Brevet FR2669113A1 — publié le 19920515

La présente invention concerne un dispositif de terrain propre au déplacement d'électrodes multiples à contact continu avec le sol en vue de mesurer sa résistivité. Parmi les méthodes de prospection géophysique utilisées pour les investigations à faible profondeur (entre la surface et quelques mètres), la mesure de la résistivité des sols par la méthode électrique connaît aujourd'hui de nouveaux développements grâce à l'emploi de résistivimètres évolués. Le profilage électrique de sub-surface est désormais possible à l'aide de quadripôles tractés à contact continu avec le sol. Rappelons que le principe de la méthode électrique consiste à injecter dans le sol un courant d'intensité connue entre deux électrodes et à recueillir aux bornes de deux autres la différence de potentiel ainsi induite. Les avantages du procédé tiennent à la simplicité du principe physique, la légèreté du matériel, l'interprétation sûre des résultats, mais sont malheureusement contrariés par sa lenteur d'emploi lorsqu'on déplace à la main les quatre électrodes, ou quadripôle, nécessaires pour effectuer les mesures. Qu'il s'agisse de cartographier de vastes étendues (des hectares), ou de parcourir des profils continus de grandes longueurs (des kilomètres), cette contrainte devient importante dès lors que, s intéressant aux premiers mètres sous la surface, on déplace le quadripôle utilisé sur un réseau dont la longueur de maille n'excède guère la profondeur visée par l'étude. Dans ces conditions, la possibilité de remplacer les quatre piquets traditionnels par un dispositif mobile, procure un gain de temps considérable par rapport aux pratiques anciennes et permet, si l'on dispose de quadripôles multiples, d'entreprendre une véritable tomographie des terrains prospectés. Deux formes de quadripôles simples ou élémentaires, sont couramment utilisées. Ces quadripôles diffèrent par la position des quatre électrodes qui peuvent être alignées suivant des intervalles "a" égaux ou disposées aux angles d'un carré de côté a Pour une même valeur de "a", ces quadripôles, linéaires ou carrés, possèdent une profondeur d'investigation sensiblement identique, comprise entre 3/4 de "a" et "a". Le choix de l'une ou l'autre des géométries, est le plus souvent dicté par des impératifs de terrain. La réalisation de quadripôles mobiles suivant ces deux formes doit permettre le passage facile d'une géométrie à l'autre ; elle doit permettre aussi de modifier "a" dans certaines limites. La possibilité de commuter séquentiellement des groupes d'électrodes en cours de déplacement permet de faire des mesures à des profondeurs variées si l'on dispose de quadripôles multiples avec des "a" différents. On peut envisager ainsi de constituer, dans le plan horizontal, un réseau de quadripôles imbriqués, linéaires et/ou carrés, de dimensions échelonnées. Le rapport du nombre de quadripôles disponibles au nombre d'électrodes nécessaires constitue un facteur de mérite qu'il convient d'augmenter si on le peut. Chaque application suggère un arrangement optimal, fonction du résultat souhaité et des moyens disponibles. D'importantes contraintes mécaniques limitent l'extension de tels réseaux d'électrodes et rendent nécessaire la conception d'éléments modulaires utilisables en de nombreuses configurations. La présente invention propose un dispositif de mesure qui permet la réalisation de quadripôles simples ou multiples, transformables rapidement sans difficulté. Le dispositif selon l'invention présente également l'avantage d'être commode à monter et/ou à démonter et d'être d'une manipulation et d'un transport faciles. Le dispositif selon l'invention permet de construire des quadripoles mobiles à partir d'électrodes de types différents comme par exemple des roues ou des formes glissantes. Le quadripôle obtenu est remorqué pour se déplacer sur des terrains qui présentent souvent une grande diversité d'aspects, de reliefs et de résistances mécaniques. La présente invention a pour objet un dispositif permettant de mesurer la résistivité du sol au moyen d'électrodes mobiles d'injection et de réception de courant électrique ; ce dispositif est constitué de modules en forme de petit chariot, facilement transportable, du type à trois points de contact avec le sol dont un au moins est constitué par une électrode, et les autres par des stabilisateurs et comprenant des moyens de liaison des modules entre eux ; chaque module assure son propre équilibre sur le terrain. Selon un premier mode de réalisation, chaque module comprend une électrode et deux roues stabilisatrices l'électrode étant située au sommet d'un triangle isocèle et les deux roues aux extrémités de la base. Toujours selon l'invention, le module comprend un châssis carré ou rectangulaire, muni, en tête, des deux roues stabilisatrices et d'axes de guidage de deux bras latéraux disposés sous le châssis, lesquels bras sont du type tiré et supportent l'électrode montée sur un axe transversal horizontal parallèle à l'axe desdites roues. Toujours selon l'invention, les moyens de traction et de liaison des modules entre eux, sont constitués d'organes de liaison mécanique en forme de bandes souples,isolantes électriquement dont la largeur correspond à la largeur du châssis, et dont la longueur, variable, définit l'écartement "a" entre les électrodes, lesquelles bandes assurent la stabilité dimensionnelle des quadripôles quelles que soient les fluctuations du terrain. Les bandes de liaison permettent également au dispositif de supporter les efforts de traction sans déformation de leur structure ni oscillation de leur orientation par rapport à l'axe du profil de terrain à étudier. Par ailleurs, l'isolement électrique des électrodes entre elles et avec leur structure d'assemblage doit être maintenu en toutes circonstances. L'utilisation, pour relier les modules entre eux, d'une bande constituée d'un matériau isolant permet d'une manière très simple, d'assurer l'isolation électrique des différents modules et par voie de conséquence, des tambours-électrodes. Selon une disposition préférentielle de l'invention, dans le cas d'un module comprenant une électrode et deux roues stabilisatrices, l'électrode est du type cylindrique, en forme de tambour, constituée d'un empilement de galettes en acier ordinaire servant de lest, qui enserrent des hélices planes à trois pales en acier haute résistance. Selon un second mode de réalisation de l'invention, chaque module comporte deux électrodes isolées l'une par rapport à l'autre, disposées latéralement d'un même côté d'une poutre longitudinale formant le châssis, les moyens de guidage étant constitués d'une roue stabilisatrice disposée de l'autre côté de la poutre, formant le troisième point d'appui. Toujours selon l'invention, les moyens de traction et de liaison des modules entre eux, consistent en un timon dont l'extrémité avant comporte un attelage rotulien et dont l'extrémité arrière est reliée à l'avant du module correspondant au moyen d'un axe horizontal transversal. Les liaisons mécaniques entre les modules, au moyen d'articulations rotuliennes et d'axes horizontaux, assurent la stabilité dimensionnelle des quadripôles et permettent aux électrodes de garder le contact avec le sol malgré les fluctuations de son relief. La liaison des modules entre eux par un timon rigide permet au dispositif de supporter les efforts de traction sans déformation de leur structure et sans oscillation de leur orientation par rapport à l'axe du profil. La liaison des modules entre eux, par un timon, procure aussi une bonne stabilité de l'ensemble quelles que soient les vitesses de déplacement sur le sol. Selon une autre disposition de l'invention, la poutre du module est une poutre du type télescopique qui permet d'adapter l'écart "a" entre les électrodes d'un même module, selon la profondeur d'investigation désirée. Toujours selon l'invention, de la même façon, le timon qui relie deux modules, comporte des moyens de réglage de son point d'attache sur le module qu'il tire, de façon à modifier à volonté l'écartement entre deux modules. Selon une autre disposition de l'invention, chaque module comporte des organes d'ancrage de charges, destinés à améliorer le contact entre les électrodes et le sol. Selon une autre disposition de l'invention, les électrodes sont montées de façon isolée par rapport à la poutre support au moyen de blocs en matériaux plastiques isolants, et comportent des paliers en cuivre ou alliages de cuivre permettant un contact électrique plus sûr entre l'électrode et son axe support. Toujours selon l'invention, le type d'électrode sera choisi en fonction de la nature du terrain, parmi des électrodes en forme de disques tranchants ou de roues, à pointes radiales peu espacées, qui assurent un contact linéaire et continu avec le sol. Les roues à pointes radiales sont plus particulièrement adaptées aux terrains secs et durs ou gravillonneux. L'invention sera encore illustrée à l'aide de la description suivante de deux modes de réalisation et à l'aide des dessins annexés, donnés à titre indicatif, et dans lesquels - la figure 1 représente, en coupe longitudinale selon 1-1, un premier mode de réalisation de modules selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de dessus du module représenté figure 1 - la figure 3 illustre un dispositif du type quadripôle constitué de quatre modules représentés figures 1 et 2 - la figure 4 représente un module, de façon schématique, en perspective, selon un second mode de réalisation - la figure 5 représente un dispositif du type quadripôle constitué de deux modules tels que représentés figure 4. Dans le premier mode de réalisation, il s'agit de concevoir, autour d'une seule électrode, un module simple et de dimension réduite qui, associé à d'autres modules semblables, permet de constituer un ou plusieurs quadripôles que l'utilisateur répartit à sa convenance dans le plan du terrain, en ligne simple ou en lignes multiples parallèles. En prospection de sub-surface, on utilise des quadripôles dont l'intervalle "a" entre électrodes, est rarement inférieur au mètre. Cet écart fixe l'échelle des modules puisquton doit pouvoir en réunir quatre pour former un quadripôle carré de cette dimension minimale. L'exemple proposé, contenu dans un carré de 0,5 m de côté, permet de rapprocher deux électrodes jusqu a 0,8 m l'une de l'autre. Le module, posé sur le sol, assure sa propre stabilité en appuyant son électrode 1 disposée au sommet d'un triangle isocèle dont la base est comprise entre deux roues stabilisatrices 2. L'ensemble constitue donc un petit chariot à trois roues. L'une des roues, métallique et pesante, forme l'électrode 1, tandis que les deux autres, en matière isolante et montées sur un axe commun, servent de stabilisateur. Un châssis rectangulaire rigide 3 transmet les efforts de traction dans l'axe du déplacement sans entraver les. mouvements que le terrain impose à l'électrode 1. Des éléments souples 4, montés sur le châssis 3, et détaillés plus loin, sont prévus pour relier les modules entre eux en les maintenant alignés suivant l'axe de leur déplacement, avec un écart constant. Ces éléments souples 4 jouent un rôle d'entretoise suivant deux directions perpendiculaires et sont de longueurs variables pour ajuster l'espace entre les modules selon l'intervalle "a" choisi. Des bras 5, disposés sous le châssis 3, relient l'axe 6 des roues stabilisatrices 2 avec l'axe 7 de l'électrode 1. L'axe 7 de l'électrode 1 se situe sensiblement au centre du châssis 3, perpendiculaire au sens d'avancement, et sous ce châssis 3. Ce châssis 3, en position de repos, s'appuie sur les bras 5. Ces bras 5 sont solidaires de l'axe 6 des roues 2. Cet axe 6 se situe sous le châssis 3, maintenu de chaque côté par une platine 8 soudée audit châssis. Les dimensions du module, volontairement réduites, fixent les limites du choix de l'électrode 1, que cette électrode soit sous forme de roue, de tambour comme représenté, de patin ou toute autre forme de sabot. Les roues sont les plus utilisées pour des raisons de simplicité de construction et d'emploi. Sous la forme de disques tranchants, elles assurent un contact linéaire et continu avec le sol. Sous forme de roue à pointe radiale, ce contact est ponctuel et discontinu ; ces roues sont préférables sur terrain sec et dur ou encore sur terrain comportant des gravillons. Dans tous les cas, ces roues doivent être lestées pour exercer une pression de contact suffisante. Une combinaison de leurs avantages respectifs est obtenue ici avec une électrode cylindrique en forme de tambour. Cette électrode consiste en un empilement de cinq galettes 9 en acier ordinaire, qui enserrent entre elles quatre hélices 10 planes, à trois pales, en acier à haute résistance. Ces éléments sont assemblés par tous moyens appropriés du genre broches et l'ensemble est guidé par des roulements, non représentés, insérés entre l'axe 7 et les galettes d'extrémité 9. Le diamètre des hélices est de l'ordre de 255 mm par exemple, supérieur à celui du cylindre qui est de l'ordre de 140 mm. Les pointes des hélices 10 dépassent à la surface du cylindre et sont réparties en alternance suivant des angles de 600. Ces pointes d'hélices 10, particulièrement exposées à l'usure, sont par exemple des lames que l'on rencontre sur des débrousailleuses. L'axe 7 de l'électrode 1 est maintenu parallèle à l'axe 6 des roues stabilisatrices 2 au moyen des deux bras 5. L'électrode 1 est en quelque sorte, suspendue sous le châssis 3 qui lui sert de berceau et limite leur déplacement vers le haut. Les modules sont conçus pour être remorqués les uns à la suite des autres sans que l'effort de traction exercé sur chacun d'eux, horizontal, ne gêne la libre oscillation des électrodes autour de l'axe des roues stabilisatrices 2 quand le relief du terrain les sollicite verticalement. Les efforts de traction sont transmis par le châssis 3 en forme de cadre rectangulaire qui peut osciller autour de l'axe 6 des roues stabilisatrices 2. Deux axes secondaires 11, parallèles à l'axe 6 des roues stabilisatrices 2, situés respectivement en avant et en arrière du châssis 3, servent à fixer les éléments d'assemblage 4 des modules ; ces axes secondaires 11 sont en forme de tringles démontables. Le châssis 3 comporte, à l'avant et à l'arrière, des cornières 12 qui assurent sa rigidité et protègent les extrémités des éléments d'assemblage 4. On a représenté, figure 3, un dispositif du genre quadripôle linéaire constitué de quatre modules 13 reliés entre eux par les éléments d'assemblage 4 et par une flèche de traction 14 interposée entre le premier module 13 et le véhicule de traction 15 ; cette flèche 14 est par exemple ancrée sur la tringle 11 solidaire du châssis 3. On remarque que les tambours-électrodes 1 se situent en arrière de leur train de roues 2 correspondant. Les éléments de liaison 4, intermodules, assurent trois fonctions - une fonction mécanique de maintien des distances entre les modules 13, suivant l'axe de traction x et l'axe perpendiculaire lorsque plusieurs modules sont utilisés en séries parallèles - une fonction électrique d'isolation entre les modules 13, dont les châssis 3, métalliques, sont au potentiel de l'électrode 1 - une fonction accessoire de fixation des câbles électriques qui convergent vers l'appareillage de mesure logé, le plus souvent, dans le véhicule tracteur. Sur terrain peu accidenté, les écarts transversaux entre modules 13 de séries parallèles, se maintiennent spontanément dans des limites tolérables. Toutefois on peut les stabiliser à l'aide de simples joncs, non représentés, en résine armée de fibres de verre, ces joncs sont par exemple accrochés à des anneaux, prévus à cet effet au-dessus des roues stabilisatrices 2. Les efforts transmis sont relativement faibles. Les liaisons établies suivant l'axe x de traction, doivent accompagner tous les déplacements relatifs que le terrain impose aux modules 13 qu'elles assemblent, tout en s'opposant aux contraintes qui tendent à les désaligner en provoquant des mouvements de lacets. Ces éléments de liaison 4 peuvent être réalisés en textile synthétique, imprégné de résine polyuréthane, du genre des textiles utilisés pour réaliser des bandes transporteuses. Ces matériaux étant thermo-soudables, on peut réaliser à chaque extrémité un ourlet qui permet d'enfiler les tringles 11 prévues aux extrémités du châssis 3. De même des passants peuvent être soudés sur le trajet des fils de connection pour les maintenir en place. Ces éléments de liaison 4 ont ainsi une forte résistance à la traction, à l'abrasion, et sont parfaitement isolants. La modification de l'écartement entre les modules, s'effectue par remplacement des éléments de liaison 4. On a représenté, figure 4, un second mode de réalisation de l'invention. Le module se présente sous la forme d'un chariot comportant deux électrodes 1' en forme de disques et une roue stabilisatrice 2' formant le troisième point d'appui. Les électrodes 1' et la roue 2' sont solidaires d'une poutre longitudinale 3'. La roue 2' est montée d'un côté de la poutre 3', sur une structure support 20 qui permet de réaliser un déport de ladite roue par rapport à ladite poutre. Les électrodes 1' sont reliées à la poutre 3' au moyen de supports 21 isolés électriquement. Ces supports consistent en un bloc 22 en matériau plastique isolant, genre nylon, monté dans une structure métallique 23 solidaire de la poutre 3'. Le bloc 22 reçoit l'axe 24 de l'électrode 1'. L'électrode 1' comporte, de préférence, une bague centrale 25 en cuivre, qui assure un contact électrique efficace avec l'axe 24. L'axe 24 est connecté électriquement à l'appareillage disposé généralement sur le véhicule tracteur 15, figure 5. On remarque que la roue stabilisatrice 2' se situe sensiblement au centre de la poutre 3' alors que les électrodes 1' se situent chacune aux extrémités de ladite poutre 3'. La poutre 3' est du type télescopique. Elle comporte une partie avant 26 en forme de gros tube de section carrée et une partie arrière 27 qui coulisse dans la partie 26, de section carrée également. Les deux portions 26 et 27 comportent des trous permettant le passage d'une ou plusieurs chevilles 28 de verrouillage. Le réglage de l'écartement "a" entre les électrodes 1' s'effectue par simple déplacement des portions de poutre 26 et 27 l'une par rapport à l'autre et verrouillage dans les trous appropriés On remarque, sur les structures supports 20 et 23, des tiges verticales 29. Ces tiges sont destinées à recevoir et à verrouiller un corps pesant 30 qui assure un contact efficace entre les électrodes 1' et le sol, de même que pour la roue stabilisatrice 2'. La partie avant de la poutre 3' comporte une chape 31. Cette chape 31 est aménagée à l'avant du tronçon 26 de la poutre 3'. Elle sert à fixer un timon 32, figure 5, qui réalise la liaison des modules entre eux, ou du premier module avec le véhicule tracteur 15. L'arrière de la poutre 3' comporte une rotule 33. Cette rotule 33 est solidaire de l'arrière du tronçon 27 de la poutre 3' ; elle est destinée à recevoir la tête 34 du timon 32. Les modules 13', représentés figure 5, sont reliés entre eux au moyen d'un timon 32. Ce timon 32 est solidaire du module 13' au moyen d'un axe 35 qui coopère avec des orifices appropriés de la chape 31. Cet axe 35 est horizontal et perpendiculaire à la poutre 3' et au sens d'avancement des modules. Le timon 32 pivote autour de l'axe 35, et sa tête 34 est articulée sur la rotule 33 du module précédent ou sur la rotule du véhicule tracteur 15. Le timon 32 comporte plusieurs possibilités d'ancrage sur la poutre 3' et en particulier sur la chappe 31 de façon à permettre un réglage de l'écartement entre les électrodes de deux modules 13' qui se suivent. La encore, un tel module présente l'avantage d'être facilement démontable et transportable sur les lieux d' investigations. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciiitUr la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif permettant de mesurer la résistivité du sol, au moyen d'électrodes mobiles d'injection et de réception de courant électrique, caractérisé en ce qu'il comprend des modules en forme de petits chariots du type à trois points d'appui sur le sol, constitués chacun - d'au moins une électrode à contact continu avec le sol, - de moyens de guidage et de stabilisation sur le sol, - et de moyens de liaison desdits modules entre eux. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu il comporte au moins un module comprenant une électrode (1) et deux roues stabilisatrices (2), ladite électrode (1) étant située au sommet d'un triangle isocèle et les deux roues (2) étant situées aux extrémités de la base dudit triangle. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module est constitué d'un châssis rectangulaire (3), muni, en tête, des deux roues stabilisatrices (2) qui sont montées sur un axe (6) servant au guidage de deux bras tirés latéraux (5) disposés sous ledit châssis, lesquels bras servent de support à l'électrode (1) qui est montée sur un axe (7) transversal horizontal, parallèle audit axe (6). 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens de traction et de liaison des modules entre eux sont constitués d'organes de liaison mécaniques en forme de bandes souples (4) dont la largeur correspond à la largeur du châssis et dont la longueur, variable, définit l'écartement "a" entre les électrodes (1). 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un module comportant deux électrodes (1'), isolées l'une par rapport à l'autre, disposées latéralement d'un même côté d'une poutre (3') formant le châssis, les moyens de guidage et de stabilisation étant constitués d'une roue (2'), disposée de l'autre côté de ladite poutre (3'). 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des électrodes du type cylindriques, constituées d'un empilement de galettes (9) en acier ordinaire servant de lest, lesquelles galettes enserrent des hélices (10) planes, à trois pales, en acier haute résistance, lesquelles pales s'enfoncent dans le sol. 7.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de traction et de liaison des modules entre eux, constitués d'un timon (32) dont l'extrémité avant comporte une tête d'attelage (34) du type rotulien et dont l'extrémité arrière coopère avec une chape (31) aménagée à l'avant du module correspondant, au moyen d'un axe horizontal transversal (35). 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que le module comporte une poutre (3') du type télescopique qui permet d'adapter l'écart "at' entre les électrodes (1') d'un même module, selon les nécessités du terrain. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le timon (32), qui relie deux modules, comporte des moyens de réglage de l'écartement entre les deux modules. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les électrodes (1') sont montées de façon isolée par rapport à la poutre châssis (34), au moyen de blocs (22) en matériau plastique, lesquels blocs (22) supportent l'axe (24) de l'électrode (1') ; le contact entre l'électrode (1') et l'axe est réalisé au moyen d'une bague (25) en cuivre.