Brevet FR2684765A1 — publié le 19930611

Dispositif pour mesurer la résistivité apparente d'un sol La présente invention concerne les dispositifs pour mesurer la résistivité apparente d'un sol par la méthode dite "radiomagnéto-tellurique", trouvant une application particulièrement avantageuse pour la prospection géophysique dans les couches supérieures d'un sol. I1 existe déj â des dispositifs qui permettent de mesurer la résistivité apparente des couches supérieures d'un sol par la méthode dite "radio-magnéto-tellurique". Cette méthode utilise essentiellement les champs électro-magnétiques rayonnés par des émetteurs de radiodiffusion à tres basses fréquences, par exemple dans la gamme des quinze à vingt-cinq kilohertz, ou à basses fréquences, dans la gamme des cent cinquante à trois cent cinquante kilohertz. Elle permet de déterminer la résistivité apparente d'un sol par application de la formule 2 R = 0,2 (E / H ) / f x y dans laquelle : R représente la résistivité apparente en Ohm.mètres, f représente la fréquence en Hertz, E représente le champ électrique en mV/km, et x H représente le champ magnétique en Teslas. y La mise en oeuvre de cette méthode nécessite la réalisation de dispositifs comprenant au moins deux capteurs qui mesurent respectivement l'intensité du champ électrique et l'intensité du champ magnétique et l'on constate que les dispositifs connus sont relativement long à mettre en oeuvre, encombrants et d'un poids important qui les rend presque inutilisables dans des terrains d'accès difficile. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif pour mesurer la résistivité apparente d'un sol, qui permette d'effectuer des mesures relativement ponctuelles, dont la mise en oeuvre soit très facile pour n'importe quel manipulateur, qui soit d'un encatibrement et d'un poids très raisonnables le rendant portable et facilement utilisable en tout lieu, et d'un prix de revient relativement faible. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif pour mesurer la résistivité apparente d'un sol, caractérisé par le fait qu'il comporte une première boucle magnétique, une seconde boucle magnétique, les deux dites boucles magnétiques étant centrées sur un meme axe et situées dans deux plans parallèles, des moyens pour coupler magnétiquement les deux dites boucles magnétiques, un détecteur-démodulateur dont les entrées sont reliées aux bornes de sortie de ladite première boucle magnétique, deux électrodes aptes à coopérer avec ledit sol, par contact de leurs extrémités avec cedit sol, les deux dites extrémités et ledit axe des deux dites boucles magnétiques étant situés dans un même plan, des moyens pour relier les deux dites électrodes, respectivement aux bornes de sortie de ladite seconde boucle 'magnétique, et des moyens commandables pour court-circuiter ladite seconde boucle magnétique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaltront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif, mais nullement limitatif, dans lesquels La figure 1 représente, sous forme schématique, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, pour mesurer la résistivité apparente d'un sol, et La figure 2 représente un mode de réalisation avantageux d'une partie du dispositif selon la figure 1. En revenant plus particulièrement à la figure 1, celle-ci représente, sous forme schématique, un mode de réalisation d'un dispositif l pour mesurer la résistivité apparente d'un sol 2. Ce dispositif comprend une première boucle magnétique 3 constituée, par exemple, par une spire 4 d'un fil électriquement conducteur, par exemple en cuivre, dont les bornes de sortie 5, 6 sont reliées aux entrees 7, 8 d'un détecteur-démodulateur 9. Ce detecteur-demodulateur peut etre constitué de la meme façon que celui que l'on trouve couramment dans un recepteur d'ondes radio connecté à la sortie de l'antenne de réception. Les sorties 10, 11 de ce detecteur-demodulateur 9 sont reliées aux entrées 12, 13 d'un transducteur 14 permettant de matérialiser, sous une forme ou une autre, le signal que le détecteur-demodulateur est apte à délivrer sur ses sorties 10, 11. A titre d'exemple, un tel transducteur 14 peut etre constitué par un multimètre ou voltmètre comme illustré en 15 sur la figure, de type numérique ou analogique. I1 peut aussi etre constitué par un haut-parleur, seul ou adapté à un casque, représente en pointillés en 16 sur la figure 1, ou par une source lumineuse d'accord, comme représenté plus spécifiquement en 17 sur la figure 2, ou meme par un enregistreur à mémoire permanente. Le dispositif peut ne comporter qu'un seul type de transducteurs parmi ceux mentionnés ci-dessus, ou plusieurs montés en parallèle, en sortie 10, 11 du détecteur-démodulateur 9. Le dispositif comporte en outre deux électrodes 21, 22 aptes à coopérer avec le sol 2, cette coopération pouvant se faire par enfoncement des électrodes dans ce sol. Le dispositif comporte une seconde boucle magnétique 23 constituee avantageusement de la meme façon que la boucle 3 mentionnée ci-avant. Des moyens 24 sont prévus pour relier les bornes de sortie 25, 26 de la seconde boucle magnétique 23, respectivement aux électrodes 21, 22. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, ces moyens 24 sont simplement constitués par deux conducteurs électriques 27, 28 reliant électriquement les sorties 25, 26, respectivement aux électrodes 21, 22. I1 est en outre prévu des moyens ccmsandables 30 pour court-circuiter la seconde boucle magnétique 23. Ces moyens sont schématiquement illustrés sur la figure 1 par un commutateur 31 dont les deux bornes de sortie 32, 33 sont respectivement reliées aux deux bornes de sortie 25, 26 de la seconde boucle magnétique 23. Selon une caractéristique structurelle avantageuse du dispositif, les deux boucles magnétiques 3 et 23 sont centrées sur un mème axe 40 et sont disposées dans deux plans 41, 42 sensiblement parallèles entre eux. Le dispositif comporte en outre des moyens 50 pour coupler magnétiquement les deux boucles 3, 23, ces moyens 50 pouvant avantageusement etre constitués par un barreau de ferrite 51 dont l'axe est confondu avec l'axe 40 et disposé dans les deux boucles magnétiques 3, 23 de façon que ses extrémités 52, 53 dépassent de part et d'autre des deux plans 41, 42. En outre, les deux électrodes 21, 22 sont montées en association avec, notamment, les deux boucles magnétiques 3 et 23 de façon que leurs extrémités 43, 44, au moins lorsqu'elles sont plantées dans le sol 2, et l'axe 40 des deux boucles magnétiques soient sensiblement contenus dans un meme plan. Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne et s'utilise de la façon suivante On suppose tout d'abord qu'un émetteur de basses fréquences émet ses ondes à partir d'un point donné qui, avantageusement, est situé à une assez grande distance de la région du sol dont on veut déterminer la résistivité apparente. Une solution avantageuse est d'utiliser les ondes électromagnétiques émises par des émetteurs de radiodiffusion dans la gamme des basses fréquences comprises entre 150 et 350 kHz, car ces émissions ont l'avantage d'etre temporellement sensiblement constantes et facilement reçues en de nombreux points d'un territoire donné. Dans un premier temps, on court-circuite la seconde boucle magnétique 23 au moyen, par exemple, du commutateur 31. Puis on oriente la première boucle de façon que le détecteur-démodulateur 9 ne delivre aucun signal, sinon un signal très faible, sur ses sorties 10, 11. Cette détermination peut etre faite de manière auditive en écoutant le haut-parleur 16 ou visuelle en observant la déviation de l'aiguille du multimètre 15. Quand a été déterminé ce minimum de signal, on est certain que l'axe 40 de la boucle 3 est dirigé vers l'émetteur, le plan de la boucle étant alors sensiblement confondu avec une ligne de gradient du champ magnétique des ondes emises par l'émetteur radio. Quand cette position de l'axe 40 commun aux deux boucles magnétiques 3, 23 est déterminée, on plante les deux électrodes 21, 22 dans le sol 2, par exemple à une distance l'une de l'autre de un mètre, et surtout de façon que leurs extrémités 43, 44 et l'axe 40 des deux boucles soient sensiblement dans un méme plan qui, en fait, est un plan passant par 1 'émetteur radio. Par une rotation de quatre-vingt-dix degrés, par exemple du dispositif, on amène le plan de la boucle 3 perpendiculaire aux lignes de gradient du champ magnétique des ondes émises par l'émetteur radio, qui induisent dans cette boucle un courant électrique qui est analysé et démodulé par le détecteur-démodulateur 9 qui délivre, sur ses sorties 10, 11, un signal dont l'amplitude peut être mesurée par le multimètre 15. Quand ces opérations sont terminées, on commande le commutateur 31 afin que la seconde boucle magnétique 23 ne soit plus en court-circuit, mais reliée électriquement aux deux électrodes 21, 22 plantées dans le sol 3 comme décrit ci-avant, les deux boucles magnétiques 3, 23 étant repositionnées de façon que leur axe commun 40 soit dirigé vers l'émetteur. Le champ électrique émis par les ondes radio et qui pénètre dans les couches supérieures du sol 2 crée, du fait de la disposition des electrodes particulière décrite ci-dessus, une différence de potentiel entre les extrémités 43, 44 de ces deux électrodes, et donc un courant électrique qui parcourt la boucle 23. Ce courant électrique produit, au centre de la bobine et perpendiculairement à son plan 42, un champ magnétique concentré dans le barreau de ferrite 51. Ce champ magnétique, guidé par le barreau 51 traverse à son tour la boucle 3 suivant l'axe 40 et induit dans cette boucle un courant électrique qui est donc une fonction du champ électrique régnant dans le sol entre les deux extrémités des deux électrodes. L'intensité du courant électrique induit dans la boucle magnétique 3 est affichée, notamment, sur le multimètre 15. De plus, dans les conditions d'utilisation du dispositif, la fréquence et l'intensité du champ magnétique relatifs aux ondes électromagnétiques utilisées sont constantes. Donc, d'après la formule donnée dans le préambule de la présente description, la résistivité apparente du sol est proportionnelle au carré de l'intensité du champ électrique. L'intensité du courant électrique affichée sur le multimètre 15 est donc une bonne image de la résistivité apparente de la partie du sol entre les extrémités 43, 44 des deux électrodes. On peut ainsi effectuer des mesures successives en déplaçant les électrodes pas-à-pas, mais en conservant leur orientation, pour obtenir une image de la variation de la résistivité apparente d'un sol dans un espace donné de ce sol. C'est en effectuant de telles mesures que le Demandeur a pu très facilement réaliser des cartographies de structures enterrées pour la recherche archéologique, des profils d'épaisseur de terre végétale pour la pédologie, des cartographies de karst, dolines, souterrains, fractures, conduites enterrées, etc., pour le génie civil, rechercher des fractures et des réseaux hydrauliques pour 1 'hydrogéologie, des pièges tectoniques, filons, etc., pour la recherche minière à faible profondeur. Dans le mode de réalisation du dispositif 1 décrit en regard de la figure 1, les boucles magnétiques 3 et 23 ont été décrites et illustrées carme constituées par une spire d'un fil électriquement conducteur. Cependant, afin d'augmenter la sensibilité du dispositif, au moins 1' une des deux boucles magnétiques sera avantageusement constituee par une pluralité de spires contenues dans des plans sensiblement parallèles entre eux formant une bobine entourant le barreau de ferrite 51. Dans le mode de réalisation selon la figure 2, les deux boucles magnétiques sont conformées en bobines schématiquement illustrées en 63 et 73. De même, il est avantageux de pouvoir adapter l'impedance du circuit comprenant les électrodes 21, 22 et la seconde boucle magnétique 23 à celle de la partie du sol dont on veut mesurer la résistivité apparente. Pour ce faire, il est avantageux que les moyens 24 pour relier les électrodes 21, 22 à la seconde boucle magnétique 23 comportent un amplificateur operationnel 80 monté en série dans le circuit défini ci-avant. I1 est de plus avantageux de prévoir un pont de résistances variables 81 reliant les deux électrodes 21, 22, en parallèle sur la seconde boucle magnétique 23. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer la résistivité apparente d'un sol (2), caractérisé par le fait qu'il comporte une première boucle magnétique (3), une seconde boucle magnétique (23), les deux dites boucles magnétiques étant centrées sur un meme axe (40) et siutées dans deux plans parallèles (41,42), des moyens (50) pour coupler magnétiquement les deux dites boucles magnétiques, un détecteurdémodulateur (9) dont les entrées (7,8) sont reliées aux bornes de sortie (5,6) de ladite première boucle magnétique (3), deux électrodes (21,22) aptes a' coopérer avec ledit sol, par contact de leurs extrémités (43,44) avec cedit sol, les deux dites extrémités et ledit axe (40) des deux dites boucles magnétiques étant situés dans un meme plan, des moyens (24) pour relier les deux dites électrodes, respectivement aux bornes de sortie (25,26) de ladite seconde boucle magnétique (23), et des moyens ccmmandables (30) pour court-circuiter ladite seconde boucle magnétique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits moyens (50) pour coupler magnétiquement les deux dites boucles magnétiques (3,23) sont constitués par un barreau de ferrite (51). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, c acterise par le fait qu'au moins l'une des deux dites boucles magnétiques (3,23) est constituée par une pluralité de spires d'un conducteur électrique, formant une bobine (63,73). 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérise par le fait que les moyens (24) pour relier les deux dites électrodes (21,22), respectivement aux bornes de sortie (25,26) de ladite seconde boucle magnétique (23) comportent un amplificateur opérationnel (80). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un pont de résistances variables (81) reliant les deux dites électrodes (21,22). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un transducteur de détection d'accord (14) relié aux sorties (10,11) dudit detecteur-demodulateur (9). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit transducteur (14) est constitué par au moins l'un des éléments suivants : source lumineuse (17), source sonore (16), multimètre (15), enregistreur à mémoire permanente. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les moyens commandables (30) pour courtcircuiter ladite seconde boucle magnétique (23) sont constitues par un catinutateur (31) dont les sorties (32,33) sont reliées aux deux bornes de sortie (25,26) de la seconde boucle (23).