Brevet FR2827318A1 — publié le 20030117

DISPOSITIF PERMETTANT D'VALUER LA RESISTANCE MECANIQUE D'UN SOL OU ANALOGUE La présente invention concerne les dispositifs permettant d'évaluer la résistance mécanique d'un sol ou analogue, et plus particulièrement les dispositifs que les techniciens dénomment"pressiomètres", en vue par exemple de déterminer les forces portantes des fondations superficielles ou profondes de bâtiments ou des tassements de sols. Il existe déjà des dispositifs permettant d'évaluer la résistance mécanique d'un sol. Ils comportent essentiellement une sonde contenant un fluide incompressible comme de l'eau, des moyens pour soumettre à une pression déterminée l'eau contenue dans la sonde et des moyens pour déterminer la déformation volumétrique de la sonde en fonction de la pression appliquée. Comme ces sondes sont généralement descendues dans des puits, il est relativement difficile de déterminer directement leur déformation volumétrique. Pour obvier à cet inconvénient, il a été réalisé des dispositifs comportant essentiellement une sonde comprenant une enveloppe déformable, un récipient, une conduite pour relier l'enveloppe déformable et le récipient de façon à former un volume étanche unique, un fluide incompressible remplissant partiellement le volume étanche de façon que le fluide remplisse totalement l'enveloppe, la conduite et partiellement le récipient, des moyens pour appliquer un gaz sous pression dans le récipient, et des moyens pour déterminer les variations du volume de fluide contenu dans le récipient. En effet, le fluide contenu dans le volume étanche étant incompressible, il transmet les variations de pression du gaz dans le récipient, directement sur la paroi de l'enveloppe qui se déforme en fonction de la résistance mécanique du sol contre lequel elle est appliquée. Ainsi, la variation du volume de fluide contenu dans le récipient est parfaitement représentative de la variation volumétrique de l'enveloppe. De cette façon, il est possible de descendre l'enveloppe déformable dans un puits et de laisser le récipient, en surface du sol dans lequel est réalisé le puits. Les moyens pour mesurer la variation du volume de fluide contenu dans le récipient sont constitués par le fait que le récipient est constitué d'un tube creux cylindrique vertical, avantageusement de révolution, auquel est associée une fenêtre permettant de visualiser le dioptre de séparation entre le fluide et le gaz sous pression contenus dans le récipient. En associant à cette fenêtre une règle graduée, il est possible de mesurer les variations de niveau Ah du dioptre et donc, comme la section S du tube est connue et constante sur toute sa longueur, de déterminer les variations volumétriques de l'enveloppe, en effectuant simplement le produit Ah x S. La détermination de la variation de niveau du dioptre s'est longtemps effectuée de façon visuelle, mais cette méthode présente essentiellement deux inconvénients : un manque de précision dans la mesure de la valeur Ah et l'impossibilité d'automatiser le dispositif permettant de la mettre en oeuvre. Pour tenter de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus, il a alors été réalisé des dispositifs dans lesquels la variation de niveau du dioptre est déterminée au moyen d'un télémètre. Cependant, étant donné qu'il est très difficile de disposer le télémètre à l'intérieur du récipient, il a été disposé à l'extérieur et l'onde utilisée pour effectuer la télémétrie doit alors traverser la paroi du récipient par une fenêtre. Il a été ainsi possible d'automatiser le dispositif, mais les couples "ondes-matériaux dans lesquels est réalisée la fenêtre"qui interviennent dans ces dispositifs selon l'art antérieur ne donnent pas satisfaction car ils engendrent des signaux parasites de forte amplitude qui empêchent d'obtenir une bonne précision dans la mesure de la résistance mécanique du sol. La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif permettant d'évaluer la résistance mécanique d'un sol ou analogue, qui pallie en grande partie les inconvénients des dispositifs dans ce domaine connus de l'art antérieur. Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif permettant d'évaluer la résistance mécanique d'un sol ou analogue, comportant une sonde comprenant une enveloppe déformable, un récipient, des moyens de conduit pour relier l'enveloppe déformable et le récipient de façon à former un volume étanche unique, un fluide incompressible remplissant partiellement le volume étanche de façon que le fluide remplisse totalement l'enveloppe, les moyens de conduit et partiellement le récipient, des moyens pour appliquer un gaz sous pression dans le récipient, et des moyens pour déterminer le volume de fluide contenu dans le récipient, caractérisé par le fait que le récipient est constitué d'un tube creux sensiblement cylindrique défini suivant un axe sensiblement vertical et de deux bouchons respectivement supérieur et inférieur pour fermer respectivement les deux extrémités du tube creux, et que les moyens pour déterminer le volume de fluide contenu dans le récipient sont constitués par une source d'ondes ultrasonores apte à émettre une onde ultrasonore d'une longueur d'onde déterminée, des moyens pour monter la source d'ondes ultrasonores en coopération avec le bouchon inférieur de façon que l'onde ultrasonore émise par ladite source traverse le bouchon inférieur suivant l'axe vertical avant de pénétrer dans le fluide contenu dans le récipient, ledit bouchon inférieur étant réalisé en une matière plastique, et un récepteur apte à recevoir l'onde ultrasonore réfléchie sur le dioptre de séparation entre le fluide et le gaz contenus dans le récipient et à délivrer à sa sortie un premier signal représentatif de l'onde ultrasonore réfléchie qu'il a reçue. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard du dessin annexé à titre Illustratif mais nullement limitatif, dans lequel : La figure unique représente le schéma de principe d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention permettant d'évaluer la résistance mécanique d'un soi, dans une application particulièrement avantageuse à l'évaluation de la résistance mécanique de la paroi d'un puits. Le Demandeur tient à préciser que la figure unique ne représente qu'un mode de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. Il précise en outre que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte"au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Il précise aussi que, si les modes de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comportent plusieurs éléments de fonction identique et que si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant"au moins un"de ces éléments. La figure unique représente, sous forme schématique, un mode de réalisation d'un dispositif permettant d'évaluer la résistance mécanique d'un sol 1 ou analogue, par exemple à partir de la paroi verticale d'un puits creusé dans ce sol, comme illustré sur la figure unique. Ce dispositif comporte une sonde 2 comprenant essentiellement une enveloppe déformable 3, un récipient 4, des moyens de conduit 5 pour relier l'enveloppe déformable 3 et le récipient 4 de façon à former un volume étanche unique, un fluide incompressible 6 étant situé partiellement dans ce volume étanche de façon que le fluide remplisse totalement l'enveloppe 3, les moyens de conduit 5 et partiellement le récipient 4, des moyens 7 pour appliquer un gaz sous pression dans le récipient 4, et des moyens 8 pour déterminer, de façon directe ou indirecte, le volume de fluide 6 contenu dans le récipient 4. Dans une réalisation pour une application du dispositif à la détermination de la résistance mécanique de la paroi d'un puits, les moyens de conduit 5 pour relier l'enveloppe déformable 3 et le récipient 4 de façon à former un volume étanche unique sont constitués par exemple par un tuyau d'une longueur déterminée suffisante pour descendre la sonde dans le puits tout en laissant le récipient 4 à la surface du sol, et présentant une certaine souplesse de façon à pouvoir descendre plus facilement la sonde dans le puits en suivant les ondulations qui peuvent se présenter. Le tuyau est de plus réalisé de façon que sa section et sa longueur ne puissent pas subir des modifications notables Un tel tuyau est connu en lui-même. Il est constitué par exemple d'un tuyau armé et gainé d'une gaine hélicoïdale métallique ou analogue. Selon une caractéristique de l'invention, le récipient 4 est constitué d'un tube creux 10, par exemple en acier ou analogue, sensiblement cylindrique défini suivant un axe 11 sensiblement vertical lors de son utilisation, et de deux bouchons 12,13 respectivement supérieur et inférieur pour fermer de façon étanche respectivement les deux extrémités 14,15 du tube creux 10. De plus, les moyens 8 définis ci-dessus, pour déterminer le volume de fluide contenu dans le récipient 4, comportent une source 16 d'ondes ultrasonores apte à émettre, à sa sortie, une onde ultrasonore incidente 0, d'une longueur d'onde b déterminée, des moyens 17 pour monter cette source d'ondes ultrasonores 16 en coopération avec le bouchon inférieur 13 de façon que l'onde ultrasonore Oj émise par la source 16 traverse le bouchon inférieur 13 sensiblement suivant l'axe vertical 11 avant de pénétrer dans le fluide 6 contenu dans le récipient 4, le bouchon inférieur étant réalisé, selon une caractéristique de l'invention, en matière plastique. Ces moyens 8 comportent en outre un récepteur 18 apte à recevoir l'onde ultrasonore Or réfléchie sur le dioptre de séparation 19 constitué entre le fluide et le gaz contenus dans le récipient 4, et à délivrer à sa sortie un premier signal représentatif de l'onde ultrasonore réfléchie Or qu'il a reçue. Dans une réalisation avantageuse, la sonde 2 est constituée par exemple d'une âme centrale, par exemple un conduit creux en acier, autour de laquelle est disposée une enveloppe annulaire en matériau souple, comme un soufflet ou une feuille métallique ondulée ou analogue. Une telle sonde est connue en elle-même et ne sera pas plus amplement décrite ici. Dans une réalisation avantageuse, comme celle qui est illustrée, la sonde 2 comporte en outre deux cellules de garde 41,42 connues en elles-mêmes, de forme annulaire et situées autour de l'âme centrale, de part et d'autre de l'enveloppe 3. Ces cellules de garde, comme explicité ci-après, sont aptes à contenir un gaz à la même pression que le gaz situé dans le récipient 4. De fait, les moyens 7 pour appliquer un gaz sous pression dans le récipient 4 sont par exemple avantageusement constitués par une bouteille de ce gaz comprimé, dont la sortie est reliée par un conduit au récipient 4 en traversant par exemple par un passage étanche le bouchon supérieur 12. Quand la sonde 2 comporte, comme mentionné ci-dessus, les deux cellules de garde 41 et 42, la sortie de la bouteille de gaz comprimé est aussi reliée, en parallèle, aux entrées de ces deux cellules, comme représenté sur la figure unique. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, la matière plastique dans laquelle est réalisé le bouchon inférieur 13 est du polyméthacrylate de méthyle, le Demandeur ayant obtenu de très bons résultats avec la matière plastique qui est commercialisée sous la Marque de commerce"Plexiglas". En outre, selon une réalisation qui permet d'obtenir un dispositif de mesure très performant, le bouchon inférieur 13 est constitué d'une lame à faces parallèles dite"quart d'onde", c'est-à-dire une lame à faces parallèles dont l'épaisseur définie suivant l'axe vertical 11 est sensiblement égale à (4n+1) Â, où 4 X est la longueur d'onde de l'onde ultrasonore émise par la source 16 et n est un nombre entier positif, c'est-à-dire compris entre zéro (zéro compris) et l'infini. De très bons résultats ont été obtenus avec n = 2 et une onde ultrasonore d'une fréquence v =-d'environ 2, 55 MHz. Â De nombreux fluides incompressibles 6 et gaz sous pression peuvent être utilisés. Cependant le fluide 6 est de préférence constitué par de l'eau et le gaz par de l'azote. Il bien précisé, et connu, qu'il n'existe aucun fluide réellement incompressible. Cependant, un fluide liquide, notamment l'eau, peut être considéré comme incompressible pour les pressions de gaz utilisées pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'invention. De plus, dans le but d'optimiser le couplage de la source 16 avec le bouchon inférieur 13 et de favoriser la transmission des ondes ultrasonores, le bouchon 13 est constitué par une lame à faces parallèles 31,32 présentant de préférence un poli optique, ces faces parallèles polies étant perpendiculaires à l'axe vertical 11. Les moyens 17, représentés schématiquement sur la figure unique, pour monter la source d'ondes ultrasonores 16 en coopération avec le bouchon inférieur 13 peuvent être constitués de différentes façons, par exemple constitués par de la colle, des brides de fixation, etc. Cependant, ces moyens 17 sont agencés de façon que la sortie de la source d'ondes ultrasonores 16 soit avantageusement plaquée contre la face externe du bouchon inférieur 13. Comme explicité ci-avant, le dispositif peut être facilement automatisé. Dans ce but, il comporte en outre un organe de traitement électronique 20, par exemple à microprocesseur, cet organe de traitement étant apte à délivrer, sur une première sortie 21, un signal de commande de la source d'ondes ultrasonores 16 pour qu'elle émette, à la commande, l'onde incidente 0" des moyens 22 pour appliquer le premier signal à une entrée de cet organe de traitement 20, des premiers moyens 23 pour délivrer un deuxième signal représentatif de la pression du gaz situé dans le récipient 4, ce deuxième signal étant appliqué à une autre entrée de l'organe de traitement 20, des seconds moyens 24 pour délivrer un troisième signal représentatif de la pression du fluide contenu dans le récipient 4, ce troisième signal étant appliqué à une autre entrée de l'organe de traitement 20, des moyens 25 pour délivrer un quatrième signal représentatif d'au moins l'un des paramètres suivants : température ambiante, température du fluide, viscosité du fluide, différence d'altitude entre le récipient et l'enveloppe. Les premiers et seconds moyens 23,24 définis ci-dessus sont constitués par exemple par des manomètres électroniques ou analogues. Le dispositif comporte aussi des moyens d'affichage 26, par exemple une imprimante ou analogue, dont l'entrée 27 est reliée à une seconde sortie 28 de l'organe de traitement 20 sur laquelle est délivré un signal représentatif de la résistance mécanique du sol déterminée à partir des premier, deuxième, troisième et quatrième signaux. Le dispositif décrit ci-dessus fonction de la façon suivante : Il est tout d'abord précisé que son fonctionnement est identique à celui des dispositifs de l'art antérieur et ne sera pas repris spécifiquement ici, dans l'unique souci de ne pas compliquer la présente description. Il est simplement rappelé que la mesure par télémétrie de la distance entre le dioptre 19 et le couple "source 16 - récepteur 18" s'effectue de la façon suivante : La source 16 émet une impulsion d'onde incidente Oi en direction du dioptre 19 en traversant le bouchon inférieur 13 puis le fluide 6 contenu dans le récipient 4. Cette onde incidente 0, se réfléchit ensuite partiellement sur le dioptre 19 pour donner naissance à une onde réfléchie Or qui est captée par le récepteur 18. Connaissant le temps mis par l'impulsion pour parcourir le chemin entre la source 16 et le récepteur 18 après sa réflexion sur le dioptre 19, et la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore dans le fluide 6 et éventuellement le matériau constituant le bouchon 13, il est possible d'obtenir la valeur du double de la distance entre le couple "source-récepteur" et le dioptre 19, et donc cette distance. Ces traitements et calculs sont facilement obtenus dans l'organe de traitement 20 par une programmation appropriée du microprocesseur, qui ne pose pas de difficulté à l'homme du métier connaissant les caractéristiques de la présente invention comme explicité ci-dessus. Le principe de télémétrie décrit ci-dessus est bien connu en lui-même et ne sera pas plus amplement développé ici. Il est en revanche mentionné que, avec le dispositif selon l'invention, dans lequel la source d'ondes ultrasonores 16 et le bouchon inférieur 13 présentant les caractéristiques définies ci-dessus, le signal de mesure est pratiquement dépourvu de signaux parasites. Le dispositif selon l'invention permet donc d'améliorer de façon très importante la précision des mesures de la résistance mécanique d'un sol, d'un coefficient multiplicateur au moins égal à trois, par rapport aux précisions obtenues avec les dispositifs de l'art antérieur. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant d'évaluer la résistance mécanique d'un sol (1) ou analogue, comportant : une sonde (2) comprenant une enveloppe déformable (3), un récipient (4), des moyens de conduit (5) pour relier l'enveloppe déformable (3) et le récipient (4) de façon à former un volume étanche unique, un fluide incompressible (6) remplissant partiellement le volume étanche de façon que ledit fluide remplisse totalement l'enveloppe (3), les moyens de conduit (5) et partiellement le récipient (4), des moyens (7) pour appliquer un gaz sous pression dans ledit récipient (4), et des moyens (8) pour déterminer le volume de fluide (6) contenu dans ledit récipient (4), caractérisé par le fait que : - ledit récipient (4) est constitué d'un tube creux (10) sensiblement cylindrique défini suivant un axe (11) sensiblement vertical et de deux bouchons (12,13) respectivement supérieur et inférieur pour fermer respectivement les deux extrémités (14,15) du tube creux (10), et que - les moyens (8) pour déterminer le volume de fluide contenu dans ledit récipient (4) sont constitués par : - une source d'ondes ultrasonores (16) apte à émettre une onde ultrasonore (0 ;) d'une longueur d'onde (À) déterminée, - des moyens (17) pour monter ladite source d'ondes ultrasonores (16) en coopération avec le bouchon inférieur (13) de façon que l'onde ultrasonore (0,) émise par ladite source (16) traverse ledit bouchon inférieur (13) suivant ledit axe vertical (11) avant de pénétrer dans le fluide (6) contenu dans le récipient (4), ledit bouchon inférieur étant réalisé en une matière plastique, - un récepteur (18) apte à recevoir l'onde ultrasonore (Or) réfléchie sur le dioptre de séparation (19) entre le fluide et le gaz contenus dans le récipient, et à délivrer à sa sortie un premier signal représentatif de l'onde ultrasonore réfléchie (Or) qu'il a reçue. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite matière plastique est du polyméthacrylate de méthyle. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la matière plastique est celle commercialisée sous la Marque"Plexiglas". 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'épaisseur du bouchon inférieur (13) définie suivant ledit axe vertical (11) est sensiblement égale à (4n+1)-, où est la longueur d'onde déterminée et n est 4 un nombre entier positif. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la fréquence (v=-) de l'onde ultrasonore émise par la source (16) est Â sensiblement égale à 2, 55 MHz. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le fluide incompressible (6) est constitué par de l'eau et le gaz par de l'azote. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que ledit bouchon inférieur (13) est constitué par une lame à faces parallèles polies (31,32), lesdites faces parallèles polies étant sensiblement perpendiculaires audit axe vertical (11). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les moyens (17) pour monter ladite source d'ondes ultrasonores (16) en coopération avec le bouchon inférieur (13) sont agencés de façon que la sortie de ladite source d'ondes ultrasonores (16) soit plaquée contre ledit bouchon inférieur. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre deux cellules de garde (41,42) situées de part et d'autre de ladite enveloppe (3), les deux dites cellules de garde (41,42) contenant un gaz à la même pression que celle appliquée dans ledit récipient (4). 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre : un organe de traitement à microprocesseur (20), ledit organe de traitement étant apte à délivrer, sur une première sortie (21), un signal de commande de ladite source d'ondes ultrasonores (16), des moyens (22) pour appliquer ledit premier signal à une entrée dudit organe de traitement (20), des moyens (23) pour délivrer un deuxième signal représentatif de la pression du gaz situé dans ledit récipient (4), ce deuxième signal étant appliqué à une entrée de l'organe de traitement (20), des moyens (24) pour délivrer un troisième signal représentatif de la pression du fluide contenu dans ledit récipient (4), ce troisième signal étant appliqué à une entrée de l'organe de traitement (20), des moyens (25) pour délivrer un quatrième signal représentatif d'au moins l'un des paramètres suivants : température ambiante, température du fluide, viscosité du fluide, différence d'altitude entre le récipient et l'enveloppe, et des moyens d'affichage (26) dont l'entrée (27) est reliée à une seconde sortie (28) de l'organe de traitement (20) sur laquelle est délivré un signal représentatif de la résistance mécanique du sol déterminée à partir des premier, deuxième, troisième et quatrième signaux.