Pourquoi mes valeurs de résistivité thermique sont-elles si élevées ?
Les particules de sol ont une large gamme de résistivités (~15 à 700 °C-cm/W), tandis que l'eau (172 °C-cm/W) et l'air (~4000 °C-cm/W) ont des valeurs plus limitées. Le mélange de particules de sol, d'eau et d'air qui constitue les caractéristiques d'un sol a un impact important sur la résistivité thermique. L'augmentation de l'humidité du sol diminue généralement la résistivité thermique du sol. En revanche, plus il y a d'air dans le mélange sol-air-eau, plus la résistivité est élevée. L'air dans les pores du sol fait partie de la composition naturelle du sol, il ne faut donc pas l'exclure. Si les mesures de résistivité thermique du sol naturel sont élevées en raison de la présence d'air, vous pouvez envisager un remblayage technique.
Les petites aiguilles de laboratoire sont-elles fragiles ?
Toutes les sondes à aiguille chauffée sont dotées d'un élément chauffant interne et d'un capteur de température rempli d'époxy thermique, mais la force de l'aiguille réside dans le "tube" en acier inoxydable. En forçant l'aiguille, vous risquez de la déformer et d'endommager les circuits du capteur. Si vous êtes confronté à un sol dur, il est possible d'utiliser une tige pilote ou une perceuse pour créer un petit trou pilote. Dans ce cas, assurez-vous que l'aiguille est bien ajustée. Si ce n'est pas le cas, créez un nouveau trou ou utilisez de la graisse thermique pour combler les trous d'air.
Le site TEMPOS de METER répond-il aux exigences de la norme IEEE ou ASTM ?
Le site TEMPOS est considéré comme une sonde de "laboratoire" aux yeux de la norme IEEE 442. Cependant, beaucoup de choses ont changé depuis la rédaction de la norme IEEE en 1981. La norme IEEE est en cours de révision et les petites aiguilles de "laboratoire" sont envisagées pour le travail sur le terrain. Tant qu'il est possible d'accéder au sol concerné et que l'utilisateur respecte les précautions d'utilisation des instruments pour les mesures sur le terrain, une sonde de "laboratoire" peut en fait être plus précise qu'une grande sonde de terrain. (En d'autres termes, même si l'aiguille TEMPOS a la taille d'une sonde de laboratoire, vous pouvez l'utiliser sur le terrain avec de bons résultats).
Remarque : la norme ASTM n'exige pas de longueurs d'aiguille spécifiques pour des applications particulières.
Les calculs de résistivité thermique sont-ils difficiles à réaliser ?
Les calculs mathématiques permettant de calculer la résistivité thermique du sol ne sont pas très complexes, mais tout calcul effectué à la main peut entraîner des erreurs. La plupart des instruments à aiguille chauffée disponibles dans le commerce effectuent tous les calculs et vous donnent la valeur de la résistivité. Il en va de même pour les mesures de la teneur en eau du sol.
Puis-je tester un sol gelé avec la technique de l'aiguille chauffée ?
Un sol gelé peut être testé à l'aide d'une aiguille chauffée, à condition que la température soit conforme aux spécifications de l'instrument. N'essayez pas de mesurer la résistivité thermique du sol juste avant le gel, car le changement de phase invalide la mesure.
Quelle est la plus grande taille de grain que je peux tester avec une petite aiguille chauffée ?
Une petite aiguille chauffée (~100 mm de long, ~2,5 mm de diamètre) peut tester les grains de terre jusqu'à environ 2 mm. À ce stade, les fentes d'air commencent à fournir une résistance thermique plus importante que le sol lui-même. La graisse thermique et des temps de lecture plus longs peuvent aider à surmonter l'erreur causée par les espaces d'air. Toutefois, ne négligez pas les espaces d'air dans le sol, car la méthode de la source de chaleur en ligne, sur laquelle repose la conception de l'aiguille chauffée, imite la dissipation de la chaleur d'un câble électrique souterrain. S'il y a des trous d'air dans le sol, cela aura un impact sur le flux de chaleur du câble électrique.
Combien de temps dois-je attendre entre les lectures ?
Traitez chaque lecture comme un nouveau test. Attendez 2 à 5 minutes avant d'effectuer une nouvelle lecture. Si vous effectuez plusieurs relevés, certains utilisateurs ont trouvé avantageux d'utiliser deux aiguilles (espacées de manière appropriée), en déplaçant le contrôleur d'un capteur à l'autre.
Combien de temps dois-je attendre après l'insertion de l'aiguille pour commencer la lecture ?
2 à 5 minutes. Toutefois, cette réponse dépend fortement de la taille de l'aiguille et de la différence de température entre le sol/matériau concerné et l'aiguille. Les aiguilles sont généralement en acier inoxydable et ont donc une conductivité thermique élevée, ce qui leur permet d'atteindre très rapidement un équilibre de température avec l'environnement. Mais une dérive de la température (autre que l'échauffement de l'aiguille) au cours d'une lecture peut entraîner des erreurs. Il est préférable d'être prudent et d'attendre les 5 minutes pour s'assurer que l'aiguille et l'échantillon sont à l'équilibre.
Puis-je effectuer des mesures sur le terrain avec une petite aiguille (par exemple, de 100 mm de long) ?
Les petites sondes "de laboratoire" peuvent être utilisées sur le terrain à condition que le sol concerné soit accessible. Cela revient à prélever un échantillon de sol et à l'emmener au laboratoire. Il est conseillé d'effectuer plusieurs mesures pour vérifier la variabilité de l'échantillon en question.
Comment puis-je accéder au sol d'intérêt dans le domaine ?
Les deux principaux moyens d'accéder au sol pour l'analyser sont le prélèvement d'échantillons de carottes de forage ou le creusement d'une fosse d'essai. Les carottes prélevées à la profondeur voulue peuvent être analysées sur place ou envoyées à un laboratoire. Une fosse d'essai permet d'effectuer des essais sur le terrain ou de prélever des échantillons pour les envoyer au laboratoire. Il est également conseillé d'observer le sol en question afin de repérer les strates et les incohérences dans le sol. N'oubliez pas que les essais sur le terrain ne donnent pas une image complète de la résistivité thermique d'un sol, contrairement aux essais en laboratoire.
Quelle est la différence entre une sonde "de terrain" et une sonde "de laboratoire" ?
Dans certaines normes, les sondes de terrain ont été conçues pour mesurer la résistivité thermique d'un grand échantillon représentatif de sol. Les sondes de terrain sont de grandes aiguilles (~ 1 mètre de long) qui dégagent beaucoup de chaleur. Malheureusement, leur résolution en température est plutôt médiocre. Il faut donc beaucoup de puissance et de temps pour créer un changement de température suffisant pour obtenir des résultats précis. Les aiguilles de type "laboratoire" ont une résolution de température étonnante (0,0001 °C) et, avec quelques mesures de 5 minutes, peuvent caractériser avec précision la résistivité thermique de la plupart des sols. Les petites aiguilles nécessitent également beaucoup moins d'énergie (4 piles AA) qu'une sonde de terrain. N'oubliez pas que les mesures sur le terrain ne vous donnent que la résistivité thermique du sol à sa teneur en eau actuelle. Des tests en laboratoire sont nécessaires pour obtenir une image complète de la résistivité thermique d'un sol.
Quelle est votre expérience en matière de développement de capteurs d'humidité du sol pour le Phoenix Rover du JPL de la NASA ? Pourquoi le capteur a-t-il également enregistré la conductivité thermique ? Avez-vous obtenu des résultats intéressants ?
Ne nous laissez pas commencer ! Dans l'ensemble, l'expérience a été excellente. L'équipe avec laquelle nous avons travaillé au JPL était composée de scientifiques et d'ingénieurs très compétents. Les mesures des propriétés thermiques étaient destinées à servir de référence pour les données sur les propriétés thermiques du régolithe obtenues par télédétection, qui sont essentielles pour comprendre la profondeur de pénétration de la chaleur solaire. Toutes les fonctions de mesure du TECP ont bien fonctionné et le projet est considéré comme une grande réussite. La découverte la plus importante a peut-être été la migration de l'eau en phase vapeur dans le régolithe à mesure que celui-ci se refroidissait à l'approche de l'hiver martien. L'augmentation de la permittivité diélectrique mesurée par TECP était beaucoup plus importante que prévu, probablement en raison de l'interaction de l'eau avec les sels de perchlorate dans la phase non gelée. Nous avons tourné une vidéo avec le chercheur principal du JPL il y a quelque temps. Vous pouvez la visionner ici.
Quelle est la taille optimale de l'échantillon à utiliser avec le site TEMPOS?
Plusieurs variables doivent être prises en compte pour s'assurer que la taille de l'échantillon est correcte. Lisez cette note d'application pour vous aider à déterminer la taille idéale de l'échantillon pour votre application.