Brevet FR2271568A1 — publié le 19751212

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour déterminer ltétat de santé d'un arbre sur pied, notamment à partir de sa teneur en eau qui est une indication de sa vigueur. On sait qu'un champ électromagnétique au voisinage ou dans cet arbre sera modifié par la teneur en eau de l'arbre car la constante diélectrique de l'arbre dépend de la structure et de l'hydratation des fibres qui le composent. On a déjà proposé des dispositifs utilisant la transmission d'une onde électromagnétique à très faible longueur d'onde, à travers un objet, et la mesure de l'atténuation de la puissance transmise à travers cet objet dont on veut déterminer la teneur en eau. L'atténuation est une fonction de la teneur en eau de 11 objet, tous autres paramètres restant constants, en particulier les dimensions. Ce procédé est difficilement applicable à un arbre dont les caractéristiques géométriques sont essentiellement variables. Aucun dispositif n'a. pourtant été proposé, permettant de déterminer de façon satisfaisante l'état de santé d'un arbre sur pied: en effet, il est évident que dans le dispositif décrit ci-dessus, l'atténuation va dépendre notamment du diamètre de l'arbre et pas seulement de sa teneur en eau. D'autre part, la mesure par transmission nécessite un aérien d'émission de l'onde électromagnétique ainsi qu'un aérien de réception. L'aérien d'émission aussi bien que l'aérien de réception doivent être appliqués contre 11 arbre de manière parfaitement déterminée pour permettre une mesure répétitive sans laquelle la détermination de ltétat de vigueur de l'arbre n'aurait pas de sens. En particulier, on doit faire attention à l'alignement de l'aérien d'émission et de réception de part et d'autre de l'arbre. On voit donc que la détermination de la teneur en eau par un procédé de transmission d'ondes électromagnétiques peut s'appliquer à des objets de forme et dimension fixe et régulière mais peut difficilement s'appliquer au cas des arbres sur pied. La présente invention propose donc, pour remédier à ces inconvénients, un nouveau procédé pour déterminer l'état de vigueur d'un arbre. Pour ce faire, on couple à l'arbre un émetteur-récepteur de rayonnement électro-magnétique par 11 intermédiaire d'un seul aérien directif de manière à déterminer l'intensité du rayonnement réfléchi par l'arbre pour en déduire une information sur l'état de vigueur de l'arbre. Il s'agit donc d'un procédé de mesure par réflexion. La présente invention propose aussi un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comportant un émetteur hyperfréquence rayonnant par un aérien directif une onde électromagnétique vers l'arbre, un récepteur de rayonnement hyperfréquence ayant le même aérien, et recevant le rayonnement réfléchi par l'arbre, un moyen de mesure de l'intensité de rayonnement électro-magnétique réfléchi, un moyen d'introduction d'au moins une information supplémentaire telle que la nature de l'arbre ou le sens de couplage de I'aérien-directif par rapport aux fibres de l'arbre, un moyen pour produire, à partir de l'intensité mesurée et de l'information supplémentaire, un signal électrique ayant un paramètre représentatif de ltétat de vigueur de l'arbre, et un moyen de visualisation de ceparamètre. La description qui suit donne un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif selon l'invention, et des résultats obtenus à l'aide du procédé selon l'invention. Elle se réfère au dessin annexé dans lequel la figure unique est un schéma de principe du dispositif selon l'invention. Sur la figure unique la référence 10 désigne une source d'alimentation électrique continue pouvant être une batterie donc facilement transportable en forêt. Cette batterie alimente un générateur hyperfréquence 12 à diode Gunnémettanten bande X. L'onde électromagnétique émise est transmise par l'intermédiaire d'un atténuateur 14 à la branche principale du coupleur -directif 16. La sortie de ce coupleur va à un aérien directif 18 Qui dans l'exemple présent est un cornet en forme de tronc de pyramide à base rectangulaire d'une surface de quelques centimètres carrés. Le cornet d'émission 18 servant d'aérien directif émet un rayonnement électro-magnétique hyperfréquence et reçoit en même temps une fractiondece rayonnemenS réfléchie par l'arbre. Cette fraction réfléchie passe dans le coupleur 16 qui transmet (par l'extrémité qui n'est pas reliée au générateur 12) une valeur atténuée de cette fraction à un détecteur à large bande 22 par l'intermédiaire d'un organe de transition guide d'ondecible coaxial 20. Le détecteur à large bande 22 est à détection quadratique. Il transforme en tension la puissance hyperfréquence qu'il reçoit. Cette tension est lue sur un millivolmètre 24. L'alimentation 10: est une alimentation de 9 volts pouvant délivrer quelques centaines de milliampères0 Le générateur hyperfréquence 12 est capable de délivrer une puissance hyperfréquence de 68 milliwatts. L'atténuateur 14 est un atténuateur variable de O à - 40 décibels. Le coupleur 16 est ici un coupleur à - 10 décibels qui permet au détecteur quadratique 22 de recevoir une fraction de la puissance reçue pqr 11 aérien 18. Le millitoltmètre est capable de détecter une tension de 10 microvolts. Le dispositif est donc capable de détecter une puissance réfléchie par un arbre de 0,035 microwatt. La base rectangulaire du cornet d'émission-réception a une dimension de 3 x 2 cm. La diode Gunn du générateur 12 émet en bande X à 9,5 GEz. Il est bien évident que les valeurs et les détails particuliers donnés ci-dessus ne sont pas limitatifs. Ils ne correspondent qu'à un exemple particulier de réalisation possible. Pour utiliser l'appareil, on va placer l'ouverture du cornet d'émission 18 sur l'arbre à étudier et lire la puissance réfléchie qui est en relation avec l'indication du millivoltmètre. La puissance émise est supposée bien entendu toujours la même. On peut adjoindre au système précédemment décrit une mesure de celle-ci en remplaçant le coupleur directif par un coupleur bidirectif. Des essais ont été effectués sur des substances humidifiées qui montrent que lténergie réfléchie est notablement fonction de lthumidité de la substance. Il intervient cependant aussi une influence encore plus grande de la distance du cornet d'émission à la surface de la substance. On s'arrange pour que le cornet soit applique directement contre la substance, et pour que celle-ci soit la plus plane possible; en particulier il est important d'utiliser un cornet de dimensions réduites. Des essais sur des morceaux de bois humides et sur des morceux de bois secs ont mis en évidence une différence notable entre les puissances réfléchies dans ces deux cas. En outre 11 influence du sens des fibres du bois par rapport au sens du champ électromagnétique c'est-à-dire du cornet, est très appréciable. Cette influence de l'orientation des fibres sur la réflexion des ondes est liée à l'anisotropie diélectrique du bois par rapport à sa surface, aux couches cylindriques annuelles de l'arbre, et à la structure des fibres. Les mesures qui ont été effectuées sur des arbres sur pied, d'une même espèce et de même Ages sont données ci-après. Plusieurs paramètres ont été modifiés pour chaque arbre: - des mesures ont été effectuées en appliquant le cornet d'émission 18 sur l'écorce de l'arbre, ou sur une surface légèrement aplanie de l'écorce par une blessure superficielle; - des mesures ont été faites immédiatement après que ces blessures aient été faites, ou au bout d'un temps déterminé, allant de quelques minutes à plusieurs dizaines de minutes; - des mesures ont été effectuées à des hauteurs différentes par rapport au sol; - des mesures ont été effectuées avec le champ électromagnétique perpendiculaire ou parallèle aux fibres (côté droit ou côté large respectivement du cornet d'émission en position horizontale). Les résultats de ces mesures, relevés sur le millivoltmètre 24, sont rassemblés dans le tableau qui suit. Seules ont été relevées les valeurs extrêmes obtenues, pour les mesures qui ont été répétées plusieurs fois et qui ne sont pas parfaitement reproductibles. . arbre en bonne santé arbre malade sens du champ champ champ champ champ perpendiculaire aux parallèle aux perpendiculaire aux parallèle aux fibres fibres fibres fibres distance approximative du point de 60 cm 130 cm 60 cm 130 cm 60 cm 130 cm 60 cm 130 cm mesure du sol 3,00-3,30 3,20-4,00 2,80-3,00 2,90-3,70 1,93-1,94 2,15-2,40 1,80-2,30 1,85-1,91# # # # # # # # 1,86-1,93# mesures sur 1,90-1,95 2,80-2,90 1,78-2,00 écorces # # # 2,10-2,20 2,85-2,90 # # mesures sur 3,50-4,00 3,90-4,00 5,70-5,80 5,80-6,30 5,80,5,90# bois # # # # 6,20-6,30# (blessure récente) 2,95-3,20 2,60-3,30 4,00.... 3,30-4,46 5,80-5,90# # # # # mesures sur 3,40-4,00 5,00-5,60 9,00-10,00 10,00-11,00 bois # # # (après 2,50blessure) 2,50-2,60 5,00-5,50 # # 5 à 10 mn après après après après 40mn 40mn 40mn Sur le tableau, les numéros encerclés respectifs (È', 2 et ) 8 signent respectivement: C/: un arbre en bonne santé; - 2 : un autre arbre en bonne santé, de même espèce et de même fige que (1) - 3 : un arbre dépérissant, de même espèce et de même âge que 1 et 2 . Les conclusions que l'on peut tirer du tableau de la page 5 sont les suivantes. Tout d'abord les résultats sur un même arbre se correspondent à 10 % près. Ces 10 % d'écart proviennent en particulier de la non-reproductibilité de l'application du cornet d'émission sur l'arbre. D'autre part, pour deux arbres de même état apparient tels que Q et et , -les valeurs obtenues sont du meme ordre. L'intensité du rayonnement réfléchi ne semble pas dépendre beaucoup de la hauteur du point de mesure. Il y a une variation importante entre les résultats obtenus pour les mesures à champ perpendiculaire et à champ parallèle aux fibres. Cependant, cette variation change de sens selon que le cornet d'émission est appliqué sur l'écorce de l'arbre ou sur le bois après blessure superficielle, ceci aussi bien pour un arbre en bonne santé que pour un arbre malade. Le phénomène qu'il est important de constater est que pour une même direction du champ électro-magnétique par rapport au sens des fibres et pour un même type d'application du cornet sur l'arbre (c'est-à-dire sur l'écorce d'une part, sur le bois d'autre part), les ensembles des mesures obtenues sur un arbre sain et sur un arbre malade sont disjoints. On peut donc ainsi distinguer l'un de l'autre, le procédé selon l'invention donnant notamment un résultat binaire de l'état de vigueur de l'arbre: état satisfaisant ou non satisfaisant. De façon générale, la puissance réfléchie, c'est-à-dire l'indication du millivoltmètre, est plus faible pour un arbre malade que pour un arbre sain lorsque l'application du cornet est faite sur l'écorce et, par contre, le phénomène s'inverse lorsque l'application du cornet est faite sur le bois après blessure superficielle. Un avantage du procédé selon l'invention réside tout particulièrement dans le fait que la mesure est notablement indépendante des paramètres géométriques du matériau, tels quesa forme et son épaisseur, qui justement varient beaucoup dans le cas des arbres sur pied. -Il est intéressant d'associer au millivoltmètre 24 des moyens pour introduire une information supplémentaire pour tenir compte de 11 espèce de l'arbre, qui influe évidemment sur la mesure, et éventuellement du sens d'application du cornet dont on a aussi vu l'influence. Cette introduction peut être effectuée par exemple par un changement d'étalonnage du millivoltmètre, une touche de commutation étant alors prévue pour modifier manuellement cet étalonnage par insertion de shunts, de diviseurs de tension, ou tout autre dispositif placé en amont du millivoltmètre.Un comparateur peut aussi permettre d'obtenir directement le résultat de la détermination de 'état de vigueur de l'arbre, ce comparateur donnant une information tout ou rien sur l'état satisfaisant ou non satisfaisant, par comparaison avec une valeur de référence de puissance. Le fait que les données du tableau ci-dessus montrent une variation de la puissance réfléchie en fonction du sens des fibres permet éventuellement de déceler des maladies de l'arbre caractérisées parue malformation des fibres, notamment la fibretorse. On peut améliorer l'appareil décrit, notamment en utilisant au lieu du coupleur lOdB un coupleur 3dB qui permet au détecteur quadratique 22 de recevoir la moitié de la puissance reçue par l'aérien 18 (aux pertes près dans les différents organes de transmission hyperfréquence). Très avantageusement, on peut également utiliser un circulateur au lieu d'un coupleur. Les techniques nouvelles de structure microbandes (t'mirostripn) permettent de réduire l'encombrement de l'en- semble de l'appareil qui doit être portable et très maniable pour etre utilisable en forêt. On peut utiliser au lieu d'un cornet d'émission classique rigide, un cornet en matière souple légèrement déformable (par exemple du caoutchouc rendu conducteur) pour améliorer l'application du cornet contre l'arbre. Il est alors possible d'augmenter la dimension de ce cornet pour diminuer le rapport d'ondes stationnaires (ROS). Un dispositif d'adaptation tel qu'un guide d'ondes à trois plongeurs d'adaptation peut être décalé entre le coupleur 16 et le cornet 18. La simplicité de l'appareil selon l'invention autorise son utilisation par un personnel non spécialisé et dans des conditions difficiles. REVENDICATIONS 1) Procédé pour déterminer l'état de vigueur d'un arbre, caractérisé par le fait quton couple à 1t arbre un émetteurrécepteur de rayonnement électromagnétique par l'intermédiaire d'un aérien directif et qu'on détermine l'intensité du rayonnement réfléchi par l'arbre pour en déduire une information sur l'état de vigueur de l'arbre. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'aérien directif est placé contre l'écorce intacte de l'ar- bre. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'écorce de l'arbre est légèrement aplanie sur une surface correspondant à la surface de l'aérien, et que l'aérien directif est placé contre la partie aplanie de l'écorce 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par les fait que l'écorce de l'arbre est enlevée sur une surface correspondant à la surface de l'aérien, que l'aérien est disposé contre le bois et que la détermination de l'état de vigueur est faite aussitôt. 5) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'écorce de l'arbre est enlevée sur une surface correspondant à la surface de l'aérien, que l'aérien est disposé contre le bois au bout d'un temps déterminé après que l'écorce ait été enlevée, et que la détermination de l'état de vigueur est faite alors. 6) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte: - un émetteur hyperfréquence rayonnant par un aérien directif une onde électromagnétique vers l'arbre; - un récepteur de rayonnement hyperfréquence ayant le meme aérien que l'émetteur et recevant le rayonnement réfléchi par l'arbre; - un moyen de mesure de l'intensité du rayonnement électromagnétique réfléchi; - un moyen d'introduction d'au moins une information supplémentaire; - un moyen pour produire à partir de 11 intensité mesurée et de l'information supplémentaire, un signal électrique ayant un paramètre représentatif de l'état de vigueur de l'arbre; - un moyen de visualisation de ce paramètre. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une information supplémentaire correspond à l'espèce de l'arbre et roque le moyen d'introduction de cette information comporte une touche manuelle. 8) Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'une information supplémentaire est le sens de couplage de l'aérien directif par rapport aux fibres de l'arbre. 9) Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que le signal électrique est un signal logique binaire, la vigueur de l'arbre n'ayant que deux états possibles: satisfaisant ou non satisfaisant.