Brevet FR2326703A1 — publié le 19770429

La présente invention a pour objet un procédé de détection de la teneur en eau d'un milieu, entre autre de la neige , un dispositif pour sa mise en oeuvre et une utilisation particulière de ce dernier pour la prévention des avanlanches. La présente invention a pour objet un procédé de mesure pouvart être utilisé pour la détermination de la quantité d'eau contenue dans un milieu tel que la neige. Ce résultat est obtenu grâce à des mesures de permittivité de ce milieu réalisées à deux fréquences différentes. Le procédé est plus particulièrement utilisable dans la détermination des principaux paramètres physiques de la neige, notamment dans le cadre de la prévention des avalanches. En effet, actuellement la prévention des avalanches se fai généralement par le contrôle de la température de la reine aux endroits exposés, ainsi que de l'air environnant associé à une indication relative à la résistance de la neige obtenue par des sondes de battages. Grâce à ces mesures et indications, l'opérateur du d'une manière incertaine et empirique les risques d'avalanches en un endroit donné. Une telle manière de faire est très approximative et laisse une heaucoup trop grande marge d'appréciation conduisant à des prévisions erronées ou imprécises. La présente invention a pour but entre autre de palier # ces irconvénients et a permettre la mesure objective de @ertains paramètres de la neige, par exemple sa température, sa densité t sa teneur en eau, qui permettent ensuite à l'aide de formules absques de déterminer avec beaucoup plus de sécurité les rieques d'avalanches. La présente invention a également pour objet un dispo sitif pour la mise en oeuvre du procédé décrit qui se distingue par le fait qu'il comporte ; au moins une sonde présentant deux électrodes constituant une impédance de mesure , et un dispositif de commande et de mesure comportant deux oscillateurs de fréquencesdifférentes aux discriminateurs associés chacun à un des oscillateurs, une impédance d'équilibrage ainsi qu'un galvanomètre permettant de déterminer l'équilibre entre les impédances de mesure et d'équilibrage. La présente invention a encore pour objet l'utilisation du dispositif décrit pour la prévention des avalanches. Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple deux formes d'exécution du dispositif de détection selon l'invention. La figure 1 illustre en perspective, la sonde ainsi que le dispositif de mesure et de commande auquel elle est reliée. La figure 2 est une vue en coupe axiale à plus grande échelle de la sonde (échelle 1/1). La figure 3 est un schéma électrique du dispositif de détection. Les figures 4 et 5 illustrent des abaques permettant à l'aide de la permittivité d'établir la densité de la neige puis la teneur en eau de cette neige. La figure 4 est une courbe d (f) de2' où d est la densité réelle du milieu. La figure 5 illustre un réseau W (quantité d'eau) (f) de II donnant la quantité d'eau pour différentes valeurs de la densité d. La figure 6 illustre une application d'analyse de la neige à six profondeurs différentes pouvant équiper une station fixe de mesure automatique. Le procédé objet du présent brevet consiste entre autre à mesurer en un point donné la température de l'air ambiant, et d'une part la température de la neige en au moins une profondeur de la couche et à mesurer d'autre part, aux mêmes points où l'on a pris la température de la neige, la permittivité de cette neige à deux fréquences différentes. Grâce à ces mesures de permittivité de la neige effectuées à deux fréquences différentes, par exemple à 2 et 20 Hz il est possible de déduire la densité de la neige, ainsi que sa teneur en eau. En effet, la densité de la neige peut se déduire de la formule d = 0,46 (' - 1) étant la permittivité de la neige mesurée à une frequence de 2 MHz. En pratique cette relation peut s'exprimer graphiquement sous forme d'une courbe indiquant la densité d en fonction de la valeur de la permittivité #' (voir figure 4) La teneur en eau est fonction du rapport de la valeur de la permittivité #" " mesurée à 20 MHZ et de la permittivité #'. Cette fonction peut également entre exprimée graphiquement par une courbe donnant en fonction du rapport # "/' la quantité d'eau par unité de volume de la neige mesurée ou le pourcentage d'eau dans cette neige. Ce procédé est très utile pour faire des analyses statistiques de la qualité de la neige, mais l'application particulière de ce procédé à la prévention des avalanches est particulièrement remarquable. I1 est possible en effet, de choisir des abaques, comme celui illustré aux figures 4 et 5 permettant de déterminer le risque ou le danger d'avalanches en fonction de la température de la neige, de sa densité et de sa teneur en eau. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé oecrit comporte au moins une sonde 1 et un dispositif de commande et de mesure 2. r.a sonde 1 destinée a être enfoncée dans une couche de neige comporte deux électrodes 3, 4, cylindriques, concentriques formant une Impédance de mesure, dans ce cas une capacité de mesure. Cette sonde comporte encore un détecteur de température 5. La forme de la sonde est arrondie pour permettre une intégration des lignes de champ électrique. Les armatures ou électrodes sont isolées pour éviter toute erreur due à la résistivité du milieu. Le bord d'entrée de la sonde est taillé en biseau pour éviter toute compression ou déformation de la neige lors de l'introduction de la sonde dans une couche de neige. Enfin, cette sonde présente dans sa partie supérieure un bottier étanche 6 recevant tout ou partie des composants et circuits électroniques du dispositif de commande et de mesure. Un câble 7 relie cette sonde au dispositif de commande et de mesure. Un tube métallique dans lequel passe le câble est fixé à la sonde et permet de l'enfoncer dans la neige. Cette sonde telle que décrite est capacitive mais il est possible de concevoir un autre type de sonde à caractère selfique, l' me du système étant un circuit oscillant. Ces caractéristiques ne sont pas limitatives et il est possible d'aboutir au meme résultat par tous systèmes de mesure de fréquence à relaxation et utilisant un condensateur ou une self comme alésent de mesure. Le schéma de la figure 3 indique dans sa partie supérieure les éléments logés dans le bottier 2 du dispositif de commande et de mesure et dans sa partie inférieure les éléments incorporés dans le bottier 6 de la sonde 1. La mesure de la température de la neige s'effectue à 1/10 de degré centigrade près à l'aide d'une thermistance constituant le détecteur de température 5 monté en série avec un potentiomètre 7 gradué de + 1 à - 150 C. Cette thermistance 5 et ce potentiomètre sont montés dans l'une des branches d'un pont de mesure comprenant des résistances R1, R2 et R3. Lors de la mesure de la température un galvanomètre G est branché entre les points de jonction des résistances R1, R2 et R3, 7. L1opérateur agit alors sur le potentiomètre 7 pour rétablir l'équilibre du pont, soit annuler le courant passant par le galvanomètre G. De par la position de ce potentiomètre 7 on obtient une lecture directe de la température de la neige détectée par la thermistance 5. La mesure de la densité de la neige s'obtient par une mesure capacitive. La capacité de mesure Cm formée par les deux électrodes 3, 4 est branchée en parallèle avec une capacité d'équilibrage Ce variable qui peut être commandée soit manuellement soit à l'aide d'un moteur M à partir du boîtier de commande 2. Le sens de rotation du moteur peut etre sélectionné à l'aide d'un inverseur I.Ce moteur M entratne également un potentiomètre P2 alimenté par une tension stabilisée ajustée par la résistance Rn2. La tension aux bornes du potentiomètre P2 est mesurée par un voltmètre V qui est gradué directement en permittivité Pour cette mesure de la densité de la neige on branche ces capacités Ce et Cm sur un premier oscillateur OSC1 d'une fréquence de 2 MHZ, tandis que le discriminateur Dl correspondant est branché sur le galvanomètre de zéro G. La variation de la capacité de mesure Cm, due à une modification du diélectrique formé par la neige est compensée par la mise en marche du moteur M qui entraîne le condensateur d'équilibrage Ce en rotation. On ramène ainsi la fréquence à 2MHZ, frequence de travail du discriminateur D1. L'équilibre est réalisé lorsque le gal7anomètre G indique zéro. A ce moment le potentiomètre P9 a pris une position correspondant à cet équilibre et détermine une tension aux bornes du voltmètre V dont l échelle est graduée en valeurs de permittivité de 1 à 7. De par la relation d = 0,46 IE' - 1) il est possible d'en déduire la densité de la neige. @our la mesure de la teneur en eau de la neige on répète a mesure de la permittivité, mais en utiiisant un second @scillateur C)CS 2 et son discriminateur associé D2 ajusté à une fréquence de 20 MHZ soit à une fréquence dix fois plus élevée que celle du premier oscillateur. Le choix d'un oscillateur et o son discriminateur s'opère à l'aide d'un sélecteur S agissant sur ders contacts du circuit et sur différents relais. Cette sélection pourrait également être manuelle à l'aide d'interrupteurs. Si la mesure de la permittivité t't à la fréquence e 20 MHZ a la même valeur que la mesure de la permittivité #' à la fréquence de 2 MHZ on est en présence d'une neige sèche et la densité est donnée par la solution précitée. Si#' diffère de #" avec #" > #' on est en présence d'une neige mouillée présentant une certaine quantité d'eau. La quantité d'eau est d'autant plus importante que la différence entre #' ' et t est grande. Le rapport "/#' exprime une quantité d'eau par unité de volume. Un abaque donnant le pourcentage d'eau en fonction du rapport #"/#' permet de déterminer rapidement la teneur en eau de la neige. I1 faut noter que le choix des fréquences de travail n'est pas critique, elle doivent être toutefois suffisamment différente pour obtenir une différence assez grande entre et#". Une des particularités du dispositif électronique écrit réside dans le fait que les mesures sont toujours effectuées aux fréquences préalablement choisies. En effet, les déviations en fréquences des oscillateurs dues à la température sont composées par les transistors Tl, T2. Ayant déterminé #' et #" il est possible à l'aide des abaques des figures 4 et 5 données à titre d'exemple de déterminer la teneur en eau de la neige et donc d'apprécier par cette valeur, la densité de la neige et sa température, le risque d'avalanches. En effet, connaissant 8' l'abaque de la figure 4 permet de déterminer la densité du milieu et de la quantité d'eau qu'elle renferme. Ayant ainsi déterminé la densité d du milieu et connais sant la valeur " de celui-ci, l'abaque de la figure. 5 permet de déterminer, à un facteur constant près, la masse d'eau par unité de volume contenue dans le milieu étudié. On tient compte de ce facteur de proportionalité lors de l'étalonnage de l'appareil. La figure 6 illustre une station de mesure automatique fixe pour analyse de neige sur un plan vertical. Cette station comporte un socle 8 portant un mat 9 servant lui-même de support à plusieurs détecteurs I disposés de façon équidistante à différents niveaux en dessous et au dessus du manteau neigeux. Pour une analyse sur un plan horizontal et à une profondeur donnée les détecteurs sont reliés par cable à la boite de sélection située dans le socle 8. Un dispositif sélecteur est associé aux détecteurs pour permettre une analyse séquentielle des paramètres mesurés par chaque détecteur. Les mesures de température et de permittivité et peuvent etre télécommandées par une antenne 10 assurant la commande à distance de l'installation et la transmission des mesures effectuées à un centre de calcul ou d'enregistrement. Bien entendu diverses modifications peuvent entre apportées par 11 homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'etre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. procédé de détection de paramètres d'un milieu, caractérisé en ce que l'on détermine en un point donné au moins la densité du milieu ainsi que sa teneur en eau par des mesures de permittivité de ce milieu réalisées a deux fréquences différentes. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une sonde présentant deux électrodes constituant une sonde de mesure ; et un dispositif de commande et de mesure comportant deux oscillateurs de fréquencedifférente, deux discriminateurs associés chacun a un des oscillateurs, une impédance d1équilibra- ge ainsi qu'un galvanomètre permettant de déterminer l'équilibre entre les impédances de mesure et d'équilibrage. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la détermination de la quantité d'eau par unité de volume présente dans la neige aux fins de prévention des avalanches. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'impédance de mesure est capacitive et que les électrodes sont de forme générale cylindrique et concentrique. 5. Dispositif selon les revendications 2 et 4,caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs sondes portées par un mat et situées à des niveaux différents ou disposé sur un plan horizontal à une profondeur déterminée pour une analyse du milieu neigeux sur une certaine longueur. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de commande et de mesure est au moins partiellement situé à distance de la sonde. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la sonde est reliée par câble à la partie située à distance du dispositif de commande et de mesure. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la sonde est reliée à une antenne assurant la liaison avec la partie située à distance du dispositif de commande et de mesure. 9. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte encore un détecteur de température constitué par une thermistance branchée dans un pont de mesure et en ce que le galvanomètre sert alternativement à déterminer l'équilibre entre les impédances de mesure et d'équilibrage et du pont de mesure de la température.