Les mesures de la résistivité du sol représentent la base d'une étude sur la mise à la terre; elles sont donc d'une importance capitale.

Les mesures de la résistivité du sol sont effectuées en injectant du courant dans la terre entre deux électrodes extérieures et en mesurant la tension résultante entre deux électrodes de potentiel placées le long d'une ligne droite entre les électrodes d'injection de courant. Lorsque les électrodes de courant et de potentiel adjacentes sont rapprochées, la résistivité de sol mesurée permet de connaître les caractéristiques du sol de surface local. Lorsque les électrodes sont éloignées, la résistivité de sol mesurée permet de connaître les caractéristiques du sol profond moyen dans une zone beaucoup plus grande.

En principe, les mesures de la résistivité du sol devraient être effectuées à des espacements (entre des électrodes de courant et de potentiel adjacentes) étant au moins dans le même ordre que l'ampleur maximale du système (ou des systèmes) de mise à la terre à l'étude, bien qu'il soit préférable d'agrandir les polygonales à plusieurs fois la dimension maximale du système de mise à la terre, dans la mesure du possible. L'espacement maximal des électrodes sera souvent régi par d'autres conditions telles que l'ampleur maximale de la terre disponible, exempt de conducteurs nus enterrés perturbateurs.

Les fiches de renseignements (disponibles dans les progiciels de SES) fournissent des espacements d'électrodes pouvant être utilisées, à partir de courts espacements, pour obtenir des renseignements sur les couches de sol de surface et se terminant aux plus grands espacements. Comme il est possible de constater, les espacements d'électrodes augmentent considérablement afin de couvrir la plage complète de profondeurs de mesure requises de la façon la plus efficace possible.

Précautions particulières

Bruit de fond. En raison de sources de courant avoisinantes de 50 ou 60 Hz et de leurs harmoniques, le bruit électrique à ces fréquences devrait se trouver dans les mesures, surtout celles d'espacements d'électrodes plus grandes. Des méthodes de mesure conventionnelles peuvent confondre ce bruit avec le signal de mesure, entraînant ainsi des analyses de résistivité du sol pouvant dépasser les véritables valeurs d'au moins un ordre de grandeur. Ceci souligne le besoin d'obtenir des équipements utilisant une fréquence de signal autre que 50 ou 60 Hz et ses harmoniques et pouvant faire la distinction entre le signal de filtre et le bruit. Un vérificateur de résistivité du sol tel que SYSCAL Junior ou R1 Plus (celui-ci est fortement recommandé pour de très grands espacements d'électrodes ou du matériau de surface à forte résistivité), fabriqué par Iris Instruments (Orléans, France), ou SuperSting R1 (compteur de polarisation induite et de résistivité de la terre avec mémoire à canal unique), fabriqué par Advanced Geosciences, Inc. (Austin, Texas, États-Unis), permet de remplir cette fonction. Ces équipements peuvent mesurer avec précision son signal à faible fréquence, même lorsque le bruit de fond à 50 ou 60 Hz est infiniment plus élevé au niveau de l'amplitude. Nous désignons ci-après le résistivimètre SYSCAL. Toutefois, le compteur SuperSting possède des capacités équivalentes. Certains résistivimètres haut de gamme fabriqués par d'autres entreprises dans plusieurs pays peuvent posséder des capacités semblables ou meilleures. Veuillez comparer les produits avant de sélectionner celui qui convient le mieux à vos besoins et à votre budget.

Couplage entre conducteurs. Un autre problème pouvant survenir aux grands espacements d'électrodes, surtout lorsque les résistivités apparentes sont faibles ou modérées, est le couplage de champs magnétiques entre les conducteurs d'injection de courant et les conducteurs de mesure de la tension. Ce couplage induit du bruit ayant la même fréquence que le signal dans la tension mesurée et amplifie la résistivité mesurée. Bien que certains équipements puissent détecter le déplacement de phases résultant dans la tension mesurée et effectuer une correction partielle, d'autres équipements ne peuvent pas le faire. Un appareil d'essai de la résistivité du sol haut de gamme contourne ce problème en utilisant un signal à fréquence très faible (impulsions rectangulaires de 500 à 2 000 millisecondes, 2 000 étant le paramètre à privilgier) qui génère un couplage négligeable de champs magnétiques.

Influence de structures métalliques nues enterrées. Des structures métalliques nues (composées de métal noyé dans le béton) de longueurs importantes enterrés à proximité de la polygonale peuvent déformer les résistivités de terre mesurées. Lorsqu'une polygonale est parallèle à une longue structure de ce type, d'importantes erreurs peuvent s'y introduire lorsque le dégagement entre la polygonale et la structure est du même ordre que l'espacement entre les électrodes. L'erreur prend de l'importance au fur et à mesure que l'espacement entre les électrodes augmente par rapport au dégagement. Un effet semblable est observé lorsque les électrodes sont placées près de systèmes de mise à la terre relativement petits qui sont interreliés au moyen de câbles aériens. En règle générale, pour éviter d'importantes erreurs, aucune structure métallique nue de taille importante ne devrait être enterrée dans un rayon r d'une électrode de mesure, où r représente l'espacement entre des électrodes de courant et de potentiel adjacentes. Lorsque la polygonale est perpendiculaire à une structure métallique enterrée sans la croiser, l'exigence de dégagement n'est pas aussi contraignante. La modélisation informatique de la structure enterrée et des électrodes de mesure permet d'obtenir une estimation de l'erreur de mesure à laquelle s'attendre pour différents types de structures de sols.

Signal faible. Un signal de mesure faible peut provenir d'une source d'électricité ou de tension faible ou d'une résistance élevée au contact d'au moins une des électrodes d'injection de courant. Ce problème se produit le plus souvent lorsqu'on enfonce des électrodes dans des sols de surface à résistivité élevée ou lorsque l'espacement entre les électrodes s'agrandit (la force du signal est inversement proportionnelle à l'espacement des électrodes, pour la méthode des quatre électrodes de  Wenner ⁽¹⁾, et inversement proportionnelle au carré de l'espacement entre les électrodes, pour la méthode des quatre électrodes de Schlumberger, toutes choses étant égales par ailleurs). L'utilisation d'une puissante source à tension élevée est évidemment la première chose à prendre en considération pour éviter ce problème. Toutefois, même avec une bonne source, la résistance au contact peut facilement devenir un problème dans des sols à résistivité élevée aux espacements d'électrodes plus grands. Dans ce cas, la solution consiste à enfoncer les électrodes d'injection de courant aussi profond que possible et de mouiller le sol autour d'elles avec de l'eau salée ⁽²⁾: ceci ne devrait être fait que pour les espacements d'électrodes plus grands. Si nécessaire, il est possible d'enfoncer plusieurs tiges dans le sol et de les raccorder afin de créer une électrode plus grande et à impédance plus faible. Sur un rocher solide ou couvert d'une couche de sol superficielle, les électrodes peuvent être placées horizontalement et couvertes d'un matériau conductif comme de la terre trempée d'eau salée. Si le roc est fortement localisé, il est possible de modifier (et de prendre en note) la position de l'électrode afin d'éviter le rocher; un logiciel d'interprétation comme le module de calcul RESAP ou le progiciel CDEGS tiendra compte de ceci.

Plusieurs appareils d'essai de la résistivité du sol de bonne qualité permettent offrent une source à haute tension et à forte puissante par rapport à d'autres modèles moins puissants sur le marché : leur tension de sortie varie de 50 à 400 V ou plus et leur puissance de sortie peut atteindre 50 à 250 W (en fonction du modèle).

Il est possible de repérer un signal faible en analysant les amplitudes de la tension de signal et du courant d'injection mesurés et en vérifiant l'uniformité des mesures. Ces résistivimètres permettent d'obtenir des mesures assez précises pour des courants d'injection aussi faibles que 1 mA (au moins 5 mA est préférable) et des tensions de signal aussi faibles que 1 mV, en présence de bruit de 50 ou 60 Hz étant 4 389 fois plus important au niveau de l'amplitude. Par contre, un bruit de fond à fréquence très faible peut exiger un signal plus fort pour une meilleure précision. Il est possible de repérer un tel besoin avec la valeur d'écart standard ou d'autres indicateurs de qualité rapportés par l'instrument alors qu'il obtient une série de mesures avec une onde carré de polarité alternée. Lorsque l'indicateur de qualité est de 0 à la fin d'une série de mesures, la mesure est fiable; sinon, il faut trouver un signal plus fort. Une série d'environ 10 cycles devrait être sélectionnée pour chaque mesure. De plus, l'indicateur de qualité devrait être surveillé pendant que les mesures sont prises : si la chaîne "***" apparaît lors de la prise des mesures, celles-ci devraient être rejetées. Habituellement, il s'agit d'un indice indiquant qu'un des fils d'injection de courant est déconnecté. Une précaution supplémentaire consiste à lire la résistivité de deux courants d'injection différents, s'il y a lieu. Si les mesures sont uniformes, elles sont considérées comme étant valides. L'opérateur de l'instrument devrait utiliser un tableau de données afin que ces valeurs importantes soient adéquatement enregistrées.

Mesures irrégulières. Des mesures irrégulières peuvent se produire en raison de mauvaises connexions ou de résistance au contact élevée, de bruit de fond à une fréquence semblable à celle utilisée par l'équipement de mesure, de structures métalliques enterrées à proximité, de défaillance de l'équipement, d'une erreur de l'opérateur et d'autres facteurs. Les résistivités mesurées devraient être tracées sur un papier quadrillé log-log sur le terrain afin de repérer des mesures irrégulières et ainsi appliquer immédiatement des mesures correctives. La résistivité devrait être tracée par rapport à l'espacement des électrodes : une courbe lisse devrait être tracée. De brusques changements indiquent le besoin de vérifier la configuration de l'équipement, de répéter des mesures et de prendre des mesures supplémentaires à des espacements d'électrodes plus courts et plus grands situés près de celui qui est problématique.

Amplitude de tension excessive. Certains résistivimètres exigent une tension d'entrée (y compris le signal et le bruit) de moins de 5 V afin d'obtenir une mesure. Une tension de plus de 5 V peut se produire lorsque le bruit de fond est excessif : dans ce cas, la tension d'entrée doit être réduite avec un circuit de division de la tension (c.-à-d. la tension des deux électrodes de potentiel intérieures est appliquée à une résistance de 100 kW en série avec une résistance de 1 MW et la tension le long de la résistance de 100 kW est mesurée par les terminaux de potentiel du résistivimètre, entraînant ainsi une réduction de la tension de 90,9 %. Une tension excessive peut également se produire à de courts espacements d'électrodes en raison d'une force de signal excessive. Dans ce cas, il est possible de réduire la tension en réduisant le paramètre de tension de source ou la profondeur de l'électrode de courant.

Veuillez noter que la profondeur des électrodes d'injection de courant ne devrait jamais dépasser 33 % de l'espacement entre des électrodes de courant et de potentiel adjacentes; les électrodes de mesure du potentiel intérieur devraient être enfoncées encore plus profondément. Ceci permet d'obtenir des mesures plus précises à de courts espacements d'électrodes.

Détails sur les mesures

Les fils d'injection de courant sont raccordés aux terminaux de mesure du courant (étiquetés "A" et "B", ou C1 et C2) et les fils de potentiel sont raccordés aux terminaux de potentiel (étiquetés "M" et "N", ou P1 et P2). L'espacement entre les électrodes est saisi et le processus de mesure est déclenché. L'instrument enregistre et calcule la moyenne du nombre de mesures que l'instrument peut gérer en fonction du choix de l'utilisateur (c.-à-d. environ 6).

Les mesures doivent être prises le long des polygonales déterminées de concert avec SES (présentées dans un document distinct). Il est primordial que l'espacement maximal entre les deux électrodes d'injection de courant le long de la polygonale la plus longue soit au moins égale au triple de l'ampleur maximale du système de mise à la terre en cours de conception, en tant que strict minimum, s'il est possible d'accomplir ceci sans interférence provenant de structures métalliques enterrées à proximité.

Méthode de Schlumberger

Les mesures doivent être effectuées en fonction de la méthode à quatre électrodes de Schlumberger tout en tenant compte des précautions détaillées dans ce document. Les électrodes de potentiel P1 et P2 devraient être installées au centre de la polygonale, initialement à 1 mètre de distance. Les électrodes de courant C1 et C2 doivent être enfoncées dans le sol à des distances progressivement plus grandes par rapport à leurs électrodes de potentiel respectives, à partir d'une distance de 0,10 mètre par rapport à l'électrode de potentiel la plus proche et jusqu'à l'espacement maximal spécifié par SES pour chaque polygonale. "L'espacement d'électrodes maximal" indiqué pour chaque polygonale représente la distance maximale entre chaque électrode de potentiel et son électrode de courant adjacente. La distance de séparation entre les électrodes de potentiel intérieures demeure de 1 mètre pour les premières mesures, puis augmente autant que nécessaire afin d'obtenir un signal de mesure suffisament fort (ex. : au moins 1-10 mV, si possible, et un indicateur de qualité de 0). Avant d'augmenter l'espacement entre les électrodes de potentiel, tous les moyens pratiques d'améliorer la résistance au contact des électrodes d'injection de courant extérieures devraient être effectués. Il est possible d'effectuer ceci en les enfonçant plus profondément à l'aide de grappes de tiges aux espacements les plus grands ou en mouillant le sol près des électrodes avec de l'eau salée (bien sûr, sans mouiller le sol près des électrodes de potentiel). Vérifiez si le courant d'injection est de 5 mA ou plus et si la tension de signal mesurée est de 1 mV ou plus, s'il y a lieu. Chaque fois que l'espacement entre les électrodes de potentiel augmente, répétez la mesure précédente, c.-à-d. placez les électrodes de courant à la distance les séparant des électrodes de potentiel lors de la mesure précédente, à des fins de validation.

Méthode Wenner (électrodes C1 et C2 fixes) unilatérale

Les mesures doivent être effectuées en fonction d'une version modifiée de la méthode à quatre électrodes de Wenner tout en tenant compte des précautions détaillées dans ce document. La méthode d'essai choisie ici donne plus d'importance aux potentiels transférés à partir de l'électrode C1 aux emplacements mis à l'essai dans la région future et n'exige plus le déplacement de l'électrode de test C2.

L'électrode C1 devrait être installée au centre du futur poste électrique de 260 kV à l'essai (il existe deux postes électriques). L'électrode C2 devrait être installée à 4 km plus loin (les emplacements sont spécifiés ci-dessous). Les électrodes C1 et C2 doivent être installées de façon à avoir une résistance de terre faible : nous souhaitons avoir environ 500 mA ou plus de flux de courant à partir du résistivitmètre du sol lorsqu'il est connecté en série avec les deux électrodes. En premier lieu, enfoncez trois tiges à 0,7 – 1,0 mètre dans le sol, en formation triangulaire, espacées d'environ 1,7 mètre et interconnectées. Enfoncez les tiges plus profondément et ajoutez de nouvelles tiges si nécessaire; de plus, versez de l'eau salée autour de chaque tige, si nécessaire, afin d'atteindre une résistance de terre suffisament faible. Connectez un fil entre le terminal A du contrôleur et le réseau d'électrodes C1 et un autre fil entre le terminal B du contrôleur et le réseau d'électrodes C2. Utilisez la fonction appropriée (Rtest du contrôleur SYSCAL) afin de vérifier si la résistance totale du circuit C1-C2 est de 800 ohms ou moins.

Cette configuration d'électrodes devrait être utilisée dans toutes les analyses où l'électrode P1 est située à au moins 30 mètres du centre du réseau d'électrodes C1. Lorsque l'électrode P1 est à moins de 30 mètres de l'électrode C1, celle-ci devrait être réduite à une seule tige enfoncée à environ 0,7 mètre dans le sol. Dans le cas d'espacements encore plus courts, la profondeur à laquelle l'électrode C1 est enfoncée ne devrait jamais dépasser 30 % de la distance entre C1 et P1. Il n'est pas nécessaire de modifier la configuration de votre électrode C2 : elle peut demeurer la même dans tous les espacements d'électrodes.

Les électrodes P1 et P2 sont installées entre les électrodes C1 et C2 de façon à ce que tous les électrodes soient en ligne droite. Connectez l'électrode P1 au terminal M de SYSCAL et l'électrode P2 au terminal N. Pour la première mesure de chaque polygonale, positionnez P1 et P2 de façon à ce que les distances entre les électrodes adjacentes (C1-P1, P1-P2, P2-C2) soient toutes égales. Il s'agit de la disposition de Wenner régulière. Toutefois, après ce premier test, seules les deux électrodes de potentiel doivent être déplacées, et ce, toujours vers l'électrode C1. Les espacements C1-P1 et P1-P2 sont toujours égaux : en effet, en l'absence de l'électrode C2 qui demeure immobile, le test serait un véritable test de Wenner. D'un espacement d'électrodes à l'autre, les espacements C1-P1 et P1-P2 sont réduits d'un tiers : autrement dit, multipliez chaque espacement par 2/3 pour obtenir le prochain espacement plus court. L'espacement minimal obligatoire entre les électrodes est de 0,3 m.

Les tiges P1 et P2 (une seule tige pour chacune) devraient être enfoncées de seulement quelques mètres dans le sol afin d'atteindre une résistance au contact raisonnable : si l'électrode démontre de la résistance lorsqu'elle est extraite du sol, elle est suffisament profonde. Dans le cas de courts espacements, la profondeur à laquelle les électrodes P1 et P2 sont enfoncées ne devrait pas dépasser 10 % de l'espacement entre les électrodes.

Pour évaluer la résistivité apparente, doublez l'espacement entre C1 et P1 au lieu d'utiliser seulement l'espacement entre C1 et P1 comme on le ferait pour la méthode de Wenner régulière : c.-à-d. la résistivité apparente est égale à environ 4 π a R, où "a" représente l'espacement C1-P1 et "R" représente la résistance apparente. Si vous utilisez SYSCAL pour calculer la résistivité apparente, entrez toujours le double de l'espacement que vous testez. Cette méthode est valide pour la plupart des espacements et s'avère satisfaisante lorsqu'elle est utilisée pour vérifier les données de comportements erratiques.

Les données de toutes les polygonales, indiquées sur les feuilles de données, doivent être enregistrées, de l'espacement minimal entre électrodes indiqué sur le formulaire jusqu'à l'espacement maximal associé à la polygonale (tel qu'indiqué sur la liste des polygonales nécessaires au projet).

À chaque espacements, des mesures doivent être prises à deux niveaux d'injection de courant considérablement différents, si possible, en variant la tension de source appliquée : une différence de facteur de deux (de cet ordre) entre les deux courants d'injection doit être obtenue. La résistivité mesurée des deux niveaux de courant devrait être identique. Si ce n'est pas le cas, commencez un dépannage.

Dans le formulaire approprié de données de mesures fourni par SES :

• "Tension de source" est la tension appliquée aux électrodes d'injection de courant (12 V, 50 V, 100 V, 200 V, 400 V ou 600 V) et est établie par une poignée dans le cas de certains instruments; dans d'autres cas, c'est l'instrument qui la définit automatiquement.
• “Q:***?” indique si trois astérisques sont apparues en tant que valeur de l'indicateur de qualité Q alors que le contrôleur injectait du courant dans les électrodes C1 et C2. Entrez "oui" ou "non" dans cette colonne.
• “Q%” représente la valeur de déviation régulière, Q, ou l'indicateur de qualité signalé par le contrôleur.
• "Vsignal" représente la tension mesurée par le résistivimètre entre les électrodes de potentiel (P1 et P2).
• “Iinject” représente le courant injecté par le résistivimètre dans les électrodes de courant (C1 et C2).
• “Apparent Resistivity” représente la résistivité apparente du sol telle que calculée par le contrôleur ou à la main.

Les résistivités apparentes mesurées doivent être traçées en fonction de l'espacement entre les électrodes sur un papier quadrillé log-log lors de la prise des mesures. Le résultat devrait être une courbe assez lisse. Les connexions de câbles et le contact entre la tige et le sol doivent être vérifiés si des changements brusques se produisent; la présence de longues structures métalliques enterrées peut également entraîner de telles variations. Comme il est indiqué ci-haut, si les valeurs faibles d'essai du courant ne correspondent pas aux valeurs élevées d'essai du courant, il y a un problème dont la source doit faire l'objet d'une enquête. De même, si Q% est supérieur à 0, la connexion et le contact entre la tige et le sol doivent être vérifiés.

De plus, pour chaque polygonale :

• Joignez une esquisse affichant l'emplacement de la polygonale et son point de départ par rapport à des structures avoisinantes, y compris les distances approximatives par rapport à celles-ci; affichez également la polygonale sur le plan du site.
• Signalez les tuyaux, les pipelines, les conduits, les longues sections de béton renforcé, les clôtures et d'autres longues structures métallifères situés près de la polygonale.

Si l'instrument utilisé ne filtre pas les tensions induites dans les fils de mesure du potentiel par les fils d'injection de courant (ce qui devrait être présumé s'il n'y a pas indication du contraire), les précautions suivantes devraient être prises :

1. Séparez les fils d'essai d'injection du courant et les fils de mesure du potentiel par une distance fixée (ex. : 3 mètres).
2. Pour chaque espacement entre des électrodes, prenez les mesures à l'aide d'un autre groupe de fils de potentiel à une distance beaucoup plus lointaine par rapport aux fils de courant et séparés de ces derniers par une distance fixée (ex. : 30 mètres).
3. SES peut comparer ces deux groupes de données afin d'estimer les tensions induites et de corriger les données de tensions induites.

Interprétation

Les résistivités de sol apparentes mesurées à chaque site peuvent être tracées avec la courbe correspondant au sol équivalent calculé par le module RESAP du progiciel CDEGS. Chaque graphique affiche également la structure de sol équivalente correspondant à ces données et indique l'emplacement sur le pipeline auquel elle correspond. Un bon accord entre les deux polygonales orthogonales et les ajustements de courbe calculés est possible afin qu'un modèle de sol à plusieurs couches puisse être obtenu et utilisé pour l'analyse des interférences de CA.

1. Les méthodes des quatre électrodes de Wenner et de Schlumberger sont différentes uniquement au niveau de l'espacement entre les deux électrodes de potentiel internes.
2. Seule la zone située près des électrodes d'injection du courant devraient être mouillées de cette façon. Ceci n'influencera pas les mesures de façon importante, pourvu que la zone mouillée soit petite par rapport à l'espacement entre les électrodes.