Détection et localisation à distance des fuites de gaz à l'aide de robots d'inspection autonomes dans les installations techniques

La détection des fuites de gaz sur les sites industriels peut non seulement être dangereuse et fastidieuse, mais aussi sujette aux erreurs d'interprétation humaines. Afin de disposer d'une solution de détection plus sûre, efficace et fiable, le RoboGasInspector a été conçu. Ce système robotique innovant de détection et de localisation à distance des fuites de gaz a été développé par un collectif d'entreprises et d'instituts allemands. Il s'appuie sur la caméra d'imagerie optique du gaz FLIR GF320.

Dans le cadre du programme technologique allemand AUTONOMIK, un consortium de neuf entreprises et instituts de recherche ont mis au point un prototype de robot mobile autonome pour la détection et la localisation des fuites de gaz dans les grandes installations industrielles. Le consortium a mis au point un système capable d'effectuer des tâches d'inspection dans les installations industrielles sans avoir à accéder directement aux zones dangereuses, et sans présence humaine. Le robot peut être utilisé pour réaliser des inspections de routine des installations ou pour procéder à des inspections ciblées de portions spécifiques du système. La mobilité indépendante du système a été mise en œuvre à l'aide de différents capteurs de navigation et s'accompagne d'une option d'intervention manuelle par contrôle à distance, utilisable à tout moment. Le système est également équipé de vidéo et de télémétrie optique des gaz, ce qui lui permet d'inspecter des parties de système auparavant difficiles à inspecter en raison de restrictions d'accès.

Le développement de processus innovants de surveillance exploitant tout le potentiel de technologies de mesure et d'automatisation et d'une robotique à la pointe de l'industrie, promet une amélioration de la fiabilité, l'efficacité et la rentabilité des inspections. Dans le même temps, il libère le personnel technique des tâches monotones, longues et pénibles.

C'était le point de départ d'un projet de recherche collaborative dirigé par le Dr Andreas Kroll et le Dr Ludger Schmidt du département de Génie mécanique de l'Université de Kassel, et subventionné à hauteur de 2,4 millions € par le ministère fédéral de l'Économie et de la Technologie.

« L'objectif de ce projet était le développement et le test d'un système homme-machine innovant, comprenant des robots d'inspection équipés d'une technologie de mesure des gaz à distance et d'une intelligence locale, » explique Dr Andreas Kroll du département des Technologies de mesure et de contrôle à l'Université de Kassel. « La détection et la localisation des fuites de gaz devraient être largement effectuées par des robots mobiles de façon indépendante. Pendant ce processus, les robots mobiles devraient également analyser les données mesurées et documenter les inspections. »

Sécurité et efficacité

Les opérateurs de sites industriels (usines chimiques, raffineries, stations de compression de gaz) donnent la priorité à la sécurité de leur personnel et de leurs sites de production.

Il est absolument essentiel de prendre les plus grandes précautions partout où des gaz toxiques ou explosifs sont utilisés. C'est pour cela que des spécifications d'inspection rigoureuses s'appliquent à l'industrie chimique, aux usines de biogaz et aux fournisseurs de gaz. Habituellement, les programmes d'inspection préventive imposent au personnel des procédures d'inspection de routine fastidieuses au quotidien.

Pendant ces inspections régulières, les membres du personnel contrôlent le bon fonctionnement du système et s'appuient généralement sur leurs perceptions et leur expérience, sans utiliser de technologie de mesure.

Pour les professeurs Andreas Kroll et Ludger Schmidt, le nouveau système devait absolument permettre de réaliser des inspections et une surveillance automatisée et sans risque, mais aussi de réagir aux problèmes de façon indépendante.
Pendant les procédures de routine comme les inspections répétées, il existe toujours un risque d'ignorer par inadvertances des sources possibles de danger.

Par conséquent, le développement de technologies d'inspection innovantes, en focalisant la flexibilité et les performances des opérateurs humains sur la gestion des systèmes technologiques, s'avère pertinent non seulement du point de vue économique, mais aussi pour soulager les humains des tâches de routine répétitives et améliorer la couverture du large éventail des tâches d'inspection.

Première démonstration

Le RoboGasInspector a été essayé pour la première fois dans un hall de l'Université de Kassel. Le robot a réalisé en toute autonomie un trajet d'inspection en contournant les obstacles et en empruntant une rampe.

Sur les sites d'inspection spécifiés, il a inspecté différentes conduites et détecté une fuite de méthane. Au cours des mois suivants, cette réussite a été étendue à plusieurs kilomètres carrés d'installations industrielles en conditions de laboratoire, comprenant également des facteurs environnementaux comme le vent et le soleil, ainsi que des facteurs de confusion provenant du fonctionnement du système.

Système d'entraînement et navigation du RoboGasInspector

Le RoboGasInspector comprend trois modules : une plateforme mobile à entraînement à chaîne, un module de navigation et un module d'inspection qui incorpore la caméra d'imagerie optique des gaz FLIR GF320. La plateforme d'entraînement à chaîne est équipée d'un entraînement électrique et des batteries conventionnelles.

Le module de navigation comprend des scanners laser 2D (avant et arrières, un point essentiel pour la navigation dans les bâtiments) et un GPS pour l'orientation en extérieur. La comparaison continue de la zone à inspecter par rapport à une carte numérique permet au RoboGasInspector de déterminer sa position à tout moment. Les obstacles et les zones interdites (comme les zones explosives) peuvent être indiqués sur la carte. « Grâce à ses scanners laser 2D, le RoboGasInspector évite également les objets inattendus comme les voitures garées, les palettes, les barils, etc., » explique le professeur Kroll. « Cela inclut également les personnes. Si le RoboGasInspector rencontre des obstacles, il les contourne ou s'arrête jusqu'à la voie soit à nouveau libre. »

Le module d'inspection

Le module d'inspection combine plusieurs instruments métrologiques sur une unité orientable et inclinable, dont un détecteur de fuites de méthane à distance (RMLD) qui repose sur un instrument actif de spectroscopie d'absorption de diode ajustable (TDLAS). Il fonctionne au moyen d'un laser infrarouge : quand le faisceau atteint une surface, il est réfléchi et son intensité résiduelle est mesurée. De plus, une caméra thermique FLIR GF320 est montée sur le module d'inspection pour visualiser les gaz.

Pour veiller à ce que le RoboGasInspector ne soit pas lui-même un risque, il est également équipé d'un détecteur de gaz intégré qui coupe l'intégralité du système à partir de 10 % de la limite basse d'explosion (LEL) afin d'éviter tout risque dans une atmosphère inflammable.

Relevé de mesures autonome

Le traitement des données mesurées et la reconnaissance des tendances sont effectués de façon indépendante par le robot. C'est également en toute autonomie que le RoboGasInspector réalise l'inspection des trajets spécifiés et procède aux relevés. Il reste pourtant en contact permanent avec la salle de contrôle et peut être commandé à distance en cas de besoin. Une caméra vidéo est également intégrée au module de mesure orientable et inclinable à cet effet. Toutefois, en mode de fonctionnement normal, le RoboGasInspector fonctionne de manière indépendante et se contente de transmettre toutes les données mesurées à la salle de contrôle via WLAN.

Le RoboGasInspector, aujourd'hui et demain

En attendant, le prototype a donné brillamment la preuve de son utilité et de ses capacités dans une grande série de tests. L'unité d'entraînement, le système de navigation et les systèmes complémentaires de capteurs ont donné d'excellents résultats au cours des essais. Le RoboGasInspector réalise de manière autonome la détection des gaz et la localisation des fuites dans des lieux autrement difficiles d'accès. De plus, il contribue à éviter la présence d'inspecteurs humains dans les environnements potentiellement dangereux. Toutefois, avant d'envisager un déploiement en contexte industriel, d'autres développements sont nécessaires (protection contre les explosions, développement logiciel, etc.), et des questions juridiques doivent naturellement être clarifiées avant toute commercialisation. Il reste néanmoins qu'un robot autonome de détection des gaz et de localisation des fuites est une possibilité aujourd'hui et qu'il peut considérablement améliorer la sécurité.

La caméra GF320 de FLIR Systems est une partie vitale du RoboGasInspector. Il permet au système de détecter des fuites de gaz dangereuses depuis une distance de sécurité.