FR2817957A1

FR2817957A1 - Dispositif de controle de la cargaison d'un navire

Info

Publication number: FR2817957A1
Application number: FR0016159A
Authority: FR
Inventors: Daniel Gaudin; Bris Franck Le
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2002-06-14
Anticipated expiration: 2020-12-12
Also published as: FR2817957B1; WO2002048655A2; AU2002219282A1; WO2002048655A3

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de contrôle de la cargaison d'un navire. Elle permet notamment de vérifier des cargaisons et leurs mouvements dans les transports maritimes d'hydrocarbures.A cet effet, des données relatives à la cargaison sont enregistrées dans des supports de type " boîte noire " infalsifiables. Un ou plusieurs capteurs sont utilisés pour mesurer et enregistrer le niveau et la nature de la cargaison de manière répétitive. Les données enregistrées sont ensuite transmises à des autorités compétentes. Ces données peuvent comprendre aussi des informations de cargaison datées, une identification du navire et des cuves, et la position géographique obtenue par un système GPS embarqué.Les capteurs peuvent être des radars de cuves par exemple. Ces capteurs permettent d'effectuer des mesures avec une précision millimétrique. De plus, ils permettent de distinguer la nature du liquide en fonction de l'amplitude du signal réfléchi. On peut distinguer l'eau des hydrocarbures notamment. Ceci permet de détecter des opérations de lavage de cuve plus facilement qu'avec l'enregistrement des niveaux seuls. Par ailleurs, de tels capteurs radars permettent de mesurer dans les cuves de décantation, l'épaisseur du produit pétrolier (hydrocarbures) à la surface du liquide décanté.L'invention s'applique à la prévention contre les dégazages en pleine mer.

Description

La présente invention concerne un dispositif de contrôle de la cargaison d'un navire. Elle permet notamment de vérifier que les navires pétroliers ne provoquent pas de pollution aux hydrocarbures en vidangeant illégalement leurs cuves en pleine mer.

La cargaison d'un navire pétrolier peut être contrôlée lors du chargement du navire, ou lors de la livraison. Le contrôle peut s'effectuer par un prélèvement d'échantillons, à différentes profondeurs, et ce dans toutes les cuves du navire. L'analyse des échantillons prélevés permet par exemple de déterminer la quantité de pétrole, et la quantité d'eau contenue dans les cuves.

Un inconvénient de cette technique est qu'elle nécessite une intervention sur le navire pour effectuer des prélèvements. Par conséquent, ces contrôles ne peuvent avoir lieu qu'à certains moments tel que le chargement ou le déchargement. De plus, un navire peut échapper aux contrôles si ceux ci ne sont pas systématiques. Par conséquent, il reste possible d'effectuer des vidanges illégales en pleine mer (encore appelées dégazages) en toute impunité. Un autre inconvénient est qu'un tel contrôle par prélèvement est long à effectuer, donc coûteux. De plus, il est nécessaire d'ouvrir les cuves pour effectuer des mesures, ce qui peut être dangereux lorsque les produits sont des matières inflammables, tel que les hydrocarbures.

Un but de l'invention est de pallier les inconvénients précités, et notamment de contrôler la cargaison des navires à tout instant notamment en pleine mer, de façon fiable, économique et non intrusive, c'est à dire sans ouvrir les cuves. A cet effet, un dispositif de contrôle de la cargaison d'un navire est utilisé. Ce dispositif comprend au moins : (a) au moins un capteur, embarqué dans le navire, pour mesurer le volume de la cargaison contenue dans au moins une cuve ; (b) une unité de calcul, embarquée dans le navire, agissant sur le (s) capteur (s) pour déclencher des mesures répétitives et mémoriser les résultats ; (c) une interface d'entrée/sortie, reliée à l'unité de calcul, pour transmettre les mesures mémorisées à une autorité chargée du contrôle de la cargaison.

Un avantage de l'invention est que le contrôle est effectué de manière automatique, ledit contrôle étant piloté par un ordinateur. Selon une variante avantageuse, le dispositif de contrôle peut aussi être utilisé pour gérer la cargaison d'un navire.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description qui va suivre et dans les figures annexées qui représentent : la figure 1, un exemple d'utilisation de l'invention sur un navire pétrolier pour détecter les dégazages en pleine mer ; les figures 2a et 2b, un exemple de cuves d'un navire pétrolier ; la figure 3, un exemple de dispositif de contrôle selon l'invention ; la figure 4, un exemple de superviseur pouvant être utilisé dans le dispositif représenté figure 3 ; la figure 5, un exemple de capteur pouvant être utilisé dans le dispositif représenté figure 3 ; les figures 6a et 6b, un exemple de capteur représenté figure 5 comprenant des moyens de mesures radar ; 'tes figures 7a et 7b, le principe de fonctionnement général d'un radar de cuve représenté figures 6a et 6b ; . les figures 8a et 8b, un exemple de signal réfléchi par une cuve contenant des hydrocarbures ; 'tes figures 9a et 9b, un exemple de signal réfléchi par une cuve contenant de l'eau ; 'tes figures 10a, 10b et 10c, une cuve contenant de l'eau et une couche d'hydrocarbures, ainsi qu'un exemple de signal réfléchi par cette cuve.

On se réfère maintenant à la figure 1, sur laquelle est représenté un exemple d'utilisation de l'invention dans un navire pétrolier pour détecter les dégazages en pleine mer. Un dispositif de contrôle de cargaison est installé dans un navire pétrolier 100. Ce dispositif de contrôle peut transmettre des informations sur la cargaison du navire à un centre de contrôle des navires 102. Ce centre de contrôle est une autorité chargée de contrôler la cargaison des navires. Les informations transmises par le dispositif de contrôle embarqué peuvent être par exemple une identification du navire (nationalité, immatriculation,...), la position du navire, la date et

l'heure, le niveau de remplissage des cuves, et la nature du produit. Bien entendu, cette liste d'informations transmises, donnée à titre d'exemple, est non limitative. Elle peut être adaptée en fonction des besoins. En cas de dégazage 101, le niveau des cuves varie. Cette variation de niveau est enregistrée par le dispositif de contrôle, puis transmise au centre de contrôle 102. Après analyse, le centre de contrôle détecte un dégazage et peut transmettre une alerte aux autorités locales 103. Ces autorités locales 103 peuvent être situées près de la destination du navire 100, ou être mobiles pour constater l'infraction du navire.

On se réfère maintenant aux figures 2a et 2b sur lesquelles est représenté un exemple de cuves d'un navire pétrolier. Sur la figure 2a, le navire pétrolier 100 est vu de côté. Il comporte plusieurs cuves, telles que les cuves 200,201, 202 qui comportent une liaison avec le pont 210 du navire.

Un navire pétrolier peut comporter de l'ordre de 20 à 30 cuves. Sur la figure 2b, le navire pétrolier 100 est vu de dessus. Certaines cuves 200,201, 202 sont placées en périphérie 220, alors que d'autres 203,204 sont placées au centre. Certaines cuves, dites stop , sont destinée à la décantation.

On se réfère maintenant à la figure 3 sur laquelle est représenté un exemple de dispositif de contrôle selon l'invention. Ce dispositif comprend N capteurs embarqués dans le navire, tels que les capteurs 310,311, 312.

Ces capteurs sont placés sur des cuves 320,321, 322, pour mesurer les volumes des cargaisons 330,331, 332 contenues dans celles-ci. Le dispositif peut comprendre autant de capteurs (N) qu'il y a de cuves de décantation (cuves slot ), c'est à dire de l'ordre de 2 à 4. Un superviseur 300 comprenant une unité de calcul est relié aux capteurs. L'unité de calcul agit sur les capteurs pour déclencher des mesures répétitives et mémoriser les résultats de ces mesures. Le superviseur 300 comprend aussi une interface d'entrée/sortie reliée à une antenne radio 350 par exemple. Cette interface d'entrée/sortie permet de transmettre les mesures mémorisées à une autorité chargée du contrôle, par l'intermédiaire de l'antenne radio 350 par exemple.

Avantageusement, on peut ajouter une seconde interface d'entrée/sortie au superviseur 300. Cette interface d'entrée/sortie peut être destinée à être reliée à un boîtier 351 portatif utilisé par un contrôleur. De cette manière, un contrôleur peut interroger directement le superviseur en se

connectant à cette interface. La connexion entre le boîtier contrôleur 351 et le superviseur 300 peut être réalisée avec un câble ou une liaison radio courte distance par exemple.

Avantageusement, l'unité de calcul du superviseur 300 peut être reliée fonctionnellement à un système de positionnement 340 tel qu'un GPS. Les positions provenant du système de positionnement 340 peuvent être enregistrées dans l'unité de calcul du superviseur 300, puis transmises avec les mesures à l'autorité chargée du contrôle. Grâce aux positions enregistrées, il est possible de repérer l'endroit où a été effectué un éventuel dégazage.

Avantageusement la date et l'heure de la mesure du niveau des cuves peuvent être enregistrées dans l'unité de calcul du superviseur 300 en même temps que les positions géographiques. La date et l'heure peuvent être fournies par une horloge, ou par le GPS 340 par exemple.

Avantageusement, les capteurs contiennent des moyens de chiffrement pour chiffrer les mesures transmises au superviseur 300. Les mesures peuvent être mémorisées chiffrées dans l'unité de calcul du superviseur 300 et transmises chiffrées aux autorités de contrôle. Selon une variante de réalisation, le superviseur 300 peut déchiffrer les mesures issues des capteurs, puis les chiffrer avec un autre code avant de les transmettre à l'autorité de contrôle. Dans ce cas, les données mémorisées sont soit chiffrées avec un premier code de chiffrement commun au superviseur et aux capteurs, soir chiffrées avec un second code de chiffrement commun au superviseur et à l'autorité de contrôle.

On se réfère maintenant à la figure 4 sur laquelle est illustré un exemple de superviseur 400 pouvant être utilisé dans le dispositif illustré figure 3. Le superviseur 400 illustré figure 4 correspond au superviseur 300 de la figure 3. En pratique, le superviseur peut être inclus dans un boîtier. Le boîtier comprend par exemple deux premières interfaces d'entrée/sortie 411,412, reliées à une unité de calcul 410 incluse dans le boîtier. Les interfaces d'entrées/sorties 411,412 sont utilisées pour émettre un signal numérique de l'unité de calcul 410 vers l'extérieur du boîtier, vers une antenne radio ou un boîtier contrôleur par exemple. L'unité de calcul 410 comprend une mémoire pour enregistrer notamment les données provenant des capteurs. La mémoire permet de conserver les données même en

l'absence d'alimentation. Cette mémoire peut être une mémoire flash par exemple. La capacité de cette mémoire dépend du volume de données à enregistrer, c'est à dire du nombre de mesures (typiquement une mesure par minute et par cuve) et du laps de temps requis entre deux contrôles. Le boîtier peut comprendre en outre une interface d'entrée/sortie 413 destinées à être reliées à un système de positionnement. L'unité de calcul 410 est reliée à un aiguilleur 420 lui aussi inclus dans le boîtier. L'aiguilleur 420 est relié à N interfaces d'entrées/sorties 421,422, 423,424, 425 destinées à être reliées aux capteurs. L'unité de calcul commande l'aiguilleur 420 pour se connecter à un capteur particulier. De cette manière, l'unité de calcul peut interroger successivement tous les capteurs. Bien entendu, l'unité de calcul 410 peut tout aussi bien être directement reliée aux interfaces d'entrées/sorties 421,422, 423,424, 425 sans passer par l'intermédiaire d'un aiguilleur. Il faut pour cela que l'unité de calcul 410 ait suffisamment d'entrées/sorties.

Selon une variante de réalisation, la fonction réalisée par l'aiguilleur 420 peut être réalisée de façon logicielle. L'unité de calcul 410 est alors reliée aux capteurs par un réseau, ce réseau pouvant avoir une structure en étoile (distribution étoile) ou en anneau (distribution anneau).

On se réfère maintenant à la figure 5 sur laquelle est illustré un exemple de capteur 500 pouvant être utilisé dans le dispositif illustré figure 3.

Le capteur 500 illustré figure 5 correspond à l'un des capteurs 310,311, 312 de la figure 3. Le capteur 500 comprend une unité de calcul 510, un moyen de mesure 530 relié à l'unité de calcul 510, et une interface d'entrée/sortie 520 reliée à l'unité de calcul 510. L'interface d'entrée/sortie 520 est destinée à être reliée à un superviseur 300, tel que le superviseur 400. La liaison entre le capteur 500 et le superviseur 400 peut être avec fil (câble coaxial ou fibre optique par exemple) ou sans fil (liaison radio par exemple). Une première extrémité de la liaison est reliée à l'interface d'entrée/sortie 520 du capteur 500. L'autre extrémité est reliée à l'une des interfaces d'entrée/sortie 421, 422,423, 424,425 du superviseur 400.

Le moyen de mesure 530 permet notamment de mesurer le niveau de la cargaison dans la cuve sur laquelle est placé le capteur 500. Ce moyen de mesure peut être un système comprenant un flotteur d'une part, placé dans la cuve, dont le mouvement est contraint par des rails verticaux.

Un tel système comprend un senseur d'autre part, pour mesurer l'altitude du flotteur. Le moyen de mesure 530 peut aussi être une matrice de capacités immergée dans la cuve. Le niveau de la cargaison est déterminé à partir des propriétés diélectriques de celle-ci. Il existe d'autres moyens de mesures pouvant être utilisés dans le capteur 500. Ces moyens de mesures, tel que les jauges à bases de fibres optiques, ou les jauges par mesure de pression, sont décrit dans la littérature. L'homme de l'art pourra aller chercher des éléments techniques dans le brevet US 5,251, 482 de Bates et al.

Le capteur 500 peut contenir un moyen de chiffrement afin d'assurer l'intégrité des données transmises du capteur vers le superviseur. Le chiffrement des données permet de protéger le dispositif de contrôle contre des dégradations frauduleuses réalisées par des personnes assistées techniquement et agissant dans le navire même. Ces dégradations peuvent consister par exemple à : . remplacer un capteur par un équipement générant de fausses mesures ; enregistrer les mesures transmises d'un capteur vers le superviseur 300, déconnecter le capteur et rejouer les mesures enregistrées ; modifier les mesures enregistrées dans le superviseur 300.

Le chiffrement peut être réalisé numériquement par l'unité de calcul 510. L'unité de calcul 510 chiffre les données, issues du moyen de mesure, avec un algorithme et des clés prédéterminées par exemple Le message chiffré peut contenir avantageusement d'autres informations que les mesures, tel que : le numéro de série du capteur ; le message de commande provenant du superviseur ; un message d'état du capteur ; une valeur de départ d'une suite pseudo-aléatoire calculée à partir des messages précédents ; des nombres pseudo-aléatoires ; . des paramètres temps réels garantissant le bon fonctionnement du capteur, tel que le nombre de secondes écoulées depuis la dernière mise sous tension du capteur.

En d'autres termes, les réponses aux requêtes du superviseur peuvent dépendre notamment des données transmises dans les messages

précédents. Le superviseur peut vérifier le message chiffré provenant d'un capteur, et notamment vérifier que : * le numéro de série est celui attendu ; * la valeur calculée à partir des messages précédents est correcte ; . les nombres aléatoires générés à partir de la valeur calculée sont corrects ; . les paramètres temps réels indiquent que le capteur fonctionne bien.

Ainsi, les moyens de chiffrement peuvent associer une clé variable aux mesures, telle qu'une valeur calculée à partir des messages précédents ou des paramètres temps réels. Il n'est alors plus possible de rejouer des mesures enregistrées. En effet, les mesures chiffrées varient alors que les mesures non chiffrées d'origine restent constantes.

Les messages peuvent être chiffrés en utilisant par exemple des algorithmes DES (de l'expression anglo-saxonne Data Encryption Standard ) ou RSA (initiales des noms des inventeurs Rivest, Shamir, et Adleman). L'homme de l'art pourra aller chercher des éléments techniques relatifs aux algorithmes de chiffrement dans les documents suivants : 'te livre Applied Cryptography , 2ème édition, de Bruce Schneier, édité par John Wiley & Sons, 1996, ou son équivalent en français intitulé Cryptographie Appliquée , du même auteur, édité par International
Thomson Publishing France, 1995 ; * te livre The Twofish Encryption Algorithm , de Niels Ferguson, Chris
Hall, Davis Wagner, Doug Whiting, John Kelsey et Bruce Schneier, édité par John Wiley & Sons, 1999 ; * te brevet US 4,405, 829, dit brevet RSA , intitulé Cryptographic
Communications System and Method , de Ronald L. Rivest, Adi Shamir et Leonard M. Adlemand
Avantageusement, le capteur est intégré dans un boîtier sécurisé.

Un boîtier sécurisé est un boîtier dont l'intégrité physique est garantie. Le boîtier du capteur 500 contient un dispositif de détection d'ouverture par exemple. Ce dispositif peut être réalisé avec un ou plusieurs interrupteurs, placés dans le boîtier du capteur 500 et relié à l'unité de calcul 510. Ces interrupteurs détectent toute tentative d'ouverture du boîtier du capteur (en position fermée lorsque le boîtier est fermé, en position ouverture si le capot

du boîtier est soulevé par exemple). En cas d'ouverture, une alerte est enregistrée dans une mémoire de l'unité de calcul 510, ce qui modifie l'état du capteur par exemple. L'état du capteur 510 est envoyé au superviseur avec les mesures, ce qui permet de détecter une tentative d'altération du capteur. Le dispositif de détection d'ouverture peut être réalisé plus simplement à l'aide de scellées par exemple. En d'autres termes, un témoin d'ouverture du capteur ou du portillon de raccordement introduit directement une information dans la mémoire de celui-ci.

On se réfère maintenant aux figures 6a et 6b sur lesquelles est représenté un exemple de capteur représenté figure 5 comprenant des moyens de mesures radar. Ce capteur, appelé radar de cuve, permet de mesurer le niveau d'un liquide avec une précision de l'ordre du millimètre.

Les mesures réalisées avec ce capteur sont non intrusives (c'est à dire sans contact). De plus, ce capteur peut être utilisé sans risque dans les milieux explosifs, tel que les cuves de navires pétroliers. La Demanderesse a déjà mis au point un tel radar de cuve répondant au normes de Sécurité Intrinsèque (S. l.).

L'antenne radar 640 peut être de type réseau imprimé par exemple. L'homme de l'art pourra chercher d'autres éléments techniques dans la demande de brevet FR 2,757, 315, intitulée Antenne à réseau large bande , de Jean-Pierre Daniel, Daniel Gaudin et Jean-Pierre David. Bien entendu, l'antenne radar 640 peut être un cornet, une tige ou de tout autre nature.

Avantageusement, le radar fonctionne en bande X, de manière à traverser les hydrocarbures, et par conséquent permettre de mesurer l'épaisseur d'une couche d'hydrocarbures surnageant une couche d'eau.

Avantageusement, le spectre couvre une bande large, par exemple de 1GHz ou plus de manière à effectuer des mesures de distance précises. L'angle d'ouverture de l'antenne 640 peut être de l'ordre de 50 à 20 . Grâce une bonne résolution résultant notamment de la largeur du spectre, il est possible de discriminer des échos peu écartés.

La partie active du radar, y compris l'antenne, peut se loger dans un disque compact par exemple de moins de 20cm de diamètre et 1,5cm d'épaisseur. Grâce à cette taille réduite, le coût de montage et de câblage du radar est réduit. Ce disque peut être protégé ensuite dans une structure

robuste marine en inox. Avantageusement, pour simplifier l'assemblage, l'antenne 640, disque rigide, sert de support aux circuits électroniques : un circuit hyperfréquence 630 ; un circuit comprenant par exemple une boucle à verrouillage de phase (PLL) et des traitements analogiques 620 ; un circuit de traitement numérique, ou unité de calcul 510.

L'unité de calcul 510 comporte un processeur de traitement du signal dit DSP (de l'expression anglo-saxonne Digital Signal Processor ) 610, une mémoire 611 et des circuits de communication 612. Le DSP 610 est relié à la carte analogique 620, à la mémoire 611, et aux circuits de communication 612. Les circuits de communication 612 sont reliés à l'interface d'entrée/sortie 520 du capteur 500. Le DSP réalise notamment les traitements nécessaires au chiffrement des mesures, et à la communication avec le superviseur 300.

Le circuit de traitement analogique 620 comprend un convertisseur numérique/analogique 621, un synthétiseur de signaux analogiques 622, un amplificateur 624, et un convertisseur analogique/ numérique 623. L'unité de calcul 510 envoie des commandes numériques au circuit de traitement analogique 620. Ces commandes sont converties en signaux analogiques par le convertisseur 621, lesquels agissent sur le synthétiseur 622. Le synthétiseur participe à la formation du signal émis par l'antenne 640. Le signal reçu par l'antenne est traité, après son passage dans le circuit hyperfréquence 630 par le circuit de traitement analogique 620. Dans le circuit de traitement analogique 620, il est amplifié par l'amplificateur 624, puis convertit en signaux numériques par le convertisseur 623. Ces signaux numériques sont alors transmis au DSP 610 de l'unité de calcul 510.

Le circuit hyperfréquence 631 comprend un générateur hyperfréquence 631, un dispositif directif tel qu'un circulateur 633 et un mélangeur 632. Le générateur hyperfréquence 631 reçoit en entrée le signal analogique émis par le synthétiseur 622 du circuit analogique 620. Le générateur 631 émet alors un signal hyperfréquence, qui est transmis par l'intermédiaire du circulateur 633 à l'antenne 640 d'une part, et au mélangeur 632 d'autre part. On distingue deux voies (E) et (R), appelées respectivement voie d'émission et voie de réception. La voie d'émission (E)

correspond au signal hyperfréquence généré par le générateur 631 et transmis par le circulateur 633 à l'antenne 640. La voie de réception (R) correspond au signal hyperfréquence réfléchi par la cuve et reçu par l'antenne, et transmis par le circulateur 633 au mélangeur 632.

On se réfère maintenant aux figures 7a et 7b sur lesquelles est représenté le principe de fonctionnement d'un radar de cuve tel que celui représenté figures 6a et 6b. Un radar de cuve 700 est placé au sommet d'une cuve 710. Cette cuve 710 contient par exemple une couche d'hydrocarbure 711, et une couche gazeuse 712 sur la couche d'hydrocarbure 711. Le radar de cuve 700 permet de mesurer la distance d entre le sommet de la cuve d'une part, et l'interface entre les couches de gaz 712 et d'hydrocarbure 711 d'autre part. En d'autres termes, le radar de cuve 700 permet de mesurer la distance jusqu'à la couche d'hydrocarbure 711. A partir de cette distance, de la connaissance de la géométrie de la cuve, et de l'assiette du navire, il est possible de déterminer le volume de la cargaison en hydrocarbure dans la cuve.

Le radar peut émettre un signal comprenant une série d'impulsions. La mesure du temps d'aller retour des impulsions permet de déterminer la distance d. Cependant, compte tenu du caractère explosible, l'énergie émise à chaque impulsion doit être limitée. De manière à avoir une précision acceptable de mesure, il est nécessaire de réaliser une post intégration longue. Or les niveaux sont mobiles sur un navire. Le temps d'intégration doit donc être limité de manière à éviter de dégrader la mesure à cause des mouvements dans la cuve. Cette limitation du temps d'intégration limite par conséquent la précision de la mesure.

Avantageusement, la mesure de distance d s'effectue avec un signal modulé en fréquence selon une rampe FMCW (de l'expression anglosaxonne Frequency Modulation Continuous Wave ). Cette solution technique permet de résoudre le problème de précision de mesure. En effet selon cette technique, un signal de faible énergie permet d'obtenir une mesure précise.

Un exemple du signal FMCW 720 émis est représenté sur la figure 7b. La cuve réfléchit un signal 731, de même nature, mais décalé dans le temps. Le décalage temporel est proportionnel à la distance d que l'on

cherche à mesurer. Le signal émis 720 et le signal réfléchi 730 sont mélangés par le mélangeur 630 du radar illustré figure 6a et 6b.

Le signal résultant du mélange donne une information de fréquence Af. Ce signal comprend une composante haute fréquence (double de la fréquence émise) et une composante basse fréquence appelée signal vidéo. La composante très haute fréquence ne passe généralement pas à travers la chaîne de traitement analogique (mélangeur, amplificateur opérationnel). La composante basse fréquence, c'est à dire le signal vidéo, comprend l'information de fréquence Af. Avantageusement, on peut utiliser un filtre tel qu'un filtre passe bande pour couper les bandes de fréquences inutiles correspondant à du bruit. Il est possible aussi d'utiliser un filtre numérique pour extraire la fréquence du signal vidéo, tel qu'un filtre FFT (de l'expression ango-saxonne Fast Fourier Transform ) par exemple. La fréquence Af vérifie la relation suivante : Af =axd+bfd (1)
Dans la relation (1), Af représente l'écart de fréquence entre le signal émis 720 et le signal réfléchi 730, a et b sont des constantes, d est la distance que l'on cherche à déterminer, et fd représente une fréquence Doppler. La constante b dépend notamment de la conception de la carte hyperfréquence et de l'antenne. Le signal démodulé résultant du mélange est numérisé par le circuit analogique 620 puis transmis par l'unité de calcul 510 sous forme chiffrée au superviseur 300.

Avantageusement, le signal émis 720 comporte une succession de rampes montantes 721 et descendantes 722. La rampe montante 721 suivie d'une rampe descendante 722 permet d'éliminer la fréquence Doppler provenant des mouvements de surface. La fréquence Doppler fd en effet change de signe dans la relation (1) entre les rampes montantes 721 et les rampes descendantes 722. On peut utiliser un oscillateur commandé en tension, connu sous l'abréviation anglo-saxonne VCO (abréviation pour Voltage Controlled Oscillator ), pour générer un tel signal hyperfréquence en forme de rampe.

Afin d'améliorer la précision de la mesure, la rampe de fréquence

émise doit être le plus linéaire possible. La relation entre la précision de la

mesure et la linéarité de la rampe est donnée dans la formule de Woodward. Il existe dans la plupart des VCO des non linéarités tension fréquence, et des dérives avec la température de fonctionnement. Avantageusement, on utilise un circuit PLL pour asservir la fréquence émise. De cette manière, la mesure reste toujours aussi précise, même après un long moment entre deux escales du navire par exemple.

L'homme de l'art pourra chercher d'autres éléments techniques dans les documents suivants : * la demande de brevet FR 2,692, 681 intitulée Procédé de discrimination d'obstacles à partir d'un radar, et applications de Gilbert Année, Pascal Cornic, et Patrick Garrec ; . la demande de brevet FR 2,682, 235 intitulée Procédé et dispositif d'annulation de l'erreur de phase sur le déphasage entre les signaux d'entrée et de sortie d'une boucle à verrouillage de phase. de Daniel
Gaudin et Alain Leclere-Allain ;
On se réfère maintenant aux figures 8a et 8b sur lesquelles est représenté un exemple de signal réfléchi par une cuve contenant des hydrocarbures. Le signal réfléchi est mélangé avec le signal émis. Il résulte de ce mélange un signal 900 représentée figure 8a. On appelle ce signal 900 un signal vidéo. En d'autres termes, le signal vidéo 900 résulte du mélange des signaux hyperfréquence correspondant à l'onde émise d'une part et à l'onde réfléchie d'autre part. Le signal vidéo 900 a une amplitude A et une fréquence Af. L'amplitude A dépend du coefficient de réflexion de la couche d'hydrocarbures. La fréquence Af dépend de la distance d entre le radar et la couche d'hydrocarbures. Le spectre 910 du signal vidéo 900 est représenté sur la figure 8b. Ce spectre présente un pic 911 à la fréquence Af. Les fréquences étant proportionnelles aux distances, on représente le spectre en fonction d'une distance. La hauteur de ce pic correspond à l'amplitude A, la position de ce pic à la distance d. En d'autres termes, le spectre du signal vidéo contient une information sur la distance d d'une part, et d'autre part sur la nature du produit (coefficient de réflexion des hydrocarbures). Il est possible de discriminer avec l'amplitude du signal vidéo des produits de famille différentes, c'est à dire ayant une racine chimique différente.

On se réfère maintenant aux figures 9a et 9b sur lesquelles est représenté un exemple de signal vidéo correspondant à une cuve contenant de l'eau. Le signal vidéo 1000 correspondant à la réflexion sur de l'eau ressemble à celui 900 représenté sur les figures 8a et 8b. Le signal vidéo 1000 a une amplitude A'. L'amplitude A'dépend du coefficient de réflexion de l'eau. Le coefficient A'est supérieur au coefficient A (dans cet exemple de 15 dB), toutes choses étant égales par ailleurs. En effet, l'eau présente une réflexion totale tandis que les hydrocarbures ont une réflexion partielle. On retrouve cette différence dans le spectre 1010 du signal vidéo 1000. Le pic 1011 correspondant à la réflexion sur l'eau est supérieur à celui 911 sur les hydrocarbures. En d'autres termes, les coefficients de réflexion des ondes électromagnétiques sur un hydrocarbure et sur l'eau sont très différents. A une distance donnée, l'amplitude du signal vidéo dépend de la nature de la cargaison. Ainsi, la mesure d'une propriété physique (coefficient de réflexion par exemple) relative à la nature de la cargaison permet de discriminer des cargaisons différentes. Pour la surveillance des navires pétroliers, ceci permet de remarquer une vidange de cuve, même si le niveau de la cargaison semble constant.

On se réfère maintenant aux figures 10a, 10b et 10c sur laquelle sont représentés une cuve contenant de l'eau et une couche d'hydrocarbure, le signal vidéo correspondant à cette cuve, et le spectre du signal vidéo. Une cuve 1110 contient une couche d'hydrocarbure 1113 et de l'eau 1114. La couche d'hydrocarbure 1113 est plus légère que la couche d'eau 1114. Il y a deux dioptres dans la cuve 1110 : * un premier dioptre D1 entre du gaz 1112 et la couche d'hydrocarbure
1113, 'un second dioptre D2, sous le premier dioptre D1, entre la couche d'hydrocarbure 1113 et l'eau 1114.

Un radar 1100 est placé au sommet de la cuve 1110. Ce radar permet de mesurer les distances d1 avec le dioptre D1, et d2 avec le dioptre D2 simultanément. En effet, les ondes électromagnétiques émises par le radar se propagent à travers le gaz 1112. Elles sont partiellement réfléchies par le premier dioptre D1 à la distance d1. La partie non réfléchie se propage avec pertes à travers la couche d'hydrocarbure 1113. Cette partie est entièrement réfléchie par le second dioptre D2 à la distance d2. Le signal

vidéo 1120 résultant de ces deux réflexions est représenté figure 10b. Ce signal vidéo comprend un mélange de deux fréquences correspondant aux distances d1 et d2. L'enveloppe basse fréquence du signal vidéo 1120 a une fréquence proportionnelle à l'épaisseur de la couche d'hydrocarbure 1113, c'est à dire d2-d1. Le spectre 1130 du signal vidéo 1120 est représenté figure 10c. Ce spectre comprend deux pics 1131 et 1132 aux distances d1 et d2. Le radar 1100 permet donc de mesurer l'épaisseur en surface d'un produit de décantation, c'est à dire la couche d'hydrocarbure 1113. La mesure à travers un milieu de décantation (compris entre D1 et D2) de l'ordre de 3 mètres est encore parfaitement exploitable. Avantageusement, l'épaisseur apparente est corrigée de l'écart de vitesse de propagation dans les hydrocarbures, qui est une fonction connue de la constante diélectrique des hydrocarbures.

Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux exemples précédents. Dans ces exemples, les mesures issues des capteurs sont mémorisées dans le superviseur. Ces mesures peuvent être aussi mémorisées dans les capteurs eux-mêmes. Dans ce cas, elles seront transmises des capteurs vers le superviseur lors d'une interrogation par une autorité de contrôle.

Bien entendu, il est possible d'utiliser d'autres types de capteurs que des radars. Par ailleurs, il est possible d'utiliser des capteurs radars ayant une conception différente. Par exemple, la rampe de fréquence n'est pas nécessairement asservie par un circuit PLL. A la place du circuit PLL, le radar peut comprendre un moyen d'étalonnage de la mesure de distance.

Avantageusement, les mesures peuvent être aussi transmises non chiffrées pour être utilisées par le personnel de bord. Ainsi, les capteurs peuvent avoir deux utilités : . permettre de contrôler la cargaison du navire, et permettre au personnel de bord de gérer la cargaison lors des livraisons par exemple.

En d'autres termes, l'invention permet notamment de vérifier des cargaisons et leurs mouvements dans les transports maritimes

d'hydrocarbures. A cet effet, des données relatives à la cargaison sont enregistrées. Avantageusement, l'enregistrement est effectué dans des supports de type boîte noire infalsifiables. Les données transmises peuvent contenir des informations de cargaison datées, une identification du navire et des cuves, et la position géographique obtenue par un système GPS embarqué.

Un ou plusieurs capteurs sont utilisés pour mesurer et enregistrer le niveau et la nature de la cargaison de manière répétitive. La fonction boîte noire est obtenue par l'enregistrement sur un support informatique des mouvements de cargaison dans les cuves. Cet enregistrement a lieu lors des traversées ou lors des transactions. L'inertie des opérations de vidage, de remplissage, voire de dégazage permet un simple échantillonnage périodique. Ceci évite d'enregistrer des données redondantes et permet de réduire la capacité mémoire nécessaire. Cette mémorisation peut se faire dans un superviseur relié aux capteurs ou dans les capteurs eux-mêmes.

Les données peuvent être consultées par un contrôleur assermenté. Celui-ci utilise par exemple un boîtier comprenant une interface pouvant être reliée au superviseur. Avantageusement, le contrôleur s'identifie avec un code d'accès. Il peut alors interroger le superviseur, recopier les données mémorisées, et mettre la mémoire à zéro. L'analyse des enregistrements par des spécialistes permet la déduction d'éventuels dégazages illégaux. De plus, un suivi en temps réel est possible grâce à une transmission Hertzienne, tel qu'un dispositif d'émission/réception de type GSM.

Les capteurs peuvent être des radars de cuves par exemple. Ces capteurs permettent d'effectuer des mesures avec une précision millimétrique. De plus, ils permettent de distinguer la nature du liquide en fonction de l'amplitude du signal réfléchi. On peut distinguer l'eau des hydrocarbures notamment. Ceci permet de détecter des opérations de lavage de cuve plus facilement qu'avec l'enregistrement des niveaux seuls. Par ailleurs, de tels capteurs radars permettent de mesurer dans les cuves de décantation, l'épaisseur du produit pétrolier (hydrocarbures) à la surface du liquide décanté.

Afin d'éviter les falsifications des données enregistrées, les mesures peuvent être chiffrées dans les capteurs. De plus, les interventions

physiques sur les capteurs (tentatives d'ouvertures) peuvent être enregistrées.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de la cargaison d'un navire caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : (a) une étape de mesure du volume de la cargaison contenue dans au moins une cuve réalisée de manière répétitive ; (b) une étape de mémorisation des résultats des mesures de l'étape (a) ; (c) une étape de transmission des mesures mémorisées à l'étape (b) à une autorité chargée du contrôle de la cargaison.
2. Dispositif de contrôle de la cargaison d'un navire caractérisé en ce qu'il comprend au moins.

(a) au moins un capteur, embarqué dans le navire, pour mesurer le volume de la cargaison contenue dans au moins une cuve ; (b) une unité de calcul, embarquée dans le navire, agissant sur le (s) capteur (s) pour déclencher des mesures répétitives et mémoriser les résultats ; (c) une interface d'entrée 1 sortie, reliée à l'unité de calcul, pour transmettre les mesures mémorisées à une autorité chargée du contrôle de la cargaison.
3. Dispositif de contrôle selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'unité de calcul est reliée fonctionnellement à un système de positionnement, enregistre les positions du navire avec les mesures, et les transmet avec les mesures à l'autorité chargée du contrôle.
4. Dispositif de contrôle de cargaison selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'unité de calcul enregistre la date et l'heure avec les mesures, et les transmet avec les mesures à l'autorité chargée du contrôle.
5. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le (s) capteur (s) mesure (nt) aussi au moins une propriété physique relative à la nature de la cargaison pour permettre de discriminer différentes cargaisons.

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6. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'un (des) moyen (s) de chiffrement est (sont) associé (s) au (x) capteur (s) pour chiffrer les résultats des mesures.
7. Dispositif de contrôle selon la revendication précédente caractérisé en ce que le (s) moyen (s) de chiffrement associe (nt) une clé variable aux mesures, pour que les mesures chiffrées varient lorsque les mesures non chiffrées restent constantes.
8. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le (s) capteur (s) est (sont) placé (s) dans un module de sécurité, pour garantir leur intégrité physique
9. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la transmission des données à l'autorité chargée du contrôle se fait par des ondes radio, que le navire soit en mer ou à quai.
10. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la transmission des données à l'autorité chargée du contrôle se fait par connexion d'un boîtier d'un contrôleur à l'unité de calcul.
11. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le (s) capteur (s) est (sont) un (des) radar (s) de cuve.
12. Dispositif de contrôle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le (s) capteur (s) (est) sont associé (s) à un moyen de mesure de l'assiette du navire pour que les mesures de volume restent fiable même si le navire n'est pas horizontal.
13. Radar de cuve destiné à être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'émission d'ondes hyperfréquences, lesdites ondes comprenant une

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succession de rampes montantes (721) et descendantes (722), de manière à éliminer la fréquence Doppler sur une surface mobile.
14. Radar de cuve selon la revendication 12 caractérisé en ce que les moyens d'émissions sont asservis en fréquence, de manière à avoir des mesures toujours précises même après un long moment.