Brevet FR2689241A1 — publié le 19931001

La présente invention concerne une sonde de mesure de potentiel électrique et plus particulièrement une telle sonde destinée à mesurer l'état électrique d'une structure métallique enterrée revêtue ou non d'un revêtement isolant et maintenue ou non sous protection cathodique. Toute structure en acier, enterrée ou immergée dans l'eau est soumise à la corrosion. La technique connue de la protection cathodique permet d'empêcher ou de réduire sensiblement la corrosion de telles structures. Cependant, afin d'assurer une protection optimale, il convient de contrôler périodiquement les moyens de protection. Les contrôles de la protection cathodique des structures métalliques enterrées s'effectuent généralement par rapport à une électrode de référence CuSO4/Cu posée sur le sol alors que la structure métallique (conduite enterrée) est située à une profondeur variant de 0,60 à 1,50 m environ ; dans ce cas, la mesure est faussée par le fait que la sonde n'est pas placée au contact du sol environnant la structure ainsi que par le fait des courants qui circulent dans le sol et qui provoquent une différence de potentiel parfois non négligeable. Il a déjà été proposé de procéder à un contrôle de la protection cathodique en utilisant une sonde de mesure enfoncée dans le sol. En règle générale, l'électrode de mesure est enfoncée dans le sol par battements à l'aide d'une tige et d'une masse, et permet de faire une mesure qui n'est pas faussée par la différence de potentiel créée par les courants circulant dans le sol. Les documents FR-A-2.508.648 et FR-A-2.490.346 décrivent une telle sonde en forme de tige munie d'une électrode de référence vissée à l'extrémité de la sonde. Les dispositifs décrits dans ces documents utilisent une électrode sèche comme électrode de référence, telle qu'une électrode en zinc - plâtre de Paris. La présente invention a pour objet de proposer une sonde de mesure de construction simple, facile à utiliser et de fiabilité accrue. Pour ce faire, l'invention propose une sonde de mesure destinée à être introduite dans le sol au voisinage d'une structure enterrée pour mesurer le potentiel électrique par rapport au sol de cette structure maintenue ou non sous protection cathodique, la sonde comportant une tête de mesure ayant une extrémité pointue et prolongée à son autre extrémité par une tige creuse isolée, la tête de mesure comportant une électrode de cuivre associée à un électrolyte à base de sulfate de cuivre séparé du milieu extérieur par une paroi poreuse non conductrice, cette électrode étant reliée à l'une des extrémités d'un fil conducteur qui passe dans la tige creuse et dont l'autre extrémité est connectable à un circuit de mesure caractérisée en ce que l'électrolyte à base de sulfate de cuivre consiste en une solution aqueuse saturée gélifiée. La présente invention se différencie de celles décrites dans les documents FR-A-2.508.648 et FR-A-2.490.346 par le fait qu'il utilise une électrode de mesure humide à base de solution de sulfate de cuivre, système électrochimique très stable et ne demandant pas à être étalonné avant chaque mesure. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue générale d'une sonde de mesure, - la figure 2 est une vue détaillée en demi-coupe longitudinale d'un ensemble de la sonde de la figure 1. Comme représenté sur la figure 1, la sonde de mesure 10 comprend une tige creuse tubulaire 12, par exemple en acier, revêtue d'un isolant 14. Deux butées 16 et 18 en forme de bague sont soudées sur la tige creuse 12. Une masse coulissante 20 ayant une forme cylindrique est montée sur la tige creuse 12 et peut être déplacée entre les 2 bagues 16 et 18 servant de butées. Dans l'exemple illustré, la longueur de la tige creuse 12 est d'environ 2 mètres et les bagues sont séparées d'environ 1 m. Comme il sera décrit plus en détail ci-après, la sonde de mesure 10 est munie à son autre extrémité d'une tête de mesure conique pointue 22, par exemple en polypropylène, dont la forme est destinée à faciliter l'enfoncement de la sonde dans le sol et d'un témoin métallique 30 de surface connue. Sur la figure 2 est représentée plus en détail la tête pointue 22 de la figure 1. La tête conique 22 est montée sur la tige creuse 12 par l'intermédiaire d'une partie filetée isolante 23 solidaire de l'axe isolant 24 à l'extrémité duquel est montée une pointe isolante 25, réalisée par exemple en polypropylène. Dans l'exemple illustré, la pointe 22 comporte un élément tubulaire en cuivre 29 en contact avec une solution saturée gélifiée de sulfate de cuivre contenue dans l'espace 26 dont les parois 27 sont réalisées en bois, par exemple du pin, l'agent gélifiant étant un agent gélifiant usuel, par exemple du type de ceux utilisés dans les produits alimentaires. Le fil de cuivre conducteur 28 passe dans la tige creuse 12 et son extrémité est soudée sur l'élément tubulaire en cuivre 29 disposé autour de l'axe 24. L'ensemble constitué par l'élément tubulaire en cuivre 29 et le fil conducteur 28 est isolé électriquement de la partie métallique de la sonde par la partie filetée isolante 23 et une pointe isolante 25. Deux joints toriques 31 et 32 permettent de réaliser l'étanchéité des montages de la pointe 25 sur la paroi en bois 27 et de l'axe 24 sur la paroi en bois 27, afin d'isoler l'espace 26- rempli du système CuSO4/Cu formant l'électrode de mesure. Le dispositif ainsi décrit s'utilise en enfonçant la tige dans le sol à l'aide de battements entre les butées 16 et 18 de la masse coulissante 20 au voisinage de la structure dont il faut mesurer le potentiel. A cette fin, on enfonce dans le sol la sonde de mesure 10 de manière à ce que la pointe isolante 25 soit proche de la structure, par exemple 10 à 20 cm, puis on connecte l'électrode de mesure de la sonde par le moyen du fil conducteur 28 à la borne positive d'un voltmètre et la structure métallique à contrôler à la borne négative de ce voltmètre. On peut aussi réaliser un avant-trou gainé par la suite d'un tube plastifié au voisinage de la structure à contrôler pour permettre un enfoncement plus facile de la sonde, en particulier dans les sols durs. La présence d'eau dans le sol permet alors d'établir le contact électrique entre la sonde 10 et la structure métallique enterrée. Ce dispositif se différencie des dispositifs connus par la possibilité de réaliser avec la même sonde les quatre mesures suivantes a- Mesure du potentiel réel de la structure dans son milieu environnant. b- Mesure du potentiel réel de la structure dans son milieu environnant en connectant à la structure une surface métallique nue simulant un défaut de revêtement. c- Mesure de l'intensité du courant entrant ou sortant de ce défaut de revêtement simulé, après connexion à la structure. d- Mesure de potentiel de la structure à contrôler dans son milieu environnant par la méthode dite "à courant coupé" en présence de courants vagabonds circulant dans le sol. Pour réaliser les mesures a ou b, un voltmètre à haute impédance d'entrée est placé entre la tête de mesure 22 via le fil conducteur 28 et la structure métallique 40 à contrôler. Pour réaliser les mesures b ou c, ou bien b et c, un voltmètre à haute impédance d'entrée est placé, selon la figure 3, entre la tête de mesure 22 via le fil conducteur 28 et la structure métallique 40 ou/et un milliampèremètre de faible résistance interne est placé entre le témoin métallique 30 via la tige conductrice 12 et la structure métallique 40 à contrôler. Pour réaliser la mesure d, selon la figure 4, dans un premier temps, le témoin métallique 30 est raccordé à la structure métallique 40 pendant un temps suffisant pour se polariser identiquement à celle-ci sans l'effet de tous les courants circulant dans le sol. Dans un deuxième temps, le témoin 30 est isolé électriquement de la conduite pour permettre la mesure du potentiel de ce témoin 30 par rapport à l'électrode. Dans ce cas, le témoin métallique 30 garde en mémoire l'état de polarisation de la structure à contrôler lors de l'ouverture du circuit électrique de la figure 4, le potentiel mesuré n'étant plus faussé par la chute de potentiel produite par les courants circulants dans le sol. Pour réaliser les mesures a ou b, la sonde doit être connectée à un voltmètre à haute impédance d'entrée. Pour réaliser les mesures b ou c ou bien simultanément b et c, la sonde doit être connectée à un voltmètre à haute impédance d'entrée et/ou un milliampèremètre à faible résistance interne. La sonde décrite précédemment permet donc de contrôler l'état électrique d'une structure métallique enterrée et présente les avantages et les particularités de pouvoir - mesurer le potentiel réel de la conduite enterrée dans son milieu en s'affranchissant de la différence de potentiel créée par les courants qui circulent dans le sol, - simuler un défaut de revêtement de la conduite sous protection cathodique, - mesurer le sens et l'intensité de courant au niveau de ce défaut simulé et de conclure si la densité de courant qui pénètre dans cette surface de défaut est suffisante pour éviter la corrosion, - mesurer le potentiel réel de la conduite enterrée à l'aplomb du défaut de revêtement simulé, - effectuer 1 en l'ensemble des mesures précédentes en se déplaçant sur chaque prise de potentiel le long d'une conduite sans nécessiter la construction et l'implantation d'électrodes permanentes. REVENDICATIONS 1 - Sonde de mesure destinée à être introduite dans le sol au voisinage d'une structure enterrée pour mesurer le potentiel électrique par rapport au sol de cette structure maintenue ou non sous protection cathodique, la sonde comportant une tête de mesure 22 ayant une extrémité pointue et prolongée à son autre extrémité par une tige creuse isolée (12), la tête de mesure (22) comportant une électrode de cuivre associée à un électrolyte à base de sulfate de cuivre séparé du milieu extérieur par une paroi poreuse (27) non conductrice, cette électrode étant reliée à l'une des extrémités d'un fil conducteur (28) qui passe dans la tige creuse et dont l'autre extrémité est connectable à un circuit de mesure caractérisée en ce que l'électrolyte à base de sulfate de cuivre consiste en une solution aqueuse saturée gélifiée. 2 - Sonde de mesure selon la revendication 1 caractérisée en ce que la paroi poreuse (27) est réalisée en bois. 3 - Sonde de mesure selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisée en ce que la tige de mesure comprend au voisinage de la tête de mesure un témoin métallique (30) non isolé simulant un défaut de revêtement au niveau de la structure enterrée permettant de mesurer l'intensité du courant entrant ou sortant de ce défaut de revêtement simulé ainsi que le potentiel de la structure en présence de courants vagabonds circulant dans la structure à contrôler. 4 - Sonde de mesure selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que la tige creuse isolée (12) est prolongée par une tige creuse limitée par 2 butées (16) et (18) entre lesquelles coulisse une masse (20) pour permettre d'enfoncer la sonde de mesure dans le sol par battements, le conducteur (28) traversant également cette tige. 5 - Circuit de mesure comportant la sonde de mesure (10) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit comprend un milliampèremètre de faible résistance interne disposé entre la structure métallique 40 à contrôler et le témoin métallique 30 simulant un défaut de revêtement de la structure métallique 40 de manière à mesurer l'intensité du courant entrant ou sortant de ce défaut de revêtement simulé. 6 - Procédé de prise de mesures utilisant la sonde de mesure (10) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de - connexion d'un témoin métallique (30) de la sonde de mesure 10 à la structure métallique (40) en fermant l'interrupteur (42) afin de communiquer l'état électrique de ladite structure métallique (40) à ladite sonde de mesure (10), - connexion d'un voltmètre entre la tête de mesure (22) de la sonde de mesure (10) et le témoin métallique (30) en ouvrant l'interrupteur (42) de manière à mesurer le potentiel dudit témoin métallique (30) par rapport à la tête de mesure (22), en présence de courants vagabonds circulant dans le sol.