Domaine de l'invention

L'invention concerne la détection de fuites dans des pièces industrielles creuses dont l'étanchéité doit être contrôlée.

Plus précisément, l'invention concerne la détection de telles fuites mettant en œuvre un gaz traceur.

L'invention trouve notamment son application dans le domaine de la fabrication de pièces destinées à l'industrie, telle que l'industrie automobile, en vue de la détection de fuites de diverses pièces dont le fonctionnement nécessite une parfaite étanchéité.

Art antérieur

Parmi les techniques de détection de fuites mettant en œuvre un gaz traceur, certaines consistent à pressuriser l'intérieur de la pièce à tester avec un tel gaz et à la placer dans une chambre pour détecter les faibles quantités de gaz qui auraient fuit de la pièce vers cette chambre. D'autres techniques consistent au contraire à placer la pièce à tester dans un environnement riche en gaz traceur et à rechercher la présence de ce gaz à l'intérieur de la pièce à tester.

Il est ainsi connu de détecter, notamment les très faibles fuites, en plaçant l'intérieur d'une pièce à tester sous un vide très poussé, puis à y détecter les molécules de gaz traceur ayant pu pénétrer dans la pièce.

Ainsi, le brevet américain US-A-5,661,229 décrit la détection dans un espace de mesure du passage d'hélium à travers une couche de verre de quartz conçue pour ne laisser passer que ce gaz.

La demande de brevet WO-1-2017012904 décrit quant à elle un procédé de contrôle de l'étanchéité de produits scellés, utilisant aussi l'hélium comme gaz traceur, selon lequel la mesure de concentration en hélium est réalisée grâce à un spectromètre de masse.

Un inconvénient de ces techniques est qu'elles nécessitent de créer un vide poussé, ce qui augmente leur coût de mise en œuvre. Un tel vide poussé nécessite en effet l'utilisation d'un matériau coûteux et une maintenance importante. L'utilisation de spectromètres augmente aussi les coûts. D'autres techniques, qui ne nécessitent pas la mise en œuvre d'un vide poussé, consistent à pressuriser la pièce à tester de gaz traceur et à chercher la fuite à l'aide d'un détecteur de type « sniffeur ». De telles méthodes permettent en outre de localiser la fuite. Par contre, avec de telles techniques la pièce n'est pas testée globalement ce qui laisse la possibilité de ne pas « sniffer » suffisamment près de la fuite et de ne pas la détecter. Parfois, le point de fuite est tout simplement inaccessible.

D'autres techniques, qui ne nécessitent pas non plus la mise en œuvre d'un vide poussé, consistent à sceller la pièce à tester, à la placer dans une enceinte, à pressuriser la pièce et à laisser l'enceinte à la pression atmosphérique puis à attendre un temps suffisamment long pour pouvoir ensuite y détecter la présence éventuelle d'un gaz traceur à l'aide d'un détecteur sensible à ce gaz.

De telles techniques, dites par accumulation, présentent l'inconvénient d'être longues à mettre en œuvre, ce qui peut se révéler incompatible avec les cadences de production des pièces à tester.

De plus, la concentration de gaz traceur après accumulation peut être trop faible pour pouvoir être détectée par les détecteurs disponibles sur le marché.

Il existe donc un besoin alternatif aux procédés de détection de fuite de l'art antérieur pour diminuer leur coût de mise en œuvre tout en réduisant le temps de détection et en autorisant la détection de très petites fuites.

Objectifs de l'invention

L'invention a pour objectif de proposer un procédé de détection de fuite palliant au moins certains des inconvénients de l'art antérieur cité ci-dessus.

Notamment, un objectif de la présente invention est de décrire un tel procédé ne nécessitant pas la mise en œuvre d'un vide poussé.

Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé nécessitant un temps de détection de gaz traceur moins long.

Encore un autre objectif de l'invention est de proposer un procédé permettant de détecter des fuites plus faibles pour un même détecteur de gaz traceur du commerce.

Exposé de l'invention

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui concerne un procédé de détection de fuite d'une pièce creuse comprenant les étapes consistant à sceller ladite pièce creuse, à créer une différence de pressions PI et P2 entre l'intérieur de ladite pièce creuse et un compartiment ou une enceinte, à injecter un gaz traceur dans la chambre d'injection formée par l'intérieur de l'un parmi la pièce creuse et ledit compartiment ou ladite enceinte, à attendre un temps d'accumulation T puis à effectuer une étape de concentration consistant à prélever au moins en partie le contenu d'une chambre de contrôle formée par l'intérieur de l'autre parmi ladite pièce creuse et ledit compartiment ou ladite enceinte où n'a pas été injecté de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume de prélèvement le gaz traceur que ledit contenu de la chambre de contrôle contient éventuellement, puis à rechercher la présence de gaz traceur dans ledit volume de prélèvement.

Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le prélèvement est réalisé au moyen d'une séquence de détente puis re-compression comprenant une première sous-étape de détente du contenu de la chambre de contrôle afin d'alimenter une chambre de concentration avec un volume de prélèvement, suivie d'une seconde sous-étape de re-compression du volume de prélèvement afin d'en assurer la concentration avant l'étape de recherche de la présence de gaz traceur dans ledit volume de prélèvement.

Selon une variante, le procédé comprend une pluralité de séquences de détente puis re-compression du contenu de la chambre de contrôle, comprenant au moins deux itérations consécutives de ladite séquence. L'objectif de ces réitérations de séquences est d'assurer un brassage et une homogénéisation du volume de contrôle pour fiabiliser la mesure de gaz traceur.

Le procédé de l'invention couvre également d'autres modalités de brassage du contenu de la chambre de contrôle de façon à empêcher toute zone stationnaire dans ladite chambre, à l'aide de moyens appartenant au groupe comprenant :

- des moyens de détente et/ou re-compression brusques (c'est à dire propres à provoquer par exemple un effet de turbulence) du contenu de la chambre de contrôle ;

- des moyens de brassage dynamique constitués par exemple par des moyens du type d'un ventilateur intérieur et/ou d'une turbine extérieure à ladite chambre ; - des moyens de brassage statique constitués par une conformation de la surface intérieure de ladite chambre, qui provoque un brassage de veines de gaz lors des mouvements gazeux naturels ou forcés (aspiration ou compression, pompage, ventilateur ; turbine, et...)

Avantageusement, selon un premier principe de réalisation, l'étape de recherche de gaz traceur s'effectue dans une chambre de détection située en aval de la chambre de concentration, le circuit de communication de la chambre de concentration avec la chambre de détection comprenant une restriction.

Selon un second principe de réalisation, le circuit de communication de la chambre de concentration avec la chambre de détection comprend une unité de filtration membranaire.

Selon ce second principe de réalisation, l'invention propose donc d'accumuler pendant un temps T le gaz traceur ayant pu fuiter de ou dans la pièce à tester puis de le concentrer par filtration membranaire avant de le rechercher grâce à un détecteur approprié.

Le procédé de l'invention peut également s'appliquer en réalisant l'étape de recherche de gaz traceur dans la chambre de concentration elle-même, au moyen d'un détecteur de gaz mis en contact avec le volume de détection.

Une telle étape de concentration, que ce soit dans le cadre du premier ou du second principes de réalisation, permet de détecter des fuites très petites. En effet, la détection du gaz traceur est, selon l'invention, effectuée non pas sur un contenu brut mais sur un contenu concentré. En cas de fuite très petite et en l'absence de vide très poussé dans le compartiment adjacent, la quantité de gaz traceur fuyant est infime et, à défaut d'une telle concentration, possiblement indétectable à moins de faire appel à des détecteurs complexes et coûteux tels que des spectromètres. Un tel résultat est de plus obtenu sans qu'il soit besoin de mettre en œuvre un vide poussé impliquant l'utilisation de matériel complexe et coûteux pour l'obtention et la maintenance de celui-ci. L'invention propose ainsi une alternative très intéressante aux procédés de détection de fuite de l'art antérieur.

Ce procédé pourra être mis en œuvre selon au moins deux variantes préférentielles. Ces deux variantes sont décrites ci-après en relation avec le second principe de réalisation (utilisation d'une membrane de filtration), mais elles sont tout autant utilisable mutatis mutandis selon le premier principe de réalisation (sans membrane).

Ainsi, selon une première variante, la pièce creuse à tester présentera un compartiment A et un compartiment B adjacent au compartiment A. Le procédé selon l'invention comprendra alors les étapes consistant à mettre sous pression PI d'un gaz traceur l'intérieur de l'une parmi ledit compartiment A et ledit compartiment adjacent B après l'avoir scellé, à mettre sous pression P2 < PI d'un autre gaz que le gaz traceur l'intérieur de l'autre parmi ledit compartiment A et ledit compartiment adjacent B, à attendre un temps d'accumulation T, à filtrer sur au moins une membrane le contenu de l'un du compartiment A ou du compartiment B où n'a pas été mis de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume en aval de ladite membrane le gaz traceur contenu éventuellement dans le compartiment A ou le compartiment B dans lequel n'a pas été mis de gaz traceur.

Selon une seconde variante, pouvant être utilisée notamment lorsque la pièce à tester ne présentera pas deux compartiment adjacents, le procédé comprendra les étapes consistant à placer ladite pièce creuse, préalablement scellée, dans un compartiment formant enceinte, à mettre sous pression PI d'un gaz traceur l'intérieur de l'une parmi ladite pièce creuse et ladite enceinte, à mettre sous pression P2 < PI d'un autre gaz que le gaz traceur l'intérieur de l'autre parmi ladite pièce creuse et ladite enceinte, à attendre un temps T, à filtrer sur au moins une membrane le contenu de ladite pièce creuse ou de ladite enceinte dans laquelle n'a pas été mis de gaz traceur de façon à concentrer dans un volume en aval de ladite membrane le gaz traceur contenu éventuellement dans ladite pièce creuse ou ladite enceinte dans laquelle n'a pas été mis de gaz traceur.

Cette seconde variante pourra elle-même être mise en œuvre selon deux sous- variantes.

Selon une sous-variante, le procédé comprend les étapes successives consistant à placer ladite pièce creuse dans un compartiment formant enceinte, à mettre sous pression PI dudit gaz traceur l'intérieur de ladite pièce creuse, à mettre sous pression P2<P1 dudit autre gaz l'intérieur de ladite enceinte, à attendre un temps T, à filtrer sur membrane le contenu de ladite enceinte et à rechercher la présence de gaz traceur en aval de ladite membrane.

Selon une autre sous-variante, les étapes successives consistent à placer ladite pièce creuse dans un compartiment formant enceinte, à mettre sous pression PI dudit gaz traceur l'intérieur de ladite enceinte, à mettre sous pression P2<P1 dudit autre gaz l'intérieur de ladite pièce creuse, à attendre un temps T, à filtrer sur membrane le contenu de ladite pièce creuse et à rechercher la présence de gaz traceur en aval de ladite membrane.

Quelle que soit la variante ou sous variante mise en œuvre, le gaz traceur sera préférentiellement choisi dans le groupe constitué par l'hélium et un mélange d'hélium ou d'hydrogène dans l'air ou l'azote. L'autre gaz est préférentiellement de l'air.

Egalement préférentiellement, la pression PI est comprise entre 1 bar et 40 bar. La pression P2 peut être égale à la pression atmosphérique mais peut avantageusement aussi être inférieure.

Le temps T, correspondant au temps où le gaz traceur peut s'accumuler dans le compartiment où il n'a pas été mis avant d'être concentré au travers de la membrane, pourra notamment varier en fonction de la taille de la pièce à tester, notamment de celle de son volume intérieur, et du niveau de fuite recherché. D'une façon générale il sera préférentiellement compris entre 30 secondes et 30 minutes. Ce temps, pouvant donc être relativement bref, pourra permettre d'observer des cadences de contrôle de pièces relativement élevées.

Selon une option intéressante du second principe de réalisation, l'étape d'enrichissement du procédé selon l'invention est effectuée sur au moins deux membranes montées en cascade, permettant ainsi de filtrer sur une seconde membrane le filtrat provenant d'une première membrane. Une telle option permet de concentrer encore davantage les molécules de gaz traceur en vue de leur détection.

Différents types de membranes disponibles sur le marché pourront être mis en œuvre dans le cadre du procédé selon l'invention. Toutefois, préférentiellement, lesdites membranes sont choisies parmi les membranes polymériques et les membranes à base de silice microporeuse. Dans le cadre d'une mise en œuvre de l'invention selon le premier principe de réalisation avec restriction non sélective, différents types de restriction non sélective disponibles sur le marché peuvent être mis en œuvre dès lors qu'ils permettent d'obtenir l'effet recherché, à savoir la création et le maintien d'une différence de pression suffisante pendant un temps suffisant pour permettre une détection et/ou une mesure de gaz traceur par un détecteur approprié. Typiquement, la restriction est constituée par un conduit avec orifice calibré pour former une perte de charge dans le circuit.

L'invention concerne également une installation pour la mise en œuvre du procédé selon celle-ci. Une telle installation comprend :

- une chambre d'injection formée par l'intérieur de l'un parmi ladite pièce creuse et ledit compartiment ou ladite enceinte,

une chambre de contrôle formée par l'intérieur de l'autre parmi ladite pièce creuse et ledit compartiment ou ladite enceinte où n'a pas été injecté de gaz traceur,

- des moyens de mise en pression de l'intérieur de ladite chambre d'injection et d'injection d'un gaz traceur dans ladite chambre d'injection,

caractérisée en ce qu'elle comprend :

une chambre de concentration,

des moyens de prélèvement, depuis ladite chambre de contrôle d'un volume de prélèvement vers ladite chambre de concentration, de tout ou partie du contenu de ladite chambre de contrôle,

des moyens de concentration, dans ladite chambre de concentration, dudit volume de prélèvement (ou encore « volume prélevé ») ;

des moyens de transfert dudit volume de prélèvement depuis la chambre de concentration vers une chambre de détection comprenant des moyens de détection de gaz traceur dans ledit volume de prélèvement concentré. L'installation selon l'invention peut également comprendre des moyens de brassage du contenu de la chambre de contrôle appartenant au groupe comprenant :

- des moyens de détente et/ou re-compression brusques du contenu de la chambre de contrôle ; - des moyens de brassage dynamique constitués par des moyens du type d'un ventilateur intérieur et/ou d'une turbine extérieure à ladite chambre ;

- des moyens de brassage statique constitués par une conformation de la surface intérieure de ladite chambre.

Les effets attendus de ces différents moyens de brassage ont déjà été mentionnés précédemment à propos de la mise en œuvre du procédé de l'invention.

Avantageusement, les moyens de prélèvement et de concentration sont constitués par une unité de pompe pneumatique.

Selon le premier principe de réalisation, lesdits moyens de transfert dudit volume de prélèvement sont constitués par un circuit d'acheminement comprenant des moyens de restriction non sélective, lesdits moyens de détection dudit gaz traceur étant situés en aval de ladite restriction non sélective.

Selon le second principe de réalisation, lesdits moyens de transfert sont constitués par un circuit d'acheminement comprenant des moyens de restriction sélective, constitués par exemple par une unité de filtration membranaire comprenant au moins une membrane de filtration, lesdits moyens de détection dudit gaz traceur étant situés en aval de ladite unité de filtration membranaire.

Les moyens de détection incluent un détecteur de gaz traceur qui pourra notamment inclure un capteur chimique, un capteur thermosensible, un capteur à pompe ionique, un spectromètre...

La restriction et/ou l'unité de filtration membranaire sont notamment conçues de façon à fournir aux moyens de détection de gaz traceur un débit de gaz à pression suffisante, pendant une durée suffisante, pour permettre l'opération de détection, typiquement en générant une différence de pression aux bornes des moyens de détection.

Dans le cas de l'utilisation d'une unité de filtration membranaire, l'unité aura en outre pour fonction d'augmenter la concentration en gaz traceur, pour en faciliter encore davantage la détection.

Pour la mise en œuvre du procédé selon sa deuxième variante exposée ci-dessus l'installation comprend une enceinte destinée à accueillir la pièce creuse. Éventuellement, ladite unité de filtration membranaire inclut au moins deux membranes montées en cascade.

L'invention, ainsi que les différents avantages qu'elle présente, seront plus facilement compris grâce à la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation de celle-ci donnés à titre simplement illustratif et non limitatif en référence aux figures 1 à 4, dans lesquelles :

les figures 1 et 2 représentent de façon schématique deux exemples d'installations de détection de fuites selon l'invention, dans le cadre de la mise en œuvre du second principe de réalisation de l'invention avec unité de filtration membranaire ;

les figures 3 et 4 illustrent les étapes successives d'un processus préférentiel de mise en œuvre de l'invention dans une installation d'essai ;

les figures 5 et 6 illustrent deux modes de réalisation dans lesquels l'installation comprend une turbine pour faire circuler l'air dans le volume de test, ou un ventilateur à l'intérieur du volume de test, respectivement. Description d'un premier exemple de réalisation d'une installation selon l'invention

En référence à la figure 1, l'installation pour la détection de fuite d'une pièce 1 comprend un compartiment 2 formant enceinte, à l'intérieur de laquelle une pièce 1 à tester peut être disposée après avoir été scellée, c'est-à-dire après avoir hermétiquement bouché toutes ses ouvertures. Dans le présent exemple de réalisation, le compartiment 2 présente un volume externe à la pièce 1 de 300 ce.

Cette installation comprend par ailleurs des moyens d'injection 3 d'un gaz traceur, par exemple de l'hélium, dans le volume intérieur de la pièce 1, pour placer ce volume sous pression PI dudit gaz traceur. Ces moyens d'injection incluent un réservoir 4 de gaz traceur sous pression plus élevée et un régulateur 5.

Une unité de filtration membranaire 12 incluant une membrane 6, est reliée à l'intérieur du compartiment 2 formant enceinte. Cette unité de filtration inclut une pompe à vérin 8. La pompe 8 permet d'amener le gaz contenu dans le compartiment 2 afin de le filtrer sur la membrane 6. Le filtrat de la membrane 6 est ensuite amené vers un détecteur 10 de gaz traceur. Dans le cadre du présent mode de réalisation, la membrane est une membrane Hyflon ^® AD60X montrant une sélectivité de 50 par rapport à l'air et le détecteur est un détecteur mesurant la conductivité thermique.

Lors de la mise en œuvre du procédé, la pièce 1 scellée est placée dans le compartiment formant enceinte 2 et le volume intérieur de cette pièce est placé sous une pression PI de gaz traceur supérieure à pression atmosphérique, en pratique pouvant aller jusqu'à 40 bar. Le compartiment formant enceinte 2 qui contient de l'air, est quant à lui laissé à la pression atmosphérique ou à une pression inférieure.

Après un temps T d'accumulation, le contenu du compartiment formant enceinte

2 est aspiré par une détente de Joule et amené en amont de la membrane 6. La pompe 8 est actionnée pour forcer ce contenu à travers la membrane 6. Le détecteur 10 mesure la quantité en gaz traceur du filtrat obtenu en aval de la membrane 6.

La pertinence de la présente invention a été confirmée en considérant une fuite de 0,01 sccm (sccm: centimètre cube par minute à pression atmosphérique et température standard) et un temps T d'accumulation de 1 minute. Le détecteur a, à l'issue de ce temps, mesuré une teneur en hélium de 1650 ppm dans le filtrat provenant de la membrane 6. En l'absence du dispositif membranaire 12, la teneur du contenu de l'enceinte après le temps T d'accumulation de une minute aurait été 50 fois moindre (les membranes Hyflon ^® AD60X montrant une sélectivité de 50 par rapport à l'air) soit de 33 ppm seulement et en-deçà du seuil de détection du détecteur utilisé. Ainsi, l'invention permet, en concentrant le contenu de l'enceinte après un temps d'accumulation relativement court, de détecter des quantités de gaz traceur présent dans celles-ci qui seraient indétectable en l'absence de l'étape de filtration membranaire.

Description d'un deuxième exemple de réalisation d'une installation selon l'invention

En référence à la figure 2, ce deuxième exemple de réalisation ne diffère du premier décrit ci-dessus que par le fait que l'unité de filtration membranaire 12a inclut deux membranes 6, 7 montées en cascade et deux pompes 8a, 9. La pompe 8a permet d'amener le gaz contenu dans le compartiment 2 afin de le filtrer sur la membrane 6 et la pompe 9 permet d'amener le filtrat ainsi obtenu vers la membrane 7. Le rétentat provenant de la membrane 7 est recyclé en amont de la membrane 6 par une canalisation de recyclage 11. Le filtrat de la membrane 7 est ensuite amené vers un détecteur 10 de gaz traceur.

(On notera que dans un autre mode de réalisation, les pompes pourraient être prévues en amont des membranes, et non en aval, afin de forcer le fluide à filtrer à travers celle-ci).

Description d'un exemple d'installation de test et de procédé de mise en œuvre de l'invention

Les schémas des figures 3 et 4 illustrent de façon plus détaillée 5 étapes principales de mise en œuvre du procédé selon l'invention.

Ces schémas correspondent en outre à une installation de test effective qui a permis de valider l'intérêt de l'invention.

Cette installation d'essai a été conçue pour créer une fuite de 0.062sccm sous 220kPa de H2N2 (H2 5%) fuyant dans un volume de 2 litre.

Le principe de concentration selon l'invention a alors fonctionné comme suit : si ce volume avait été à pression atmosphérique, après un temps d'accumulation de 1 minute, on aurait constaté une concentration de H2 de 5%*0.062/2000 = 1.5ppm ;

en utilisant une pression inférieure (8kPa absolu), et en prélevant et re- comprimant à pression atmosphérique avec le système de piston de l'installation, on arrive à une concentration de l'ordre de 20ppm.

Or, 20ppm étant plus facile à mesurer que 1.5ppm de façon fiable (sachant qu'il y a 0.5ppm de H2 dans l'air en temps normal), le principe de concentration de l'invention permet une détection et mesure bien meilleure qu'une mesure directe.

Plus précisément, comme on le notera à l'examen de la figure 3 qui représente le synoptique de l'installation de test en question, l'installation comprend une pièce à tester 31, située dans une enceinte de contrôle 32, qui dans le cadre de l'essai faisait 2 litres.

La pièce à tester 31, et plus précisément sa chambre interne jouant le rôle de chambre d'injection, est alimentée et mise sous pression par un accumulateur 33 de gaz traceur, le gaz traceur étant composé de 95% de N2 et de 5% de H2. Le circuit d'injection 35 sous pression du gaz traceur comprend un réducteur de pression 34 situé en amont d'une vanne 40, suivi d'un manomètre de contrôle Pa.

L'installation comprend par ailleurs un circuit 36 de mise sous vide partiel, par exemple à 8kPa. Le circuit de mise sous vide 36 est connecté au circuit d'injection de gaz traceur par une vanne 46, et à l'enceinte de contrôle 32 par un réducteur de pression 37 et une vanne 47.

En aval de l'enceinte 32, un dispositif de prélèvement et de concentration comprend un jeu de deux tiroirs pneumatiques 41, 42 qui commandent un vérin 38 d'actionnement d'un piston 39 (jouant le rôle de pompe) connectée à l'enceinte 32 via deux vannes 43 et 44. La pompe 39 sert à prélever un volume de prélèvement dans l'enceinte 32, et à le re-compresser afin de le concentrer avant envoi aux moyens 50 de détection de gaz traceur.

L'opération de concentration se déroule dans une chambre de concentration constituée dans le circuit en aval de l'enceinte 32 et de la vanne 44, en direction d'une vanne 45 conduisant à un réducteur de débit 49, constitué par une restriction non sélective ou à une unité de filtration membranaire. Cette restriction, sélective ou non sélective, alimente les moyens 50 de détection de gaz traceur.

Dans le cas des essais, l'élément 49 était une restriction constituée d'un orifice de diamètre 0,1mm.

Le procédé de mise en œuvre de l'invention est réalisé en cinq étapes comme suit :

- ETAPE 1 : MISE SOUS VIDE de la chambre d'injection et du circuit d'injection, ainsi que de la chambre de contrôle de l'enceinte 32 et du circuit en aval de l'enceinte 32 ayant vocation à jouer le rôle de chambre de concentration. La mise sous vide consiste à baisser la pression à environ 8kPa. Pour ce faire, les vannes 43, 44, 46 et 47 sont ouvertes, et le tiroir 41 alimente et met en pression la chambre de compression du vérin de commande 38 qui permet de vider le compartiment de travail de la pompe 39. Le vérin 38 et le piston de la pompe 39 se trouvent donc dans la position de la figure 4. Les vannes 45 et 48 sont fermées. Lors des essais, l'étape de mise sous vide a été maintenue pendant 30 secondes. - ETAPE 2 : ACCUMULATION : pour cette étape, qui durait 30 secondes lors des essais, les vannes 46 et 47 sont fermées, et la vanne 40 est ouverte pour permettre la mise en pression et l'injection de gaz traceur dans la chambre d'injection de la pièce à tester 31. La pièce à tester comportait une fuite de test de 0,062sccm sous 220kPa.

- ETAPE 3 : DETENTE ET PRELEVEMENT : cette étape durait 5 secondes lors des essais. Le prélèvement est assuré en amenant le vérin de commande 38 en position à gauche (Figure 3) de façon à remplir la chambre de travail de la pompe 39 avec le volume de prélèvement extrait de la chambre de contrôle de l'enceinte 32. A ce moment, lors des essais, la pression de la chambre de contrôle chute de 8kPa à 4,8kPa absolu.

- ETAPE 4 : RE-COMPRESSION : la vanne 44 est fermée, le tiroir 41 est actionné pour entraîner le vérin 38 vers la droite et actionner la pompe 39 en pression (retour à la Figure 4), et le circuit situé entre les deux vannes 44 et 45 forme chambre de re-compression et de concentration jusqu'à une valeur de 140kPa absolu (40kPa relatif par rapport à la pression atmosphérique). Cette étape durait 5 secondes lors des essais.

ETAPE 5 : DETECTION : les vannes 45 et 48 sont ouvertes, et le volume de prélèvement re-compressé a mis environ 15 secondes à s'écouler au travers de la restriction 49 avant que la pression ne chute en deçà de la pression nécessaire pour assurer un débit suffisant au capteur d'hydrogène 50. C'est pendant ces 15 secondes que la mesure de détection est réalisée. Plusieurs essais ont été réalisés avec ce banc de test, qui ont confirmé l'efficacité de la concentration par prélèvement et re-compression pour mesurer des quantités faibles de gaz traceur, et donc détecter de petites fuites avec un détecteur standard.

Il est à noter qu'une installation analogue à celle utilisée pour ces essais peut servir à mettre œuvre le principe de réalisation de l'invention, avec unité de filtration membranaire, moyennant substitution d'une membrane, ou de plusieurs membranes en cascade, à la restriction 49. La membrane 49, outre sa fonction restrictive ayant le même effet que pour une restriction simple non sélective, est sélective et permet donc d'augmenter davantage la concentration.

Etant donné que la membrane 49 est typiquement beaucoup plus restrictive, il est préférable que la pression de re-compression soit plus élevée (par exemple 6 bar ou plus) et que le capteur 50 en aval fonctionne sous un débit plus faible (dans l'essai avec restriction sans membrane, le débit de fonctionnement du capteur est de 50cc/min ; avec une membrane il faut plutôt fonctionner sous environ lcc/min).

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le procédé et l'installation assurent un brassage du contenu de la chambre de contrôle, afin de limiter ou supprimer les zones stationnaires dans le mélange gazeux, et d'assurer une homogénéisation du volume de contrôle, et donc une fiabilisation de la détection et de la mesure du gaz traceur.

Un des moyens permettant d'assurer un tel brassage consiste à réaliser une détente et/ou une compression brusques du contenu de la chambre de contrôle, du volume qui y est prélevé et/ou du volume de concentration.

La détente brusque est assurée par exemple grâce à l'utilisation d'un piston en seringue, lequel est tiré pour augmenter le volume de détection, ce qui a pour effet de diminuer la pression : plus précisément, plus le volume ainsi ajouté est grand (donc plus la baisse de pression est grande) et plus la détente est brusque, meilleur est le brassage.

Un phénomène analogue peut également être obtenu lors de la re-compression : plus la diminution de volume sera grande et l'augmentation de pression importante, meilleur sera à nouveau le brassage.

L'invention couvre chacun des deux cas de figure (détente brusque ou recompression brusque), ainsi que leur combinaison sous forme d'une séquence détente + re-compression.

Comme déjà mentionné, la re-compression peut se faire soit contre une membrane soit au travers d'une restriction dans le détecteur de gaz, soit simplement dans le volume de détection (qui retrouve alors sa pression initiale), le détecteur de gaz étant alors mis en contact avec le volume de détection, en « sniffing » (débit d'aspiration provoqué par exemple à l'aide d'une pression plus faible de l'autre côté d'une restriction ou d'une membrane, ou obtenu à l'aide d'un ventilateur). Dans le second cas on peut même faire cet aller-retour de piston plusieurs fois pendant le temps d'accumulation, pour brasser mieux dans le cas où le volume de test est grand par rapport au volume du piston.

Le montage permettant l'utilisation du piston en seringue est identique ou analogue à celui représenté dans les figures 3 et 4, où les deux vérins 38, 39 sont liés mécaniquement, celui de gauche (38) étant activé pneumatiquement via les tiroirs 41, 42, et tirant et poussant le vérin de droite 39 qui extrait et refoule le gaz.

L'efficacité de ce brassage résultant de l'effet de piston va maintenant être illustré avec deux exemples.

Exemple 1 : test d'un circuit de transmission de véhicule.

Dans cet exemple, le volume pièce à tester est de 2 litres. Il s'agit du volume intérieur de la pièce à tester dans lequel le gaz est injecté. Le gaz utilisé est H2N2 (hydrogène à 5% dans de l'azote à 95%)

La pression de Test était de 220 kPa. Une fuite étalon a été simulée, avec un niveau de rejet de 10 ^Λ -3 cc/sec (=0.06sccm).

Le montage de test est celui des figures 3 et 4. Le volume piston de prélèvement est de 2 litres. La chambre a été initialement tirée au vide sous 8kPa absolu.

Après un temps d'accumulation de 30 secondes, on a actionné le piston et la pression est tombée à 4.8kPa absolu. Grâce à cette détente réalisée brusquement (en 5 secondes), la pression a été diminuée de moitié environ, ce qui a permis une excellente qualité de brassage.

Puis le volume du piston a été isolé de celui de la chambre, par fermeture de vanne. Le piston a alors été fermé, comprimant son contenu dans un tout petit volume : la pression est passée de 4.8kPa à 140 kPa absolu (supérieur à Patmosphère). Cette recompression a également été effectuée en 5 secondes.

On constate donc un ratio de 5s/30s, soit 1/6 entre le temps de détente (ou de recompression) et le temps d'accumulation. En fonction des cas d'espèce, l'homme du métier pourra déterminer quel est le ratio et/ou la vitesse (la durée) de détente et/ou re- compression brusque, qui permet un brassage efficace. On peut considérer qu'une variation de pression effectuée en quelques secondes, par exemple moins de 10 secondes, préférentiellement 5 secondes ou moins, constitue une détente ou une recompression suffisamment brusques pour assurer un brassage suffisant.

Le brassage résulte également des turbulences qui se produisent dans la canalisation entre l'enceinte de test et le piston, au moment de la détente, puis à nouveau dans le volume du piston au moment de la re-compression.

Ce petit volume a alors été ouvert via une restriction limitant le débit vers un détecteur d'hydrogène de type capteur chimique (capteur économique, capable de détecter lppm)

Résultat : avec une fuite d'environ 10-3 cc/sec (=0.06sccm), on a obtenu une concentration de 20ppm environ avec une bonne répétabilité

A contrario, sans utilisation du procédé de l'invention, une fuite de 0.06cc/min aurait donné 0.06 ce au bout d'une minute, qui avec une concentration initiale de H2 de 5% et dans un volume de chambre de 2 litres aurait donné si la chambre était à Patm, une concentration de : 5%*0.06/2000 = 1.5ppm, avec une teneur très mal répartie dans la chambre, qui n'aurait pas été détectable de façon fiable par le même capteur chimique.

L'augmentation de la concentration est obtenue grâce au degré de vide initial de la chambre et à la re-compression nécessaire (car le capteur ne fonctionne pas sous vide). Le brassage est obtenu grâce à la phase de détente brusque.

Dans un autre exemple (Exemple 2), la pièce à tester présentait un de volume de 40 litres environ. La chambre de test présentait également un volume de 40 litres environ. La pression de test a été portée à 5kPa relatif. Niveau de rejet = 0.4 cc/min. Gaz utilisé = Hélium

Dans une installation analogue à celle des figures 3 et 4, le volume de piston était de 2 litres, soit très inférieur au volume de test.

Dans cet exemple 2, la chambre de contrôle était à pression atmosphérique, la pièce ne pouvant pas supporter une différence de pression élevée, ce qui empêchait de tirer la chambre à un vide poussé.

Le piston a été activé pour tirer et repousser dans la chambre de multiples fois (typiquement au moins 5 ou 6 fois au minimum) pendant tout le temps d'accumulation de 1 minute, de façon à obtenir un brassage de bonne qualité malgré le fait que la pression de la chambre ne fluctuait que de 5% à chaque fois car le volume de piston était 20 fois plus petit que celui de la chambre.

On a ensuite ouvert le volume de test (la chambre) vers le détecteur d'hélium (type spectromètre) en aspirant via une restriction.

Au bout d'une minute on a 0.4cc d'hélium dans un volume de 40 litres qui font 0.4/40000 = lOppm, parfaitement détectables.

L'homogénéité du volume de test et la répétabilité de la mesure ont été obtenus grâce au brassage par piston.

L'effet de brassage peut également être obtenu en utilisant par exemple une turbine pour faire circuler l'air dans le volume de test, ou un ventilateur à l'intérieur du volume de test.

Ces deux solutions sont illustrées dans les figures 5 et 6, respectivement.

En figure 5, on a schématisé l'insertion dans l'installation d'une turbine 53 à l'extérieur du volume de test, dans un mode de réalisation de l'invention dans lequel la pièce à tester 51 est placée à l'intérieur d'une enceinte de test 52. La turbine 53 assure une aspiration du mélange gazeux du volume de test à l'extérieur de l'enceinte 52 pour l'y réinjecter à nouveau, de façon à effectuer un brassage.

En figure 6, on a schématisé l'insertion d'un ventilateur 63 à l'intérieur même de l'enceinte de test 62 dans laquelle est placée la pièce à tester 61.

Ces moyens de brassage ne sont toutefois pas aussi efficaces que la réalisation d'une dépression/compression brusque(s), surtout si la pièce à tester comporte une géométrie présentant des recoins tels qu'à ces endroits l'air dans le volume de test restera stationnaire. La formation d'une variation brusque de volume et/ou de pression, notamment par détente et/ou re-compression garantit davantage qu'aucune poche d'air ne restera stationnaire quelque part.

Pour faciliter le brassage, on peut aussi prévoir une géométrie de la surface intérieure de l'enceinte de test qui présente elle-même des conformations (telles que volutes, ou autres) entraînant des courants et/ou mouvements de veines d'air concourant au brassage du volume de test. Dans tous les cas, l'objectif de l'installation et du procédé selon l'invention est de mettre en œuvre un phénomène de concentration en utilisant l'une, l'autre, ou les deux fonctions de concentration suivantes :

d'une part, la première fonction de concentration tenant au fait que la pression initiale dans l'enceinte 32 soit un certain niveau proche du vide, relativement à la pression atmosphérique. Ainsi, comme la pression dans la chambre de contrôle de l'enceinte est descendue à 8kPa, il y a 12 fois moins d'air et donc la concentration en hydrogène sera 12 fois plus importante, et donc 12 fois plus « facile » à détecter ; l'opération de détente et recompression facilite ensuite la détection ;

d'autre part, une seconde fonction de concentration par enrichissement, obtenue par l'utilisation d'une restriction sélective, par exemple sous la forme d'une unité de filtration membranaire, qui assure une concentration sélective en aval de la membrane.

L'invention prévoit qu'on puisse utiliser chacune de ces deux fonctions séparément, ou encore en combinaison l'une avec l'autre.

A noter que, dans tous les cas, l'objectif est de réaliser une détection et/ou une calibration qui consistent à détecter un niveau de fuite supérieur à un seuil donné et/ou à mesurer une fuite calibrée connue et enseigner au système que la valeur mesurée correspond à la valeur de la fuite étalon connue.