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SMART HYDRO Monitoring - Système multicapteur pour le monitoring du débit et du suivi des conduites d'eau dans les ouvrages hydrauliques

Project Coordinator : CS Système d'information
Project Manager at GIPSA-lab : Cornel IOANA

Project realized thanks to the support of : Contrat Industriel (CS Système d'information)

Start date : 2013/08/01

Duration : 36 mounths


 

Le projet Smart Hydro Monitoring vise à produire un système multi-capteurs pour le monitoring du débit et le suivi non-invasif des conduites d’eau composantes d’un ouvrage hydraulique. Le résultat du projet offrira les avantages suivants :

- Système non-intrusif, et donc facilement adaptable et déployable sur différentes configurations comme les aménagements hydro électriques (conduites forcées, les pertuis des centrales de basse chute) thermiques ou nucléaires (conduits d’accès à la source froide), circuit d’eau potable, industrie pétrolière,…

- Accès au profil de vitesse de l’écoulement dans la section de contrôle améliorant l’estimation de la vitesse débitante, et ceci même dans le cas de singularités d’écoulement amont ou aval.

Exemples de contextes applicatifs où les conduites sont présentes

 

Ce projet présente des axes d’innovation dans divers domaines.

1- Le premier repose sur l’instrumentation de mesure qui sera mise en place. Comme nous nous intéressons à l’estimation des paramètres hydrauliques dans un volume donné, la mise en place d’un réseau de transducteurs émetteurs/récepteurs sera effectuée. La réalisation des transducteurs capables d’émettre/recevoir dans différentes configuration angulaires, de façon à investiguer tout le volume d’intérêt, constitue un des enjeux majeurs de ce projet. La synchronisation et la communication entre les transducteurs constituent également deux aspects innovants qui reposeront sur le standard en pleine expansion - CANopen. Un autre aspect innovant sera le traitement distribué car les capteurs devront permettre un prétraitement d’information afin de réduire le volume de données à transmettre vers le centre de contrôle.

 

2- Le deuxième élément innovant repose sur l’étude de l’interaction entre l’écoulement du fluide dans la conduite et les ondes ultrasonore d’investigation. L’innovation principale porte sur l’amélioration d’un logiciel de simulation dont le résultat est constitué par les signaux théoriques issus d’une configuration multi-transducteur investiguant l’écoulement dans une conduite fermée. La modélisation de la propagation ultrasonore dans des conduites de grandes dimensions ainsi que l’intégration de la physique de l’écoulement nécessitent un volume de calcul important. Nous allons utiliser les avancées obtenues dans le cadre du projet Minalogic – CILOE avec des innovations en ce qui concerne le calcul sur des structures parallèles et les algorithmes de propagation composés des opérateurs 1D.

 

3- Le troisième élément innovant est constitué par la mise en place de l’architecture de traitement du signal multi-transducteur. Cette architecture aura comme fonctionnalité la configuration des transducteurs d’émission avec des formes d’ondes adéquates à la problématique de la propagation et le traitement optimal des signaux reçus afin de pouvoir extraire les paramètres physiques de l’écoulement. Les innovations porteront sur la construction des formes d’ondes adéquates du point de vue de la propagation et des interférences, ainsi que sur le traitement optimal en intégrant le contexte physique de la propagation des ondes sonores dans des conduites. Ces innovations s’inscrivent dans l’état de l’art  des domaines de l’« Adaptive waveform » et des « Physical-driven processing methods ». Les algorithmes de traitement en émission ou en réception seront intégrés dans une architecture logicielle et la réalisation d’une interface homme-machine sera également conçue en concertation avec les utilisateurs finaux.

 

4- Le quatrième élément d’innovation du projet repose sur la possibilité d’élaborer le profil de vitesses de l’écoulement de l’eau à l’intérieur d’une conduite industrielle. Cette caractéristique répond à 3 besoins à forts enjeux de l’industrie et plus particulièrement du secteur de l’hydroélectricité.

 

D’une part le besoin de mesurer et détecter les dérives de la performance des machines hydrauliques (turbines et turbines pompes) et de leurs adductions (rendement, pertes de charges) ceci passant par la connaissance précise du débit. Cette précision est actuellement limitée lors d’emploi de systèmes non intrusifs en milieu industriel sur des conduites de grands diamètres (précision de 3% à 5% selon le REX EDF DTG). Pour des mesures en continu, l’incertitude sur la valeur du débit est également liée aux hypothèses faites sur la forme du profil des vitesses et a sa variabilité naturelle liée au fonctionnement. Le projet facilitera cette mesure grâce à l’intégration du champ des vitesses réelles et au caractéristiques du dispositif non intrusif. Une telle maîtrise à long terme des dérives accidentelles des performances des machines de productions est porteuse de gains de production (par exemple près de 36 % du productible hydroélectriques EDF est produit par des centrales pour lesquelles ce type de mesure pourrait être envisagée. Si cette mesure permettait de recouvrer 0,5 % de rendement pour un quart de ce parc, les gains annuels en énergie seraient supérieurs à 220 GWh)

D’autre part le besoin lié à la sûreté d’exploitation hydraulique qui nécessite d’utiliser un seuil fiable de sur débit  associé à une brèche du circuit pour déclencher la fermeture de vannes de sûreté. Le projet, en mettant en œuvre le contrôle des diagrammes de rayonnement des transducteurs, permettra d’éviter le phénomène de « Flow blow » qui bloque aujourd’hui l’usage fiable de capteurs US externes comme détecteurs de sur débit.

Enfin le besoin lié à la maintenance. La possibilité de mesurer de façon non intrusive le profil de vitesse à l’amont de vannes en conduite permettra de suivre de façon fiable le débit de fuite de ces organes et de détecter leur cinétique de dégradation. Et par conséquent une meilleure planification de la maintenance. Ceci concerne toutes les vannes de service des groupes turbines pompes d’accumulation, pour lesquelles la maintenance entraine des arrêts de plusieurs semaines avec mise hors d’eau de la machine sans prévision possible de  cette opération.


GIPSA-lab, 11 rue des Mathématiques, Grenoble Campus BP46, F-38402 SAINT MARTIN D'HERES CEDEX - 33 (0)4 76 82 71 31