L'inspection et la maintenance des réservoirs, des tubes et des tuyaux sont des tâches qui se prêtent à l'utilisation de robots pour sortir les humains des zones d'inspection et de maintenance. Les opérations typiques comprennent l'inspection non destructive classique et les techniques de capteurs avancées pour la surveillance de l'état. L'entretien des canalisations et des égouts avec des robots de service devient de plus en plus une nécessité. Les raisons en sont les suivantes :
- Exigences environnementales : un système d'égouts doit être manifestement étanche.
- Conservation des ressources : la nécessité de réparations ouvertes doit être évitée par des mesures préventives.
- Sécurité : la formation de cavités sous les zones de circulation doit être évitée à tout prix.
En général, les robots pour tubes, égouts et canalisations sont des robots segmentés, équipés de roues ou de chenilles pour ramper à l'intérieur des canalisations de pétrole, de gaz ou d'autres fluides, des égouts ou des canalisations d'eau douce, des canalisations industrielles ou des conduites d'air. Outre la détection rapide des problèmes à l'intérieur des systèmes de canalisation, tels que les défaillances des soudures, la corrosion, l'érosion, les ruptures, les dépôts, les pièces détachées, les revêtements intérieurs défectueux, etc., les tâches peuvent comprendre le meulage ou le fraisage, qui nécessitent des outils spéciaux. Les types d'opérations pour les robots peuvent inclure l'inspection des conduites et des égouts, le nettoyage des égouts, le nettoyage des conduites, le détartrage, la détection des fuites et les travaux de réparation simples. Les systèmes robotisés typiques pour l'inspection des canalisations sont de différents types :
- Les robots scanners mobiles (à roues et à chenilles) peuvent être constitués de segments pour suivre des virages étroits. Leur transmission de signaux et d'énergie peut se faire avec ou sans fil.
- Les robots flottants qui sont lavés par les tuyaux ou les conduits.
- La cinématique des bras, souvent sous la forme de bras serpentins, permet d'accéder à des environnements d'inspection encombrés par des trous de serrure.
Aujourd'hui, la plupart des systèmes d'inspection de réservoirs, de tubes, de tuyaux et d'égouts disponibles dans le commerce sont entièrement ou partiellement téléopérés, ce qui oblige un opérateur à se trouver au moins à proximité d'un environnement inconfortable et dangereux. En outre, dans certains cas, les informations obtenues à la suite de l'inspection peuvent ne pas être suffisantes pour évaluer entièrement l'état du tunnel ; et une inspection supplémentaire avec la participation d'un opérateur humain est nécessaire. C'est pourquoi les efforts actuels de recherche et développement visent à rendre les robots d'inspection entièrement autonomes. Un système entièrement autonome peut effectuer l'inspection du tunnel sans compromettre la sécurité des opérateurs..
Inspection des égouts
Au fur et à mesure que les conduites d'eau vieillissent, elles sont de plus en plus exposées aux contraintes liées aux conditions opérationnelles et environnementales. En conséquence, ces conduites se détériorent sur le plan structurel et hydraulique, ce qui a un impact négatif sur la qualité de l'eau, les fuites et la fiabilité. Une gestion efficace de ces actifs nécessite une évaluation de leur état, qui comprend la collecte d'informations sur leur état, l'analyse de ces informations et, enfin, la conversion de ces informations en connaissances permettant de prendre une décision efficace en matière de mise à jour. De nombreux développements de robots pour les égouts, les canalisations et les autoroutes ont été étudiés dans le passé.
Les robots d'égout se présentent généralement sous la forme de manipulateurs mobiles attachés. L'équipement nécessaire à leur fonctionnement comprend:
- Véhicule d'exploitation
- Dispositif d'insertion (généralement une grue)
- Dispositif de guidage du câble (enrouleur de tambour)
- Unité de commande pour manipulateur
- Fourniture de médias
- Console de l'opérateur avec moniteur et dispositifs de contrôle
Dans ce domaine, les fabricants de robots proposent des équipements de réhabilitation qui permettent de remettre en état les égouts, ce qui est nettement plus facile et moins coûteux que de remplacer les canalisations d'égout par des méthodes traditionnelles. Les robots d'égout peuvent nettoyer des tuyaux, généralement de 200 à 600 mm de diamètre intérieur, inaccessibles pour les humains. L'ancrage du manipulateur limite la portée (environ 300 mètres). Ils sont généralement basés sur des plates-formes multi-segments, ce qui leur permet de suivre des coudes, de traverser des carrefours et même de franchir des marches. Au lieu d'être limités dans leur champ d'action par le frottement du câble, ils fonctionnent de manière autonome avec une éventuelle interférence à distance. De nombreux prestataires de services utilisent ces robots d'inspection pour cartographier, inspecter et restaurer les réseaux d'égouts..
Inspection des conduites de gaz/pétrole
Les pipelines sont exposés à la corrosion, aux contraintes mécaniques, aux dépôts, aux incrustations et aux impacts externes, qui peuvent tous contribuer à une réduction du débit, voire à des accidents d'explosion.
Une maintenance régulière par des robots est nécessaire. Dans la plupart des cas, les grandes canalisations disposent de dispositifs de nettoyage et d'inspection intégrés (“pigs&rdquo ;). Pour les canalisations plus petites, les robots peuvent être un instrument flexible pour rendre compte de l'état des canalisations. Cependant, dans la plupart des cas, les robots doivent être antidéflagrants. Les robots d'inspection équipés de capteurs sont insérés dans les conduites de gaz ou de pétrole pour déterminer leur état. Même si les tâches d'inspection sont similaires, les robots disponibles varient en taille et en concept de mobilité en fonction du diamètre et des attributs géométriques de la conduite de gaz.
Inspection des conduits
Un conduit de ventilation contaminé peut répandre des polluants biologiques et non biologiques dans tout le bâtiment et provoquer le syndrome des bâtiments malsains (SBS). La poussière accumulée peut être le moyen de propagation des contaminants. De nombreux robots d'inspection de gaines ont été présentés pour la maintenance des systèmes de gaines de chauffage, de ventilation et de climatisation (HVAC). Outre les modules d'inspection, ces robots portent des modules de nettoyage (brosses, projection de glace carbonique), des pistolets de désinfection et/ou des caméras vidéo HD. En outre, leur mobilité doit permettre de négocier toutes les formes de conduits, ainsi que de monter et descendre horizontalement et verticalement..
Exemple de systèmes pour l'inspection des égouts
RedZone Robotics propose une large gamme de robots pour l'inspection de canalisations d'égouts de différents diamètres, l'évaluation de l'état des eaux usées et la réparation..
Inspector Systems dispose de plusieurs robots pour l'inspection des canalisations, qu'ils appellent robots à chenilles pour canalisations. Leur robot d'inspection de canalisations est basé sur des capteurs à ultrasons et peut se déplacer dans des canalisations verticales et horizontales à une vitesse allant jusqu'à 200 m/h. Le robot se compose de trois éléments d'entraînement reliés par des soufflets flexibles et d'un module à ultrasons. Des robots similaires, qui sont en outre équipés de petits bras robotisés pour le guidage, la coupe et le meulage des outils, sont utilisés pour la réparation systématique des égouts, comme le suggère Ibak JS robotics. Des produits similaires sont proposés par IMS Robotics. Sewervue Technology propose le Surveyor, un robot à chenilles équipé de plusieurs capteurs : LiDAR, télévision en circuit fermé (CCTV) et radar de pénétration des canalisations.
Fraunhofer IFF a déployé le système d'inspection automatisé des égouts pour le système allemand de rivières et de canaux Emscher, la plus grande installation de gestion des eaux résidentielles en Europe et le cœur de la future évacuation des eaux usées dans la région de la Ruhr. Le système d'inspection automatique des égouts doit détecter et cartographier les dommages typiques du système d'égouts (corrosion, usure mécanique, blocage de l'écoulement comme les obstacles, les dépôts et les incrustations ; déviation de la position au moyen de déplacements horizontaux, verticaux et axiaux ; fissures et fuites) de manière fiable grâce à ses différents capteurs. En outre, les jets de nettoyage libèrent l'égout des dépôts et des boues..
Exemple de systèmes pour les conduites de gaz/pétrole
ULC Robotics propose une large gamme de systèmes d'inspection de taille similaire pour les conduites de gaz sous pression, destinés à l'inspection interne et à la réparation. À titre d'exemple, Pipetel propose un robot sans fil, alimenté par batterie, pour inspecter les canalisations non enfichables afin d'assurer un service de gaz ininterrompu, même dans les configurations de canalisations difficiles, telles que les coudes et les coudes dos à dos. Engineering Services ESI a mis au point une technique permettant de sceller les joints de cloche et de bout uni en fonte depuis l'intérieur du tuyau à l'aide d'un robot télécommandé..
Le robot entre et se déplace à l'intérieur du tuyau jusqu'à ce que le joint souhaité soit atteint et perce un trou dans l'embout du joint. Le scellement du joint est effectué en injectant un produit d'étanchéité anaérobie dans la garniture de jute du joint, reproduisant ainsi la procédure de réparation actuellement effectuée à l'extérieur.
La plateforme Responder de RedZone Robotics effectue des tâches d'inspection et de réhabilitation dans des conduites d'interception et de tunnel d'un diamètre allant de 90 cm à 15 mètres, voire plus. Responder peut être déployée sur une distance allant jusqu'à 1,5 km dans un seul trou d'homme de 60 cm. Grâce à son système hydraulique embarqué et à sa capacité de navigation par sonar, laser ou vidéo, le robot peut accéder aux environnements les plus difficiles.
Les réservoirs de stockage sphériques (gazomètres sphériques et réservoirs de stockage de GPL) doivent être inspectés périodiquement. L'une des méthodes d'inspection, appelée "inspection en service", consiste à inspecter les soudures de l'extérieur à l'aide d'ondes ultrasoniques. Le robot peut réduire les coûts de maintenance en diminuant le temps d'inspection d'environ une semaine par rapport aux 23 jours habituels et en réduisant de deux le nombre d'inspecteurs nécessaires..
Dans le domaine de l'inspection des pipelines, plusieurs produits de taille différente (en fonction du diamètre ou des formes) ont été introduits sur le marché. Le but de ces robots est de :
- Effectuer des inspections téléguidées à courte et longue distance dans diverses conditions d'exploitation à des vitesses allant jusqu'à 1,8 km/minute.
- Adaptation d'outils dédiés aux applications dans le domaine de l'eau et des eaux usées.
- Réaliser des inspections CCTV et SONAR (sound navigation and ranging) haute définition à l'aide d'un robot à chenilles ou d'un système de flottaison. L'une de leurs applications est le pipeline de l'Alaska, où le robot Rodis s'appuie sur l'intérieur des tuyaux pour avancer et rechercher les anomalies. Le système a été utilisé avec succès sur trois pipelines de l'Alaska et a permis au projet d'économiser 70 millions USD.
Autres types de robots d'inspection de réservoirs, de tubes et de tuyaux
Le Nanomag&trade ; et le Magg&trade ; d'Inuktun Services (propriété d'Eddyfi Technologies) sont conçus pour adhérer magnétiquement à des surfaces métalliques : horizontalement, verticalement et même à l'envers. Les caméras à l'avant permettent d'acquérir des images de haute qualité, tandis que la caméra arrière sert principalement à la gestion de l'attache. Un autre développement, le véhicule à chenilles à géométrie variable (VGTV), est un système d'inspection miniature attaché (100 m) conçu pour accéder à des espaces confinés et à des terrains accidentés dans diverses applications, notamment la recherche et le sauvetage, l'énergie nucléaire et l'inspection des conduits.
Les espaces confinés sont omniprésents, allant du stockage à la construction et dans des environnements dangereux tels que les milieux sous-marins, les enceintes radioactives ou les fluides toxiques ou corrosifs. Ces robots sont dotés de plusieurs articulations séquentielles. Contrairement aux robots classiques, ils n'ont pas de coudes proéminents. Ainsi, l'ensemble du dispositif peut suivre la trajectoire de la pointe du robot. La conception a été la base d'une start-up primée..
Contrairement à ces robots à bras de serpent installés de façon permanente, la jeune entreprise Eelume développe un robot serpent sous-marin pour inspecter les installations offshore et les pipelines sous-marins depuis l'extérieur.
Une grande variété de systèmes différents pour l'inspection et la réparation des égouts a été proposée et introduite sur le marché. En général, ces systèmes sont des plates-formes mobiles téléopérées, à chenilles ou à roues, qui transportent des caméras, des capteurs ou des outils simples. La plupart des systèmes d'inspection existants pour les réservoirs, les tubes ou les tuyaux sont encore des solutions personnalisées. D'autres systèmes ont été développés pour inspecter les évents et les conduits des systèmes d'air, mais peu ont jusqu'à présent dépassé le stade du prototype. De même, ces systèmes doivent négocier des inclinaisons, des virages et des jonctions prononcés.
Les robots d'égout sont toujours un domaine de recherche actif caractérisé par de nombreux prototypes et un nombre croissant de produits.
Inspection des conduits
De nombreux fabricants produisent des solutions pour les équipements de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), dont la plupart sont des dispositifs robotisés téléguidés. Les dispositifs robotiques nettoient et inspectent généralement les gaines de climatisation, les bouches d'aération de cuisine, les bouches d'aération industrielles, les évents de climatisation ou tout espace où le nettoyage est laborieux ou impossible sans démontage. En général, les dispositifs robotisés sont conçus pour traverser, inspecter et nettoyer facilement les conduits de forme circulaire, rectangulaire ou carrée. Ils doivent être opérationnels dans les gaines horizontales, verticales ou inclinées, y compris les virages en C..
Considérations sur les coûts et avantages et défis marketing
Le coût d'un robot typique d'inspection des canalisations et des égouts est actuellement d'environ €100 000 pour un simple robot TV d'égout et jusqu'à €250 000 pour un équipement de nettoyage des canalisations. Le processus est le suivant :
- Le fonctionnement d'un manipulateur d'égout nécessite généralement deux opérateurs humains qualifiés.
- Un opérateur insère le robot et fait fonctionner l'enrouleur de câble..
- L'autre opérateur, l'observateur, suit l'image vidéo sur un écran pour contrôler la direction et le mouvement du robot en appuyant sur des touches ou en utilisant un joystick.
- En même temps, l'observateur inspecte les parois de l'égout sur l'image vidéo.
Si l'observateur découvre un dommage sur l'égout, il met en marche l'enregistreur vidéo, obtient de l'opérateur la longueur de déroulement du câble (qui sert de coordonnée longitudinale) et note cette information ainsi que le numéro de séquence sur l'enregistreur vidéo.
- Divers manipulateurs peuvent être utilisés pour effectuer des activités/réparations..
- Une fois que la longueur maximale du câble ou la fin de l'égout/du point d'entrée est atteinte, l'opérateur remonte le robot hors de l'égout sur le câble..
En utilisant des robots d'égout, les améliorations de la productivité sont obtenues principalement grâce à
- a) leur fonctionnement autonome, qui permet au robot de travailler sans traîner de câbles derrière lui ; et
- b) leur mobilité accrue qui élargit le champ d'action, permettant ainsi des périodes de travail plus longues sans remise à zéro.
L'ensemble du processus de nettoyage est ainsi plus rapide et plus économique. Dans certaines villes, il manque des plans détaillés pour l'ensemble du réseau d'égouts. Dans ces villes, les robots peuvent également être utilisés pour cartographier le réseau d'égouts afin de s'assurer que les informations sont facilement accessibles lorsqu'une fuite est détectée. La principale contrainte à la viabilité commerciale est la limitation de l'utilisation à des tuyaux de 200 à 600 mm de diamètre intérieur.
En particulier pour les petits opérateurs, cette spécialisation peut rendre difficile l'atteinte d'un degré suffisant d'utilisation..
Les inspections et les mesures d'épaisseur des parois des réservoirs peuvent être effectuées manuellement, l'inspecteur étant placé dans un monte-personne ou suspendu au sommet. Cependant, un moyen beaucoup plus sûr d'inspecter est d'utiliser un robot rampant. Ces robots sont généralement équipés de roues magnétiques qui leur permettent de s'accrocher aux parois du réservoir. Le plancher est particulièrement sujet à l’amincissement dû aux attaques de la corrosion, et les propriétaires de réservoirs doivent trouver les points faibles des planchers avant qu’ils ne portent atteinte à l’intégrité du réservoir. Cela implique souvent le processus coûteux de vider le contenu, d'enlever la couche de boue du fond et de nettoyer les réservoirs pour que le personnel d'inspection puisse y pénétrer.
Dans l'étude EFFIROB (scénario “Inspection des égouts&rdquo ;), la rentabilité est démontrée ; conclusion : les coûts de l'inspection robotisée des égouts sont toujours inférieurs aux alternatives conventionnelles &ndash ; et l'amortissement est toujours possible pendant la durée de vie utile. Une telle longueur d'égouts sera probablement atteinte dans toute région urbaine d'une superficie de plus de trois km² ;. Dans ce contexte, on peut s'attendre à un niveau élevé d'acceptation du marché pour les solutions de robots de service..
Des solutions d'inspection personnalisées pour les tuyaux, les tubes et les réservoirs ont été développées dans le cadre des services de maintenance proposés par de nombreuses entreprises.
L'inspection des conduites de gaz et de pétrole est au moins aussi pressante : Un ensemble de quatre robots destinés à l'inspection des oléoducs a été utilisé en 2017 pour inspecter une branche de 40 ans du système de pipelines Trans-Alaska au terminal de Valdez. Les dispositifs robotiques de Diakont, pour la plupart téléopérés, fournissent des données en temps réel sur 1 800 pieds (550 m) de tuyaux d'un diamètre compris entre 20 et 140 cm (8 et 55 pouces)..