L'Observatoire sismologique de Géoazur a équipé en 2010 le bâtiment de la tour de la Préfecture des Alpes-Maritimes. A des fins de modernisation le remplacement de la station d'acquisition a été décidé en 2019; nous avons fait pour cette opération l'acquisition d'une station D24-DIN de la société STANEO.

Afin de rendre facilement compatible son intégration dans l'armoire d'instrumentation nous avons défini lors de sa création deux critères:

La nouvelle station D24 doit pouvoir remplacer mécaniquement l'ancienne station Kephren24

Le remplacement ne doit pas conduire à des opérations de câblages sur site.

 

1- Les contraintes mécaniques

Toute la série des stations Kephren était intégrée dans un coffret industriel plastique PELICASE. Les dimensions hors-tout étaient: (27 x 24,6 x 17,4) cm.

Sur la photo ci-dessous on voit la station Kephren 24 installée dans l'armoire d'équipements:

armoire ouverte legende

 

En dessous de la Kephren 24 se trouve le boîtier de démultiplexage (long boîtier horizontal gris) qui a été conçu et réalisé par l'Observatoire sismologique de Géoazur. Son rôle est de pourvoir connecter les 20 câbles provenant des capteurs sur deux câbles compatibles avec les 2 connecteurs 12 voies de la station.

Au dessus de la station il a été prévu de laisser un espace de réservation en prévision d'une nouvelle station. Mécaniquement la contrainte principale d'encombrement pour la nouvelle station est une largeur de 27 cm. Pour la hauteur maximale nous avons 33 cm, valeur qui peut être aisément augmentée en découpant la plaque porte-rail DIN.

 

2- Les contraintes liées au câblage

Concernant la future compatibilité de câblage nous avons décidé lors de la définition initiale de l'armoire d'instrumentation que toute nouvelle station serait compatible avec la connectique des Kephren 24. Si cette condition est respectée cela permet de s'affranchir de toute opération de recâblage. Toutefois, dans le cas extrême où cette condition ne pourrait pas être respectée il serait nécessaire de recâbler uniquement le côté "station" du boîtier de multiplexage.

Dans le cadre d'un partenariat naturel et historique entre l'UMR géoazur et la société Stanéo nous avons donc:

Choisi un nouveau type de bôitier respectant les contraintes mécaniques et capable d'accueillir la nouvelle station D24,

Confié à la société Stanéo l'intégration de la nouvelle station avec notamment le câblage de ses sorties compatible sur le même modèle de connecteurs que ceux qui équipaient la Kephren 24.

 

3- Les choix retenus pour la nouvelle station D24

Cette famille de stations a la particularité d'être modulable. Elle se compose d'un module baptisé CPU-DIN sur lequel on peut chaîner jusqu'à 4 modules d'acquisition de 24 voies. Au maximum on peut donc avoir une station 96 voies. Dans notre cas la station sera constituée d'un module CPU-DIN et d'un seul module D24-DIN. Ces modules possèdent le même encombrement qu'une station D6-DIN classique.

Pour le boîtier destiné à accueillir les 2 modules nous avons sélectionné un boîtier métallique de la marque ROSE (réf chez Farnell: 321-6733). Ses dimensions extérieures sont (23 x 33 x 18,1) cm. Nous l'avons usiné et équipé de façon à:

 Accueillir les 2 connecteurs 12 voies avec les mêmes côtes de positionnement que la Kephren 24,

Posséder 2 rails DIN destinés à accueillir les modules CPU-DIN et D24-DIN,

Avoir une poignée de préhension ainsi qu'une équerre de fixation contre la plaque d'équipements de l'armoire.

Voici ce boîtier en cours de fabrication:

boitier usine vide

Les 2 rails DIN sont décalés pour faciliter les opérations de câblage interne

 

Sur la photo ci-dessous voici les 2 modules intégrés par la société Stanéo dans le nouveau boîtier:

boitier avec station D24

 

Un point important à prendre en compte est que les boitiers des stations Kephren étaient en polymère, le boîtier choisi ici est métallique. Nous avons prévu diverses possibilités de connexion de la masse métallique du boîtier ainsi que pour les masses des tresses métalliques des 20 câbles capteurs. Ainsi ces masses peuvent être reliées de façon totalement indépendante à:

Aucun potentiel (mode "floating"),

 La masse électrique de la station 0 volts (GND),

 La terre du site via la plaque métallique du fond de l'armoire.

 

D'un point de vue référence électrique pour la Kephren 24 nous avions initialement fixés les choix suivants:

Toutes les tresses des cables sont reliées au GND 0 volt côté station et ne sont reliées à rien côté capteurs,

Aucun élément de la station Kephren n'était reliée à la terre.

Afin de pouvoir envisager tous les types de référencement possibles nous avons équipé le nouveau boitier d'une semelle isolante en PVC ainsi qu'on peut la voir sur la photo ci-dessous:

boitier avec semelle PVC

 

Ainsi si l'on désire relier la masse métallique du boîtier à la masse de la grille de fond il suffira de fixer le boîtier avec une vis métallque. Si on désire au contraire qu'il reste isolé (cas de la Kephren 24) il suffira de le fixer avec une vis en Nylon. Dans le boîtier un bornier pemet d'affecter les référencements choisis aux diverses masses métalliques.

Le choix définitif de référencement électrique sera fait sur site après tests. La configuration initiale choisie est:

  La masse métallique du boîtier est isolée de la plaque de fond de l'armoire qui est actuellement reliée à la terre,

  La masse métallique du boîtier est reliée au potentiel 0 V GND,

  Les tresses des câbles sont reliées au potentiel 0 V GND.

Ces choix correspondent à la configuration actuelles des potentiels des masses de la station Kephren 24.

 

 

 

 

Dans le cadre d'activités de jouvences de stations sismologiques nous pouvons être amenés à enfouir des capteurs sismologiques à faible profondeur.

Pour le projet de construction des stations RESIF il a été prévu d'effectuer via le BRGM des forages de profondeur jusqu'à 8 mètres maximum afin d'installer des capteurs vélocimétriques du type Nanometrics Trillium 120 PH1. Toutefois de tels forages "lourds" ne sont pas possibles dans certains cas.

Pour trois sites RESIF situés en moyenne Durance nous avons défini et conçu un système d'enfouissement de capteurs spécifique correspondant aux besoins suivants:

Très faible profondeur d'enfouissement afin d'utiliser des moyens de creusement légers: Mini tarières ou mini pelles,

Mise en oeuvre de capteurs sismologiques de modèle dit "compact" dont le diamètre n'excède pas 130 mm,

Développement de mini cuves métalliques étanches permettant une installation aisée,

Possibilité si nécessaire de pouvoir mettre en oeuvre des câbles sismologique déjà équipés de leurs connecteurs.

 

Ce projet propre à l'Observatoire sismologique de Géoazur a été baptisé NoCuS pour "Nouvelles cuves sismologiques". Ce développement a concerné 3 axes d'études:

1 - La conception des cuves,

2 - La conception de plusieurs types de couvercles possibles pour des configurations différentes de types de câbles sismologiques et de topologie d'installation,

3 - Le développement d'un outillage permettant un azimutage précis des cuves lors de leur installation.

 

 

1 - La conception des cuves

 

Un précédent système approchant a été développé dans les années 80 pour enterrer à 70 cm les capteurs courte période Kinemetrics SS1 monocomposante de l'ancien réseau Renass au moyen de petites cuves étanches métalliques de 43 cm de haut telles que sur la photo ci-dessous à gauche:

 

cuve Renass3            capteur renass2

 

Sur la photo de droite le capteur SS1 pour lequel ce modèle de cuves a été créé

 

Nous avions déjà utilisé ce modèle de cuve afin de reconditionner l'ancienne cuve Renass du site MVIF, pour plus d'informations cliquer ici.

Pour le projet NoCuS nous sommes partis de ce principe pour l'améliorer en prenant aussi en compte le fait que les capteurs modernes nécessitent un azimutage précis. La première étape a été de déterminer les dimensions des cuves et leur principe de fermeture.

 

Les dimensions des cuves:

Nous avons choisi de conserver le diamètre initial des cuves Renass afin de pouvoir toujours (cas toutefois peu probable) installer des capteurs SS1.

Le diamètre interieur est donc maintenu à 130 mm. Compte-tenu des gammes de matériaux bruts existants le diamètre externe sera quant à lui de 140 mm. Le matériau choisi est un alliage d'aluminium classique (le 6060) avec de bonnes caractéristiques d'usinage, de soudage et de protection anticorrosion par anodisation.

La hauteur de la cuve est fixée à 1 mètre. Cette dimension permet un enfouissement raisonnable jusqu'à environ 1,4 mètre de profondeur avec les moyens de terrassement léger évoqués plus haut.

 

 

2 - La conception de plusieurs types de couvercles possibles pour des configurations différentes de types de câbles sismologiques et de topologie d'installation

 

Les cuves sont fermées à l'aide de couvercles métalliques réalisés dans le même matériau que les cuves mais anodisés en rouge afin de bien les repérer sur le terrain. L'étanchéité entre les cuves et leurs couvercles est réalisée au moyen de joints toriques possédant un diamètre de tore de 5 mm. La gorge d'accueil est usinée sur la collerette côté cuve uniquement. Les côtes de la gorge sont calculées pour un taux d'écrasement du joint de 20%. Le verrouillage des couvercles se fait au moyen de 8 vis Inox M8 à têtes creuses hexagonales.

Nous avons réalisé 3 types de couvercles afin de permettre différentes mises en oeuvre des câbles sismologiques. L'élément clef pour l'entrée du câble sismo dans la cuve et la présence ou non de connecteurs des 2 côtés du câbles. Nous avons ainsi 2 types de câbles:

Câbles équipés d'un connecteur du côté capteur et "ouvert" du côté station sismo,

Câbles équipés de connecteurs des 2 côtés.

 

Le premier type de câble permet lors des opérations d'installation ou de maintenance de passer au travers de presse-étoupes standard. C'est pourquoi nous avons conçu un premier type de couvercle équipable de presse-étoupe métalliques standard avec un filetage M20 tels que sur la photo ci-dessous:

 

NOCUS couvercles PE M20

Ces couvercles sont équipables d'un tube-allonge de 6 cm permettant si nécessaire d'éloigner le presse-étoupe du couvercle.

 

Le deuxième type de câbles impose d'utiliser des dispositifs spéciaux. Cette problématique est bien maîtrisée, notamment dans le milieu maritime, pour faire pénétrer des câbles d'équipements au travers des coques de bateaux en garantissant un bon niveau d'étanchéité. Nous avons choisi le principe des presse-étoupes à "éléments coniques perforés". Le principe est très simple et consiste en un disque en polymère épais à bord légèrement conique prépercé et fendu sur un rayon. Ce disque est serré au moyen d'une bride vissée afin de comprimer le disque autour du câble pour en assurer l'étanchéité.

Nous nous sommes directement adressés à une entreprise d'accastillage afin d'être conseillés sur un produit de qualité.

Nous avons donc retenu un produit de la société SCANSTRUT le presse-étoupe modèle DS40-S. Ce modèle permet le passage de cables équipés de connecteurs de 40 mm d'encombrement. Il est fourni avec un joint pré-perçè et un joint "à percer" par l'utilisateur.

La vue ci-dessous montre le modèle de couvercle développé pour ce type de presse-étoupe:

 

NOCUS couvercles PE DS40

 

Pour la photo nous avons mis en place le joint pré-perçé. Par contre en utilisation réelle nous mettrons en oeuvre le joint que nous percerons à un diamètre adapté au futur câble sismo.

 

Toujours pour la mise en oeuvre de câbles avec connecteurs nous avons conçu un troisième type de couvercle. Cette fois nous avons choisi de ne pas utiliser de presse-étoupe pour le câble sismo mais directement un raccord étanche pour gaines. En effet dans la très grande famille des gaines de protection de câbles il existe des produits pour lesquels il a été prévu tout un jeu de raccords afin de pouvoir les faire déboucher de façon étanche au travers de parois.

La famille la plus connue est celle des gaines CAPRI vendue par EATON dans des matériaux et des gammes d'étanchéité divers. En fonction de nos besoins nous avons choisi le modèle de gaine CAPRILOK 48 RENFORCE équipable de raccords PREMIUM.

Nous avons donc conçu un modèle de couvercles capable d'accueuillir directement un raccord (droit ou coudé) de modèle 48 ainsi que montré sur la photo ci-dessous:

 

NOCUS couvercles CAP48

A gauche du couvercle équipé d'un raccord droit nous avons placé un raccord coudé à 45°.

 

Ce couvercle a été usiné pour le diamètre interne utile du modèle de gaine 48 à savoir 46 mm. L'étanchéité entre le raccord et le couvercle se fait au moyen d'un joint plat néoprène et l'étanchéité entre la gaine et le raccord se fait au moyen d'une lèvre type "étirable" placée sur l'extrémité de la gaine. Après le verrouillage du raccord une couche de ruban étirable au niveau de la jonction raccord/gaine finalisera l'étanchéité.

 

Pour les 3 sites de la Durance nous utiliserons les 2 premiers types de couvercles:


Couvercles à presse-étoupe M20 pour les sites BLAF et BSTF,
Couvercles à presse-étoupe SCANSTRUT DS40 pour le site MLYF.

Les configuration des câbles et des connecteurs ne nécessitera pas la mise en oeuvre de couvercle du type CAPRILOK que nous avons développé afin de proposer une gamme étendue de possibilités.

 

3 - Le développement de l'outillage permettant un azimutage précis des cuves lors de leur installation


Lors de l'installation des cuves il est nécessaire de garantir leur horizontalité et leur orientation précise au Nord géographique. Grâce au parallélisme du plan de fond et du plan de la collerette des cuves il suffira de mettre à niveau (avec un niveau à bulle) le plan de la collerette pour garantir une parfaite horizontalité du fond de la cuve qui recevra le capteur sismologique.


Pour garantir un azimutage correct pérenne les cuves vont être orientées au Nord géographique à l'aide d'un gyrocompas prêté par RESIF.

Pendant les opérations d'installation des cuves dans les trous il est impératif de s'assurer qu'elles ne bougeront pas lors de la coulée et du séchage du béton.

Pour cela nous avons créé des dispositifs mécaniques provisoires d'alignement-nivellement matérialisés par des disques en PVC tels que sur les photos ci-dessous:


NOCUS systeme aligneur

Le bloc de polystyréne à gauche sert à centrer la tige filetée dans la cuve.

 NOCUS couvercles aligneurs

 

Les disques en PVC possèdent 8 trous permettant leur fixation directe sur la collerette des cuves. Une tige filetée M8 de préhension permet de manipuler les cuves pour les aligner et les niveller. Le maintien de la position est assuré sur le terrain par deux tasseaux de bois fixés d'un côté à la tige filetée et de l'autre au sol.

Sur chaque couvercle de nombreux traits ont été tracès afin de faciliter l'opération d'alignement réalisée au moyen d'un gyrocompas assocé à un niveau laser.

Pour l'orientation proprement dite de chaque cuve il est nécessaire de matérialiser également sur chacune d'elle de façon indélébile les 4 points cardinaux au moyen d'un trait de scie sur le pourtour extérieur de la collerette de chaque mini cuve. Afin de s'assurer que ces traits de scie soient réalisés le plus précisément possible une pige de marquage a été fabriquée. Elle se fixe sur la cuve en utilisant 2 trous de fixation de sa collerette de façon à servir de guide d'appui à une scie métallique en tenant de plus compte de l'épaisseur du trait de scie.


Voici deux vues d'une cuve pendant la matérialisation des futurs 4 points cardinaux:

 

NOCUS pige montee

On distingue les 2 traits de scie affleurant la pige et les 2 traits perpendiculaire déjà matérialisés


NOCUS cuve marquee

Le marquage de la cuve se termine en inscrivant sur deux traits de scie opposés la direction principale nord-sud

 

Avec ce système "disque-PVC / cuve-repérée" on s'assure aisément de l'orientation pérenne de chaque cuve lors de son installation. La pige de calage peut de plus être utilisée à tout moment pour matérialiser une direction cardinale lors de la mise en place de tout nouveaux capteurs.

Pour obtenir toute information technique ou les plans d'usinage de ce dispositif merci de contacter Didier BRUNEL.

 

 

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