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WO2012104519A1 - Dispositif et procédé de détection de fuites thermiques d'une structure - Google Patents

Dispositif et procédé de détection de fuites thermiques d'une structure Download PDF

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Publication number
WO2012104519A1
WO2012104519A1 PCT/FR2012/050141 FR2012050141W WO2012104519A1 WO 2012104519 A1 WO2012104519 A1 WO 2012104519A1 FR 2012050141 W FR2012050141 W FR 2012050141W WO 2012104519 A1 WO2012104519 A1 WO 2012104519A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pattern
area
image
acquisition
images
Prior art date
Application number
PCT/FR2012/050141
Other languages
English (en)
Inventor
Sébastien BOTTECCHIA
Guy LAUR
Original Assignee
Total Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Total Sa filed Critical Total Sa
Publication of WO2012104519A1 publication Critical patent/WO2012104519A1/fr

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/952—Inspecting the exterior surface of cylindrical bodies or wires
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
    • F17D5/00—Protection or supervision of installations
    • F17D5/02—Preventing, monitoring, or locating loss
    • F17D5/06—Preventing, monitoring, or locating loss using electric or acoustic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K17/00—Measuring quantity of heat
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/002—Investigating fluid-tightness of structures by using thermal means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/38—Investigating fluid-tightness of structures by using light

Definitions

  • the present invention relates to a device and method for detecting thermal leaks of a structure, such as a pipe for transporting a fluid comprising a hydrocarbon.
  • These pipes are also sometimes insulated with a layer of thermal insulation placed around the tube of the pipe (outside) or between an inner tube and an outer tube.
  • US-4,486,103 discloses a device for inspecting the thermal insulation performance of an insulating layer around a pipeline tube. This device comprises a contactless thermometer, of the infrared type. It is used in the laboratory.
  • the object of the present invention is to provide a device for detecting thermal leaks of such structures. This device must be able to operate reliably, at the site of use, and in all environments or external environments.
  • the invention relates to a device for detecting thermal leaks of a structure, such as a pipe for the transport of a fluid comprising a hydrocarbon, said device comprising:
  • - Acquisition means adapted to take at least one image of said projected pattern on said area, changes between the acquired image and a reference image of the same area for detecting a thermal leak in said area.
  • the luminous pattern includes light waves that are poorly absorbed by the medium, and the detection is efficient whatever the environment.
  • this device makes it possible to control structures or conduits already in use, remotely and without modification.
  • the projection means comprises a laser
  • the laser emits a monochromatic wave of wavelength less than 600 nm, and preferably less than 520 nm;
  • the light pattern extends in two dimensions and the area is a two-dimensional surface of the structure
  • the luminous pattern is chosen from a dot matrix, a grid, a plurality of circles concentric, mottled pattern;
  • displacement means adapted to autonomously move the device relative to said structure
  • the luminous pattern is a grid of closed loops such as squares, and the processing means calculates the area of each loop of the image;
  • the acquisition means is adapted to take a plurality of successive images over time of the same area
  • the processing means performs a cross correlation calculation between at least two of the plurality of images for determining motion parameters
  • the processing means further performs a rotational calculation of the motion parameters to eliminate an overall motion component in said motion parameters.
  • the invention also relates to a method for detecting thermal leaks of a structure, such as a conduit for the transport of a fluid comprising a hydrocarbon.
  • This process comprises the following successive steps:
  • a processing step for detecting changes between the acquired image and a reference image of the same area for detecting thermal leakage in said area e.g., a processing step for detecting changes between the acquired image and a reference image of the same area for detecting thermal leakage in said area.
  • the luminous pattern is projected by a laser
  • the light pattern extends in two dimensions and the area is a two-dimensional surface of the structure
  • the luminous pattern is chosen from a dot matrix, a grid, a plurality of concentric circles, a mottled pattern;
  • the luminous pattern is a grid of closed loops such as squares, and in the processing step the area of each loop in the image is calculated;
  • the processing step comprises an intercorrelation calculation between at least two of the plurality of images for determining motion parameters
  • the processing step further comprises a rotational calculation of the motion parameters for eliminating an overall motion component in said motion parameters
  • FIG. 1 is a schematic view of the use of a device according to the invention for controlling and detecting thermal leaks in a pipeline
  • FIG. 2 is a diagram showing the device according to the invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a structure for which the device of the preceding figures makes it possible to detect thermal leaks
  • FIGS. 4a and 4b show a first image obtained with the device of FIG. 2 for which there is no thermal leakage, and a second image obtained with the device of FIG. 2 for which there is a thermal leakage .
  • Figure 1 shows a use of a thermal leak detection device 10 for a thermally insulated structure 1.
  • Structure 1 is a conduit for the transport of a fluid comprising a hydrocarbon.
  • the pipe 1 is a pipeline located at great depth and near a bottom 2 of the sea 6.
  • the transported fluid is at a temperature higher than that of the surrounding environment, seawater, to avoid the problems of paraffin formation or freezing mentioned above.
  • These pipes 1 require regular checks.
  • the device 10 is embedded on a powered underwater robot, such as a ROV ("remotely operated vehicle" in English) which comprises a moving means 17 for maneuvering at the bottom of the sea 2 and follow the profile of the pipe 1 to examine the entire length. It is then for example connected by a transmission means 5 to a control boat 4 located at the surface 3 of the sea 6, from which it can be controlled.
  • ROV remotely operated vehicle
  • the pipe 1 has a defect in its thermal insulation, so that the marine environment is disturbed locally around this defect.
  • FIG. 3 represents an enlarged view with a schematic visualization of these local disturbances 6a around the defect 1a.
  • the temperature change near the defect 1a reduces the physical density characteristic (density) of a volume of seawater or layer of the marine environment in contact with the pipe in the vicinity of the defect.
  • This modification of the density of said volume causes its rise to the surface 3.
  • the mixture of this heated volume with upper layers of the medium at a lower temperature then causes complex convection and stirring movements, forming scrolls of a mixture of layers with different densities.
  • the lines 6b of FIG. 3 are level curves representing, in a vertical section plane, these density variations in the vicinity of the defect 1a, the said defect being represented here by a lack of thermal insulation 1b around an inner tube driving 1.
  • the decrease and variation in volume density of the marine environment close to the defect is accompanied by also the variation and temporal evolution of the refractive index of these volumes of the marine environment.
  • the present invention uses these physical phenomena to detect the presence of a thermal leakage of the structure.
  • an incident light beam 8 passing through these layers of different density and refractive index will be deflected multiple times before reaching structure 1.
  • the reflected ray 9 will also be deflected multiple times. It should be noted that even if the external surface of the structure 1 is not deformed, as may be the case particularly in the case of a rigid outer tube pipe, the incident 8 and reflected rays 9 will still be deviated in their path back and forth by the physical phenomena mentioned above.
  • the device 10 of the invention is more specifically illustrated in FIG. 2. It comprises:
  • - Acquisition means 14 adapted to take at least one image of said pattern 7 projected on said area, changes between the acquired image and a reference image of the same area to detect a thermal leak in said area.
  • the projection means 11 and acquisition means 14 each optionally comprise an optical device 12,
  • the projection means comprises, for example, a laser for emitting an incident ray 8 and motorized mirrors for producing the pattern on the structure or duct 1.
  • the laser emits a monochromatic wave of wavelength less than 600 nm, that is to say of green color, to avoid excessive absorption in large wavelengths of the infrared by the middle.
  • the wavelength of the laser is less than 520 nm, blue in color to avoid further absorption by the medium.
  • the projection means may be an optical projector, which projects an image corresponding to the desired pattern.
  • the light pattern 7 projected on the pipe 1 may be a dot matrix, a grid, a plurality of concentric circles or a mottled pattern.
  • This pattern 7 advantageously extends over a two-dimensional surface. Changes in the images are better detected.
  • the acquisition means 14 is for example an optical camera, comprising for example a high resolution CCD matrix. This camera is capable of taking pictures or film with a variable rate between 1/25 second and 1 second.
  • the device 10 may comprise displacement means, such as an ROV, to move along the pipe 1.
  • the device can thus be autonomous.
  • the device 10 may comprise various sensors, such as a temperature sensor for measuring the temperature of the seawater in the environment, or a position sensor 18 to determine its position relative to the pipe or structure 1. Thanks to this position sensor, the device 10 can not only follow this structure but also position itself, measure it and possibly calculate a mathematical model of the environment to calculate the reference image.
  • a temperature sensor for measuring the temperature of the seawater in the environment
  • a position sensor 18 to determine its position relative to the pipe or structure 1. Thanks to this position sensor, the device 10 can not only follow this structure but also position itself, measure it and possibly calculate a mathematical model of the environment to calculate the reference image.
  • the position sensor 18 may be an acoustic, radar or other system adapted to emit a wave 18a towards the structure 1.
  • the device 10 comprises means 5 for transmitting the images to the boat 4. These transmission means 5 may be by cable as shown in the figures, or by radio waves for the device to be autonomous.
  • processing of these images can be performed on the surface, by an operator who directly observes the images.
  • the images undergo a treatment to improve the reading of the images by the operator.
  • the device 10 includes image processing means 15 or images for directly determining autonomously whether there is thermal leakage in the observed area.
  • the device 10 implements the method comprising the following successive steps.
  • the projection means 11 emits a luminous pattern 7 on an area of the structure 1.
  • the incident rays 8 pass through layers of the surrounding medium and are then reflected as reflected rays 9 to a means of acquisition or optical camera 14.
  • the incident and reflected rays 8, 9 are deflected by the variations of density and refractive index in the layers of the medium, and the pattern 7 is deformed between the emission by the projection means 11 and the reception by the acquisition means 14.
  • the acquisition means takes at least one image of the pattern 7 received.
  • a third processing step changes are detected between the image acquired in the second step and a reference image of the same zone for detecting thermal leakage in said zone.
  • Pattern 7 is a structured image as used in 3-D (3D) analysis methods of a structure. However, for these methods the structured image is scanned over the structure to determine the 3D positions of dots in the image. In the In this case, the pattern 7 is not moved and a reference image model is predetermined or temporally successive images are used.
  • a plurality of successive images over time of the same area can be taken.
  • a previous image can then be considered as the reference image for the processing step.
  • the temporal variation of the images can be considered. Thanks to this arrangement and the non-stationary characteristic of the thermal disturbances in the presence of thermal leakage, a leak can be detected.
  • the third processing step may be implemented by an operator who observes the images and detects changes in the pattern 7 received. Eventually, the image undergoes a treatment to accentuate the perception of the pattern or to focus its attention on certain portions of the image.
  • the process calculates the area of each loop in the image.
  • An image received with a pattern 7 also regular means that there is no thermal leak in the area.
  • the device processing means 15 autonomously determines whether there is thermal leakage in the observed area.
  • This processing means 15 performs the following additional steps.
  • an intercorrelation calculation between at least two images for determining motion parameters can be the acquired image and a reference image, or two successive images temporally.
  • Motion parameters are displacements, speeds, or accelerations in the image.
  • an initial step of scanning the area with an acquisition pattern is performed to determine a 3D geometric model of the area.
  • the acquisition pattern may be the same or different from the pattern 7 of thermal leakage analysis.
  • the processing means 15 calculates the reference image from the 3D geometric model and the position of the device with respect to the structure.
  • the device 10 is mounted on a rolling vehicle.
  • the vehicle In the case of application of the control of hydrocarbon pipes, the vehicle eventually rolls on said pipe. It is precisely positioned relative to it and uses it as a guide to move.
  • the device 10 is used to control the thermal insulation of hydrocarbon pipes on the ground. The middle is then the ambient air. Pipelines located in the far north carry hydrocarbons at a temperature higher than the ambient air. These pipes are thermally insulated and any loss of thermal insulation can cause accidents. Regular and rapid control of the thermal insulation of these systems is imperative.
  • the device and method according to the invention makes it possible to perform these on-site inspections.

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Abstract

Dispositif (10) de détection de fuites thermiques d'une structure (1), telle qu'une conduite pour le transport d'un fluide comprenant un hydrocarbure. Le dispositif (10) comprend un moyen de projection (11) d'un motif (7) lumineux sur une zone de la structure, et un moyen d'acquisition (14) adapté pour prendre au moins une image du motif projeté, des changements entre l'image acquise et une image de référence de la même zone permettant de détecter une fuite thermique dans la zone.

Description

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE DÉTECTION DE FUITES THERMIQUES D'UNE STRUCTURE
La présente invention est relative à un dispositif et procédé de détection de fuites thermiques d'une structure, telle qu'une conduite pour le transport d'un fluide comprenant un hydrocarbure.
De telles structures de conduites sont maintenant couramment utilisées dans des environnements très froids, à terre comme en mer, et parfois en mer à de très grandes profondeurs. Dans ces conditions le fluide peut soit se congeler, soit se coaguler, soit présenter la formation de paraffine. Ces transformations du fluide peuvent générer des bouchons et entraver le transport du fluide dans la conduite .
Ces conduites sont également parfois isolées avec une couche d' isolant thermique placé autour du tube de la conduite (à l'extérieur) ou entre un tube interne et un tube externe.
Cependant ces conduites vieillissent et peuvent subir divers accidents pouvant endommager l'isolation thermique. La conduite présente alors localement des fuites thermiques qui favorisent les problèmes susmentionnés pour le fluide.
Le document US-4 486 103 décrit un dispositif pour inspecter la performance d'isolation thermique d'une couche isolante autour d'un tube de pipeline. Ce dispositif comprend un thermomètre sans contact, du type infrarouge. II est utilisé en laboratoire.
Cependant ce principe de mesure thermique est très difficile à mettre en œuvre dans divers environnements, notamment sur un site d'utilisation de la conduite, et notamment par grande profondeur en mer. De plus, l'eau de mer absorbe beaucoup les basses fréquences correspondant à l'infrarouge, et ce procédé ne fonctionne pas dans cet environnement .
La présente invention a pour but de fournir un dispositif de détection de fuites thermiques de telles structures. Ce dispositif doit pouvoir fonctionner de manière fiable, sur le site d'utilisation, et dans tous les environnements ou milieux extérieurs.
Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de détection de fuites thermiques d'une structure, telle qu'une conduite pour le transport d'un fluide comprenant un hydrocarbure, ledit dispositif comprenant :
- un moyen de projection d'un motif lumineux sur une zone de la structure,
- un moyen d'acquisition adapté pour prendre au moins une image dudit motif projeté sur ladite zone, des changements entre l'image acquise et une image de référence de la même zone permettant de détecter une fuite thermique dans ladite zone.
Grâce à ces dispositions, le motif lumineux comprend des ondes lumineuses peu absorbées par le milieu, et la détection est performante quel que soit l'environnement. En outre, ce dispositif permet de contrôler des structures ou conduites déjà en cours d'utilisation, à distance et sans modification.
Dans divers modes de réalisation du dispositif selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- le moyen de projection comprend un laser ;
- le laser émet une onde monochromatique de longueur d'onde inférieure à 600 nm, et de préférence inférieure à 520 nm ;
- le motif lumineux s'étend selon deux dimensions et la zone est une surface à deux dimensions de la structure ;
- le motif lumineux est choisi parmi une matrice de point, un quadrillage, une pluralité de cercles concentriques, un motif tacheté ;
- il comprend en outre un moyen de transmission radio des images ;
- il comprend en outre des moyens de déplacement adaptés pour déplacer de manière autonome le dispositif par rapport à ladite structure ;
- il comprend en outre un capteur de température de l'environnement, et éventuellement un capteur de position pour déterminer la position du dispositif par rapport à la structure ;
- il comprend en outre un moyen de traitement de l'image pour déterminer de manière autonome s'il y a une fuite thermique dans la zone ;
- le motif lumineux est une grille de boucles fermées tel que des carrés, et le moyen de traitement calcule la surface de chaque boucle de l'image ;
- le moyen d'acquisition est adapté pour prendre une pluralité d' images successives au cours du temps de la même zone ;
- le moyen de traitement effectue un calcul d' intercorrélation entre au moins deux des images de la pluralité pour déterminer des paramètres de mouvement ;
- le moyen de traitement effectue en outre un calcul de rotationnel des paramètres de mouvement pour éliminer une composante de mouvement d'ensemble dans lesdits paramètres de mouvement.
L' invention se rapporte également à un procédé de détection de fuites thermiques d'une structure, telle qu'une conduite pour le transport d'un fluide comprenant un hydrocarbure .
Ce procédé comprend les étapes successives suivantes :
- une étape de projection d'un motif lumineux sur une zone de la structure,
- une étape d'acquisition au cours de laquelle on prend au moins une image dudit motif projeté sur ladite zone, et
- une étape de traitement pour détecter des changements entre l'image acquise et une image de référence de la même zone pour détecter une fuite thermique dans ladite zone.
Dans divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- le motif lumineux est projeté par un laser ;
- le motif lumineux s'étend selon deux dimensions et la zone est une surface à deux dimensions de la structure ;
- le motif lumineux est choisi parmi une matrice de point, un quadrillage, une pluralité de cercles concentriques, un motif tacheté ;
- il comprend en outre une étape de transmission radio.de l'image ;
- le motif lumineux est une grille de boucles fermées tel que des carrés, et dans l'étape de traitement on calcule la surface de chaque boucle dans l'image ;
- au cours de l'étape d'acquisition on prend une pluralité d' images successives au cours du temps de la même zone ;
- l'étape de traitement comprend un calcul d' intercorrélation entre au moins deux des images de la pluralité pour déterminer des paramètres de mouvement ;
- l'étape de traitement comprend en outre un calcul de rotationnel des paramètres de mouvement pour éliminer une composante de mouvement d'ensemble dans lesdits paramètres de mouvement ;
- il comprend en outre une étape initiale de balayage de la zone avec un motif d'acquisition pour déterminer un modèle géométrique de la zone, et dans lequel l'étape de traitement calcule l'image de référence à partir du modèle géométrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
Sur les dessins :
- la figure 1 est une vue schématique de l'utilisation d'un dispositif selon l'invention pour le contrôle et la détection de fuites thermiques d'un pipeline,
- la figure 2 est un schéma représentant le dispositif selon l'invention,
- la figure 3 est une vue agrandie d'une structure pour laquelle le dispositif des figures précédentes permet de détecter des fuites thermiques, et
- les figures 4a et 4b représentent une première image obtenue avec le dispositif de la figure 2 pour laquelle il n'y a pas de fuite thermique, et une deuxième image obtenue avec le dispositif de la figure 2 pour laquelle il y a une fuite thermique.
La figure 1 montre une utilisation d'un dispositif 10 de détection de fuites thermiques pour une structure 1 isolée thermiquement . La structure 1 est une conduite pour le transport d'un fluide comprenant un hydrocarbure.
Par exemple, la conduite 1 est un pipeline situé à grande profondeur et proche d'un fond 2 de la mer 6. Il existe des milliers de kilomètres de conduites de ce type, comportant une couche d' isolation thermique externe ou une couche d'isolation thermique entre un tube interne de transport du fluide d'hydrocarbure et un tube externe. Le fluide transporté est à une température supérieure à celle du milieu environnant, l'eau de mer, pour éviter les problèmes de formation de paraffine ou de congélation cités plus haut. Ces conduites 1 nécessitent des contrôles réguliers . Le dispositif 10 est embarqué sur un robot sous- marin motorisé, tel qu'un ROV (pour « remotely operated vehicle » en anglais) qui comprend un moyen de déplacement 17 pour manœuvrer au fond de la mer 2 et suivre le profil de la conduite 1 pour en examiner toute la longueur. Il est alors par exemple relié par un moyen de transmission 5 à un bateau 4 de commande situé à la surface 3 de la mer 6, à partir duquel celui-ci peut être commandé.
La conduite 1 présente un défaut la dans son isolation thermique, de sorte que le milieu marin est perturbé localement autour de ce défaut.
La figure 3 représente une vue agrandie avec une visualisation schématique de ces perturbations locales 6a autour du défaut la.
Le changement de température à proximité du défaut la, son élévation en température fait diminuer la caractéristique physique de densité (masse volumique) d'un volume d'eau de mer ou couche du milieu marin en contact avec la conduite à proximité du défaut. Cette modification de densité dudit volume provoque son ascension vers la surface 3. Le mélange de ce volume réchauffé avec des couches supérieures du milieu à une température inférieure provoque alors des mouvements complexes de convection et de brassage, formant des volutes d'un mélange de couches avec des densités différentes. Les lignes 6b de la figure 3 sont des courbes de niveau représentant dans un plan de coupe vertical ces variations de densité à proximité du défaut la, ledit défaut la étant représenté ici par un manque d'isolant thermique lb autour d'un tube interne le de la conduite 1.
D'autre part, ces variations du milieu à proximité du défaut la ne sont pas stationnaires , et ces mouvements complexes de convection sont au cours du temps en perpétuelle évolution.
De plus, la diminution et variation de densité de volumes du milieu marin proche du défaut s'accompagne également de la variation et évolution temporelle de l'indice de réfraction de ces volumes du milieu marin.
Ce phénomène physique existe pour tout fluide, liquide ou gazeux.
La présente invention utilise ces phénomènes physiques pour détecter la présence d'une fuite thermique de la structure.
En effet, un rayon lumineux incident 8 traversant ces couches de densité et d' indice de réfraction différentes sera dévié de multiples fois avant d'atteindre la structure 1. Le rayon réfléchi 9 sera également dévié de multiples fois. Il faut noter que même si la surface externe de la structure 1 n'est pas déformée, comme cela peut être le cas notamment dans le cas d'une conduite à tube externe rigide, les rayons incidents 8 et réfléchis 9 seront déviés tout de même dans leur trajectoire aller et retour par les phénomènes physiques cités ci-dessus.
Le dispositif 10 de l'invention est plus précisément illustré en figure 2. Il comprend :
- un moyen de projection 11 d'un motif 7 lumineux sur une zone de la structure 1,
- un moyen d'acquisition 14 adapté pour prendre au moins une image dudit motif 7 projeté sur ladite zone, des changements entre l'image acquise et une image de référence de la même zone permettant de détecter une fuite thermique dans ladite zone.
Les moyens de projection 11 et d'acquisition 14 comprennent éventuellement chacun un dispositif optique 12,
13 de focalisation optique.
Le moyen de projection comprend par exemple un laser pour émettre un rayon incident 8 et des miroirs motorisés pour produire le motif sur la structure ou conduite 1.
Le laser émet une onde monochromatique de longueur d'onde inférieure à 600 nm, c'est-à-dire de couleur verte, pour éviter l'absorption trop important dans les grandes longueurs d'onde de l'infrarouge par le milieu.
Eventuellement, la longueur d'onde du laser est inférieure à 520 nm, de couleur bleu pour éviter encore plus l'absorption par le milieu.
Alternativement, le moyen de projection peut être un projecteur optique, qui projette une image correspondant au motif désiré.
Le motif lumineux 7 projeté sur la conduite 1 peut être une matrice de point, un quadrillage, une pluralité de cercles concentriques ou un motif tacheté.
Ce motif 7 s'étend avantageusement sur une surface à deux dimensions. Les changements dans les images sont ainsi mieux détectés.
Le moyen d'acquisition 14 est par exemple une caméra optique, comprenant par exemple une matrice CCD de grande résolution. Cette caméra est apte à prendre des images ou film avec une cadence variable entre 1/25 seconde et 1 seconde.
Le dispositif 10 peut comprendre des moyens de déplacement, tel qu'un ROV, pour se déplacer le long de la conduite 1. Le dispositif peut ainsi être autonome.
Le dispositif 10 peut comprendre divers capteurs, comme un capteur de température pour mesurer la température de l'eau de mer dans l'environnement, ou un capteur de position 18 pour déterminer sa position par rapport à la conduite ou structure 1. Grâce à ce capteur de position, le dispositif 10 peut non seulement suivre cette structure mais également se positionner, la mesurer et éventuellement calculer un modèle mathématique de l'environnement pour calculer l'image de référence.
Le capteur de position 18 peut être un système acoustique, radar ou autre, adapté pour émettre une onde 18a vers la structure 1.
Le dispositif 10 comprend des moyens de transmission 5 des images vers le bateau 4. Ces moyens de transmission 5 peuvent être par câble tel que représenté sur les figures, ou par ondes radio pour que le dispositif soit autonome.
Ainsi, le traitement de ces images peut être effectué en surface, par un opérateur qui observe directement les images.
En variante, les images subissent un traitement pour améliorer la lecture des images par l'opérateur.
En variante, le dispositif 10 comprend un moyen de traitement 15 de ou des images pour directement déterminer de manière autonome s'il y a une fuite thermique dans la zone observée.
Le fonctionnement du dispositif 10 va maintenant être explicité.
Le dispositif 10 met en œuvre le procédé comprenant les étapes successives suivantes.
Dans une première étape de projection, le moyen de projection 11 émet un motif 7 lumineux sur une zone de la structure 1. Le ou les rayons incidents 8 traversent des couches du milieu environnant, puis sont réfléchis en rayons réfléchis 9 vers un moyen d'acquisition ou caméra optique 14. Les rayons incidents et réfléchis 8, 9 sont déviés par les variations de densité et d' indice de réfraction dans les couches du milieu, et le motif 7 est déformé entre l'émission par le moyen de projection 11 et la réception par le moyen d'acquisition 14.
Dans une deuxième étape d'acquisition, le moyen d'acquisition prend au moins une image du motif 7 reçu.
Dans une troisième étape de traitement, on détecte des changements entre l'image acquise dans la deuxième étape et une image de référence de la même zone pour détecter une fuite thermique dans ladite zone.
Le motif 7 est une image structurée telle que cela est utilisé dans des procédés d'analyse en 3 dimensions (3D) d'une structure. Cependant, pour ces procédés l'image structurée est déplacée par balayage sur la structure pour déterminer les positions 3D de points de l'image. Dans le cas, présent le motif 7 n'est pas déplacé et un modèle d' image de référence est prédéterminé ou des images temporellement successives sont utilisées.
Pendant la deuxième étape d'acquisition, une pluralité d' images successives au cours du temps de la même zone peuvent être prises. Une image précédente peut alors être considérée comme l'image de référence pour l'étape de traitement .
En outre, la variation temporelle des images peut être considérée. Grâce à cette disposition et la caractéristique non stationnaire des perturbations thermiques en présence de fuite thermique, une fuite peut être détectée.
La troisième étape de traitement peut être mise en œuvre par un opérateur qui observe les images et détecte les changements dans le motif 7 reçu. Eventuellement, l'image subit un traitement pour accentuer la perception du motif ou pour focaliser son attention sur certaines portions de l'image.
Par exemple, si le motif 7 est une grille constituée de boucles fermées, tel que des carrés ou rectangles réguliers, le traitement calcule la surface de chaque boucle dans l'image. Une image reçue avec un motif 7 également régulier signifie qu'il n'y a pas de fuite thermique dans la zone.
Additionnellement , la variation des surfaces des boucles par rapport à deux dimensions et/ou la variation des surfaces des boucles dans le temps est calculée. Ces variations permettent d' identifier des changements pouvant être représentatifs d'une fuite thermique.
En variante, le moyen de traitement 15 du dispositif détermine de manière autonome s'il y a une fuite thermique dans la zone observée.
Ce moyen de traitement 15 exécute les étapes additionnelles suivantes. - un calcul d' intercorrélation entre au moins deux images pour déterminer des paramètres de mouvement. Ces images peuvent être l'image acquise et une image de référence, ou deux images successives temporellement . Les paramètres de mouvement sont des déplacements, des vitesses, ou des accélérations dans l'image.
- un calcul de rotationnel des paramètres de mouvement pour éliminer une composante de mouvement d'ensemble dans lesdits paramètres de mouvement. Grâce à cette disposition, il est possible de supprimer des composantes de mouvement correspondant par exemple à un courant marin transversal par rapport à l'image.
Eventuellement, on réalise une étape initiale de balayage de la zone avec un motif d'acquisition pour déterminer un modèle géométrique 3D de la zone. Le motif d'acquisition peut être identique ou différent du motif 7 d'analyse de fuites thermiques. Ensuite, le moyen de traitement 15 calcule l'image de référence à partir du modèle géométrique 3D et de la position du dispositif par rapport à la structure.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif 10 est monté sur un véhicule roulant. Dans le cas d'application du contrôle de conduites d'hydrocarbures, le véhicule roule éventuellement sur ladite conduite. Il est ainsi précisément positionné par rapport à celle-ci et l'utilise comme guide pour se déplacer.
Selon une autre application de l'invention, le dispositif 10 est utilisé pour contrôler l'isolation thermique de conduites d'hydrocarbure à terre. Le milieu est alors l'air ambiant. Des pipelines situés en grand nord transportent des hydrocarbures à une température supérieure à l'air ambiant. Ces conduites sont isolées thermiquement et toute perte d' isolation thermique peut provoquer des accidents. Un contrôle régulier et rapide de l'isolation thermique de ces systèmes est alors impératif. Le dispositif et procédé selon l'invention, permet de réaliser ces contrôles sur site.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de détection de fuites thermiques d'une structure (1), telle qu'une conduite pour le transport d'un fluide comprenant un hydrocarbure, ledit dispositif (10) comprenant :
- un moyen de projection (11) d'un motif (7) lumineux sur une zone de la structure,
- un moyen d'acquisition (14) adapté pour prendre au moins une image dudit motif (7) projeté sur ladite zone, des changements entre l'image acquise et une image de référence de la même zone permettant de détecter une fuite thermique dans ladite zone.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le moyen de projection (11) comprend un laser.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le laser émet une onde monochromatique de longueur d' onde inférieure à 600 nm, et de préférence inférieure à 520 nm.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le motif (7) lumineux s'étend selon deux dimensions et la zone est une surface à deux dimensions de la structure (1) .
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le motif (7) lumineux est choisi parmi une matrice de point, un quadrillage, une pluralité de cercles concentriques, un motif tacheté.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre un moyen de transmission (5) radio des images.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre des moyens de déplacement (17) adaptés pour déplacer de manière autonome ledit dispositif (10) par rapport à ladite structure (1) .
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre un capteur de température de l'environnement, et éventuellement un capteur de position (18) pour déterminer la position du dispositif (10) par rapport à la structure (1) .
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un moyen de traitement (15) de l'image pour déterminer de manière autonome s'il y a une fuite thermique dans la zone.
10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le motif (7) lumineux est une grille de boucles fermées tel que des carrés, et le moyen de traitement calcule la surface de chaque boucle de l'image.
11. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel le moyen d'acquisition (14) est adapté pour prendre une pluralité d' images successives au cours du temps de la même zone.
12. Dispositif selon la revendication 11, dans lequel le moyen de traitement (15) effectue un calcul d' intercorrélation entre au moins deux des images de la pluralité pour déterminer des paramètres de mouvement.
13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel le moyen de traitement (15) effectue en outre un calcul de rotationnel des paramètres de mouvement pour éliminer une composante de mouvement d'ensemble dans lesdits paramètres de mouvement .
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, dans lequel le moyen de projection (11) effectue un balayage de la zone avec un motif d'acquisition pour déterminer un modèle géométrique de la zone, et dans lequel le moyen de traitement (15) calcule l'image de référence à partir du modèle géométrique.
15. Procédé de détection de fuites thermiques d'une structure, telle qu'une conduite pour le transport d'un fluide comprenant un hydrocarbure, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes :
- une étape de projection d'un motif (7) lumineux sur une zone de la structure (1),
- une étape d'acquisition au cours de laquelle on prend au moins une image dudit motif projeté sur ladite zone, et
- une étape de traitement pour détecter des changements entre l'image acquise et une image de référence de la même zone pour détecter une fuite thermique dans ladite zone.
16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel le motif (7) lumineux est projeté par un laser.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications
15 et 16, dans lequel le motif (7) lumineux s'étend selon deux dimensions et la zone est une surface à deux dimensions de la structure (1) .
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications
15 à 17, dans lequel le motif (7) lumineux est choisi parmi une matrice de point, un quadrillage, une pluralité de cercles concentriques, un motif tacheté.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications
15 à 18, comprenant en outre une étape de transmission radio de l'image.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications
15 à 19, dans lequel le motif (7) lumineux est une grille de boucles fermées tel que des carrés, et dans l'étape de traitement on calcule la surface de chaque boucle dans 1' image .
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au cours de l'étape d'acquisition on prend une pluralité d' images successives au cours du temps de la même zone.
22. Procédé selon la revendication 21, dans lequel l'étape de traitement comprend un calcul d' intercorrélation entre au moins deux des images de la pluralité pour déterminer des paramètres de mouvement.
23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel l'étape de traitement comprend en outre un calcul de rotationnel des paramètres de mouvement pour éliminer une composante de mouvement d'ensemble dans lesdits paramètres de mouvement.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications 15 à 23, comprenant en outre une étape initiale de balayage de la zone avec un motif d'acquisition pour déterminer un modèle géométrique de la zone, et dans lequel l'étape de traitement calcule l'image de référence à partir du modèle géométrique .
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