Nouvel instrument de mesure de la permittivité complexe des sols (sonde HYMENET)

Le cadre général de cette thèse est l estimation de l humidité du sol dans la zone non saturée par la mesure de la permittivité complexe. Le travail repose sur la validation d un nouveau capteur HYMENET, et sur l étude des propriétés diélectriques des sols. Le dispositif HYMENET est validé avec des milieux de référence dans une large gamme de permittivité (1-80) et de conductivité (0.1-103 mS.m 1 ) entre [1-20] MHz en tant que permittivimètre. Six capteurs électromagnétiques : trois capacitif (HYMENET, ENVIROSCAN et HMS900) et trois propagatif (TDR, sonde quart d onde et cavité résonante) mesurent la permittivité diélectrique des sols. Le protocole expérimental spécifique mis en point a permis de faire varier par type de sable trois niveaux de conductivité et pour chaque conductivité, cinq teneurs en eau parfaitement contrôlées. Les sols réalisés sont classés en milieu non relaxant et non conducteur (NR-NC), non relaxant et conducteur (NR-C), relaxant et non conducteur (R-NC) et relaxant et conducteur (R-C) en fonction de la teneur en eau, de la teneur en argile et le niveau de conductivité des solutions ajoutées. Les résultats obtenus dans ces milieux montrent pour les deux familles de capteurs que les permittivités diélectriques sont proches dans les sables secs mais que la dispersion de celles-ci croît avec la teneur en eau volumique. Les écarts relatifs des permittivités au modèle de CRIM utilisé comme référence sont de 20% au maximum pour les deux familles de capteurs. Pourtant les incertitudes de mesure propres aux capteurs sont inférieures ou égale à 10% et tiennent compte de l hétérogénéité spatiale de la teneur en eau dans les milieux. Cette dispersion a deux origines : le mode opératoire et le type de mesurede chaque capteur (volume scruté, fréquence de fonctionnement...).The general framework of this thesis is the estimation of soil moisture in the vadoze zone by measuring the complex permittivity. The work is based on the validation of a new sensor HYMENET, and the study of the dielectric properties of soils. HYMENET is based on the measurement of the admittance of the probe imbedded in the soil in a wide range of permittivity (1-80) and conductivity (0.1-103 mS.m 1 ) between [1-20]MHz. During the calibration with electronic componenents and validation with standard liquids, all the potential errors are discussed. For tests in controlled soils, six electromagnetic methods are selected to measure the dielectric permittivity : three capacitive sensors (HYMENET, ENVIROSCAN and HMS900) and three propagative (TDR, a quarter-wave, resonant cavity). Four sands are chosen from pure quartz to a sand with 5% clay. A specific protocol is implemented in order to perform for each sand three levels of conductivity of solution and for each conductivity, five moisture contents perfectly controlled. The soils are classified nonrelaxing/relaxing and/or conducting/nonconducting depending on clay content and the level of conductivity of aqueous solutions added. The results obtained in the four media show for two familly of sensors that the dispersion of permittivity is low in the dry sands, but this increases with the volumetric water content. The relative differences permittivities against the model of CRIM, used as standard, are 20 % maximum for the two families of sensors. However the specific uncertainties of each sensor are less than or equal to 10 %. These include the spatial heterogeneity of water content in the media. This dispersion has two origins : the sensivity of the procedure depending on the sensor and the characteristics of each sensor (volume scanned of soil, operating frequency ...).PARIS-BIUSJ-Sci.Terre recherche (751052114) / SudocSudocFranceF