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 et 20 MHz en tant que permittivimètre. Lors des étalonnages et validations dans des liquides de référence, toutes les erreurs potentielles sont examinées : impédances parasites du circuit électronique, influence de la permittivité mesurée par différents paramètres tels que la température, la contamination de l’eau, le phénomène de relaxation dipolaire et différents effets de bords possible (anneaux de protection et bac de mesure). Six capteurs sont sélectionnés parmi les différentes méthodes électromagnétiques : trois sondes de type capacitif (HYMENET, ENVIROSCAN et HMS900) et trois autres de type propagatif (TDR, sonde quart d’onde et cavité résonante) pour mesurer 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 de sols et pour chaque conductivité, cinq teneurs en eau (4×3×5=60 sols préparés) 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, teneur en argile et le niveau de conductivité des solutions aqueuses ajoutées. Les résultats obtenus dans ces quatre 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 dans le milieu. 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 a priori de l’hétérogénéité spatiale de la teneur en eau dans les milieux. Cette dispersion a deux origines : le mode opératoire et le type de mesure de chaque capteur (volume scruté,fréquence de fonctionnement...).