Détection, localisation et quantification des fuites de pipelines à l’aide d’un radar CW / CW radar-based pipeline leak detection, localization, and quantification.

Aknan, Taiseer Abuzed Misbah (2025). Détection, localisation et quantification des fuites de pipelines à l’aide d’un radar CW / CW radar-based pipeline leak detection, localization, and quantification. Mémoire. Québec, Maitrise en sciences des télécommunications, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 58 p.

PDF - Version acceptée Document sous embargo jusqu'à 22 avril 2026. Télécharger (9MB)

Résumé

La détection, la localisation et la quantification des fuites dans les pipelines restent des défis majeurs pour maintenir l’intégrité et l’efficacité opérationnelle des systèmes de transport de fluides, allant des réseaux de distribution d’eau aux pipelines de pétrole et de gaz. Si les fuites ne sont pas détectées, elles peuvent entrainer des pertes de ressources importantes, des couts d’exploitation plus élevés et des risques pour l’environnement. Cette thèse présente une méthode pratique et efficace basée sur la technologie radar Continuous Wave (CW) pour détecter les fuites de manière non invasive, localiser et quantifier les fuites a partir de l’analyse des vibrations.

L’étude examine les motifs vibratoires induits par les fuites en utilisant un radar CW fonctionnant à 3,5 GHz pour capturer et traiter les signaux en vue d’une surveillance en temps réel, de la localisation des fuites et de l’estimation de leur gravite. Des méthodes de traitement du signal simples mais efficaces, comme la Transformee de Fourier Rapide (FFT) et l’analyse d’intégration, ont été utilisées pour détecter les anomalies causées par les fuites. L’expérimentation a été réalisée sur des scenarios de fuites contrôlées dans des tuyaux en cuivre de 1 pouce de diamètre, avec deux tailles de fuites (2 mm et 4 mm) et des distances de mesure (0,5 m, 1 m, 1,5 m et 2 m). Une attention particulière a été portée à l’évaluation de l’atténuation du signal et du comportement de la propagation sur différentes distances, permettant ainsi au système radar de localiser précisément les fuites et d’en quantifier la gravite en fonction des variations d’amplitude.

Les résultats ont prouvé que le système est sensible aux petites et grandes fuites, en soulignant sa capacite à localiser précisément les fuites et à évaluer leur gravite grâce à l’analyse des signaux intègres. L’étude a révélé une corrélation forte entre la taille des fuites, la précision de la localisation et les valeurs du signal intégré, confirmant ainsi la capacite du radar à identifier les fuites avec une marge d’erreur minimale. Le système a été efficace pour distinguer avec précision les fuites de différentes tailles en analysant les variations des motifs de signal. D’autres évaluations ont confirmé que le radar pouvait maintenir une performance fiable sur différentes distances et conditions opérationnelles. On a étudié la force du signal et la résolution pour évaluer leur influence sur la précision de la localisation, ce qui a donné des résultats cohérents même lorsque la distance de mesure augmentait. Ces résultats prouvent que le radar est adapté aux applications réelles, notamment pour les pipelines souterrains, les réseaux industriels et les systèmes de surveillance à distance. Cette recherche met en évidence le potentiel des systèmes radar CW pour la surveillance des pipelines, offrant une solution pratique, évolutive et économique pour relever les défis persistants lies à la détection, la localisation et la quantification des fuites. Les conclusions de cette étude ouvrent la porte à des applications plus étendues dans les industries qui dépendent des infrastructures de transport de fluides.


The integrity and operational efficiency of fluid transport systems, including water distribution networks and oil and gas pipelines, are still facing significant challenges due to pipeline leak detection, localization, and quantification. Undetected leaks can result in significant resource losses, increased operational costs, and environmental hazards. This thesis introduces a practical and effective approach that utilizes Continuous Wave (CW) radar technology to detect leaks, localize them, and quantify them using vibration analysis.

The study investigates the vibrational patterns induced by leaks, using a CW radar operating at 3.5 GHz to capture and process signals for real-time monitoring, leak localization, and severity estimation. A combination of simple yet effective signal processing techniques, including Fast Fourier Transform (FFT) and integration analysis, was applied to characterize leak-induced anomalies. The experimental setup involved controlled leak scenarios in 1 inch diameter copper water pipes, featuring two leak sizes (2 mm and 4 mm) and measurement distances (0.5 m, 1 m, 1.5 m, and 2 m). Additional focus was given to evaluating signal attenuation and propagation behavior across varying distances, enabling the radar system to localize leaks accurately and quantify their severity based on amplitude variations.

Results demonstrated the system’s sensitivity to both small and large leaks, highlighting its ability to accurately localize leaks and quantify their severity through (CSA) Cumulative Amplitude Spectrum comparisons. The analysis revealed a strong relationship between leak size, localization accuracy, and integrated signal values, affirming the radar’s capability to pinpoint leak positions with minimal error margins. The system effectively identified variations in signal patterns associated with different leak sizes, enabling precise differentiation between smaller and larger leaks.

Further evaluations confirmed that the radar could maintain reliable performance across varying distances and operational conditions. Signal strength and resolution were analyzed to assess their impact on localization precision, revealing consistent results even as measurement distances increased. The findings demonstrate the radar’s adaptability for use in real-world applications, including underground pipelines, industrial networks, and remote monitoring setups.

This research highlights the potential of CW radar-based systems for pipeline monitoring, offering a practical, scalable, and cost-effective solution to address long-standing challenges in leak detection, localization, and quantification. The findings pave the way for broader applications across industries reliant on fluid transport infrastructure.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Djerafi, Tarek
Mots-clés libres:	-
Centre:	Centre Énergie Matériaux Télécommunications
Date de dépôt:	25 août 2025 19:43
Dernière modification:	26 août 2025 18:09
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/16605

Gestion Actions (Identification requise)

Modifier la notice