Brevet FR2986328A1 — publié le 20130802

TENSIOMETRE A GAMME ELARGIE L'invention concerne un tensiomètre à gamme élargie, qui mesure la tension de l'eau dans un substrat poreux. La tension, ou énergie de liaison de l'eau, est une grandeur caractéristique de l'état hydrique d'un substrat poreux contenant de l'eau et des solutés. Des exemples d'un tel substrat sont : le sol, des supports de culture, des matériaux de construction, des aliments, des substances diverses à matrice poreuse, par exemple. La tension de l'eau conditionne les mouvements de l'eau au sein du substrat, son extraction par des organismes biologiques comme les plantes, et son évaporation à l'interface substrat-atmosphère. Un tensiomètre est un appareil qui mesure la tension de l'eau, c'est-à-dire la pression à appliquer pour extraire l'eau du substrat. Le tensiomètre comporte une cellule de matériau poreux qui se met en équilibre de potentiel en eau avec le substrat, lui-même poreux. Les tensiomètres connus se distinguent par la nature du matériau poreux de la cellule. Une cellule en céramique poreuse pleine d'eau permet de mesurer des tensions jusqu'à une valeur limite d'environ 0,850 bars, soit 85 kPa. Au delà, le tensiomètre décroche et ne peut plus faire de mesures et il faut une intervention manuelle pour le remplir d'eau et permettre à nouveau des mesures en dessous de la valeur limite. Une cellule à bloc de gypse, et une cellule à matériau granulaire non consolidé, par exemple constitué par un mélange de sable et d'un peu d'argile, permettent de mesurer des tensions allant jusqu'à 2 bars, soit 200 kPa. Mais la durabilité des blocs de gypse laisse à désirer et leur fabrication souffre d'une grande variabilité, ce qui ne facilite pas leur étalonnage. Pour les matériaux granulaires non consolidés, l'hétérogénéité des cellules est très forte, et il en résulte des réponses variables et des difficultés d'étalonnage. Une cellule à base de polymères ou de céramique présente des difficultés de mise en oeuvre et de robustesse, ainsi que des contraintes d'alimentation électrique et de traitement du signal. L'un des buts de l'invention est de proposer un tensiomètre qui évite les inconvénients précédemment décrits. Un autre but de l'invention est de proposer un tensiomètre à gamme de mesure élargie. L'invention a pour objet un tensiomètre à gamme élargie, comprenant deux électrodes de mesure disposées dans une cellule de mesure cylindrique en matériau poreux synthétique, caractérisé en ce que la cellule de mesure est constituée d'une matrice solide cohérente en béton cellulaire à base de ciment, chaux, plâtre et sable . Avantageusement, de l'aluminium est utilisé comme auxiliaire de fabrication du béton cellulaire pour adapter la porosité du béton et la gamme de mesures de tension. De manière avantageuse, la matrice solide cohérente a une porosité apte à couvrir une gamme de mesures de la tension hydraulique s'étendant jusqu'à au moins 5 bars. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit faite avec référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'une cellule de mesure pour tensiomètre, selon l'invention ; - la figure 2 est une représentation graphique de l'intrusion incrémentale du mercure en fonction du diamètre des pores (porosimétrie au mercure) pour deux exemples de réalisation de matériau poreux synthétique pour tensiomètre, selon l'invention. Le tensiomètre selon un mode de réalisation de l'invention comporte une cellule de mesure cylindrique 1 dans laquelle sont disposées deux électrodes 2, 3 de mesure d'une grandeur électrique de la cellule 1. Selon un exemple de réalisation particulier de l'invention, la cellule 1 est en béton à base de ciment, chaux, plâtre et sable. De préférence, l'aluminium est utilisé comme auxiliaire de fabrication pour adapter la porosité du béton et la gamme de mesures de tension. La cellule est réalisée selon la méthode de fabrication du béton cellulaire autoclavé, par exemple. La cellule 1 est de préférence cylindrique, avec un diamètre de 40 mm et une hauteur de 30 mm par exemple. Les électrodes pour constituer un dipôle de mesure, peuvent être de formes diverses, ainsi dans une des cellules réalisées, elles sont cylindriques et disposées symétriquement et espacées d'environ 20 mm. Elles pénètrent dans la cellule d'environ 25 mm. Les électrodes 2, 3 sont reliées à un circuit électrique de mesure d'une grandeur électrique de la cellule 1, qui est par exemple une résistance, une impédance, une caractéristique diélectrique ou électromagnétique. La cellule 1 en béton est constituée d'une matrice solide cohérente, présentant des pores dont les dimensions sont réparties sur une large gamme. La cellule 1 et le milieu étudié, avec lequel elle est en continuité hydraulique, sont mis en équilibre de tension hydraulique. La détermination de la teneur en eau de la cellule permet de déterminer la tension de l'eau dans le milieu étudié. La mesure de la teneur en eau de la cellule 1 est obtenue par toute méthode fondée sur l'influence de la teneur en eau sur une caractéristique de la cellule. Cette caractéristique est par exemple électrique, diélectrique, électromagnétique ou thermique. Le choix de la méthode est déterminé par la gamme de mesure de tension de l'eau envisagée, la précision recherchée, et les caractéristiques du milieu étudié, notamment sa teneur en soluté. La figure 2 représente la courbe de l'intrusion incrémentale du mercure en fonction du diamètre des pores pour deux exemples de réalisation du matériau poreux synthétique de la cellule 1. Le pic de l'intrusion se situe au diamètre de pores de 5 pm environ pour le premier matériau poreux synthétique, et au diamètre de 20 pm environ pour le deuxième. Avec une cellule en matériau poreux synthétique telle que décrite, des tensions de l'eau dans le sol supérieures à 5 bars ou 500 kPa ont été mesurées. Pour des mesures de tension de l'eau dans le sol, en milieu naturel ou en parcelle cultivée, et dans d'autres substrats ou d'autres matériaux, le tensiomètre selon l'invention peut donc être qualifié de tensiomètre à gamme élargie. Parmi les avantages particuliers de l'invention, il faut noter : une gamme de mesure élargie, la précision de la mesure sur l'ensemble de la gamme de mesure, la faible sensibilité à la salinité du milieu en raison de la nature des composants de la cellule, le coût de fabrication faible car le procédé industriel est celui du béton cellulaire autoclave, la possibilité de réaliser plusieurs types de cellules à finalités différentes par exemple pour l'agriculture et l'environnement, la possibilité de disposer plusieurs cellules autonomes à différents niveaux dans le sol, et la possibilité d'effectuer des mesures sur différents type de substrats en raison de la largeur de gamme de mesure. Les applications industrielles du tensiomètre selon l'invention couvrent notamment le domaine agricole et forestier pour tout type de plante pour le pilotage et le contrôle de l'irrigation en vue d'économiser l'eau ; la maîtrise des irrigations en particulier pour les techniques innovantes comme le goutte-à-goutte enterré ; le contrôle de l'état du sol pour éviter les excès d'eau favorisant l'asphyxie et le développement de maladies dans les plantes cultivées vivrières ; le contrôle de l'état hydrique du sol dans les espaces de loisirs, les espaces verts et les terrains de sport. Le tensiomètre selon l'invention est aussi applicable au domaine de l'environnement, pour contrôler l'état hydrique des sols en vue d'autoriser l'épandage d'effluents d'élevage, ou de stations d'épuration par exemple ; et pour contrôler les flux hydriques dans les stations de stockage de déchets ménagers ou industriels. REVENDICATIONS1- Tensiomètre à gamme élargie, comprenant deux électrodes (2,3) de mesure disposées dans une cellule (1) de mesure cylindrique en matériau poreux synthétique, caractérisé en ce que la cellule (1) de mesure est constituée d'une matrice solide cohérente en béton cellulaire à base de ciment, chaux, plâtre et sable. 2- Tensiomètre selon la revendication 1 caractérisé en ce que de l'aluminium est utilisé comme auxiliaire de fabrication du béton cellulaire pour adapter la porosité du béton et la gamme de mesures de tension. 3- Tensiomètre selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la matrice solide cohérente a une porosité apte à couvrir une gamme de mesures de la tension hydraulique s'étendant jusqu'à au moins 5 bars.