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Manuel de dépannage d’une sonde CTD Seabird

Publié le vendredi 16 février 2018.


Mise à jour : 08/02/2019

Introduction


Lors des campagnes océanographiques, des profils verticaux sont réalisés à intervalles réguliers avec une sonde CTD-02, pour "Conductivity-Temperature-Depth-Oxygen". Cet instrument permet de mesurer avec une très grande précision la température, la salinité et oxygène dissous de l’océan le long de la colonne d’eau par la mesure de la pression.

La sonde hydrologique CTD-02 qui est le plus fréquemment utilisée dans les laboratoires est une sonde de marque SEABIRD, modèle SBE911+V2, sonde qui est équipée des capteurs suivants :

Cette sonde hydrologique CTD-02 Seabird est généralement installée horizontalement sur un châssis sur lequel est incorporé une "rosette" ou "carousel" suivant le fabricant. Cette rosette permet d’échantillonner à la remontée de l’eau de mer à différentes profondeurs. Elle peut être équipée de 12 ou 24 bouteilles de prélèvements de capacités variables allant de 5 à 12 litres suivant l’espace disponible à bord du navire et les besoins des équipes scientifiques.

Des capteurs supplémentaires peuvent être installés sur la CTD ou sur le châssis de la rosette, voir ci dessus la photo d’une CTD Seabird 911+ et d’un carousel SBE32 sur le N/O Antea. La sonde CTD-O2 est équipée de capteurs supplémentaires :

Les prélèvements sont effectués à la remonté et des analyses seront effectués par les équipes de chimistes, soit à bord, soit de retour au laboratoire après conservation des échantillons.

Bathysonde CTD Seabird et ses 11 bouteilles de prélèvements 8 litres sur l'Antéa

L’ensemble du système de mesure que l’on nomme communément "bathysonde" est relié au navire par un câble électro-porteur mis en œuvre avec un treuil électrique dédié.

L’unité de pont SBE11 (deck-unit) est reliée à un contact tournant en sortie du treuil permettant d’alimenter la bathysonde en énergie électrique et de récupérer les données en temps réel avec un ordinateur relié à l’unité de pont. Le logiciel Seasave fournit par Seabird va extraire dans le flux d’information les données brutes des capteurs (des valeurs de fréquences et de tensions) pour les convertir en grandeurs physiques à partir des coefficients de calibrations des capteurs utilisés.

Schéma de principe d'une bathysonde utilisée en temps réel

Le système de mesure est composé des éléments suivants :

  1. Chaine alimentation
    1. Unité de pont
    2. Contact tournant
    3. Cable electro-porteur
    4. Epissure
  2. Bathysonde
    1. Conteneurs étanches
      1. CTD SBE9
      2. Carousel SBE32
      3. Capteurs
      4. Pompes
    2. Câbles
    3. Connecteurs étanches
  3. Chaine d’acquisition
    1. PC d’acquisition
    2. Interfaces
    3. Logiciel d’acquisition Seasave

Étant donné qu’une bonne partie des éléments constituants la chaine de mesures sont utilisés dans l’eau de mer, milieu hostile par définition, lors d’un dysfonctionnement, il n’est pas toujours aisé de déterminer l’origine du problème. L’objectif de ce document est de faciliter le diagnostique des pannes par un partage de nos expériences vécues.

Confection d’un câble de test


Ce câble permettra de vérifier rapidement le bon fonctionnement de la bathysonde SBE911+ en reliant directement l’unité de pont (deck-unit) SBE11+ à la CTD-O2 SBE9+ :

Branchement du câble électro-porteur


En cas de problème, on alimentera directement la CTD sur le pont avec le câble de test afin d’isoler l’origine de la panne : la CTD ou bien l’ensemble câble électro-porteur.

Quelques exemples de pannes


Collecteur tournant :
Il assure la continuité électrique au niveau du treuil entre l’alimentation en provenance de l’unité de pont SBE11+ et le câble électro-porteur.

Cette continuité est obtenue avec l’utilisation d’une boite de jonction ou en réalisant une soudure étanche directement sur le câble. Si la soudure n’est pas correctement réalisée, ou si elle est soumise à des efforts mécaniques trop importants lors de la rotation du treuil, il se peut que le conducteur en sortie du collecteur se coupe, avec comme effet une panne alimentation franche, assez facile à détecter.
Il m’est déjà arrivé de réaliser l’ensemble des tests : tests d’isolement et de continuité bons, test d’alimentation de la CTD correct puis à la troisième mise sous tension, plus rien, la CTD ne semble plus alimentée !.
On utilise alors le câble de test, en direct, pour vérifier que la CTD fonctionne toujours correctement. Dans l’affirmative, c’est soit l’épissure, soit le collecteur tournant.
Dans ce cas présent, il ne restait sans doute qu’un seul brin de cuivre sur la soudure entre le contact tournant et le câble électro-porteur, brin qui à du faire fusible à la troisième mise sous tension !

Court circuit : dans cet exemple, une vis mal serrée dans la boite de jonction située sur le flasque du treuil et assurant la liaison électrique et mécanique entre le contact tournant et le câble électro-porteur réalisait un court circuit intermittent, perturbant fortement la qualité du signal ! En cas de court-circuit franc, c’est le fusible du circuit alimentation de la bathysonde, nommé "sea-cable" sur la face arrière de l’unité de pont qui doit fondre (500 mA rapide). Il est fortement conseillé d’en avoir un stock conséquent à bord.

Épissure :
Voir l’article "Réaliser une épissure sur un câble électroporteur"
Les symptômes d’une épissure défaillante sont :

Court-circuit franc : le fusible rapide "sea-cable" fond.

Le fusible rapide "sea-cable" peut également fondre avec un problème sur un des capteurs, voir ci-dessous.

Câbles - Connecteurs

Les câbles sont un des éléments sensibles et fragiles du système. Sur une sonde Seabird, ils sont nombreux, voir envahissants si l’on équipe la CTD avec des capteurs supplémentaires et/ou le châssis de la bathysonde de courantomètres Doppler LADCP. Il faudra prendre un soin tout particulier lors de la mise en place des câbles et de leur fixation. En effet, ils peuvent vibrer lors du profil (réalisé à 1 m/s) et finir par engendrer des faux-contacts.

Privilégier l’utilisation de ruban adhésif comme le Scotch 3M 33+ par rapport aux colliers plastique de type Legrand, Penduit ou Hellerman, qui auront tendance à martyriser le revêtement néoprène du câble qui en assure l’étanchéité.

Ne pas laisser de câble volant ou mal assuré, sous peine de les voir vibrer puis rompre.

Lors du démontage, ne pas utiliser de cutter pour couper le scotch.

Les connecteurs des séries RMG de chez Impulse sont bien souvent assez difficiles à mettre en place ou à enlever.
Éviter des les manipuler lorsqu’ils sont à basse température et les réchauffer légèrement (dans le creux de la main) avant montage.
Après chaque démontage, il faut impérativement les nettoyer avec de l’alcool isopropylique et graisser sans excès les portées avec de la graisse silicone.

Les contacts :

Les portées :

On montage, on doit entendre le bruit caractéristique de l’air qui est chassé (ploc !).
Si ce n’est pas le cas, l’eau peut entrer légèrement dans le connecteur lors des premiers mètres de la descente et induire une corrosion lente. Au bout de quelques profils, et sous l’effet de la pression, un court-circuit peut se produire de façon aléatoire lors de la descente. Et tout fonctionne normalement une fois la CTD sur le pont ! Dans ce cas, débrancher un par un tous les capteurs et vérifier l’état des connecteurs, voir exemple ci-dessous.

Une panne équivalente peut arriver avec le connecteur 2 broches d’alimentation.
Comme l’alimentation est en 250 Volts, il peut se produire un arc électrique avant le claquage du fusible, avec dépôt de carbone entre les 2 contacts. Le connecteur a l’air en bon état mais il est à changer car il est en court-circuit. Il faut dans ce cas, ouvrir la CTD et changer le connecteur du TAP supérieur. Le diagnostic à l’ohmmètre est impossible tant que le connecteur n’est pas débranché de l’électronique.

La diode D1 de la carte Sea-cable interface (SBE9+) peut dans certain cas être à changer.

Pompes

Les sondes Seabird 911plus utilisent pour chaque jeu de capteurs un circuit pompé à vitesse constante qui permet de s’affranchir en grande partie des problèmes liés à la différence des temps de réponse des capteurs de température et conductivité et dans une moindre mesure de l’oxygène.
La sonde est généralement équipé de 2 jeux de capteurs redondant, avec une pompe pour chaque circuit T/C/O2. Les 2 pompes sont alimentés en 12 volts par un câble en Y relié à un unique connecteur 2 broches JB3. Un circuit de détection fait que les pompes ne sont alimentés que lorsque le capteur de conductivité primaire est plongé dans l’eau de mer après un délais d’environ 60 secondes.
Pour tester le bon fonctionnement des pompes au laboratoires sans avoir à plonger le capteur primaire dans l’eau de mer, il suffit de d’intervertir les capteurs de température et conductivité du circuit primaire. Brancher le capteur COND 1 sur JB1 et TEMP1 sur JB2. A 20 °C, la fréquence de sortie du capteur de température est supérieure à 4000 hz et suffit à faire démarrer la pompe au bout de 60 secondes.

Attention : Les pompes étant lubrifiées par l’eau de mer, ne pas les laisser fonctionner dans l’air plus de quelques secondes.

Pour la maintenance de la pompe, voir la vidéo "SBE 5T Pump Maintenance" sur le site web de Seabird.

Exemples de pannes de pompes ou de faux contacts sur le câble d’alimentation en Y :

Et voici le résultat sur la même station sans le bouchon :

Pannes électroniques


Perte du signal du capteur de pression Digiquartz

Ce problème a été rencontré 2 fois :

Plus de signal du capteur de pression : les fils issus du capteur de Pression interne Digiquartz sont coupés au niveau de l’arrivée sur la carte « bottom end cap wiring » de la SBE9+.

Erreur de câblage de l’utilisateur

Cela se traduit par une erreur globale du système. La carte « modulo 12P » de la SBE9+ est endommagée. Le 250 V continu va détruire le circuit U3 (registre à décalage CD4021 ), ainsi que le circuit U4 (compteur 12 bits CD4040) qui grille sur la carte Modulo 12P.

Selon Seabird, si le Sea-cable est laissé connecté plus de 30sec sur le bottom contact cela peut également endommager la carte logic1 et la carte AP counter dédiée à la mesure de la pression (circuit U7 grillé).
Les 5 cartes AP counter utilisées pour les mesures de fréquence sont interchangeables.

Si une nouvelle carte Modulo 12P est mise en place, il faut refaire un
étalonnage de la chaine de mesure du capteur de température AD590 du capteur de pression Digiquartz (convertisseur A/D 12 bits U5 et ampli OP U6) pour re-calculer les coefficients M et B.
Deux points suffisent pour déterminer la pente du circuit de mesure. Il est fortement conseiller de déterminer ces coefficients au laboratoire à la réception de la carte de rechange.

Depuis 2007, Seabird a modifié le connecteur JB6 (RMG-2FS) du poisson SBE9+ par un connecteur VSG-2BCL et remplacé le câble par un RMG-2FS to VMG-2FS. Voir l’Application Notes 86.

Cela se traduit par une erreur globale du système.
Dans notre cas, la carte Modulo 12P de e la CTD SBE9+ a été endommagée :
Zener D2, condensateur C20 et circuit U7 ont grillé.
Selon Seabird la carte « transmit card » peut également être endommagée dans ce type d’erreur de câblage, notamment les composants en ligne avec l’alimentation de la pompe C8, R8 et Q5 sur transmit card de SBE9+)

Sur les CTD récentes, l’emplacement des connecteurs est marqué sur les "TAPs". Il est tout de même recommandé d’imprimer les plans de situation des TAPs avant toute tentative de nouvelle connexion à bord.

Court-circuit important sur le câble d’alimentation

Cela s’est traduit par 3 circuits grillés (U5, U6, U9) sur la carte Modulo 12P de la SBE9+

Affichage en boucle continue de séries de 0000, 1111, 2222, 3333, etc…

L’alimentation (+5V, +/- 12V) a été remplacée dans la deck unit SBE11+.

Démarrage transitoire de la pompe

CTD dans l’eau, la pompe démarre un bref instant puis s’arrête. Il faut dans ce cas éteindre puis rallumer l’unité de pont et attendre de nouveau 1 minute que les pompes démarrent. Si le problème survient de façon répétitive, soit changer la carte "Transmitter and pump delay", ou remplacer le circuit U6A, une bascule CD4013.

Pour réaliser les tests et mesures sur les cartes électronique en fonctionnement, il est préférable, sinon nécessaire de commander un prolongateur de carte chez Seabird.

Carte que l’on viendra insérer entre le châssis de la CTD et la carte à tester, voir Sbe9plus Manual, page 60.

Liens


Bibliographie


Best pratctices