point jO et parce que ces évolutions sont infimes, les débits entre vases et confluents avec le circuit de liaison liquide 3 sont eux aussi infimes et ne modifient pas la température du liquide à proximité des jonctions 13, j3, n3 . De plus, comme les tronçons 16, j6, n6 sont horizontaux, les éventuelles différences de température le long de chacun de ces tronçons sont sans effet sur la précision des mesures altimétriques. Par contre, la température de chaque vase est mesurée pour permettre la correction de pression dans le liquide contenu dans chaque vase. Seuls sont négligés les effets des fluctuations ATG de la température du gaz le long du circuit de liaison gazeuse 4. Avec ce système, des variations d'altitude de +2 Zm ont pu être identifiées avec un circuit de liaison liquide 3 de 100 m de long et surtout des oscillations verticales du circuit de liaison liquide 3 de +1 m à -2 m par rapport au niveau de l'eau dans les vases. Donc la précision de mesure altimétrique pour des points d'altitudes très voisines est, avec ce nouveau procédé, égale à celle obtenue dans les meilleures conditions avec les systèmes de mesure altimétrique précédents, mais sans aucune contrainte sur l'horizontalité du circuit de liaison liquide 3.Un second intérêt de ce nouveau système selon l'invention est la disparition totale d'un problème non évoqué jusqu'ici, mais qui constitue une gène: l'eau du circuit de liaison liquide 3 peut dégazer. Tant que les bulles d'air sont petites par rapport au diamètre interne du tube de liaison, la gène est faible: ces bulles ne font que freiner le passage du liquide dans le circuit 3, c'est à dire la mise en équilibre d'un système classique de mesure en continu. Par contre, une bulle qui grossirait jusqu'à occuper toute la section du tube mettrait le système de mesure en défaut. Avec le système selon l'invention, tout dégazage naturel de l'eau dans le circuit de liaison 3 est balayé parfaitement bien pendant la première phase du cycle.

On considère maintenant le caSle plus commun en génie civil: les points à surveiller (ou à mesurer) ont des altitudes qui varient de 1 m, ou 10 m, ou 100 encore plus.

Le capteur de mesure des différences d'altitude entre plusieurs points ou des fluctuations dans le temps de l'altitude d'un point par rapport à d'autres points conjugue alors une mesure de pression dans la gaz de chaque vase et une mesure de hauteur d'eau dans chacun de ces mêmes vases.

Parce que l'appareil de mesure de pression (absolue ou plus souvent différentielle) de très haute qualité est cher, on se limite à un seul manomètre de précision. En revanche, chaque vase possède ses moyens de mesure de température et ses moyens de mesure de la hauteur d'eau.

On va maintenant décrire ce dernier système selon l'invention, en référence à la figure 8.

Par rapport aux autres versions précédemment décrites du système selon l'invention, cette dernière version comporte un circuit gazeux beaucoup plus complexe. ce circuit gazeux comprend deux lignes H, L correspondant respectivement à une ligne de pression haute et une ligne de pression basse. La ligne de pression haute H est reliée à une source de gaz comprimé 37 via un manodétenteur précis 47. La ligne dépression basse L est reliée d'une part à l'atmosphère via une vanne 48 et d'autre part, à la ligne H via une vanne 49. Entre les lignes H et L, est disposé un manomètre de précision 57 et ses vannes d'isolement 58, 59.

Chaque vase i0 est relié pneumatiquement aux deux lignes H et L par des conduits de petite section munis respectivement de vannes i5 entre io et H et i6 entre io et L. Ces vannes sont fermées sauf pendant un court instant pendant lequel l'une d'elles est ouverte pour un contrôle, ajustement ou la mesure.

Le circuit hydraulique est similaire à celui de la figure 6: les vases io sont tous traversés par le circuit de liaison 3, mais, pour des raisons de rapidité et de simplicité de mise en oeuvre, ce qui constitue un critère important dans le génie civil, chaque vase a une entrée basse mais deux sorties, l'une basse, l'autre haute située à mi-hauteur du vase, fermables respectivement par des vannes i2, i2'. Pendant la phase de circulationremplissage du circuit 3 pour homogénéiser la température du liquide tout le long du circuit 3, les vannes i2 sont fermées et les vannes i2 sont ouvertes.Le niveau de liquide dans tous les vases io excède donc le niveau de i2' qui est médian; le gaz (de l'air) qui occupait initialement le volume interne de chaque vase a d'abord été refoulé via le circuit 3 jusqu'au réservoir doù il s'est échappé, ceci jusqu'à ce que le liquide atteigne le niveau du piquage de la vanne i2,. Le volume d'air dès lors emprisonné entre le liquide et les vannes fermées i5 et i6 s'est comprimé jusqu'à équilibrer la pression hydrostatique définie par l'altitude du point le plus élevé du circuit 3 à laquelle s'ajoute la pression dynamique imposée par le réservoir 18, la longueur du circuit 3 et l'importance du débit de liquide dans le circuit 3.Quand la température est devenue stable à la valeur mesurée T dans le circuit 3, la pompe 18 est arrêtée, les vannes i2', 25, et 26 sont fermées. Les vannes i2 sont ouvertes. La pression dans le circuit 3 est réglée pour que la pression au point le plus élevé du circuit 3 excède 1 bar. Ainsi, quelle que soit la différence maximum des altitudes entre le point le plus haut et le point le plus bas du circuit 3, celui-ci restera rempli sans risque de désamorçage d'aucune partie du circuit 3.Le liquide s'équilibre entre les n vases dont toutes les vannes i5 et i6 restent fermées: les différences de pression gazeuse dans les chambres hautes des vases i0 et j0 sont à l'équilibre:
p(j0)-p(i0)=g.pL(T).[zi-zj+ai-aj] où zi et zj sont les altitudes des embases des vases i0 et jO, et ai, aj sont les hauteurs de liquide à l'équilibre dans les vases i0 et jO; la température T et les grandeurs ai, aj sont mesurées. La gravité ou accélération de la pesanteur g est connue, d'où le calcul de la différence d'altitude (zi-zj) entre les deux vases i0 et jO, à partir de la mesure de la différence des pressions i0 et jO mesurée par le manomètre 57 après ouverture des vannes j5, i6, 58 et 59.On a supposé ici que l'altitude du vase io est plus élevée que celle du vase jo. Avant ouverture des vannes j5 et i6, on a pu prérégler les pressions des lignes H et L pour qu'elles soient voisines de celles de p(jO) et p(i0) respectivement.

Chaque vase io possède une sonde de mesure de la température et des moyens de mesure de la hauteur de liquide ai dans le vase.

Pendant toutes les opérations de mesure des différences de pression entre deux parmi les n vases en service, tous les niveaux ai sont surveillés et éventuellement ramenés dans une fourchette définie, par action pneumatique à partir des éléments 37, 47, i5 et/ou i6 et 48.

L'emploi pour le circuit de liaison 3 de tubes isolés thermiquement, ou de façon générale toute amélioration de l'isolation thermique du circuit 3, des vases io et des vannes i2, i2', notamment par enrobage multicouches de mylar aluminisé ou tout produit isolant, permet d'améliorer l'homogénéité de la température T du circuit, et donc la précision des mesures altimétriques. Un circuit hydraulique superisolé et un réservoir 19 régulé à 40C ou à une température proche de 40C pour que tout le circuit reste à 40C i 10C pendant le temps de la mesure permettent des mesures altimétriques aussi précises que l'est le manomètre différentiel 57.Le détecteur des niveaux ai dans chaque vase io peut être capacitif sans contact, par exemple le capteur HLS. ce capteur peut aussi être un plongeur métallique 67 détectant le niveau 5 d'eau 9, capacitivement à travers un tube diélectrique 68 de constante diélectrique r, comme représenté en figure 9.

La figure 9 montre ce type de détecteur capacitif de niveau constitué d'un tube fermé de silice métallisé intérieurement, la métallisation interne constituant l'électrode de mesure capacitive 67, tandis que l'eau est l'autre armature du condensateur dont la capacité est mesurée. La répétabilité de ce type de mesure est meilleure que 10 ym. Un conducteur cylindrique bien calibré, par exemple une tige d'inox, gainé par une gaine rétractable de Téflon, constitue un bon choix pour la réalisation de ce capteur.

Enfin, on peut prévoir une simplification du circuit représenté en figure 8 pour des installations où la durée initiale de mise en oeuvre n'est pas critique. Comme dans le système illustré en figure 7, on n'utilise qu'une seule vanne i2 par vase io. Le circuit de liaison est donc identique à celui représenté en figure 8. La figure 8 représente ce mode de réalisation d'un système altimétrique selon l'invention. La mise en service débute par un état où tous les vases io, jo sont vides, toutes les vannes i2 sont fermées, où le liquide circule dans le circuit 3, les vannes 25, 26 sont ouvertes et la pompe 18 est en marche.

Le liquide est introduit dans un vase io en ouvrant la vanne i2 et en surveillant le niveau d'eau ai grâce à l'ajustement de la pression gazeuse par l'ouverture de la vanne i5 ouverte sur la ligne H en pression initiale trop élevée. L'air comprimé de l'unité 37 fuit dans le circuit de liaison 3 via la vanne i2. Puis cette pression diminuant, l'eau peut remplir le vase io jusqu'à mihauteur. Les vannes i2 et i5 sont alors fermées. La méme opération de demi-remplissage d'un vase se poursuit jusqu'à ce que tous les vases soient remplis. Alors, toutes les vannes i2 sont ouvertes; le liquide circule dans le circuit 3; la pompe 18 est arrêtée pendant un court moment (une minute environ) pour laisser les vases s'équilibrer statiquement. (ils étaient en équilibre dynamique avec la pompe 18 en marche). Toutes les vannes i2 fermées, la pompe 18 est remise en marche le temps que tout le liquide du circuit 3 ait été changé. Puis les vannes i2 sont ouvertes pour rééquilibrer dynamiquement les vases io entre eux. Cette opération est répétée plusieurs fois. Le système est alors prêt pour la mesure de comparaison altimétrique de deux points à choisir parmi les n points, exactement selon la même procédure que celle décrite précédemment.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

REVEND T CATI ONS 1. Système de mesure altimétrique par moyen hydrostatique comprenant un ensemble de vases (10, 20, io, jo, no) contenant un liquide (9) et équipés de moyens pour mesurer le niveau (15, 25, nS) de ce liquide, et des moyens (12, i2, j2, n2) pour mettre ces vases (10, 20, io, jo, no) en communication entre eux via un circuit de liaison liquide (3) et un circuit de liaison gazeuse (4), caractérisé en ce qu'il comprend en outre, en série avec ledit circuit de liaison liquide (3) - un réservoir de liquide (19), de volume très supérieur au volume total de l'ensemble des vases (10, 20, io, jo, no) et du circuit de liaison liquide (3), - des moyens de pompe (18) pour faire circuler le liquide (9) dans le circuit de liaison liquide (3), - des moyens de vanne (25,

26) disposés aux deux

extrémités dudit circuit de liaison liquide (3) pour

contrôler la circulation du liquide (9) dans ledit

circuit de liaison liquide (3), et

- des moyens pour mesurer la température (T) en divers

points du circuit de liaison liquide (3).

2. Système selon la revendication 1, dans lequel les vases (10, 20, no) sont sensiblement à la même altitude, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, pour chaque vase (10, 20, no), une vanne (11, 21, nl) pour isoler ce vase (10, 20, no) du circuit de liaison gazeuse (4), et en ce que lesdits vases (10, 20, no) sont traversés par le circuit de liaison liquide (3).

3. Système selon la revendication 1, dans lequel les vases (10, 20, no) sont sensiblement à la même altitude, caractérisé en ce que les vases (10, jo, no) sont reliés au circuit de liaison liquide (3) respectivement par des jonctions (13, j3, n3), les tronçons de circuit (16, j6, n6) entre ces jonctions (13, j3, n3) et les vases correspondants étant sensiblement horizontaux et munis d'une vanne d'isolement (12, j2, n2) , et en ce que les vases (10, jo, no) sont traversés par le circuit de liaison gazeuse (4).

4. Système selon la revendication 1, dans lequel les vases (io, jo, no) sont situés à des altitudes sensiblement différentes, caractérisé en ce que le circuit de liaison gazeuse comporte une ligne de pression haute < H) et une ligne de pression basse (L), la ligne de pression haute (H) étant reliée à une source de gaz comprimé (37) via un manodétenteur (47) et la ligne de pression basse (L) étant reliée d'une part, à la ligne de pression haute (H) via une première vanne (49) et d'autre part, à l'atmosphère via une seconde vanne (48).

5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque vase (io, jo, no) est relié pneumatiquement aux deux lignes respectivement de pression haute (H) et de pression basse (B) par des conduits de petite section munis chacun d'une vanne (i6, iS; j6, j5).

6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de liaison liquide (3) traverse les vases (io, jo, no) et en ce que chaque vase (io, jo, no) comprend, pour le circuit de liaison liquide (3) une première sortie basse et une seconde sortie haute munies respectivement d'une première et d'une seconde vanne (i2, i2w; j 2, j 2

7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque vase (io, jo, no) est relié au circuit de liaison liquide (3) par une vanne de liaison unique (i2, j2).

8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (29) pour purger le circuit de liaison (3).

9. Procédé pour réaliser des mesures altimétriques, mis en oeuvre dans un système de mesure altimétrique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des cycles élémentaires de mesure, chaque cycle élémentaire comprenant

- une première phase d'homogénéisation de la

composition et de la température, pendant laquelle

les vannes de circulation liquide (25, 26) sont

ouvertes et la pompe (18) fonctionne pour faire

circuler le liquide (9) dans le circuit de liaison

(3), et

- une seconde phase de mesure comprenant une fermeture

des vannes de circulation liquide (25, 26), un arrêt

de la pompe (18), une ouverture des vannes

d'isolement gazeux(11, 21, nl) pour que l'équilibre

hydrostatique entre les différents vases puisse être

obtenu, et, lorsque l'équilibre de température a été

atteint dans le circuit de liaison (3), des mesures

de cette température et du niveau de liquide dans

les vases (10, 20, no).

10. Procédé pour réaliser des mesures altimétriques, mis en oeuvre dans un système de mesure altimétrique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend

- une première phase d'homogénéisation de la

composition et de la température au cours de

laquelle les vannes de circulation liquide (25, 26)

sont ouvertes, la pompe (18) fonctionne pour faire

circuler le liquide (9) dans le circuit de liaison

(3), et les vannes d'isolement liquide (12, j2, n2)

entre les vases (10, jo, no) et les tronçons de

liaison (13,j3, n3) sont fermées, et

- une seconde phase de mesure comprenant une fermeture

des vannes de circulation liquide (25, 26), un arrêt

de la pompe (18), une ouverture des vannes

d'isolement liquide (12, j2, n2) pour que

l'équilibre hydrostatique entre les différents vases

puisse être obtenu, et, lorsque l'équilibre de

température a été atteint dans le circuit de liaison

(3), des mesures de cette température et du niveau

de liquide dans les vases (10, jo, no).

11. Procédé pour mesurer des évolutions relatives d'altitude entre deux points parmi un ensemble de n points en lesquels sont implantés des vases (io, jo, no), mis en oeuvre dans un système de mesure altimétrique selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'on combine:

- des différences de mesures de niveau de liquide et

de température dans les vases (io, jo, no) associés

respectivement à ces deux points, et

- des différences de mesures de pression effectuées

respectivement dans lesdits vases (io, jo, no).

12. Procédé selon la revendication 11, mis en oeuvre dans un système de mesure altimétrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que

- pendant la phase d'homogénéisation, les vannes de

circulation liquide (25, 26) sont ouvertes, la pompe

(18) est en marche, on ouvre les vannes de sortie

haute (il2, j'2) des vases (io, jo, no) et on ferme

les vannes de sortie basse (i2, j2), jusqu'à ce que

la température qui est mesurée en un certain nombre

de points devienne stable dans le circuit de liaison

liquide (3), et

- pendant la phase de mesure, on ferme les vannes de

circulation liquide (25, 26), on arrête la pompe

(18), on ferme les vannes de sortie haute (il2,

jl2), on ouvre les vannes de sortie basse (i2, j2),

et on effectue une mesure de différence de pression

dans les deux vases (io, jo, no) concernés par la

mesure de différence d'altitude, cette mesure étant

effectuée par un manomètre différentiel (57) disposé

entre la ligne de pression haute (H) et la ligne de

pression basse (L).

13. Procédé selon la revendication 11, mis en oeuvre dans un système de mesure altimétrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que

- pendant la phase d'homogénéisation, on ouvre les

vannes de circulation liquide (25, 26), on met en

route la pompe (18) et on ouvre les vannes de

liaison (i2, j2) des vases (io, jo, no), jusqu ce

que la température qui est mesurée en un certain

nombre de points devienne stable dans le circuit de

liaison liquide (3), et

- pendant la phase de mesure, on ferme les vannes de

circulation liquide (25, 26), on arrête la pompe

(18), on ferme les vannes de liaison (i2, j2), et on

effectue une mesure de différence de pression dans

les deux vases (io, jo, no) concernés par la mesure

de différence d'altitude, cette mesure étant

effectuée par un manomètre différentiel (57) disposé

entre la ligne de pression haute (H) et la ligne de

pression basse (L).

14. Capteur (15, 25, n5) de mesure de position de l'interface liquide/gaz, mis en oeuvre pour la mesure du niveau de liquide dans des vases au sein d'un système de mesure altimétrique selon l'une des revendications 1 à 9, de type capacitif, caractérisé en ce qu' il comprend un conducteur (67) isolé électriquement par un diélectrique (68) et plongeant dans le liquide (9).

15. Capteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que le conducteur (67) est en inox.

16. Capteur selon l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que le diélectrique (68) est constitué par une gaine en Téflon rétractable.

17. Capteur selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que le diélectrique (68) est constitué par un tube fermé en silice métallisé intérieurement et en ce que le conducteur (67) est constitué par cette métallisation intérieure.