Utilisation du sonar pour l'inspection des tunnels et des infrastructures

Objectif de la mission

L'objectif de cette mission particulière était d'évaluer l'état d'un tunnel d'égout et d'orage combiné pour Toronto Water. PipeTek devait fournir un rapport sur le tunnel et les structures de pompage et de prise d'eau associées afin de déterminer les meilleures étapes à suivre pour la gestion de la structure.

Comme il s'agissait d'un tunnel de 530 m de long, entièrement immergé, le ROV REVOLUTION a été choisi pour cette tâche. Les tunnels plus longs avec des sédiments au fond se sont avérés plus difficiles à creuser pour les robots à chenilles, robots avec lesquels PipeTek avait beaucoup plus d'expérience à l'époque.

Le problème des chenillettes est que leurs roues ou leurs chenilles remuent les sédiments, obstruant ainsi la vue du tunnel. Leur champ de vision est également réduit, car leurs caméras ne peuvent s'élever qu'à une certaine distance du fond du tunnel. Il serait beaucoup trop dangereux pour l'homme de pénétrer dans un tunnel aussi long.

En utilisant un ROV à nage libre équipé d'un sonar imageur, PipeTek a pu réaliser un rapport détaillé de ces tunnels et structures.

Matériel utilisé

• ROV Deep Trekker REVOLUTION: Le ROV REVOLUTION est un robot sous-marin équipé d'un sonar qui permet aux opérateurs de voir, même si l'eau était si trouble que la caméra était pratiquement inutile. Le sonar a permis aux opérateurs de visualiser l'environnement autour d'eux d'une manière qui va bien au-delà de ce que l'on peut imaginer avec un sonar à balayage latéral traditionnel ou même un sonar à balayage mécanique.
• Sonar d'imagerie Blueprint Subsea Oculus M3000d Multibeam : Le "d" dans le nom du modèle de sonar M3000d signifie qu'il s'agit d'un sonar à double fréquence, ce qui vous permet de basculer entre le mode basse fréquence, haute fréquence et haute résolution, et le mode basse fréquence, qui offre une vue plus large. Le mode haute fréquence convient mieux à l'inspection de près des défauts pour des mesures précises, tandis que le mode basse fréquence est plus adapté aux vues générales du tunnel. Lors de cette inspection, il y a eu quelques passages dans le tunnel, tous deux à des vitesses élevées pour obtenir une idée générale rapide de l'état, à la recherche d'artefacts ou d'obstructions de grande taille. Les passages plus lents à haute fréquence et résolution pour se concentrer sur les petits défauts.

Interprétation des images sonar

Le ROV REVOLUTION est unique en raison de la rotation de la tête de la caméra qui fait également pivoter la tête du sonar. Lorsque vous faites pivoter votre caméra de haut en bas, le sonar pivote également de haut en bas. Sur cette image, la caméra est en fait orientée vers le bas à un angle négatif de 90 degrés.

Rotation du sonar pour qu'il soit orienté droit vers le bas afin de voir l'arbre

Le faisceau sonar de 20 degrés est réparti le long de la paroi devant le ROV. Le nez du ROV se trouve contre le mur, et vous voyez donc la texture de ce mur comme si quelqu'un l'éclairait avec une lampe de poche.

Lorsque vous pointez le sonar vers le haut et le bord du tunnel, vous pouvez voir le câble et un peu de son ombre, ainsi que les bulles qui sortent de l'embouchure du tunnel. Ramenez le sonar à zéro degré à cet angle, et vous obtenez une coupe transversale des parois qui entourent le ROV.

Si vous l'inclinez un peu vers le haut, vous verrez le toit du tunnel devant le ROV. Si vous dépassez les 90 degrés, vous pouvez voir le bord du puits. Il y a ces bulles qui remontent le puits et qui sortent du tunnel, et mon câble ramènera le sonar vers le bas.

Voir les petits artefacts (bulles) avec le sonar imageur

L'autre aspect intéressant du sonar rotatif est qu'il permet de pointer le sonar légèrement vers le bas et de voir le fond du tunnel.

Malheureusement, il est recouvert de sédiments, ce qui n'a pas permis aux opérateurs de se faire une idée aussi précise de la structure. Lors de cette inspection, ils se sont concentrés sur la couronne. Vous pouvez voir que les deux lignes à l'intérieur du tunnel sont les bords de la couche de sédiments.

Au fur et à mesure que nous avancions, en regardant le toit du tunnel, nous pouvions identifier des fissures là où il y a un peu d'ombre projetée derrière, ce qui signifie qu'il y a quelque chose de surélevé et ils ont trouvé qu'il y avait beaucoup de fissures.

Utilisation d'un sonar d'imagerie pour prendre la section transversale d'un tuyau et voir les niveaux de sédiments

Des sédiments se sont accumulés lorsque l'eau s'est échappée de la fissure et que ces sédiments sont restés collés à la paroi du tunnel.

Une autre application intéressante est que vous pouvez pointer ce sonar tout droit vers le bas, comme vous l'avez vu plus tôt, mais parce qu'ils sont à l'intérieur de la structure environnante, ils obtiennent une coupe transversale du tunnel. Ainsi, cette ligne tout en bas traverse ce qui devrait être un cercle parfait.

C'est la surface des sédiments. À partir de là, il est possible d'effectuer des mesures régulières de la profondeur des sédiments tout en traversant un tunnel.

Identification d'une saillie latérale dans le tunnel

Un autre exemple de structure intéressante trouvée est illustré ci-dessous. Inclinez le sonar vers le haut et vous verrez qu'il y a une longue ombre. Chaque fois que vous voyez une ombre longue, cela signifie que l'objet est grand.

Il y a quelque chose qui dépasse du toit du tunnel. En manœuvrant le ROV et la tête du sonar, on peut obtenir une meilleure vue sous différents angles. En s'approchant et en ajustant légèrement l'angle, on peut voir un objet cylindrique.

Il s'agit d'un tuyau latéral qui fait saillie dans le toit du tunnel. Vous pouvez voir qu'il y a un peu de débris qui dépassent de l'extrémité, ils marquent donc l'emplacement de ce tuyau latéral.

Identification de petits défauts à l'aide d'un sonar imageur

Il est intéressant de noter qu'il s'agit du seul artefact observé dans ce tunnel de 530 mètres de long. Voici un autre artefact intéressant, dont vous verrez deux exemples.

Il y a des bulles au milieu, avec un peu d'ovale, ainsi qu'à l'autre extrémité de cet ovale. Cette fissure ovale n'est pas rare dans les tunnels de ce type. En tournant d'un côté à l'autre, vous pouvez obtenir un meilleur aperçu de sa forme.

En utilisant le logiciel de sonar, soit en direct pendant l'inspection, soit après l'inspection lors de la révision, vous pouvez utiliser l'outil règle pour mesurer ces artefacts. Lorsqu'ils sont apparus à l'autre bout de l'un de ces tunnels, ils se trouvaient dans la base d'un grand réservoir, qui recueille l'eau afin d'éviter un écoulement excessif.

Il y avait trois pompes dans cette section, à droite, certaines de ces structures verticales avec un matériau plus épais au fond. Grâce au sonar, les opérateurs peuvent non seulement voir la structure générale à la recherche d'obstructions ou de débris, mais aussi se faire une idée de la texture du mur, en identifiant les fissures évidentes ou les cassures qui s'effritent.

Même si le sonar est réglé sur une portée de 10 mètres, vous pouvez voir des détails clairs à moins de 50 cm de la tête du sonar. Ces images sont également utiles pour connaître la situation à proximité des pompes et savoir où ne pas conduire pour éviter les enchevêtrements de câbles.

Balayage de structures complexes à l'aide d'un sonar imageur

Conseils d'utilisation du sonar imageur

Dans ces environnements, il est préférable de régler le gain à un niveau bas, de se déplacer lentement et de faire pivoter le sonar pour avoir une meilleure idée de l'environnement. Une approche calme et prudente permettra non seulement d'éviter les enchevêtrements de câbles, qui ne sont vraiment inquiétants qu'à proximité de structures complexes telles qu'une pompe, mais elle produira également des images sonar plus claires.

C'est particulièrement important si d'autres parties prenantes visionnent l'inspection par la suite, car il leur sera plus facile d'ajouter des notes et d'assimiler ce qui a été inspecté.

Utilisation d'un sonar imageur pour mesurer la taille des fosses

Sur cette photo, ils ont effectué une orbite orientée vers l'extérieur, le sonar pointant vers le bas, à la recherche d'artefacts dans la paroi d'un puits. On peut voir une fosse, ils s'en approchent et prennent des mesures de son emplacement et de sa taille.

Une dernière partie de l'étude a consisté à utiliser le ROV pour aider à la récupération d'un scanner monté sur trépied. Le trépied s'est cassé et le scanner est tombé au fond du puits. Le grappin du ROV est généralement capable d'aider à la récupération d'outils, mais le poids important de ce scanner, combiné à sa forme lisse, l'a rendu difficile à saisir avec nos manipulateurs.

D'autres objets, qu'il s'agisse de victimes de noyade, de dalles de béton ou même de scooters électriques, se sont révélés être des cibles parfaites pour les manipulateurs de Deep Trekker.

Récupération d'équipements perdus à l'aide d'une griffe de largage surveillée par le sonar imageur

Une grande griffe au bout de deux cordes était utilisée pour la récupérer. Lorsqu'ils tirent sur une corde, la griffe se referme autour d'un objet, et vous tirez sur l'autre corde pour récupérer la cible.

Le ROV équipé d'un sonar et positionné à proximité de la cible a pu surveiller ce processus et aider à déterminer où et quand tirer sur la grande pince.

Résumé de la mission

Dans l'ensemble, cette enquête a été un succès complet malgré la visibilité nulle de la caméra.

En utilisant le sonar d'imagerie combiné à la flexibilité de la tête de caméra rotative de la REVOLUTION, PipeTek a été en mesure d'identifier plusieurs points d'intérêt pour Toronto Water à évaluer et à planifier la réinspection, tels que les latéraux en saillie, les fosses, les fissures et les niveaux de sédiments.

Non seulement ces points d'intérêt ont été localisés et photographiés, mais ils ont également pu les mesurer à l'aide des outils sonar disponibles.