L'invention se rapporte au domaine des procédés et systèmes permettant d'éprouver l'étanchéité d'un réservoir, en particulier pour les réservoirs pour le stockage du gaz naturel liquéfié ou d'autres hydrocarbures. Les hydrocarbures gazeux, notamment le méthane qui est le constituant majoritaire du gaz naturel, présentent des raies d'absorption dans le spectre infrarouge. Cette propriété a été utilisée pour détecter des fuites dans des réservoirs ou des canalisations de gaz naturel. On connaît notamment des systèmes utilisant une caméra infrarouge et un dispositif de traitement d'image pour détecter la présence d'un tel gaz échappé d'une installation industrielle dans l'environnement à l'aide de la signature infrarouge de ce gaz. Toutefois, si la localisation d'un nuage de gaz dans l'environnement permet de détecter l'existence d'une fuite dans l'installation, elle ne suffit pas nécessairement à identifier l'origine de la fuite suffisamment précisément pour pouvoir intervenir sur sa cause. Pour vérifier l'étanchéité des soudures d'une membrane métallique, on connaît la technique de détection de fuite par hélium. Pour localiser les défauts d'étanchéité avec cette méthode de détection, un détecteur d'hélium est déplacé le long de toutes les soudures pendant qu'un gaz chargé en hélium est introduit sur un côté opposé de la membrane d'étanchéité. Dans le cas de réservoirs de grandes dimensions, il est souvent nécessaire de réaliser un échafaudage pour avoir accès à la membrane. Selon un mode de réalisation, l'invention fournit un procédé pour éprouver l'étanchéité d'un réservoir par rapport à un gaz présentant une signature infrarouge, le réservoir comportant une membrane métallique présentant une surface intérieure, la surface intérieure délimitant un espace intérieur du réservoir, le procédé comportant les étapes consistant à introduire le gaz présentant une signature infrarouge dans un espace extérieur de la 25 membrane métallique, produire une surpression dans l'espace extérieur de la membrane métallique par rapport à l'espace intérieur du réservoir pour provoquer une migration du gaz présentant une signature infrarouge vers l'espace intérieur du réservoir au niveau des défauts d'étanchéité de la membrane métallique, 30 émettre un rayonnement infrarouge dans une zone de surveillance comprenant une zone de la surface intérieure de la membrane métallique, le rayonnement infrarouge comportant une longueur d'onde ou une gamme de longueurs d'onde absorbable par le gaz, acquérir des images de la zone de surveillance à l'aide d'un capteur infrarouge sensible à la longueur d'onde ou gamme de longueurs d'onde absorbable, le capteur infrarouge étant disposé dans l'espace intérieur du réservoir de manière à recevoir un rayonnement infrarouge réfléchi par la surface intérieure de la membrane métallique, et traiter les images pour détecter la présence ou l'absence du gaz dans la zone de surveillance. Un tel procédé peut être utilisé en particulier pour un réservoir dans lequel la membrane métallique constitue une barrière d'étanchéité primaire du réservoir, le réservoir comportant en outre une barrière d'étanchéité secondaire disposée entre la barrière d'étanchéité primaire et une structure porteuse du réservoir, le gaz présentant une signature infrarouge étant introduit et la surpression étant produite dans un espace primaire situé entre les barrières d'étanchéité primaire et secondaire.
De tels réservoirs à double barrière d'étanchéité sont notamment utilisés pour le stockage du gaz naturel liquéfié (GNL), auquel cas le réservoir comporte un matériau isolant disposé dans l'espace primaire et/ou dans l'espace secondaire. Le réservoir peut être installé dans la coque d'une structure flottante, par exemple un navire méthanier ou un structure flottante pour une plateforme d'exploitation off-shore. 15 Dans un autre mode de réalisation, le réservoir peut être terrestre et fixe. Dans des modes de réalisation, la membrane métallique peut comporter des plaques de tôle présentant des ondulations disposées selon une structure répétée ou des virures d'invar à bords relevés, dont les bords relevés sont soudés à des supports de soudure allongés pour former des soufflets élastiques. De telles structures confèrent à la membrane une 20 élasticité qui est nécessaire pour absorber les effets de dilatation et de contraction thermique inhérent à l'usage d'un produit froid comme le GNL (-160°C). Selon des modes de réalisation, ce procédé peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - Le procédé comporte en outre l'étape de remplacer tout ou partie d'un gaz 25 présent dans l'espace primaire par le gaz présentant une signature infrarouge. Pour cela, il est possible d'évacuer le gaz présent dans l'espace primaire avant d'introduire le gaz présentant une signature infrarouge ou de balayer l'espace primaire avec le gaz présentant une signature infrarouge en laissant simultanément s'évacuer le gaz présent initialement. 30 - Le procédé comporte en outre l'étape de faire circuler le gaz présentant une signature infrarouge dans l'espace primaire en circuit fermé pendant l'acquisition des images. Le procédé comporte en outre l'étape de maintenir dans un espace secondaire situé entre la barrière d'étanchéité secondaire et la structure porteuse une pression voisine de la surpression produite dans l'espace primaire. Toutefois, cette mesure peut être superflue si la barrière secondaire présente une résistance mécanique élevée. - le gaz présentant une signature infrarouge est sélectionné dans le groupe comportant les hydrocarbures (notamment méthane, propane, butane), les composés fluorés (notamment NF3, CF4 ou SF6) et les composés organiques volatiles (notamment l'ammoniac). - la zone de surveillance comporte une paroi latérale de la membrane métallique, le rayonnement infrarouge étant émis depuis le bas de la paroi latérale, le capteur infrarouge étant disposé sur une paroi de fond du réservoir. la pression dans l'espace intérieur du réservoir est sensiblement égale à la pression atmosphérique. L'acquisition des images dans une zone du spectre pour laquelle le gaz à détecter présente une ou plusieurs raies d'absorption permet de visualiser la présence du gaz, par exemple du fait de l'atténuation d'intensité qu'il provoque et/ou des évolutions dynamiques que les mouvements ou courants du gaz rendent visibles dans les images successives. Il est aussi possible d'utiliser des techniques de différentiation d'images dans différentes zones du spectre afin de neutraliser d'autres effets radiatifs, dus par exemple à l'arrière-plan. Dans un mode de réalisation correspondant, l'acquisition des images de la zone de surveillance par le capteur infrarouge comporte une acquisition d'images de référence à travers un filtre de référence apte à bloquer la longueur d'onde absorbable et une acquisition d'images de mesure à travers un filtre de mesure apte à transmettre la longueur d'onde absorbable. De nombreuses techniques de traitement d'image sont possibles pour détecter la présence du gaz, et éventuellement sa concentration, dans la scène filmée. Dans un mode de réalisation, le traitement d'une image comporte la détermination d'un contraste d'intensité lumineuse dans l'image. Ce contraste peut être par exemple utilisé pour calculer un rapport de contraste entre une image de mesure et une image de référence afin de déterminer la quantité de gaz présente sur le trajet optique entre le fond de la zone de surveillance et le capteur. L'invention fournit également un système pour éprouver l'étanchéité d'un réservoir par rapport à un gaz présentant une signature infrarouge, convenant pour un réservoir comportant une membrane métallique présentant une surface intérieure, la surface intérieure délimitant un espace intérieur du réservoir, le système comportant : un dispositif d'injection de gaz, par exemple une bouteille de gaz sous pression, apte à introduire le gaz présentant une signature infrarouge dans un espace extérieur de la membrane métallique et à produire une surpression dans l'espace extérieur de la membrane métallique par rapport à l'espace intérieur du réservoir pour provoquer une migration du gaz présentant une signature infrarouge vers l'espace intérieur du réservoir au niveau des défauts d'étanchéité de la membrane métallique, une source de rayonnement infrarouge disposée dans l'espace intérieur du réservoir et apte à émettre un rayonnement infrarouge dans une zone de surveillance comprenant une zone de la surface intérieure de la membrane métallique, le rayonnement infrarouge comportant une longueur d'onde absorbable par le gaz, un capteur infrarouge disposé dans l'espace intérieur du réservoir et apte à acquérir des images de la zone de surveillance, le capteur infrarouge étant sensible à la longueur d'onde absorbable, et un dispositif de traitement d'image apte à traiter les images pour détecter la présence ou 15 l'absence du gaz dans la zone de surveillance. Selon un mode de réalisation préféré, convenant pour un réservoir dans lequel la membrane métallique constitue une barrière d'étanchéité primaire du réservoir, le réservoir comportant en outre une barrière d'étanchéité secondaire disposée entre la barrière d'étanchéité primaire et une structure porteuse du réservoir, le dispositif d'injection de gaz 20 est apte à introduire le gaz présentant une signature infrarouge et à produire la surpression dans un espace primaire situé entre les barrières d'étanchéité primaire et secondaire. Selon d'autres modes de réalisation avantageux, le système peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : un dispositif d'évacuation apte à évacuer tout ou partie d'un gaz présent 25 dans l'espace primaire. - une pompe de circulation apte à faire circuler le gaz présentant une signature infrarouge dans l'espace primaire. - un dispositif de pressurisation apte à maintenir dans un espace secondaire situé entre la barrière d'étanchéité secondaire et la structure porteuse une 30 pression de gaz voisine de la surpression produite dans l'espace primaire. - un capteur infrarouge équipé d'un filtre de référence apte à bloquer la longueur d'onde absorbable et d'un filtre de mesure apte à transmettre la longueur d'onde absorbable, les filtres étant agencés de manière à permettre sélectivement une acquisition d'images de référence à travers le filtre de référence et une acquisition d'images de mesure à travers le filtre de mesure. - un dispositif de traitement d'image apte à déterminer un contraste d'intensité lumineuse dans une image.
Une idée à la base de l'invention est d'utiliser une technique d'imagerie d'un gaz présentant une signature infrarouge pour localiser des défauts d'étanchéité sur la surface intérieure d'un réservoir à membrane métallique. Pour cela, certains aspects de l'invention partent de l'idée de provoquer la migration du gaz hydrocarbure, ou d'un autre gaz présentant une signature infrarouge, dans le sens inverse des fuites pouvant se manifester au cours de l'exploitation du réservoir, afin de pouvoir réaliser une détection du gaz depuis l'intérieur du réservoir. Une autre idée à la base de l'invention est d'éclairer la membrane métallique avec un rayonnement infrarouge depuis l'intérieur du réservoir. De manière inattendue, il s'est avéré que le contraste des images pouvant être obtenues en imagerie infrarouge depuis l'intérieur du réservoir est satisfaisant, du fait que la surface intérieure d'une membrane d'étanchéité métallique constitue un réflecteur infrarouge d'excellente qualité pour une source de rayonnement située dans le réservoir. Plus particulièrement, il s'est avéré qu'une membrane métallique présentant des structures en relief, par exemple des structures plissées dans une cuve pour GNL, renforce encore le contraste des images, du fait de sa réflectivité anisotrope présentant des secteurs brillants et des secteurs sombres à la manière d'une boule à facette L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l'invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés. Sur ces dessins : La figure 1 est une représentation schématique fonctionnelle en coupe transversale d'une coque de navire méthanier équipée d'un système selon un mode de réalisation de l'invention, La figure 2 est une vue de détail des dispositifs d'injection et de pressurisation du 30 système de la figure 1, La figure 3 est un schéma de principe illustrant l'influence de la membrane métallique sur le rayonnement infrarouge dans le système de la figure 1. En référence à la figure 1, une cuve étanche et thermiquement isolée d'un navire méthanier est représentée en coupe. La double coque 1 du navire qui présente une forme polyédrique sert de structure de support pour les parois de la cuve. La paroi de la cuve comporte successivement de l'extérieur vers l'intérieur de la cuve : une membrane d'étanchéité secondaire 2, une membrane d'étanchéité primaire 3, un espace secondaire 4 rempli d'un matériau d'isolation thermique et un espace primaire 5 également rempli d'un matériau d'isolation thermique. Une telle cuve peut être réalisée en différents matériaux, selon la technique connue. La membrane d'étanchéité primaire 3 est une membrane métallique relativement flexible. Elle peut notamment être constituée de plaques métalliques minces plissées, comme décrit par exemple dans FR-A-2781557 et/ou de virures d'invar à bord relevé, comme décrit par exemple dans FR-A-2724623.
Dans cette cuve vide de toute cargaison, on a installé un système de localisation des fuites qui permet de mettre en oeuvre une méthode de localisation de fuites de la membrane d'étanchéité primaire 3. Schématiquement, cette méthode consiste à injecter un gaz présentant une signature infrarouge dans l'espace primaire 5 et à mettre l'espace primaire 5 en surpression par rapport à la pression dans la cuve, de sorte que le gaz s'échappe par les fuites de la membrane d'étanchéité primaire 3. La figure 1 illustre un nuage de gaz 7 passé ainsi dans la cuve à travers une fuite 6 de la membrane d'étanchéité primaire 3. Grace à un dispositif d'imagerie infrarouge 8 capable de localiser le nuage de gaz 7, il est alors possible de localiser la fuite 6. Cette méthode permet de faire des recherches de fuites à distance et sur de grandes surfaces. Des gaz ayant une forte signature spectrale dans l'infrarouge sont par exemple les hydrocarbures (CH4, C2H6...), les composés fluorés (SF6, NF3, CF4...) et d'autres composés organiques volatiles (NH3 par exemple). La zone de détection est définie par le champ de vision 9 du dispositif d'imagerie infrarouge 8. Selon la précision de localisation souhaitée, il est possible d'utiliser un champ de vision plus ou moins large.
Pour gérer les flux de gaz utiles à la mise en oeuvre de la détection, il est prévu un dispositif d'injection, d'évacuation et de pressurisation 10 qui est représenté en détail sur la figure 2. Le dispositif 10 permet notamment de vider l'espace primaire 5 et l'espace secondaire 4 du gaz qu'il contient pour y injecter le gaz à détecter jusqu'à mettre l'espace primaire 5 en légère surpression par rapport à l'intérieur de la cuve. Ce dispositif comporte un capteur de pression I l pour mesurer la pression dans l'espace primaire 5 et un capteur de pression 12 pour mesurer la pression dans l'espace secondaire 4. Pour initialement évacuer les gaz présents dans l'espace primaire 5 et l'espace secondaire 4, il est prévu une pompe d'aspiration 15 reliée à l'espace secondaire par l'intermédiaire d'une conduite 32 munie d'une vanne de pompage 19, et une conduite 35 reliant les espaces 4 et 5 et munie d'une vanne de communication 16. Pour ensuite injecter le gaz traceur à signature infrarouge dans l'espace primaire 5, il est prévu un réservoir du gaz 13 relié à l'espace primaire 5 par une conduite 30 munie 5 d'une vanne d'injection 17. Pour maintenir une pression suffisante dans l'espace secondaire 4, de manière à éviter une rupture de la membrane d'étanchéité secondaire 2 pendant la détection, il est prévu un réservoir de gaz 14, par exemple d'azote, relié à l'espace secondaire 4 par une conduite 31 munie d'une vanne d'injection 18. La conduite 32 pour l'évacuation 10 s'embranche ici sur la conduite 31, mais d'autres agencements sont possibles. Le dispositif 10 peut être utilisé de la manière suivante : 1. la cuve vide de toute cargaison est mise à une pression PCLLVe sensiblement égale à la pression atmosphérique, par exemple par mise en communication avec l'atmosphère. 2. On diminue la pression dans les espaces 4 et 5 jusqu'à par exemple -80 kPa par rapport à 15 la pression atmosphérique, en veillant à respecter les consignes de pression pour éviter tout endommagement des membranes. Pour cela, il est possible de relier les espaces 4 et 5 en ouvrant la vanne 16 et de pomper dans l'espace secondaire 4 par la pompe 15. 3. On injecte le gaz traceur à signature infrarouge dans l'espace primaire 5 et, simultanément, on injecte de l'azote ou un autre gaz dans l'espace secondaire 4 en 20 veillant également à respecter les consignes de pressions. 4. On maintient la pression avec le gaz traceur dans l'espace primaire entre 0 et +2 kPa pour la durée nécessaire à l'acquisition des images sur toute ou partie de la surface intérieure de la cuve. Dans un mode de réalisation non représenté, une pompe de circulation est prévue 25 pour faire circuler en circuit fermé le gaz à signature infrarouge à travers l'espace primaire 5. Par exemple, une telle pompe peut être branchée entre la conduite d'injection 30 et une conduite d'échappement également reliée à l'espace primaire 5. Avantageusement, une étape d'homogénéisation du gaz peut être effectuée avant ou pendant la détection grâce à une telle mise en circulation du gaz. 30 On décrit maintenant la détection du gaz ayant migré à l'intérieur de la cuve par les défauts d'étanchéité de la membrane primaire 3. Le dispositif d'imagerie infrarouge 8 est disposé à l'intérieur de la cuve, par exemple sur une paroi de fond 35. Ce dispositif d'imagerie repose sur la signature infrarouge du gaz traceur et permet de réaliser une cartographie de la concentration en gaz traceur sur l'image. Pour cela, le dispositif d'imagerie infrarouge 8 inclut un module d'acquisition d'image, par exemple une caméra infrarouge, et un module de traitement d'image. Plusieurs méthodes de traitement d'image sont connues pour détecter la présence d'un nuage de gaz absorbant. Un module de traitement d'image peut être réalisé sous différentes formes, de manière unitaire ou distribuée, au moyen de composants matériels et/ou logiciels. Des composants matériels utilisables sont les circuits intégrés spécifiques ASIC, les réseaux logiques programmables FPGA ou les microprocesseurs. Des composants logiciels peuvent être écrits dans différents langages de programmation. Le module de traitement d'image peut être intégré au dispositif 8 disposé dans la cuve ou être disposé à distance de la cuve, par exemple dans un local de contrôle, en étant relié au capteur infrarouge par une liaison de données. Le module de traitement d'image peut comporter des périphériques de sortie, par exemple écran ou imprimante, pour communiquer les résultats de la détection à un personnel en charge du test d'étanchéité. Pour des performances optimales du dispositif d'imagerie infrarouge 8, le fond de l'image, c'est-à-dire la membrane primaire 3 de la cuve, doit présenter de forts contrastes infrarouges. Or les membranes primaires de cuve de GNL à membrane en inox ou en invar ont une réflectivité infrarouge forte et se comportent comme des miroirs dans la gamme de rayonnement infrarouge. Une méthode simple et très efficace pour créer un contraste sur la membrane primaire d'une cuve de méthanier consiste à positionner des sources de rayonnement infrarouge dans la cuve, de sorte que leur rayonnement soit réfléchi vers le dispositif d'imagerie infrarouge 8 par la membrane primaire 3. Les sources infrarouges installées dans la cuve comportent par exemple des éléments chauffants comme des couvertures électriques chauffantes, des lampes halogènes ou autres sources lumineuses directives ou non.
Par exemple, on détecte la présence du nuage de gaz par un technique de mesure des rapports de contraste, telle que décrite par exemple dans EP-A-544962 ou WO-A-200344499 de la société Bertin Technologies. Ces techniques sont basées sur la complexité du contraste du fond et sur l'atténuation des contrastes infrarouges du fond due au passage du nuage de gaz traceur entre le système d'imagerie et le fond. Ces techniques d'imagerie tirent particulièrement bénéfice des forts contrastes des images, c'est-à-dire de la présence de zones où il y a une forte émission d'infrarouge et d'autres zones où l'émission infrarouge est très faible. Une des possibilités de placement, telle qu'illustrée sur la figure 1, est de placer un élément rayonnant 20 de type plaque chauffante ou couverture chauffante au bas d'une paroi latérale 40 de la cuve située dans le champ de vision 9 de la caméra. En positionnant l'élément chauffant de cette façon le rayonnement infrarouge de l'élément chauffant est reflété sur la membrane primaire 3. Ce reflet est renvoyé au dispositif d'imagerie 8 selon la géométrie de la membrane, de sorte que la membrane primaire apparaitra dans l'image comme ayant des zones qui reflètent la source infrarouge et d'autre qui ne la reflètent pas. Cet effet est amplifié par les éventuels reliefs de la membrane métallique. Ainsi un fond texturé est obtenu, c'est-à-dire un fond qui présente des zones qui renvoient beaucoup d'infrarouge et des zones qui en revoient peu, ce qui est favorable à la détection d'une variation de contraste causée par un nuage de gaz absorbant dans une zone de l'image.
Ce fonctionnement est illustré sur la figure 3, où on a représenté l'élément rayonnant 20 émettant un rayonnement infrarouge thermique 23 depuis le bas d'une paroi latérale 40 de la membrane primaire 3. Une partie 21 de ce rayonnement thermique vient frapper la paroi 40 et provoque l'émission par la membrane 3 d'un rayonnement réfléchi 22. En fonction du placement de l'élément rayonnant 20, du placement du dispositif d'imagerie 8 et de la géométrie de la membrane 3, certaines zones de la membrane émettent ce rayonnement réfléchi 22 vers le capteur infrarouge, de sorte qu'elles apparaissent comme des zones brillantes 27 dans les images 25 obtenues par le dispositif d'imagerie infrarouge 8. A l'inverse, d'autres zones de la membrane n'émettent pas ce rayonnement réfléchi 22 vers le capteur infrarouge, de sorte qu'elles apparaissent comme des zones plus sombres 26 dans les images 25. Cette hétérogénéité du rayonnement réfléchi 22 est d'autant plus importante que la membrane métallique 3 présente des reliefs 24, par exemple des ondulations arrondies ou des bords relevés. L'exemple décrit relativement à une paroi latérale 40 de la cuve n'est pas limitatif. La technique d'imagerie décrite est applicable à la surveillance de toutes les parois de la cuve, y compris une paroi de fond 35 et une paroi de plafond 36. Dans tous les cas, l'homme du métier peut chercher par des essais d'autres placements des sources infrarouges permettant d'obtenir un contraste satisfaisant. La différence de pression entre l'espace primaire 5 et l'intérieur de la cuve pendant l'acquisition des images présente aussi un effet bénéfique sur le contraste des images. En effet, la membrane a tendance à se gonfler vers l'intérieur de la cuve sous l'effet de la différence de pression, ce qui produit des zones de convexité locales propices à l'obtention d'un fond d'image texturé. La technique d'imagerie décrite est applicable à des réservoirs à membrane métallique de toute géométrie ou forme, y compris des réservoirs de GNL terrestres, par exemple cylindriques ou sphériques. Elle est aussi applicable à des réservoirs à membrane métallique destinés à contenir d'autres hydrocarbures ou d'autres produits liquides ou gazeux. Dans une variante de réalisation, l'espace primaire 5 est mis à la pression 5 atmosphérique tandis que l'on crée une dépression à l'intérieur de la cuve pour produire la migration du gaz vers l'intérieur de la cuve. Une autre technique utilisable pour détecter la présence du nuage de gaz se fonde sur des évolutions dynamiques que les mouvements ou courants du gaz rendent visibles dans les images successives. Une caméra convenant pour ce type de détection est par exemple 10 disponible auprès de la société FLIR Systems sous la marque ThermaCAMTM GasFindlRTM LW. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent 15 dans le cadre de l'invention. L'usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n'exclut pas la présence d'autres éléments ou d'autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. L'usage de l'article indéfini « un » ou « une » pour un élément ou une étape n'exclut pas, sauf mention contraire, la présence d'une pluralité de tels éléments 20 ou étapes. Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication.