FR3039893A1 - Dispositif de mesure de niveau de liquide par reflectrometrie optique, structure comprenant un tel dispositif et procede de mesure correspondant - Google Patents

Abstract

Le dispositif de mesure comprend : - au moins une fibre optique (15) prévue pour être plongée dans le liquide à travers la surface libre (13) du liquide ; - une source de lumière (17) envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique (15) ; - un analyseur (19), prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique (15) et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond (9). Le dispositif de mesure (1) comprend une gaine (29) dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique (15), la gaine (29) étant perméable au liquide.

Description

Dispositif de mesure de niveau de liquide par réflectrométrie optique, structure comprenant un tel dispositif et procédé de mesure correspondant L’invention concerne en général les mesures de niveau de liquide dans les installations nucléaires, notamment les piscines de stockage d’assemblages de combustibles usagés.

Plus précisément, selon un premier aspect, l’invention porte sur un dispositif de mesure de niveau de liquide par réflectométrie optique pour une structure d’une installation nucléaire contenant un volume de liquide, le volume de liquide étant délimité par un fond et par une surface libre, le dispositif de mesure comprenant : - au moins une fibre optique prévue pour être plongée dans le liquide à travers la surface libre ; - une source de lumière envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique ; - un analyseur, prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond. JP 2014-41023 décrit un tel dispositif. Celui-ci comprend un puits de mesure en équilibre hydrostatique avec le volume de liquide. La fibre optique est plongée dans le liquide remplissant ce puits.

Un tel agencement est complexe, et est difficile à mettre en place sur les installations déjà existantes.

Dans ce contexte, l’invention vise à proposer un dispositif de mesure qui soit plus facile à mettre en oeuvre. A cette fin, l’invention porte sur un dispositif de mesure du type précité, caractérisé en ce que le dispositif de mesure comprend une gaine dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique, la gaine étant perméable au liquide.

La gaine fait office de tranquilliseur. Elle isole la ou les fibres optiques de l’environnement, et les protège mécaniquement. Elle peut facilement être implantée dans une installation existante, par exemple dans une piscine.

Par ailleurs, le dispositif de mesure peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la gaine est percée par une pluralité d’orifices ; - le dispositif de mesure comprend un lest lié à un tronçon de la fibre optique prévu pour être disposé à proximité du fond ; - le dispositif de mesure comprend une cage prévue pour être disposée à proximité du fond, le lest étant libre suivant une direction longitudinale à l’intérieur de la cage ; - le dispositif de mesure comprend un support rigide destiné à être placé au-dessus de la surface libre, et au moins un organe allongé fixant la cage au support rigide de telle sorte que le poids de la cage est repris par le support rigide sans passer par la gaine ; - la ou chaque fibre optique comprend des première et seconde branches parallèles l’une à l’autre et engagées dans la gaine, et un tronçon en U raccordant l’une à l’autre des extrémités immergées respectives des première et seconde branches, le tronçon en U étant prévu pour être situé à proximité du fond, les première et seconde branches ayant des extrémités respectives émergées prévues pour être situées au-dessus de la surface libre ; - le lest est un disque pourvu d’une gorge dans laquelle est engagé le tronçon en U de la fibre optique ; - le dispositif de mesure comprend au moins deux fibres optiques, l’une étant revêtu d’un revêtement d’acrylate et l’autre d’un revêtement de polyimide ou métallique ; - l’analyseur est de type OFDR (réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel) ou OTDR (réflectométrie optique dans le domaine temporel) ; et - l’analyseur est prévu pour déterminer le profil de température le long de la ou chaque fibre optique et pour en déduire la position de la surface libre par rapport au fond.

Selon un second aspect, l’invention porte sur une structure d’une installation nucléaire contenant un volume de liquide, le volume de liquide étant délimité par un fond et par une surface libre, la structure comportant en outre un dispositif de mesure de niveau par réflectométrie comprenant : - au moins une fibre optique plongée dans le liquide à travers la surface libre ; - une source de lumière envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique; - un analyseur, prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond ; le dispositif de mesure comprenant une gaine dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique, la gaine étant perméable au liquide.

Le dispositif de mesure de niveau par réflectométrie optique est typiquement conforme au premier aspect de l’invention.

Selon un troisième aspect, l’invention porte sur un procédé de mesure de niveau par réflectométrie optique pour une structure d’une installation nucléaire contenant un volume de liquide, à l’aide d’un dispositif tel que décrit ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes: - plonger la ou chaque fibre optique dans le liquide à travers la surface libre ; - envoyer le rayonnement lumineux dans la fibre optique à partir de la source de lumière ; - analyser le rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique et en déduire le niveau de liquide par rapport au fond. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 représente une piscine de stockage d’assemblages de combustibles d’un réacteur nucléaire, équipée d’un dispositif de mesure de niveau par réflectométrie conforme à l’invention ; - la figure 2 représente de manière schématique la partie inférieure d’un dispositif de mesure selon un premier mode de réalisation de l’invention ; - la figure 3 est une vue détaillée du dispositif de mesure représenté schématiquement sur la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe prise selon les flèches IV de la figure 3 ; - la figure 5 est un graphe montrant le profil de température mesuré le long de la fibre optique du dispositif des figures 2 et 3; et - la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, montrant le profil de température mesuré le long de la fibre optique pour un second mode de réalisation du dispositif de mesure de l’invention.

Le dispositif de mesure 1 est destiné à être agencé dans une structure 3 d’une installation nucléaire, qui est une piscine de stockage d’assemblages de combustible usés 5 sur la figure 1. Cette structure comporte un volume de liquide 7. Le volume de liquide est délimité par un fond 9 et des parois latérales 11, et présente vers le haut une surface libre 13.

Le dispositif de mesure 1 est prévu pour mesurer le niveau de liquide, ce niveau de liquide correspondant à la hauteur de liquide prise suivant une direction verticale depuis le fond 9 jusqu’à la surface libre 13.

Le liquide est typiquement de l’eau dans le cas d’une piscine de stockage de combustibles usés.

Le dispositif de mesure 1 est utilisable pour mesurer le niveau de liquide dans d’autres structures du réacteur nucléaire, par exemple d’autres piscines ou des cuves. Il est utilisable également dans une structure se trouvant dans une installation autre qu’un réacteur nucléaire, par exemple une usine de retraitement d’assemblages de combustible usés ou toute autre installation du cycle du combustible.

Le liquide n’est pas nécessairement de l’eau mais peut être toute sorte de liquide aqueux ou non aqueux.

Comme visible sur la figure 1, le dispositif de mesure 1 comporte au moins une fibre optique 15 prévue pour être plongée dans le liquide 7 à travers la surface libre 13, une source 17 de lumière envoyant un rayonnement lumineux dans la ou chaque fibre optique 15, et un analyseur 19.

La détection du niveau de liquide est permise par la mesure de la distribution de température le long de la fibre optique.

Chaque fibre optique 15 présente donc une partie immergée dans le volume de liquide, et une partie émergée, s’étendant au-dessus de la surface libre 13. Chaque fibre optique 15 s’étend jusqu’au fond 9, ou pratiquement jusqu’au fond 9. L’analyseur 19 est prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par chaque fibre optique 15, et pour en déduire la distribution de température le long de la fibre optique et le niveau de liquide par rapport au fond 9. L’analyseur 19 est de type OFDR (Optical Frequency Domain Reflectometry ou réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel). En variante, l’analyseur est de type OTDR (Optical Time Domain Reflectometry ou réflectométrie optique dans le domaine temporel).

La source de lumière est un laser 17, ou toute autre source de lumière adaptée pour la technique OFDR, ou OTDR le cas échéant.

La technique OFDR est connue, et ne sera que brièvement décrite ici. Le rayonnement lumineux provenant de la source de lumière 17 est réparti par un premier coupleur entre deux bras d’un interféromètre : un bras de référence et un bras de mesure. Le bras de mesure est raccordé optiquement à la fibre optique 15 et transmet le rayonnement lumineux jusqu’à la fibre optique 15. Un second coupleur, implanté sur le bras de mesure, divise le rayonnement lumineux pour interroger la longueur de la fibre optique 15. La fibre optique 15 renvoie un rayonnement lumineux, appelé ici rayonnement lumineux rétrodiffusé, dans la branche de mesure. Le second coupleur dirige une partie de ce rayonnement lumineux rétrodiffusé dans le bras de référence. Un troisième coupleur, implanté sur le bras de référence, recombine le rayonnement lumineux émis par la source 17 et le rayonnement lumineux rétrodiffusé. Un diviseur de polarisation et un contrôleur de polarisation, tous deux implantés dans le bras de référence, sont utilisés pour diviser le rayonnement lumineux recombiné, de façon égale, entre deux états de polarisation orthogonaux. L’interférence entre le rayonnement lumineux renvoyé et ces deux états de polarisation est alors enregistrée par des détecteurs. L’analyseur 19 permet de mesurer le coefficient de réflexion complexe en chaque point de la fibre optique 15, en fonction de la longueur d’onde du rayonnement lumineux émis par la source de lumière 17. A partir des coefficients de réflexion complexe, le spectre de réflexion est calculé en fonction de la fréquence. La réflectivité en fonction de la longueur de la fibre est calculée en appliquant une transformée de Fourier au spectre de réflexion. Les données détectées selon les deux états de polarisation sont utilisées pour effectuer la corrélation croisée entre la mesure de référence et la mesure en situation réelle. Cette corrélation croisée donne la mesure de la température ou de la contrainte appliquée à la fibre optique grâce à une calibration et la présence de tabulations dans l’analyseur 19. Le rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique 15 est causé par des fluctuations aléatoires du profil d’indice le long de la longueur de la fibre optique 15. Pour une fibre optique donnée, la signature de la fibre optique en fonction de la distance est une propriété déterminée. On entend ici par signature en fonction de la distance, le spectre du rayonnement lumineux rétrodiffusé par chaque point de la fibre optique. Chaque fibre optique possède sa propre signature. Les changements locaux de l’indice de réfraction causés par un stimulus externe, comme un changement de la température ou de la contrainte mécanique locale, causent une évolution de la signature de la fibre optique sous la forme d’un décalage spectral du rayonnement lumineux renvoyé par le tronçon de la fibre optique subissant le stimulus externe. L’analyseur 19 dispose de tables de calibration, permettant de déduire l’amplitude du changement de la température ou de la contrainte à partir du décalage spectrale. L’analyseur 19 couple cette analyse avec une mesure de temps de vol, permettant ainsi de mesurer la température ou la contrainte de manière continue ou quasiment continue tout au long de la fibre optique.

Typiquement, on mesure la signature de référence de la fibre optique en fonction de la distance, dans une situation de référence. Cette signature de référence est mémorisée par l’analyseur 19. La signature de la fibre optique en fonction de la distance est ensuite mesurée en situation réelle par l’analyseur 19. Les spectres de dispersion à partir des deux mesures sont ensuite comparés par l’analyseur 19 en faisant une corrélation croisée sur toute la longueur de la fibre, celle-ci étant divisée en unité de longueur. Grâce à la corrélation croisée, on mesure le degré de similitude entre ces deux signaux, ce qui permet de remonter à la localisation et la quantification de la perturbation appliquée sur la fibre optique. La longueur de l’unité est choisie par l’opérateur en fonction de la longueur de la fibre à considérer et d’autres paramètres tels que les conditions d’utilisation du capteur.

Si, en situation réelle, un paramètre externe au dispositif de mesure (température, contrainte mécanique) est modifié par rapport à la situation de référence en un point de la fibre, ce changement est enregistré comme un décalage de la longueur d’onde obtenu par la corrélation croisée en ce point. L’amplitude du décalage est fonction de l’amplitude de la modification du paramètre externe. L’analyseur 19, typiquement, comporte des tabulations en mémoire, permettant de déterminer l’amplitude de la modification du paramètre externe en fonction du décalage de la longueur d’onde.

L’analyseur 19 typiquement analyse la signature spectrale de diffusion Rayleigh de la fibre optique. En variante, l’analyseur 19 analyse la signature spectrale de diffusion Raman, ou Brillouin., notamment quand l’analyseur est de type OTDR

De manière avantageuse, l’analyseur 19 et la source de lumière 17 sont déportés dans un local de mesure 27, à distance du volume de liquide. Ainsi, l’analyseur 19 est situé dans un local différent du local où est situé le volume de liquide 7. Ce local est par exemple dans un autre bâtiment, ou est un local du même bâtiment que celui où se trouve le volume de liquide 7 et dans tous les cas suffisamment loin pour ne pas être exposé à des fortes températures et/ou de rayonnements ionisants, en particulier cas d’accident grave.

Comme visible sur la figure 2, le dispositif de mesure comprend une gaine 29 dans laquelle est disposée la ou les fibres optiques. La gaine 29 est perméable au liquide. Elle est, comme la ou les fibres optiques, plongée dans le liquide à travers la surface libre 13. Le liquide remplit la gaine 29 et baigne la ou les fibres optiques situées à l’intérieur de la gaine 29. La gaine 29 s’étend jusqu’au fond 9, ou pratiquement jusqu’au fond 9.

Elle protège donc la ou les fibres optiques sur toutes leurs longueurs.

La gaine 29 est typiquement percée d’une multitude de petits orifices 30, mettant en communication le volume interne de la gaine 29 avec l’extérieur de la gaine. Ces orifices sont représentés agrandis sur la figure 2.

La gaine 29 est typiquement dans une matière plastique résistant à la température et à l’irradiation. Par exemple, elle est en PEEK.

Dans l’exemple représenté sur la figure 3, la gaine 29 est obtenue en enroulant de manière hélicoïdale un ruban, à la façon d’un tuyau de douche. Le ruban est délimité latéralement par des bords prévus pour pouvoir se fixer l’un à l’autre, de telle sorte que chaque spire du ruban hélicoïdal est fixée par ses bords à la spire précédente et à la spire suivante. On obtient ainsi une gaine 29 qui est souple et peut s’enrouler quand le dispositif de mesure n’est pas utilisé, tout en présentant une rigidité suffisante pour protéger les fibres optiques des chocs.

Comme représenté sur les figures 2 à 4, le dispositif de mesure 1 comprend, pour chaque fibre optique 15, un lest 33, typiquement en forme de disque, lié à un tronçon de la fibre optique 15 prévu pour être disposé à proximité du fond 9. Ceci permet de maintenir la fibre optique 15 avec une tension contrôlée, et verticale. Ceci est important notamment pour s’assurer que la fibre optique 15 ne vient pas en contact de la gaine 29, ce qui pourrait créer une contrainte locale sur cette fibre optique 15 et fausser la mesure.

Par ailleurs, le dispositif de mesure 1 comporte une cage ou plongeur 35 prévue pour être disposée à proximité du fond 9.

La cage 35 comporte par exemple deux demi-coquilles concaves fixées l’une à l’autre, les demi-coquilles comportant des lumières 37 permettant la circulation du liquide à l’intérieur de la cage 35.

La cage 35 délimite intérieurement une chambre dans laquelle sont logés le ou les lests 33. La chambre est allongée suivant une direction longitudinale L, matérialisée sur la figure 3. Elle a une forme telle que les lests 33 sont libres de se déplacer suivant la direction longitudinale L à l’intérieur de la chambre mais pas dans les autres directions.

Le dispositif de mesure 1 comporte encore un support rigide 39, visible sur la figure 5, destiné à être placé au-dessus de la surface libre 13. Le support rigide 39 est typiquement rigidement fixé au génie civil de la structure 3, ou à un châssis de support rigidement fixé lui-même au génie civil.

Le poids de la cage 35 assure aussi une tension nécessaire et suffisante pour que la gaine 29 soit rectiligne verticale une fois plongé dans le liquide.

La cage 35 est suspendue au support rigide 39, de telle sorte que le poids de la cage 35 est repris par le support rigide 39 sans passer par la gaine 29. A cet effet, le dispositif de mesure 1 comporte au moins un organe allongé 41 rigidement fixé par une première extrémité à la cage 35 et par une seconde extrémité au support rigide 39.

Dans l’exemple représenté, le dispositif de mesure comporte deux organes allongés 41. En variante, le dispositif de mesure comporte plus de deux organes allongés 41.

Les organes 41 sont par exemple des câbles en acier inoxydable.

Des serre-câbles 43 permettent de maintenir les organes 41 à proximité de la gaine 29.

Le support rigide 39 comporte un conduit 45 auquel une extrémité supérieure 47 de la gaine 29 est rigidement fixée. Le conduit 45 prolonge donc la gaine 29. L’extrémité du conduit 45 opposée à la gaine est susceptible d’être fermée par un bouchon amovible 49.

Par ailleurs, la cage 35 présente, à une extrémité longitudinale, un col 51 délimitant un passage débouchant dans la chambre délimitée intérieurement par la cage. Une extrémité inférieure 53 de la gaine 29 opposée à l’extrémité supérieure 47, est rigidement fixée au col 51. L’espace interne de la gaine 29 communique ainsi avec la chambre de la cage 35 par ledit passage, et communique avec le volume interne du conduit 45.

Selon un premier mode de réalisation de l’invention, représenté sur les figures 2 à 5, la ou chaque fibre optique 15 comprend des première et seconde branches 55 parallèles l’une à l’autre et engagées dans la gaine 29, ainsi qu’un tronçon en U 57 raccordant l’une à l’autre des extrémités immergées 59 respectives des première et seconde branches 55. Ainsi, la fibre optique 15 suit un profil en U.

Le tronçon en U 57 est prévu pour être situé à proximité du fond 9. Ceci est visible sur la figure 2.

Les première et seconde branches 55 comportent par ailleurs des extrémités respectives émergées 61, prévues pour être situées au-dessus de la surface libre 13.

Typiquement, le tronçon en U 57 est logé à l’intérieur de la cage 35, et les extrémités émergées 61 sont situées à l’intérieur du conduit 45.

Les extrémités émergées 61 sont par exemple raccordées à un connecteur optique logé dans le conduit 45. Le connecteur (non représenté) est protégé par le bouchon 49 quand le dispositif de mesure n’est pas utilisé.

Les extrémités émergées 61 sont raccordées à l’analyseur 19 par des fibres optiques intermédiaires 63, comme représenté sur la figure 1. Les fibres 63 sont par exemple en prise avec le connecteur.

Chaque lest 33 est typiquement un disque pourvu d’une gorge 65, comme représenté sur la figure 4. Le tronçon en U 57 de la fibre optique est engagé dans la gorge 65.

Le dispositif de mesure comprend au moins deux fibres optiques 15, et, dans un exemple de réalisation comporte quatre fibres optiques 15.

Le dispositif de mesure comporte alors plusieurs lests 33 en forme de disque. Comme visible sur les figures 3 et 4, ces disques sont agencés dans des plans parallèles les uns aux autres, et sont empilés les uns sur les autres. Chacun est libre de se déplacer à l’intérieur de la cage 35 indépendamment des autres, suivant la direction longitudinale, de manière à ce que chaque fibre optique 15 soit tendue.

Chaque lest 33 pèse entre cinq et cinquante grammes

Avantageusement, chaque fibre optique 15 est choisie de manière à résister à des niveaux élevés d’irradiation et de températures.

Typiquement, au moins une des fibres optiques 15 est revêtue d’un revêtement d’acrylate, et au moins une autre est revêtue d’un revêtement de polyimide ou métallique.

Par exemple, une fibre optique est revêtue d’un revêtement d’acrylate résistant aux hautes températures, et trois fibres optiques sont revêtues d’un revêtement de polyimide et /ou métallique.

Les fibres optiques sont résistantes à une température supérieure à 150°C, et à une irradiation supérieure à 1MGy, de préférence à 5 MGy, encore de préférence à 10 MGy. On entend par résistantes le fait que les fibres optiques restent utilisables comme capteurs de températures, sans dégradation significative de leurs performances.

La figure 5 illustre le profil de températures le long de chacune des fibres optiques 15 du dispositif de mesure quand elles sont pliées en U comme illustré sur la figure 2. La courbe indique la température évaluée par l’analyseur 19 en fonction de la position le long de la fibre optique.

La courbe présente tout d’abord en partie gauche un plateau, à une température T2 sensiblement constante. Ce plateau correspond à la partie de la première branche 55 de la fibre optique située au-dessus de la surface libre 13 du liquide.

La courbe comporte par ailleurs une partie centrale formant un plateau à une température sensiblement constante T1, avec une bosse centrale B. La partie du plateau située à gauche de la bosse correspond à la partie immergée de la première branche 55 de la fibre optique. La bosse correspond au tronçon en U 57 de la fibre optique, logée dans la gorge 65 du lest. La valeur de température renvoyée par cette partie de la fibre optique est différente de celle renvoyée par les portions immergées des deux branches, du fait que ce tronçon en U subit une contrainte mécanique. Cette contrainte mécanique provient de l’agencement en demi-cercle du tronçon de fibre optique.

La partie du plateau située à droite de la bosse B correspond à la portion immergée de la seconde branche 55 de la fibre optique.

Par ailleurs, la courbe comporte en partie droite un autre plateau à la température T2, correspondant à la partie de la seconde branche 55 située au-dessus de la surface libre 13. Les deux plateaux à la température T2 sont reliés au plateau à la température T1 par des fronts A, A’, correspondant à la surface libre 13 du volume de liquide.

Quand le tronçon en U 57 de la fibre optique 15 est situé au ras du fond 9, la distance séparant les fronts A et A’ le long de la fibre optique correspond à sensiblement deux fois la profondeur de liquide.

Dans ce mode de réalisation, l’analyseur 19 est prévu pour déterminer le profil de température le long de chaque fibre optique 15, et en déduire la position de la surface libre par rapport au fond en fonction de ce profil de température.

Pour ce faire, l’analyseur 19 est prévu pour déterminer la position des deux fronts A, A’ le long de la fibre optique, c’est-à-dire la position des deux zones dans lesquelles la température varie rapidement en fonction de la distance. Ces deux fronts correspondent aux portions de la fibre optique situées à la surface libre du liquide. L’analyseur 19 est prévu pour déterminer ensuite la distance séparant ces deux fronts le long de la fibre optique, et diviser par deux cette distance pour en déduire la position de la surface libre par rapport au fond.

Typiquement, l’analyseur fait cette même analyse à partir du profil de températures relevé pour chacune des fibres optiques, et obtient ainsi plusieurs valeurs de position de la surface libre par rapport au fond. Ces valeurs sont ensuite moyennées, ou exploitées selon toute stratégie possible.

Le procédé de mesure de niveau à l’aide d’un dispositif du type représenté sur les figures 2 à 5 va maintenant être décrit.

On considère un état initial dans lequel le dispositif de mesure 1 est situé hors du volume de liquide.

Au cours d’une première étape, la ou chaque fibre optique 15 est plongée dans le liquide 7 à travers la surface libre 13.

Par exemple, on déroule la gaine 29 et on agence cette gaine 29 sensiblement verticalement de telle sorte que la cage 35 soit située dans le volume de liquide, à proximité immédiate du fond 9. Une partie supérieure de la gaine 29 est située hors du volume de liquide, au-dessus de la surface libre 13. Le support rigide 39 est ensuite rigidement fixé à un châssis ou au génie civil, de telle sorte que la gaine 29 et la cage 35 soient maintenues en position, notamment suivant la direction verticale. La source de lumière 17 et l’analyseur 19 sont disposés dans le local de mesure 27, à distance de la structure 3. Les fibres optiques 15 passant à l’intérieur de la gaine 29 sont ensuite raccordées à la source de lumière 17 et à l’analyseur 19 par des fibres optiques intermédiaires 63.

Pour réaliser la mesure, le rayonnement lumineux est envoyé à partir de la source de lumière 17 dans chaque fibre optique 15.

Ensuite, le rayonnement lumineux rétrodiffusé par chaque fibre optique 15 est analysé par l’analyseur 19.

Pour ce faire, comme expliqué plus haut, l’analyseur 19 détermine la position, le long de la fibre optique, des fronts A, A’ auxquels la température relevée par la fibre optique varie très rapidement en fonction de la distance. Il détermine la distance séparant, le long de la fibre optique, ces deux fronts. Il divise cette distance par deux, et en déduit ainsi le niveau de liquide par rapport au fond.

Un second mode de réalisation de l’invention va maintenant être détaillé, en référence aux figures 1 et 6. Seuls les points par lesquels ce second mode de réalisation diffère du premier seront décrits. Les éléments identiques ou assurant la même fonction dans les deux modes de réalisation seront désignés par les mêmes références.

Dans le second mode de réalisation de l’invention, les fibres optiques ne sont pas pliées en U. Chaque fibre optique 15 comporte ainsi un tronçon rectiligne unique, l’extrémité supérieure 67 de la fibre optique étant située au-dessus de la surface libre 13 du liquide et l’extrémité inférieure 69 de la fibre étant située au ras du fond 9, dans le liquide. Dans ce cas, le lest 33 est fixé directement à l’extrémité inférieure 69.

La figure 6 représente le profil de température relevé par l’analyseur 19 pour une fibre optique 15 disposée verticalement dans le volume de liquide. Ce graphique représente la température déterminée par l’analyseur 19 en fonction de la distance à partir de l’extrémité inférieure 69 de la fibre. La figure 6 montre que la courbe de températures comporte un premier plateau à une température sensiblement constante T1. Cette température correspond à la température du liquide. Ce plateau correspond à la partie immergée de la fibre optique 15, à partir de l’extrémité inférieure 69 jusqu’à la surface libre 13.

La courbe comporte un second plateau, à une température sensiblement constante T2. Cette température est la température de l’air au-dessus du volume de liquide 7. Le plateau correspond à la partie émergée de la fibre optique, depuis la surface libre 13 jusqu’à l’extrémité supérieure 67. Les deux plateaux sont séparés par un front descendant dont la position indique le niveau de la surface libre par rapport au fond 9, c’est-à-dire le niveau de liquide. L’analyseur 19 est prévu pour déterminer la position du front descendant le long de la fibre optique. Le front descendant est la zone où la température varie rapidement en fonction de la distance. L’analyseur 19 est prévu pour déterminer ensuite la distance séparant l’extrémité inférieure 69 de la fibre optique du front descendant. Cette distance indique le niveau de liquide par rapport au fond 9.

Le procédé de mesure à l’aide du dispositif selon le second mode de réalisation, comportant une ou plusieurs fibres optiques non pliées en U, va maintenant être détaillé. L’étape de mise en place de la ou des fibres optiques dans le liquide et l’étape consistant à envoyer le rayonnement lumineux dans la ou les fibres optiques à partir de la source de lumière, sont sensiblement identiques à celles décrites plus haut pour le premier du mode de réalisation.

Seule l’étape d’analyse du rayonnement lumineux rétrodiffusé par chaque fibre optique est différente.

Plus précisément, au cours de cette étape, l’analyseur 19 détermine la position du front de température le long de la fibre optique, le front étant la zone où la température varie rapidement en fonction de la position le long de la fibre optique. Il détermine ensuite la position de l’extrémité inférieure 69 de la fibre optique 15 sur le profil de températures. Dans l’exemple représenté sur la figure 2, l’extrémité inférieure de la fibre optique est située à l’abscisse 0. L’analyseur détermine ensuite la distance séparant, le long de la fibre optique, le front de l’extrémité inférieure de la fibre optique, cette distance correspondant au niveau de liquide par rapport au fond.

Dans les procédés de mesure correspondants aux premier et second modes de réalisation, il est possible que l’extrémité inférieure 69 de la fibre, ou le tronçon en U 57, ne soit pas situé(e) exactement au ras du fond 9. Dans ce cas, on corrige le niveau de liquide calculé précédemment pour tenir compte de la hauteur à laquelle se trouve l’extrémité inférieure ou la portion en U par rapport au fond.

Le dispositif de mesure et le procédé de mesure décrits ci-dessus présentent de multiples avantages.

Tout d’abord, du fait que la ou les fibres optiques sont disposées à l’intérieur d’une gaine perméable au liquide, l’agencement du dispositif de mesure dans la structure est très simple. La gaine est plongée, avec la ou les fibres optiques, dans le volume de liquide de telle sorte que la ou les fibres optiques présentent un tronçon situé immédiatement au ras du fond 9, et qu’une partie de chaque fibre optique soit située au-dessus de la surface libre. Le dispositif de mesure peut ainsi être facilement implanté dans des installations existantes, sans modification du génie civil. L’intégration du dispositif de mesure dans une structure est peu intrusive. L’électronique, notamment l’analyseur, peut être facilement disposé dans un local situé à distance du volume de liquide. Ainsi, en cas d’accident faisant que la température à l’intérieur de la structure augmente, et/ou que le taux d’humidité dans l’atmosphère au-dessus du volume de liquide augmente, et/ou que le rayonnement ionisant au-dessus du volume de liquide augmente, l’analyseur n’est pas affecté.

Ainsi, le dispositif de mesure reste fonctionnel dans des conditions d’ambiance accidentelles à l’intérieur de la structure telles que la température du liquide atteint 100°C, l’humidité dans l’atmosphère au-dessus du liquide atteint 100%, et les éléments du dispositif de mesure situés à l’intérieur de la structure sont exposés à une dose cumulée supérieure à 1 MGy.

Un tel agencement permet par ailleurs de respecter les exigences de tenue au séisme des normes CEI 60068 et CEI 69180. Cet agencement permet également d’être conforme aux prescriptions du RCC-E (règles de conception et de construction des matériels électriques des îlots nucléaires).

Par ailleurs, des essais ont montré que le dispositif de mesure permet de déterminer le niveau de liquide par rapport au fond avec une précision de l’ordre du centimètre.

Avantageusement, le dispositif de mesure renseigne sur la distribution de températures dans et autour du volume de liquide. L’analyseur est multiplexable, et permet de réaliser l’analyse de signaux provenant de plusieurs fibres optiques, qui ne sont pas nécessairement plongées dans le même volume de liquide.

Quand les fibres optiques sont pliées en U, le dispositif de mesure reste fonctionnel même si les fibres optiques sont coupées, notamment quand l’analyseur est de type OFDR.

Claims (12)

1. REVENDICATIONS

   1. - Dispositif de mesure de niveau de liquide par réflectométrie optique pour une structure (3) d’une installation nucléaire contenant un volume de liquide (7), le volume de liquide (7) étant délimité par un fond (9) et par une surface libre (13), le dispositif de mesure (1) comprenant : - au moins une fibre optique (15) prévue pour être plongée dans le liquide à travers la surface libre (13) ; - une source de lumière (17) envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique (15) ; - un analyseur (19), prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique (15) et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond (9) ; caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1) comprend une gaine (29) dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique (15), la gaine (29) étant perméable au liquide.
2. 2. - Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine (29) est percée par une pluralité d’orifices (30).
3. 3. - Dispositif de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1) comprend un lest (33) lié à un tronçon de la fibre optique (15) prévu pour être disposé à proximité du fond (9).
4. 4. - Dispositif de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1) comprend une cage (35) prévue pour être disposée à proximité du fond (9), le lest (33) étant libre suivant une direction longitudinale à l’intérieur de la cage (35).
5. 5. - Dispositif de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1) comprend un support rigide (39) destiné à être placé au-dessus de la surface libre (13), et au moins un organe allongé (41) fixant la cage (35) au support rigide (39) de telle sorte que le poids de la cage (35) est repris par le support rigide (39) sans passer par la gaine (29).
6. 6. - Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque fibre optique (15) comprend des première et seconde branches (55) parallèles l’une à l’autre et engagées dans la gaine (29), et un tronçon en U (57) raccordant l’une à l’autre des extrémités immergées (59) respectives des première et seconde branches (55), le tronçon en U (57) étant prévu pour être situé à proximité du fond (9), les première et seconde branches (55) ayant des extrémités respectives émergées prévues pour être situées au-dessus de la surface libre (13).
7. 7. - Dispositif de mesure selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le lest (33) est un disque pourvu d’une gorge (65) dans laquelle est engagé le tronçon en U (57) de la fibre optique (15).
8. 8. - Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1) comprend au moins deux fibres optiques (15), l’une étant revêtu d’un revêtement d’acrylate et l’autre d’un revêtement de polyimide ou métallique.
9. 9. - Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’analyseur (19) est de type OFDR (réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel) ou OTDR (réflectométrie optique dans le domaine temporel).
10. 10. - Dispositif de mesure selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’analyseur (19) est prévu pour déterminer le profil de température le long de la ou chaque fibre optique (5) et pour en déduire la position de la surface libre (13) par rapport au fond (9).
11. 11. - Structure (3) d’une installation nucléaire contenant un volume de liquide (7), le volume de liquide (7) étant délimité par un fond (9) et par une surface libre (13), la structure (3) comportant en outre un dispositif (1) de mesure de niveau par réflectométrie comprenant : - au moins une fibre optique (15) plongée dans le liquide à travers la surface libre (13); - une source (17) de lumière envoyant un rayonnement lumineux dans la fibre optique (15); - un analyseur (19), prévu pour analyser un rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique (15) et pour en déduire le niveau de liquide par rapport au fond (9) ; caractérisé en ce que le dispositif de mesure (1) comprend une gaine (29) dans laquelle est disposée la ou chaque fibre optique (15), la gaine (29) étant perméable au liquide.
12. 12. - Procédé de mesure de niveau par réflectométrie pour une structure (3) d’une installation nucléaire contenant un volume de liquide, à l’aide d’un dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, le procédé comprenant les étapes suivantes: - plonger la ou chaque fibre optique (15) dans le liquide à travers la surface libre (13); - envoyer le rayonnement lumineux dans la fibre optique (15) à partir de la source de lumière (17) ; - analyser le rayonnement lumineux rétrodiffusé par la fibre optique (15) et en déduire le niveau de liquide par rapport au fond (9).