Wikigeotech:Sonde de mesure de succion : Différence entre versions

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[modifier] PRINCIPE

La sonde dite de succion permet de mesurer le potentiel hydrique d'un sol, couramment appelé succion^[1].

L’eau présente dans un sol est soumise à diverses forces. La succion dans un sol correspond à l’attraction exercée par un système sur l’eau extérieure, rapportée à la surface de contact. Pour évoquer cette attraction on parle de potentiel hydrique du sol.

Ce potentiel correspond à la différence d’énergie libre entre l’eau du sol et une eau de référence. En d’autres termes, il s’agit de la quantité d’énergie à fournir pour extraire l’eau du sol.

C'est une mesure difficile à réaliser^[2], contrairement aux sondes de pression interstitielle, car l'eau présente dans le sol n'est pas libre et le milieu n'est pas saturé.

[modifier] Différents type de sonde

on distinguera deux types de sondes à foncer :

• tensiomètre à "résistivité" : le potentiel matriciel au sein du matériau poreux contenu dans la sonde s’équilibre avec celui des sols environnants. Une mesure électrique est réalisée dans ce matériau poreux dont la valeur est étroitement corrélée à la succion. Le boîtier électronique reliée à la sonde convertit la mesure en cbar (ou kPa) ;
• tensiomètre à eau : le tensiomètre se compose d'un filtre poreux et d'un moyen de mesurer la contrainte, qui sont séparés par un réservoir rempli de fluide (généralement de l'eau). Les tensiomètres sont similaires dans leurs parties constitutives aux piézomètres. Ils fonctionnent en permettant à l'eau d'être extraite du tensiomètre, dans le sol, jusqu'à ce que le stress qui maintient l'eau dans le tensiomètre soit égal à la contrainte qui retient l'eau dans le sol, c'est-à-dire l'aspiration du sol. Lorsque cette condition est remplie, il n'y aura plus d'échange d'eau entre le sol et le tensiomètre. Cette dépression est mesurée avec un capteur de pression portatif à aiguille hypodermique, PA [hPa]. La hauteur d’air dans le tube Hb est mesurée également.

[modifier] APPLICATIONS

La sonde de mesure de succion permet :

• de déterminer le potentiel hydrique au sein d’un massif non saturé, notamment en géotechnique  : la mesure intervient dans l'évaluation de la stabilité mécanique des talus^[3] ou dans l'évaluation de l'état de dessication d'un sol^[4] ;
• évaluer l’état hydrique des sols de culture (cultures agricoles, fermes) ;
• aider à l'irrigation des parcs et des jardins.

[modifier] AVANTAGES

Les deux types de sondes ont des avantages différents:

• le tensiomètre à eau :
  • Gamme de mesure plus étendue vers les fortes succions ;
  • Mesure électrique facilement enregistrable sur centrale d’acquisition ;
  • la sonde n'est pas affectée (ni endommagée) par les propriétés physiques du sol (matière organique, pierres, densité apparente) et la plupart des propriétés chimiques du sol (par exemple, le pH).

• le tensiomètre à résistivité :
  • Absence de circuit hydraulique, simplifiant la préparation et la maintenance ;
  • peu de besoins de maintenance
  • résistance au gel ;
  • peu de dépendance à la salinité des sols normaux (jusqu'à 3mS/cm) :
  • Pas de problème de stockage des données qui sont transmises directement au boîtier de mesure.

[modifier] LIMITATION

Les Sondes de succion nécessitent tous un boîtier de mesure (sonde non autonome). Le type de mesure nécessite un réglage sur le boîtier en fonction de la température au point de mesure. Il conseillé de mesurer simultanément la température.

les limites de chacun des types de capteurs sont les suivantes :

• tensiomètre à eau :
  • Mesures non significatives <10 cbar (sol saturé en eau) ;
  • Impossibilité de rétablir la conductivité hydraulique lors d’un dessèchement de la sonde entraînant un retard de réponse possible et des mesures de succion anormalement élevées ;
  • Nécessité de revenir régulièrement saturer le dispositif ;
  • Aucun test n'a été effectué dans les sols salins, de sorte que la performance de ce type de capteurs dans ces sols est inconnue.

• tensiomètre à résistivité :
  • Mesures limitées à environ 250 kPa (sol très argileux) ;
  • Possible dérive dans le temps pour les faibles valeurs <10 cbar.

Dans les deux types de capteurs, il n'y aucun moyen de contrôle de bon fonctionnement en cas de dérive.

[modifier] MISE EN ŒUVRE

La mise en œuvre sera fonction de la nature et de la compacité des horizons traversés et du type de sonde. Des recommandations de pose sont mentionnées dans des documents liés à l'usage agricole de ces sondes^[5]

• Capteur enfouissable
• Trou taraudé positionné dans la paroi d’une tranchée
• Tubes d’extension pour le placement et le retrait lors de l’enfouissement.

Implanter les sondes quelques heures dans de l’eau avant immersion dans le sol (éviter immersion trop longue dans l’eau). Vérifier que la tension lue soit comprise entre 0 et 6 cbar.

[modifier] MESURE, INTERPRÉTATION

Il n'existe pas de référence pour ce type de mesure. En général, les valeurs sont utilisées telles quelles.
Il peut être utile au moment de la pose, de procéder à des mesures de teneurs en eau massiques, de masse volumique in situ, de perméabilité, etc. L'interprétation dépend de l'usage et du couplage de ces données avec d'autres informations (mesures de teneur en eau, etc.).
Le principe de mesure pour les capteurs à résistivité est le expliqué dans le schéma suivant (Korentin MASSIF stagiaire CeremaNC/CER):

[modifier] COMMANDE

Les points suivants doivent faire l'objet d'une précision particulière lors de la commande :

• Repérer le forage d'implantation sur un plan ;
• Définir la position de la sonde en x, y, z ;
• Contrôler le fonctionnement des capteurs avant insertion ;
• Avoir plusieurs points de mesures (chaque mesure est ponctuelle)
• Choisir des emplacements adaptés au type de reconnaissance et d'information recherchée ;
• Placer les capteurs selon le type de sol (profondeur,…) ;
• Enregistrer fréquemment et régulièrement ;
• prévoir l'entretien, la maintenance et la restitution des données dans un format interprétable.

[modifier] CONTRÔLE DES PRESTATIONS

Sur le terrain on s'attachera à vérifier

• l'implantation,
• la profondeur,
• le mode de réalisation du forage,
• le mode de pose de la sonde,
• l'étalonnage des matériels nécessaires au mesurage,
• la réalisation de plusieurs mesures de vérification après la pose,
• dans le cas de sonde foncées, multiplier les mesures jusqu'à stabilisation des valeurs.

[modifier] RÉFÉRENCES

1. ↑ DELAGE P. et CUI Y.-J. 2000. L’eau dans les sols non saturés. Techniques de l’ingénieur. Traité de construction. C301.
2. ↑ Ridley A.M. 2017. Soil suction - what it is and jow to succesfully measure it. 9th Symposium on Field Measurements in Geomechanics 2015, Sydney, Australia. https://doi.org/10.36487/ACG_rep/1508_0.2_Ridley
3. ↑ WHENHAM V., GANNE P., DE VOS M. 2010. Cohésion apparente des sols non saturés. Les dossiers du CSTC. N°2/2010- cahier n°4 page 1 à 7
4. ↑ TOLL D.G., LOURENCO S.D.N., MENDES J. 2013. Advances in suction measurements using high suction tensiometers. Engineering Geology, n°165, pp.29-37. doi:10.1016/j.enggeo.2012.04.013
5. ↑ L. Rieul et P. Ruelle. 2003. Irrigation : guide pratique. 3ème édition. Ed. Cemagref. 342 pages.