Brevet FR2879743A1 — publié le 20060623

Procédé de mesure de la teneur en eau d'un milieu poreux artificiel et sonde correspondante L'invention concerne un procédé de mesure de la teneur en eau d'un milieu poreux artificiel, notamment dans une installation de stockage de déchets, et une sonde pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans une installation de stockage de déchets ménagers, la teneur en eau est to importante à plusieurs titres: elle conditionne la vitesse de dégradation des déchets et donc la durée de vie active de l'installation de stockage, jusqu'à ce que le déchet devienne inerte présentant ainsi moins de risques pour l'environnement; elle intervient dans les mécanismes des transferts hydriques qu'ils soient naturels ou provoqués par la recirculation des lixiviats, technique qui accélère la dégradation; elle permet d'estimer la capacité de l'installation de stockage de déchets à absorber des lixiviats en surplus dont la gestion est délicate. Pour mesurer la teneur en eau d'un milieu, il est connu d'utiliser la réflectométrie dans un guide d'onde, c'est-à-dire la mesure du temps de propagation, aller et retour, d'une onde électromagnétique dans un guide d'onde placé dans ledit milieu. La vitesse de propagation de l'onde dépend de la constante diélectrique du milieu entourant le guide d'onde. Or la constante diélectrique est fonction de la teneur en eau de ce milieu. A titre indicatif, la valeur de la constante diélectrique des matériaux est de 1 dans le vide ou dans l'air, de 80 dans l'eau pure, et de l'ordre de 5 à 10 dans les minéraux constituant le sol. Les sondes de mesure par réflectométrie dans un guide d'onde présentent des inconvénients pour leur utilisation dans une installation de stockage de déchets: Elles sont relativement courtes (quelques dizaines de cm) et fournissent une mesure très locale à l'échelle d'une installation de stockage de déchets qui est constituée de matériaux très hétérogènes (matières fermentiscibles, plastiques, papier, bois, par exemple). La mesure fournie est donc d'une représentativité contestable. Elles sont rigides, et lors des tassements différentiels des déchets en cours de dégradation, elles peuvent se décoller des matériaux constitutifs des déchets en laissant apparaître des interfaces gazeuses qui perturbent très sensiblement la mesure. Du fait de la faible longueur des sondes, la résolution nécessaire à la mesure du temps est de l'ordre de la picosonde, ce qui nécessite une électronique rapide à bande passante élevée et donc coûteuse. Cette exigence de bande passante élevée limite les distances autorisées entre la sonde et le boîtier électronique et impose, pour augmenter le nombre de points de mesure, des dispositifs de multiplexage qui sont aussi très coûteux. La mesure par réflectométrie suppose qu'une des extrémités du guide d'onde est ouverte, ce qui provoque la réflexion de l'onde électromagnétique. La sonde est donc connectée à une seule de ses extrémités au boîtier électronique, par exemple à un oscilloscope à une seule voie. La mesure du temps de parcours, aller et retour, de l'onde électromagnétique dans le guide d'onde se déduit donc d'un seul signal dans lequel il faut identifier les fronts caractéristiques du passage de l'onde aux extrémités du gdide. Or, la qualité du signal affiché par l'oscilloscope dépend fortement des impédances relatives entre le guide d'onde et le câble de liaison au boîtier électronique, ainsi que des bruits parasites divers, ce qui rend parfois les mesures difficiles à interpréter Un but de la présente invention est de proposer un procédé de mesure de la teneur en eau d'un milieu poreux artificiel ne présentant pas les inconvénients de la mesure par réflectométrie. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de mesure de la teneur en eau d'un milieu artificiel n'exigeant qu'une électronique peu onéreuse. L'invention a pour objet un procédé de mesure de la teneur en eau d'un milieu poreux artificiel à partir de la mesure de la constante diélectrique de ce milieu, par l'intermédiaire d'un système électronique, mesurant le temps de propagation d'une onde électromagnétique dans un guide placé dans ledit milieu, caractérisé en ce que l'onde électromagnétique est transmise depuis l'entrée jusqu'à la sortie d'une sonde longue et souple. L'invention a également pour objet une sonde pour la mesure de la teneur en eau d'un milieu poreux artificiel à partir de la mesure de la constante diélectrique du milieu, par l'intermédiaire de la mesure du temps de propagation d'une onde électromagnétique dans un guide d'onde placé dans ledit milieu, caractérisée en ce que ladite sonde est souple et a une longueur de plusieurs mètres. Selon d'autres caractéristiques: la longueur de la sonde est au moins de plusieurs dizaines de mètres; l'entrée et la sortie de la sonde sont placées à proximité l'une de l'âutre; l'entrée et la sortie de la sonde au système électronique de mesure par des câbles identiques de même longueur L'invention est décrite ci-après avec référence aux dessins annexés dans 5 lesquels: la figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un circuit électronique de mesure de la teneur en eau d'un milieu artificiel, - la figure 2 représente les signaux relevés par l'oscilloscope de la figure 1. Dans l'exemple de la réalisation de la figure 1, la sonde 1 est constituée par un guide d'onde ayant une entrée 2 et une sortie 3. Le système électronique de mesure comprend essentiellement un générateur 4 et un oscilloscope ou tout autre dispositif de chronométrage électronique 5. L'entrée 2 du guide d'onde est alimentée par le générateur 4 du signal incident L'oscilloscope 5 reçoit les signaux, respectivement d'entrée dans le guide d'onde sur sa première voie 6 :zo et de sortie du guide d'onde sur sa deuxième voie 7. Les câbles d'entrée 11 et de sortie 12 relient respectivement chaque extrémité de la sonde aux voies de mesure 6 et 7 de l'oscilloscope. L'onde électromagnétique émise par le générateur 4 parcourt le guide d'onde dans le sens de la flèche 8, de l'entrée 2 vers la sortie 3. La longueur de la sonde 1 est de plusieurs mètres et peut aller jusqu'à plusieurs dizaines de mètres, voire au delà. La sonde 1 est déployée dans le milieu poreux artificiel, par exemple dans une installation de stockage de déchets. Elle peut-être posée longitudinalement pour moyenner la teneur en eau sur un transect rectiligne ou, au contraire, être lovée sur elle même pour cibler une teneur en eau locale à l'échelle désirée. Une première caractéristique de la sonde 1 est d'être souple, ce qui permet d'améliorer le contact avec le milieu artificiel, même lorsque celui-ci se déforme ou se tasse. Il en résulte aussi une capacité à occuper différents espaces selon la finalité de la mesure. Un déploiement rectiligne de la sonde dans le milieu poreux artificiel permettra une mesure moyenne de teneur en eau sur un transect longitudinal, alors qu'un déploiement de type lové permettra une mesure locale à l'échelle du diamètre d'enroulement de la sonde. On peut également imaginer des mesures sur des sections verticales ou obliques du milieu poreux. o Une deuxième caractéristique de la sonde 1 est d'être longue, ce qui permet d'obtenir un résultat de mesure statistiquement plus représentatif du milieu artificiel qu'avec une sonde ponctuelle ou courte. Il en résulte aussi que la durée de transit de l'onde électromagnétique dans le guide d'onde est nettement allongée, ce qui permet d'utilliser une électronique moins rapide qu'en réflectométrie, et par conséquent beaucoup plus économique. Une troisième caractéristique de la sonde 1 est de fonctionner en transmission tout le long de la sonde, et non pas en réflectométrie comme les sondes antérieures. Il en résulte un meilleur rapport signal/bruit qui facilite le repérage des fronts montants des signaux et donc un chronométrage plus précis. Sur la figure 2, le signal 9 est le signal à l'entrée 2 de la sonde 1, reçu par la première voie 6 de l'oscilloscope 5, et le signal 10 est le signal à la sortie 3 de la sonde 1, reçu par la deuxième voie 7 de l'oscilloscope 5. Sur l'axe des temps t, l'écart At entre les deux signaux 9 et 10 correspond au temps de parcours de la sonde 1 de l'onde électromagnétique émise par le générateur 4. Cet écart est directement proportionnel à la longueur de la sonde 1. Selon un mode de réalisation préféré, la sonde 1 est constituée sous forme d'un guide d'onde à deux électrodes sous gaine, mais rien n'interdit l'usage de guides d'onde à plus de 2 électrodes. Les électrodes doivent être maintenues mécaniquement solidaires pour que leur écartement soit constant tout le long de la sonde. C'est la gaine qui s'assure la constance de l'écartement des électrodes. De plus, la gaine assure l'isollement électrique des électrodes par rapport au milieu artificiel environnant. Cet isolement est impératif en raison de la forte conductivité électrique d'un milieu poreux artificiel humide tel que celui d'une installation de stockage de déchets. Avantageusement, l'entrée 2 et la sortie 3 du guide d'onde constituant la sonde 1 sont placées à proximité l'une à l'autre et sont reliées au système de chronométrage (oscilloscope, par exemple) par les câbles, par exemple ]o coaxiaux, 11 et 12 de longueurs identiques. Il en résulte, avec le principe de mesure différentielle du temps, que l'influence des câbles de liaison entre l'électronique et la sonde est minimisée et n'affecte que très peu la qualité des signaux, et ce, quelle que soit leur longueur commune Un autre avantage du fonctionnement en transmission de la sonde 1 est que la continuité électrique de la sonde est vérifiable en permanence par l'observation des signaux d'entrée et de sortie. On peut également vérifier cette continuité à l'aide d'un simple multimètre. Ces contrôles de continuité sont impossibles en réflectométrie. Les sondes longues et souples selon l'invention sont enfouies dans le milieu poreux artificiel dont on cherche à mesurer la teneur en eau. Elles sont particulièrement adaptées aux installations de stockage de déchets ou de compost, aux digues et remblais, aux barrières étanches, aux bétons par exemple. Dans le cas d'un guide d'onde placé dans un milieu, la vitesse de propagation de l'onde électromagnétique dans le guide d'onde dépend de la constante diélectrique du milieu entourant le guide d'onde. La constante diélectrique est :30 inversement proportionnelle au carré de la longueur du guide d'onde, et elle est proportionnelle au carré du temps de parcours du guide d'onde. La mesure du temps de parcours- (intervalle At) permet donc de calculer la constante diélectrique du milieu. La relation entre la constante diélectrique du milieu et sa teneur en eau est déterminée par étalonnage. Après un étalonnage préalable, la mesure du temps de parcours du guide d'onde (At) permet donc de calculer la teneur en eau du milieu. La sonde selon l'invention peut aussi être utilisée comme détecteur de seuil, arbitraire ou pré-étaloné, pour la teneur en eau du milieu. to L'invention a été décrite dans un mode de réalisation particulier, mais elle en couvre les équivalents techniques. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la teneur en eau d'un milieu poreux artificiel à partir de la mesure de la constante diélectrique du milieu, par l'intermédiaire d'un système électronique mesurant le temps de propagation d'une onde électromagnétique dans un guide placé dans ledit milieu, caractérisé en ce que l'onde électromagnétique est transmise depuis l'entrée (2) jusqu'à la sortie (3) d'une sonde (1) longue et souple. ro 2. Sonde pour la mesure de la teneur en eau d'un milieu artificiel à partir de la mesure de la constante diélectrique du miilieu, par l'intermédiaire de la mesure du temps de propagation d'une onde électromagnétique dans un guide d'onde placé dans ledit milieu, caractérisée en ce que ladite sonde est souple et a une longueur de plusieurs mètres. 3. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que la longueur de la sonde est au moins de plusieurs dizaines de mètres. 4. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'entrée (2) et la sortie (3) de la sonde (1) sont placées à proximité l'une de l'autre. 5. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'entrée (2) et la sortie (3) de la sonde (1) sont reliées au système électronique de mesure par des câbles identiques et de même longueur.