Qu'est-ce que la résistivité du sol et pourquoi une étude géoélectrique est-elle nécessaire ?

L'étude géoélectrique du sous-sol permet d'établir la configuration optimale de la prise de terre à concevoir.

La mesure de la résistivité du sol permet de déterminer la disposition, la profondeur, le nombre et le type d'éléments nécessaires en fonction des exigences de sécurité et de fonctionnalité.

La résistivité du sol est une caractéristique qui définit l'opposition du sol au passage de l'électricité, également appelée résistance spécifique du sol. Le sous-sol est généralement stratifié en couches et en résistivités inconnues, qui déterminent la valeur de la résistance d'un système de mise à la terre. L'objectif des études géoélectriques est la caractérisation électrique du sous-sol en déterminant le nombre de couches, leur épaisseur et la résistivité de chacune d'elles.

La mesure de la résistivité permet d'estimer la résistance à la terre d'une structure ou d'un système et les gradients de potentiel incluant les tensions de pas et de contact. Elle aide également à calculer le couplage inductif entre les circuits électriques et de communication voisins, ainsi qu'à concevoir des systèmes de protection cathodique.

La résistivité du sol détermine les paramètres de conception d'un système de mise à la terre, tels que la profondeur d'enfouissement optimale, les matériaux appropriés en fonction de la vitesse de corrosion du sol, le nombre, le type et la disposition appropriée des électrodes nécessaires. C'est ainsi que l'on obtient la valeur de résistance souhaitée et la plus grande sécurité du système.

Grâce aux caractéristiques électriques d'un système de mise à la terre, il est possible de concevoir un système de mise à la terre plus efficace, plus rapide à exécuter, avec des coûts de conception réduits, des tensions de pas et de contact contrôlées sur toute la surface, une plus grande sécurité pour les personnes dans l'installation, et avec une durée de vie optimisée.

Pourquoi la résistivité du sol est-elle cruciale dans un projet de mise à la terre ?

Les sols ne sont pas homogènes, ce qui entraîne des variations de résistivité. Les principaux facteurs de ces variations sont le type de sol, la quantité d'humidité, la composition chimique, le compactage des matériaux, la température, la stratification du sol, le mélange de différents matériaux, la concentration et la composition chimique des sels dissous, la taille des particules, etc.

Certains de ces aspects dépendent de changements à long terme et peuvent être considérés comme des constantes dans le projet de système de mise à la terre (type de sol, composition chimique, stratification et compaction du matériau). Cependant, d'autres (taux d'humidité, température, concentration et composition chimique des sels dissous) sont variables.

Dans la mesure de la résistivité, on fait la moyenne des effets des différentes couches du sol pour obtenir la résistivité dite apparente. Il existe différentes méthodes de mesure de la résistivité. Deux des plus couramment utilisées sont présentées ci-dessous : la configuration de Wenner et celle de Schlumberger1.

La méthode de Wenner pour la mesure de la résistivité du sol

La méthode de Wenner, développée par Frank Wenner de l'US Bureau of Standards en 19162, est la méthode la plus couramment utilisée pour mesurer la résistivité du sol. Elle consiste à utiliser quatre pointes, espacées à distance égale les unes des autres. Les deux pointes intérieures sont les électrodes de potentiel, tandis que les pointes extérieures sont les électrodes de courant. En mesurant la différence de potentiel entre les électrodes intérieures et en divisant par les électrodes de courant, on obtient la résistance.

En effectuant différentes mesures et en modifiant l'espacement des électrodes, on obtient différentes valeurs qui, tracées en fonction de la distance, indiquent les différentes couches qui composent le sol étudié.

Cette méthode permet d'obtenir la résistivité du sol pour des couches profondes, sans enterrer les électrodes à ces profondeurs. De plus, les résultats ne sont pas affectés par la résistance des électrodes auxiliaires ou des trous créés pour les enfoncer dans le sol.

L'interprétation des valeurs de résistance mesurées dans le sol est plus simple en termes de résistivité apparente, ce qui permet de visualiser facilement l'évolution de ce paramètre.

Enfin, les instruments peuvent être moins sensibles que ceux requis pour la configuration Schlumberger, car lorsque les électrodes de courant sont séparées, les électrodes de potentiel sont également éloignées.

Méthode de Schlumberger

La méthode de Schlumberger est basée sur la méthode de Wenner, mais elle permet d'obtenir une sensibilité supérieure dans les tests où les distances de mesure sont plus grandes. Dans cette configuration, l'espacement entre les électrodes de potentiel est maintenu fixe au centre du système, tandis que la distance des électrodes de courant est modifiée. L'espacement entre les électrodes de potentiel est faible par rapport aux autres enjeux et est maintenu.

Cette configuration est moins sensible aux variations latérales du sol puisque les électrodes de potentiel restent fixes. Cependant, la mesure est plus simple car les électrodes centrales restent fixes, ce qui nécessite moins d'espace global pour les mesures.

Un service professionnel pour des études géoélectriques avancées

Pour être réalisées correctement, les études géoélectriques nécessitent généralement un équipement spécifique et un personnel ayant une connaissance approfondie du sujet. Au final, cela complique leur exécution et les rend plus coûteuses.

C'est pourquoi Aplicaciones Tecnológicas S.A. a développé sa propre méthode basée sur la simplification de la prise de mesures, les communications IoT et l'application de l'intelligence artificielle. Nous proposons cette méthode aux cabinets d'ingénierie et d'architecture au service d'études géoélectriques avancées. Notre méthode fournit les résultats les plus fiables et la procédure la plus optimisée possible.

Grâce au personnel d'Aplicaciones Tecnológicas (en Espagne) et à notre réseau de partenaires (sur le marché international), la collecte des données est effectuée sur place avec l'équipement GEOELECTRIC EARTHING METER.

Le système GEOELECTRIC EARTHING METER se compose d'un appareil intelligent et facile à utiliser avec lequel l'opérateur, guidé par l'application du système, effectue les mesures aux points préalablement déterminés lors de la pré-étude du sol.

Les valeurs mesurées et leur géopositionnement pour chaque point sont envoyés par GSM au centre de calcul et de conception pour être traités au moyen d'algorithmes heuristiques. Notre équipe technique d'experts se charge de la représentation et de l'interprétation des données, ainsi que de la préparation d'un rapport final avec les résultats optimisés.

Les systèmes de mise à la terre sont des systèmes critiques dans toute installation électrique ou industrielle, dont la mauvaise exécution a des conséquences sur la sécurité des personnes et des biens. D'autre part, la prise de terre est enterrée, ce qui rend toute adaptation ultérieure très complexe.

La résistivité du sol est un paramètre fondamental pour le dimensionnement d'une prise de terre adaptée. Il est donc nécessaire de connaître sa valeur lors de la conception d'une prise de terre. Une étude géoélectrique nous permet de connaître la résistivité du sol dans chaque couche du sous-sol afin de choisir la prise de terre la plus appropriée. La méthode d'Aplicaciones Tecnológicas S.A. permet d'obtenir une installation plus rapide et plus efficace, avec un coût final du projet réduit, mais avec une plus grande efficacité et une durée de vie utile plus longue.

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Références

Sanz Alzate, J. H. Métodos para la medida de la resistividad del suelo. Sci. Tech. 19, 125-130 (2002).

Wenner, F. A method of measuring earth resistivity. Bull. Bur. Stand. 12, 469-478 (1916).