Brevet FR3076905A1 — publié le 20190719

SONDE DE MESURE DE RESISTIVITE ELECTRIQUE D'UN MILIEU L'invention a pour objet une sonde de mesure de résistivité électrique d'un milieu. L'invention s'applique tout particulièrement à une mesure de résistivité électrique dans une buse, de préférence métallique. Une buse est un ouvrage permettant le franchissement d'une voie par une autre, la voie franchie pouvant être par exemple une route ou un cours d'eau. Une buse est généralement un ouvrage composite, comprenant une 1 o paroi métallique en tôle ondulée et un certain volume de sol, ou remblai, qui l'entoure. Il est connu qu'une buse peut subir une corrosion de la paroi métallique et s'effondrer, au moins partiellement, ce qui peut générer un affaissement ou un effondrement de la voie portée, mettant en cause la sécurité des 15 usagers. Un suivi de la résistivité électrique du remblai entourant la buse s'avère donc nécessaire tout au long de son existence. Pour ce faire, il est connu de prélever un échantillon de la paroi métallique et du remblai de la buse et de procéder à une mesure de 20 résistivité électrique en laboratoire. Toutefois, une telle méthode présente l'inconvénient que le résultat obtenu est ponctuel puisque la quantité de matière prélevée est faible. La valeur de résistivité obtenue est alors attribuée à tout l'ouvrage, sans considération de variations des propriétés physiques probables le long de la 25 buse, ni même sans considération de l'influence d'un changement possible de résistivité électrique entre l'état de la matière in situ et son état d'échantillon. Le but de l'invention est de remédier au moins partiellement à ces 2 inconvénients. A cet effet, l'invention a pour objet une sonde de mesure de résistivité électrique d'un milieu, configurée pour être insérée dans ledit milieu, ladite sonde comprenant au moins quatre électrodes espacées les unes des 5 autres et un corps de support desdites électrodes. Ainsi, grâce au corps de support solidaire des électrodes, il est possible d'insérer la sonde dans la buse directement, ce qui permet de procéder à des mesures in situ et en temps réel de la résistivité électrique de la buse, et ce, en plusieurs endroits de la buse. 1 o Grâce à la présente invention, il est possible de réaliser une calibration de la sonde de résistivité à l'aide d'un dispositif associé afin de garantir la valeur de la résistivité mesurée in situ. La présente invention permet également de faire plusieurs séries de mesures si nécessaire. 15 Selon une autre caractéristique de l'invention, la sonde de mesure comprend huit électrodes solidaires les unes des autres et espacées les unes des autres. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque électrode présente une forme générale d'un cylindre creux. 20 Selon une autre caractéristique de l'invention, la sonde comprend un moyen d'espacement des électrodes, ledit moyen d'espacement des électrodes comprenant une pluralité d'entretoises, chaque entretoise étant disposée entre deux électrodes. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque entretoise est un 25 cylindre creux. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque entretoise est solidaire du corps de support. 3 Selon une autre caractéristique de l'invention, le corps de support présente une forme générale cylindrique, chaque électrode et chaque entretoise étant montées les unes à la suite des autres le long d'une paroi externe du corps de support. 5 Selon une autre caractéristique de l'invention, la paroi externe du corps de support est rainurée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le corps de support comprend une tête d'insertion de la sonde dans le milieu à sonder. Selon une autre caractéristique de l'invention, la sonde comprend une 1 o poignée. Selon une autre caractéristique de l'invention, la sonde comprend un manchon de battage de la sonde dans le milieu à sonder, ledit manchon étant solidaire du corps de support. L'invention a également pour objet un dispositif de mesure de résistivité 15 électrique d'un milieu, comprenant une sonde telle que décrite précédemment. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un appareil pour injecter un courant dans certaines électrodes et/ou mesurer une différence de potentiel entre deux des électrodes. 20 Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend un boîtier de commutation, pour commuter certaines des électrodes de la sonde à l'appareil. Selon une autre caractéristique de l'invention, le boîtier de commutation comprend une entrée connectée à chacune des électrodes, une sortie à 25 quatre pôles, et un arbre de commutation entre l'entrée et la sortie pour choisir différentes positions de mesure et composer des quadripôles parmi les électrodes. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comprend une 4 unité de calcul. L'invention a également pour objet un procédé de mesure de résistivité électrique d'un milieu, comprenant une étape d'insertion d'une sonde telle que décrite précédemment dans ledit milieu. 5 Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend une étape d'injection de courant dans deux électrodes de la sonde telle que décrite précédemment. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend une étape de mesure d'une différence de potentiel entre deux autres électrodes 1 o de la sonde telle que décrite précédemment. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé comprend une étape de détermination de la résistivité électrique du milieu à partir d'un résultat de mesure obtenu au cours de l'étape de mesure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la 15 lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une vue en perspective d'une sonde d'un dispositif de mesure de résistivité électrique selon la présente invention, avant assemblage ; 20 - la figure 2 illustre une vue en perspective de la sonde de la figure 1, après assemblage ; - la figure 3 illustre une vue de dessus d'un corps de support du dispositif des figures 1 et 2 ; - la figure 4 illustre une vue en perspective d'une électrode du 25 dispositif des figures 1 et 2 ; - la figure 5 illustre une vue en perspective d'une entretoise du dispositif des figures 1 et 2 ; 5 - les figures 6a et 6b illustrent un boîtier de commutation associé à la sonde des figures 1 et 2 ; - la figure 7 illustre un chronogramme d'un procédé de mesure de résistivité selon la présente invention ; 5 - la figure 8 illustre une vue en perspective de la sonde de la figure 2 installée dans une buse au cours d'une mise en oeuvre du procédé de la figure 7 ; et - la figure 9 illustre une vue schématique de récapitulation de connexion d'un appareil de mesure à la sonde de la figure 2 au io cours de la mise en oeuvre du procédé de la figure 7 selon différentes positions. Dispositif de mesure de résistivité électrique et sonde de mesure de résistivité électrique L'invention a pour objet un dispositif de mesure de résistivité électrique 15 d'un milieu M. Le dispositif de mesure est référencé 1 sur les figures. Comme visible sur les figures 1 et 2, le dispositif 1 comprend une sonde 14. La sonde 14 va être maintenant décrite en détail. 20 La sonde 14 comprend au moins quatre électrodes 2 solidaires les unes des autres et espacées les unes des autres. Sur le mode de réalisation illustré, le dispositif 1 comprend huit électrodes 2. De préférence, chaque électrode 2 est une bague en forme de cylindre 25 creux. Avantageusement, les électrodes 2 sont toutes identiques. 6 Chacune des électrodes 2 constitue un circuit indépendant des autres électrodes. Le dispositif 1 comprend également un moyen d'espacement des électrodes, référencé 3. 5 Le moyen d'espacement 3 comprend une pluralité d'entretoises 4, chaque entretoise 4 étant disposée entre deux électrodes. De préférence, chaque entretoise 4 est un cylindre creux. Avantageusement, toutes les entretoises 4 sont identiques. De préférence, les entretoises 4 ont un diamètre extérieur identique au 1 o diamètre extérieur des électrodes 2. Comme visible sur les figures, le dispositif de mesure comprend également un corps de support 5 solidarisé à chaque électrode 2. De préférence, chaque entretoise 4 est aussi solidaire du corps de support 5. 15 Comme il ressort des figures, le corps de support 5, autrement appelé structure interne, présente une forme générale cylindrique, chaque électrode et chaque entretoise étant montées les unes à la suite des autres le long d'une paroi externe 6 de la structure interne 5. Ainsi, les cylindres creux formant les électrodes 2 et les entretoises 4 20 s'emmanchent sur la paroi externe 6. La paroi externe 6 comprend avantageusement au moins une rainure 7. La ou les rainures permet(tent) un passage de câbles électriques le long du dispositif 1. La structure interne 5 comprend également une tête 8 d'insertion du 25 dispositif 1 dans le milieu M. La tête 8 forme extrémité libre de la paroi externe 6. 7 Sur le mode de réalisation illustré, la tête 8 est une pointe, de forme conique, ce qui facilite l'introduction du dispositif 1 dans le milieu M. Le dispositif 1 comprend également un manchon 9 pour permettre un battage du dispositif 1 dans le milieu M. 5 Le manchon 9 est emmanché sur la paroi externe 6 de la structure interne 5 jusqu'à une extrémité 10 opposée de la tête 8. Le manchon 9 est muni d'une poignée 11. La poignée 11 est par exemple constituée de deux barres 12 disposées en regard l'une de l'autre, de part et d'autre du manchon 9, et s'étendant io transversalement à un axe longitudinal L de la structure interne 5. Les électrodes 2 sont réalisées à partir d'un matériau électriquement conducteur, comme par exemple de l'acier inoxydable. Les entretoises 4, la structure interne 5 et le manchon 9 sont réalisés à partir d'une matière électriquement isolante, et présentant des 15 caractéristiques mécaniques compatibles avec l'utilisation du dispositif 1 à la mesure de résistivité du milieu M, en termes notamment de résistance à l'enfoncement et de rigidité. Par exemple, la matière est un mélange de plastique renforcé de fibres de verre. 20 L'ensemble de la structure interne sur laquelle sont montées les électrodes 2, les entretoises 4 et le manchon 9 forme la sonde 14. La sonde 14 est donc un élément monolithe, c'est-à-dire qu'un utilisateur n'a qu'une seule pièce à manipuler et à enfoncer dans le milieu M, comme il va être détaillé ultérieurement. 25 Comme visible sur les figures 6a et 6b, le dispositif 1 comprend également un boîtier de commutation 15, pour commuter certaines des électrodes 2 du dispositif 1 à un appareil de mesure quadripôles 21. 8 Le boîtier de commutation 15 comprend une entrée 16 connectée à une fiche de huit pôles 17 réunissant une série de huit câbles reliés chacun à l'une des électrodes 2. Le boîtier de commutation 15 comprend une sortie 18 à quatre pôles, 5 connectée à l'appareil de mesure quadripôles du dispositif 1. Le boîtier de commutation 15 comprend également entre l'entrée 16 et la sortie 18 un arbre de commutation 19 permettant de choisir différentes positions de mesure et de composer mécaniquement les quadripôles correspondant aux positions de mesure, comme il sera détaillé 1 o ultérieurement. Le boîtier de mesure est muni d'un bouton de commande 20 permettant de choisir une parmi sept positions de mesure, comme il sera détaillé ultérieurement. Le dispositif 1 comprend également une unité de calcul, permettant de 15 déterminer la résistivité électrique du milieu M à partir de mesures prises par la sonde 14, comme il va être détaillé ultérieurement. L'appareil de mesure 21, illustré à la figure 8, permet d'injecter un courant dans certaines électrodes et/ou mesurer une différence de potentiel entre deux des électrodes. 20 L'appareil de mesure 21 est de préférence quadripôles. L'appareil de mesure 21 comprend un premier pôle d'injection de courant et un deuxième pôle d'injection de courant. Les premier et deuxième pôles sont aptes à être connectés à chacune des électrodes 2. 25 L'appareil de mesure comprend également un troisième et quatrième pôles, chacun des troisième et quatrième pôles permettant une mesure de différence de potentiel entre deux électrodes. 9 On note que la connexion entre les électrodes 2 et les pôles de l'appareil de mesure 21 se fait via le boîtier de commutation 15 permettant la sélection des électrodes effectivement connectées au premier, deuxième, troisième et pôles, et commandé par le bouton de commande 20. 5 Procédé de mesure de résistivité électrique du milieu M L'invention a également pour objet un procédé de mesure de résistivité électrique du milieu M, référencé 70. On rappelle que la résistivité électrique d'un milieu M est la propriété physique qui détermine la capacité de ce milieu à s'opposer au passage 1 o d'un courant électrique. La résistivité p s'exprime par exemple par la formule : p=k.U/1 avec 4ff k = ( 11 ( 1 1 ) .CI_DI_ C2 D1)C1D2 C2p2) 15 C1 et C2: les électrodes d'injection du courant, D1 et D2: les électrodes de mesure de la différence de potentiel, C2D1, Ci D2, C2D1 et C2D2 :les espacements entre les axes des électrodes, U : différence de potentiel entre les électrodes D1 et D2 (en volt), I : courant injecté entre les électrodes C1 et C2 (en ampère), 20 p : la résistivité électrique mesurée (en ohm-mètre), et k: le facteur géométrique (en mètre). Le procédé va être décrit à son application à une buse métallique sur laquelle repose un remblai. Une buse est un ouvrage permettant le franchissement d'une voie par une autre. 5 Une buse est généralement un ouvrage composite, comprenant une paroi métallique en tôle ondulée et un certain volume de sol, ou remblai, qui l'entoure. Le procédé de mesure 70 comprend une étape d'insertion 71 de la sonde 14 dans le milieu M. io L'étape d'insertion 71 est précédée d'une étape 72 de préparation. L'étape 72 de préparation comprend une étape de carottage 73 de la tôle ondulée puis une étape de forage du remblai 74. Le forage est de préférence réalisé perpendiculairement à une génératrice de la buse. Par exemple, le forage est réalisé sur une profondeur de l'ordre de 55 CM. Le diamètre du trou foré est avantageusement inférieur au diamètre de la sonde. Par exemple, le diamètre du trou foré est compris entre 16 mm et 18 mm, pour un diamètre de sonde de 20 mm. Ce dimensionnement assure un bon contact entre la sonde 14, une fois insérée dans le trou foré, et le sol qui l'entoure. L'étape d'insertion 71 comprend alors une étape de mise en place en force, par battage, du manchon 9 de la sonde 14 dans le trou foré. Une fois la sonde installée à la position souhaitée, le procédé comprend une étape de mesure 75 de la résistivité électrique du milieu M. 11 Par exemple, l'étape de mesure 75 repose sur une méthode connue de mesure à quadripôles dite de Wenner, selon laquelle on injecte un courant à un couple de deux électrodes parmi les huit électrodes et on mesure la résistance entre deux autres électrodes. 5 Au cours du procédé 70, sept mesures sont notamment possibles, selon les électrodes sélectionnées pour l'injection de courant et la mesure de résistance, comme récapitulé dans le tableau ci-après, donné à titre d'exemple : Position Premier pôle Deuxième pôle Troisième pôle Quatrième pôle P1 El E2 E3 E4 P2 E2 E3 E4 E5 P3 E3 E4 E5 E6 P4 E4 E5 E6 E7 P5 E5 E6 E7 E8 P6 El E3 E5 E7 P7 El E4 E6 E8 Les positions P1 à P7 sont également illustrées sur la figure 8. 1 o Les termes El à E7 se réfèrent aux électrodes 2. La colonne « premier pôle » et la colonne « deuxième pôle » font référence à la connexion des pôles d'injection de courant de l'appareil de mesure 21 aux électrodes sélectionnées. La colonne « troisième pôle » et la colonne « quatrième pôle » font 15 référence à la connexion des pôles de mesure de l'appareil de mesure aux électrodes sélectionnées. L'unité de calcul, sur la base des mesures prises en positions P1 à P7 et 12 d'un modèle connu de l'homme du métier, tenant compte de l'espacement des électrodes, de la géométrie de la buse, de la température du milieu M, de la matière de la paroi métallique et du remblai, détermine alors la résistivité du milieu M. 5 Avantages Comme déjà indiqué, la sonde 14 présente l'avantage d'être adaptée à une insertion dans le milieu dont la résistivité électrique est testée, REVENDICATIONS1. Sonde de mesure de résistivité électrique d'un milieu, configurée pour être insérée dans ledit milieu (M), ladite sonde (14) comprenant au moins quatre électrodes (2) espacées les unes des autres et un corps de support (5) desdites électrodes (2). 2. Sonde de mesure selon la revendication 1, comprenant huit électrodes (2) solidaires les unes des autres et espacées les unes des autres. 3. Sonde de mesure selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle chaque électrode (2) présente une forme générale d'un cylindre creux. 4. Sonde de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen d'espacement (3) des électrodes (2), ledit moyen d'espacement (3) des électrodes (2) comprenant une pluralité d'entretoises (4), chaque entretoise (4) étant disposée entre deux électrodes (2). 5. Sonde de mesure selon la revendication précédente, dans laquelle chaque entretoise (4) est un cylindre creux. 6. Sonde de mesure selon l'une des revendications 4 ou 5, dans laquelle chaque entretoise (4) est solidaire du corps de support (5). 7. Sonde de mesure selon la revendication précédente, dans laquelle le corps de support (5) présente une forme générale cylindrique, chaque électrode (2) et chaque entretoise (4) étant montées les unes à la suite des autres le long d'une paroi externe (6) du corps de support (5). 8. Sonde de mesure selon la revendication précédente, dans laquelle la paroi externe (6) du corps de support est rainurée. 9. Sonde de mesure selon l'une des revendications précédentes, dans 14 laquelle le corps de support (5) comprend une tête (8) d'insertion de la sonde (14) dans le milieu à sonder (M). 10. Sonde de mesure selon l'une des revendications précédentes, comprenant une poignée (11). 5 11. Sonde de mesure selon l'une des revendications précédentes, comprenant un manchon (9) de battage de la sonde (14) dans le milieu à sonder, ledit manchon (9) étant solidaire du corps de support (5). 12. Dispositif de mesure de résistivité électrique d'un milieu, comprenant une sonde (14) selon l'une des revendications précédentes. 10 13. Dispositif de mesure selon la revendication précédente, comprenant un appareil (21), dit appareil de mesure, pour injecter un courant dans certaines électrodes et/ou mesurer une différence de potentiel entre deux des électrodes. 14. Dispositif de mesure selon la revendication précédente, comprenant 15 un boîtier de commutation (15), pour commuter certaines des électrodes de la sonde à l'appareil. 15. Dispositif de mesure selon la revendication précédente, dans lequel le boîtier de commutation (15) comprend une entrée (16) connectée à chacune des électrodes, une sortie (18) à quatre pôles, et un arbre de 20 commutation (19) entre l'entrée (16) et la sortie (18) pour choisir différentes positions de mesure et composer des quadripôles parmi les électrodes. 16. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 12 à 15, comprenant une unité de calcul. 17. Procédé de mesure de résistivité électrique d'un milieu, comprenant 25 une étape d'insertion (71) d'une sonde selon l'une des revendications 1 à 11 dans ledit milieu. 18. Procédé de mesure selon la revendication précédente, comprenant une étape d'injection de courant dans deux électrodes de la sonde selon 15 l'une des revendications 1 à 11. 19. Procédé de mesure selon la revendication précédente, comprenant une étape de mesure (15) d'une différence de potentiel entre deux autres électrodes de la sonde selon l'une des revendications 1 à 11. 5 20. Procédé de mesure selon la revendication précédente, comprenant une étape de détermination de la résistivité électrique du milieu à partir d'un résultat de mesure obtenu au cours de l'étape de mesure. 10